CN103414849A

CN103414849A - 红外热像仪聚焦方法及装置

Info

Publication number: CN103414849A
Application number: CN2013102295296A
Authority: CN
Inventors: 邓先武
Original assignee: SHANGHAI BRIGHT OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI BRIGHT OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明涉及红外热像仪聚焦方法及装置，聚焦方法包括计算静态图像噪声阈值，寻找成像清晰度波峰后，再逐一扫描出现波峰以后各位置点的成像清晰度，进而找到最清晰点的位置，从而大大缩短了聚焦的时间，也提高了聚焦的精确性；聚焦装置实现计算机控制，无需人工调试，操作方便。本发明结构有益效果在于一方面克服了爬坡算法中，聚焦精度不高的问题，另一方面不需要对调焦镜片进行全程遍历，大大缩短了聚焦时间。

Description

红外热像仪聚焦方法及装置

技术领域

本发明涉及一种成像设备的聚焦方法及装置，特别是涉及一种红外热像仪的聚焦方法及装置。

背景技术

获得清晰的图像是各种数字成像设备的最基本要求，摄像镜头多组镜片中专门设有一组聚焦镜片，通过改变聚焦组镜片的位置即可达到聚焦目的，自动聚焦可以代替人工完成此过程，从而节省大量时间，提高成像质量。红外热像仪的聚焦过程实际是寻找最佳清晰度图像的焦距的过程，分为人工聚焦和自动聚焦。

自动聚焦方法焦方法主要有两种：一种是基于爬坡算法，关键技术是通过找到图像中的波峰即可认定系统聚焦完成；成像清晰度越来越高称之为爬坡阶段，成像清晰度越来越低称之为下坡阶段。另一种是控制红外热像仪的调焦镜片遍历整个行程，记住图像最清晰时，镜片所处位置，然后按照原来的路径返回此点即可，这2种方法中，无论是找峰值，还是找最清晰的成像点，其评价方法都是基于对图像中某个区域的相邻点差值进行统计。

爬坡算法的缺点：

红外图像由于像素低，噪声比较大的特点，因此图像中的波峰比较多，爬坡算法会因为波峰太多，而无法有效的判断哪个波峰是最合适的。

全行程遍历算法的缺点：

对调焦镜片进行全行程遍历，并记录图像最清晰时，镜片所处位置，这个方法虽然聚焦准确度非常高，但是由于红外调焦镜片的行程较长，使得聚焦时间很长，较大镜头的聚焦时间甚至会超过10秒，用户在使用过程中非常不方便。而由于聚焦时间很长，对于很多高速变化的场景基本无法使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种红外热像仪聚焦方法及装置，一方面克服了爬坡算法中，聚焦精度不高的问题，另一方面不需要对调焦镜片进行全程遍历，大大缩短了聚焦时间。

本发明为解决上述存在的问题所采用的技术方案为，包括：

步骤一,计算图像点灰度值gray(i,j)；

步骤二,计算每帧图像的各点的灰度差值Delta(i,j)，统计选定区域灰度差值总和Sum=∑Delta(i,j)；

步骤三,计算静态图像噪声阈值：计算出连续四帧图像的Sum，出静态图像噪声阈值NoiseThreshold=Max(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)–Min(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)；

步骤四,寻找波峰方向：调焦电机开始转动，实时记录每帧图像的Sum值，记为Sum(i)，如果DeltSum(i)>NoiseThreshold【DeltaSum(i)=Sum(i)–Sum(i-1)】，则认为此时调焦电机正带动镜片处于爬坡阶段，调焦电机转向不调整；如果DeltSum(i)<NoiseThreshold，则认为此时调焦电机正带动镜片处于下坡阶段，改变调焦电机转向；

步骤五,寻找波峰值：当红外热像仪从爬坡阶段转换到下坡阶段时，本发明则认为已经找到合适的波峰，记录当前的波峰处的Sum(i),记为SumPP，聚焦结束；

步骤六,精确寻找波峰位置：调整调焦电机反向转动，如果当前处于爬坡状态，且Sum(i)≥SumPP，则停止电机运动，聚焦结束；如果已从爬坡状态进入下坡状态，且Sum(i)<SumPP，刷新SumPP=Sum(i-1)，并控制调焦电机反向运动，继续需找波峰，直到调焦电机处于爬坡状态，且Sum(i)≥SumPP，停止电机运动，聚焦结束。

