CN111552048B - 一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，属于光学成像领域。本发明为了克服现有的红外光学系统由于温度、景深等原因导致只能在一定距离范围内清晰成像的问题，通过选取红外物镜可调焦系统，并通过位置传感器获取位置采样值，通过温度传感器获取温度采样值，通过测距方法获取观察位置至目标区域或对象的距离采样值，通过多组数据确定目标位置双曲线函数，将该目标位置双曲线函数存入系统的程序中，从而根据温度、距离值即可得到清晰成像位置值，通过调焦电机自动控制红外系统的光学镜片位置，实现特定距离的聚焦成像。从而对于特定距离也能够自动实现清晰成像；且实现了温度补偿。

Description

一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法
技术领域
本发明属于光学成像控制领域，具体涉及一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法。
背景技术
在传统红外光学系统中，光学镜片的特性会随着温度的变化而变化，所以同一光学系统光学镜片位置不变的情况下不同的温度下清晰面有所不同，同时由于受到光学系统景深的限制，只有一定距离范围内的场景能够清晰成像。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，以克服现有的红外光学系统中由于温度、景深等原因导致只能在一定距离范围内清晰成像的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，所述伺服控制方法包括如下步骤：
S1、选取红外物镜可调焦系统，所述红外物镜可调焦系统包括调焦电机(1)、红外调焦镜(4)、红外第一物镜(5)和位置传感器(6)；所述调焦电机(1)用于调整所述红外调焦镜(4)和所述红外第一物镜(5)之间的距离；所述位置传感器(6)用于获取所述红外调焦镜(4)和所述红外第一物镜(5)之间的距离作为位置采样值Pn；
S2、选取包含目标区域或对象的图像全区域；
S3、对所述红外物镜可调焦系统调焦使所述图像全区域成像清晰，并获取位置采样值Pn、温度采样值Tn、以及观察位置至目标区域或对象的距离采样值Ln；
S4、变换不同距离的观测目标区域或对象，调焦使所述图像全区域成像清晰并实时采集当前清晰点处的位置采样值Pn、温度采样值Tn以及观察位置至目标区域或对象的距离采样值Ln；
S5、根据多组温度采样值Tn、距离采样值Ln和位置采样值Pn，确定任一清晰点处的目标位置双曲线函数F(P)＝f(T)+f(L)；
S6、将所述双曲线函数F(P)＝f(T)+f(L)存入所述红外物镜可调焦系统的程序中，实时根据温度值、距离值以及所述双曲线函数得到不同距离、不同温度的清晰成像位置值；
S7、根据该清晰成像位置值自动通过所述调焦电机(1)伺服控制所述红外物镜可调焦系统的红外镜片位置，最终得到任一距离的清晰成像。
进一步地，所述红外物镜可调焦系统选用焦距为70mm的系统。
进一步地，所述图像全区域为包含待观察的目标无人机的视频图像全区域。
进一步地，通过温度传感器获取温度采样值Tn。
进一步地，在所述红外物镜可调焦系统的附近设置所述温度传感器用于采集所述红外调焦镜(4)和所述红外第一物镜(5)所处环境的温度采样值Tn。
进一步地，通过激光测距获取距离采样值Ln。
进一步地，所述步骤S5中，选取5-8组温度采样值Tn、距离采样值Ln和位置采样值Pn，确定任一清晰点处的目标位置双曲线函数。
进一步地，所述步骤S5具体包括：根据多组温度采样值Tn、距离采样值Ln和位置采样值Pn，通过线性拟合或多项式拟合拟合出任一清晰点处的目标位置双曲线函数。
(三)有益效果
本发明提出一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，通过选取红外物镜可调焦系统，并通过位置传感器获取位置采样值Pn，通过温度传感器获取温度采样值Tn，通过测距方法获取观察位置至目标区域或对象的距离采样值Ln，通过获取多组数据确定任一清晰点处的目标位置双曲线函数，将该目标位置双曲线函数存入所述红外物镜可调焦系统的程序，从而根据温度、距离值即可得到不同距离、不同温度的清晰成像位置值，通过调焦电机自动控制红外系统的光学镜片位置，实现特定距离的聚焦成像。从而根据不同的温度，不同的距离值，拟合出清晰位置采样值，实时调用位置参数，实现不同距离的清晰成像。该方法对于特定距离也能够自动控制红外系统的光学镜片位置，实现清晰成像；对不同的温度通过在算法中加入了温度参数，也实现了温度补偿。该方法可根据不同的系统进行参数调整，适用性更宽泛。
附图说明