按上述方案，执行步骤六时，调焦电机转速相对步骤四降低。

按上述方案，执行步骤六时，调焦电机转速减半。

按上述方案，执行步骤六的过程中，当调焦电机碰到行程开关时，且电机仍处于爬坡状态时，聚焦结束。

一种红外热像仪聚焦装置，包括：

调焦电机，用于调整镜头焦距：

调焦电机控制器，根据中央处理器输入的信号，控制调焦电机的正转或反转、调整电机的转速及关闭电机；

图像灰度值采集单元，根据镜头实时拍摄的图像确定每个点的灰度值gray(I,j)，并将数据输入给中央处理器

中央处理器，接收图像灰度值采集单元输入的信号，进行分析处理，并向调焦电机控制器输入信号，包括：

图像差异值计算单元：根据图像灰度值采集单元采集的每个点的灰度值，计算每帧图像各点的灰度差值，Delta(i,j)，再计算统计区域内的灰度差值和Sum=∑Delta(i,j)；

静态图像噪声阈值处理单元，根据连续四帧图像的SUM值，计算静态图像灰度阈值NoiseThreshold=Max(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)-Min(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)；

电机转向命令输出单元，调焦电机转动后，根据拍摄记录每帧图像的Sum值，记为Sum(i)，如果DeltSum(i)>NoiseThreshold【DeltaSum(i)=Sum(i)–Sum(i-1)】，识别为热像仪处于爬坡状态，不向调焦电机转向控制单元输出反转信号；如果DeltSum(i)<NoiseThreshold，识别为热像仪处于下坡状态，向调焦电机转向控制单元输出反转信号；当寻找到Sumpp后，也向调焦电机转向控制单元输出反转信号；

波峰记取单元：根据热像仪处于爬坡阶段转向下坡阶段时，当前点的Sum(i)标记为Sumpp；

电机减速信号输出单元：当找到波峰Sumpp，调焦电机控制单元输入降压信号，以降低调焦电机的输入电压，从而降低调焦电机的转速；

电机启闭信号输出单元，热像仪聚焦在爬坡阶段时，如Sum(i)≥SumPP，则向电机开关发出停止信号，关闭电机；若电机碰到行程开关时，且电机仍处于爬坡阶段时，调焦电机控制单元发出停止信号。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可以动态的调整需要聚焦的区域，补偿图像由于景深造成的图像模糊；

2、自适应的计算图像噪声，以此为基准定义爬坡包络线，可以智能的根据红外热像仪的工作状态，找到最优化的聚焦方式，缩短聚焦时间。

3、由于图像噪声中有很多随机的成分，自适应的修正聚焦点，可以让红外热像仪在很短的时间内就能收敛到合适的聚焦点。

4、以图像清晰度作为评判标准，控制调焦电机按照既定方式运行，这种全闭环的伺服控制方式，一方面可以有效的修正由于结构安装间隙，电机失步等因素造成的误差，另一方面可以简化电机的选型和装配，节省成本。

附图说明

图1为本发明方法过程演示图；

图2为本发明方法流程图；

图3为本发明装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1(a)中的包络线，理想爬坡曲线，真实爬坡曲线，是针对每帧图像的清晰度，统计量化的值，爬坡等效于在聚焦过程中清晰度越来越高，下坡等效于在聚焦过程中清晰度越来越低，Sum(i)表征图像清晰度，SumPP表征图像聚焦点,图3方框内的部分为中央处理器。

步骤一：采集红外实时图像，进行非均匀性校正，降噪处理，得到每一个点对应的灰度值gray(i,j)，其中i,j为每一个点对应的坐标值；

步骤三：在开始聚焦之前计算出连续四帧图像的Sum，计算出静态图像噪声阈值NoiseThreshold=Max(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)–Min(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)；（NoiseThreshold表征的含义如图1(b)，即理想的爬坡曲线和真实的爬坡曲线之间的差距）

步骤四：调整电机寻找波峰方向：控制调焦电机向任一方向运动，实时记录每帧图像的Sum值，记为Sum(i)，如图1（c），如果DeltSum(i)>NoiseThreshold【DeltaSum(i)=Sum(i)–Sum(i-1)】，则认为此时调焦电机正带动镜片处于爬坡阶段，调焦电机需要继续向当前方向运动；如果DeltSum(i)<NoiseThreshold，则认为此时调焦电机正带动镜片处于下坡阶段，调焦电机需要换方向运动。

步骤五：寻找合适波峰值：当红外热像仪从爬坡阶段转换到下坡阶段时，本发明则认为已经找到合适的波峰，记录当前的波峰出的Sum(i),记为SumPP,如图1（d）；

步骤六：寻找波峰值位置：调焦电机速度减慢，将调焦电机调整为原来转速的一半，如果当前处于爬坡状态，且Sum(i)≥SumPP，则停止电机运动，聚焦结束；如果已从爬坡状态进入下坡状态，且Sum(i)<SumPP，刷新SumPP=Sum(i-1)，并控制调焦电机反向运动，继续需找波峰，直到调焦电机处于爬坡状态，且Sum(i)≥SumPP，停止电机运动，聚焦结束。

按上述方案，在执行步骤六过程中，当调焦电机碰到行程开关时，且电机仍处于爬坡状态时，也认为此时聚焦结束，如图1（e）。

一种红外热像仪聚焦装置，包括：

调焦电机，用于调整镜头焦距：

图像灰度值采集单元，根据镜头实时拍摄的图像确定每个点的灰度值gray(I,j)，并将数据输入给中央处理器；

静态图像噪声阈值处理单元:根据连续四帧图像的Sum值，计算静态图像灰度阈值NoiseThreshold=Max(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)-Min(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)；

电机转向命令输出单元，调焦电机转动后，根据拍摄记录每帧图像的Sum值，记为Sum(i)，如果DeltSum(i)>NoiseThreshold【DeltaSum(i)=Sum(i)–Sum(i-1)】，认为热像仪处于爬坡状态（也即图像清晰度越来越高），不向调焦电机转向控制单元输出反转信号；如果DeltSum(i)<NoiseThreshold，认为热像仪处于下坡状态(也即图像清晰度越来越低)，向调焦电机转向控制单元输出反转信号；当寻找到Sumpp后，也向调焦电机转向控制单元输出反转信号；

Claims

1.一种红外热像仪聚焦方法，包括：

步骤一,计算图像点灰度值gray(i,j)；

步骤三：计算静态图像噪声阈值：计算出连续四帧图像的Sum，出静态图像噪声阈值NoiseThreshold=Max(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)–Min(Sum1,Sum2,Sum3,Sum4)；

步骤五,寻找波峰值：当红外热像仪从爬坡阶段转换到下坡阶段时，本发明则认为已经找到合适的波峰，记录当前的波峰处的Sum(i),记为SumPP；

其特征在于：

还包括步骤六,精确寻找波峰位置：调整调教电机反向转动，如果当前处于爬坡状态，且Sum(i)≥SumPP，则停止电机运动，聚焦结束；如果已从爬坡状态进入下坡状态，且Sum(i)<SumPP，刷新SumPP=Sum(i-1)，并控制调焦电机反向运动，继续需找波峰，直到调焦电机处于爬坡状态，且Sum(i)≥SumPP，停止电机运动，聚焦结束。

2.根据权利要求1所述的红外热像仪聚焦方法，其他特征在于：调焦电机转速相对步骤三降低。

3.根据权利要求2所述的红外热像仪聚焦方法，其他特征在于：调焦电机转速相对步骤三减半。

4.根据权利要求1、2或3所述的红外热像仪聚焦方法，其他特征在于：执行步骤五的过程中，当调焦电机碰到行程开关时，且电机仍处于爬坡状态时，聚焦结束。

5.一种红外热像仪聚焦装置，包括：

调焦电机，用于调整镜头焦距：

调焦电机控制单元，根据中央处理器输入的信号，控制调焦电机的正转或反转、调整电机的转速及关闭电机；

图像灰度值采集单元，根据镜头实时拍摄的图像确定每个点的灰度值gray(I,j)

中央处理器，接收镜头拍摄的图像信号，进行分析处理，包括：

电机转向命令输出单元，调焦电机转动后，根据拍摄记录每帧图像的Sum值，记为Sum(i)，如果DeltSum(i)>NoiseThreshold【DeltaSum(i)=Sum(i)–Sum(i-1)】，识别为热像仪处于爬坡状态，不向调焦电机转向控制单元输出反转信号；如果DeltSum(i)<NoiseThreshold，识别热像仪处于下坡状态，向调焦电机转向控制单元输出反转信号；当寻找到SumPP后，也向调焦电机转向控制单元输出反转信号；

6.根据权利要求5所述的红外热像仪聚焦装置，其特征在于：中央处理器还包括电机减速信号输出单元：当找到波峰SumPP，调焦电机控制单元输入降压信号，以降低调焦电机的输入电压，从而降低调教电机的转速。