图1为本发明的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法的流程图；
图2为本发明的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法的光学方案；
图3为本发明的红外物镜可调焦系统。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明为了解决传统红外光学系统只能在一定距离范围内的场景能够清晰成像，提出了基于双曲线插值的具有温度补偿的距离聚焦伺服控制方法，通过距离信息、温度信息，自动控制红外系统的光学镜片位置，实现特定距离的聚焦成像控制算法。
为了说明本发明的主要实施方案，下面将结合附图(图1、图2、图3)进行实施方案的原理性说明。
图2中(a)为红外第一物镜，(b)为红外调焦镜。
图3中(1)为调焦电机，(2)为红外探测器，(3)为红外第三物镜，(4)为红外调焦镜，(5)为红外第一物镜(6)为位置传感器
本发明的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法的过程如图1所示。
实时方案过程如下：
S1、确定红外光学系统设计方案：不同的光学设计方案后期将得到不同的曲线参数，本专利中红外光学系统为如图3所示的红外物镜可调焦系统，其对应的光学系统方案如图2所示。图3所示的红外物镜可调焦系统包括调焦电机1、红外探测器2、红外第三物镜3、红外调焦镜4、红外第一物镜5和位置传感器6；调焦电机1用于调整红外调焦镜4和红外第一物镜5之间的距离；位置传感器6用于获取红外调焦镜4和红外第一物镜5之间的距离作为位置采样值Pn；在图3的红外物镜可调焦系统附近设置温度传感器用于采集红外调焦镜4和红外第一物镜5所处环境的温度采样值Tn。
S2、图像全区域选取；选取包含目标区域或对象的图像全区域；
S3、对红外物镜可调焦系统调焦，如图3所示，调焦使图像全区域成像清晰，并通过位置传感器6获取位置采样值Pn，通过温度传感器获取温度采样值Tn，获取观察位置至目标区域或对象的距离采样值Ln，距离采样值Ln通过激光测距或者其他测距方法获取；
S4、每当变换不同距离的观测目标区域或对象时，调焦清晰并实时采集当前清晰点处位置传感器6的位置采样值Pn及温度传感器的温度采样值Tn，获取观察位置至目标区域或对象的距离值Ln；
S5、根据多组温度采样值Tn，距离采样值Ln，对应清晰点处的位置采样值P，确定任一清晰点处的目标位置双曲线函数F(P)＝f(T)+f(L)。
S6、将双曲线函数F(P)＝f(T)+f(L)存入所述红外物镜可调焦系统的程序中，后续根据温度、距离值即可得到不同距离、不同温度的清晰成像位置值。
S7、根据该清晰成像位置值自动通过调焦电机1控制所述红外物镜可调焦系统的红外镜片位置，最终得到任一距离的清晰成像视频。
实施例1
下面将结合光学系统和视频源进行详细实施过程说明。
详细实施方式如下：
S1、红外物镜可调焦系统选用焦距为70mm的系统；
S2、选取视频图像全区域作为观察区域；例如，选取包含待观察的目标无人机的视频图像全区域作为观察区域；
S3、红外物镜可调焦系统调焦，通过调焦使图像全区域成像清晰，并记录位置采样值P1，温度值采样值T1，获取观察处至目标观察区域的距离值L1；
S4、当目标无人机位置变化导致观察区域变化时，红外物镜可调焦系统调焦，通过调焦使图像全区域成像清晰，并记录位置采样值P2，温度值采样值T2，以及观察目标区域距离值L2；
S5、实施例中选取了五组距离值，分别可以得到P3、T3、L3，P4、T4、L4，P5、T5、L5；在其他实施例中，也可以选取5-8组距离值；
S6、根据上述五组温度传感器值T，距离值L，对应清晰点位置采样值P，可以拟合出(线性拟合、多项式拟合等均在本专利保护范围内)位置双曲线函数F(P)＝f(T)+f(L)。
S7、将上述双曲线写成程序存入红外物镜可调焦系统的程序中，可实时根据双曲线函数拟合值得到任一距离和任一温度的清晰成像位置值。
S8、最终根据该清晰成像位置值自动通过调焦电机1伺服控制红外物镜可调焦系统的光学镜片位置，实施输出清晰视频图像。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，其特征在于，所述伺服控制方法包括如下步骤：
S1、选取红外物镜可调焦系统，所述红外物镜可调焦系统包括调焦电机(1)、红外调焦镜(4)、红外第一物镜(5)和位置传感器(6)；所述调焦电机(1)用于调整所述红外调焦镜(4)和所述红外第一物镜(5)之间的距离；所述位置传感器(6)用于获取所述红外调焦镜(4)和所述红外第一物镜(5)之间的距离作为位置采样值Pn；
S2、选取包含目标区域或对象的图像全区域；
S3、对所述红外物镜可调焦系统调焦使所述图像全区域成像清晰，并获取位置采样值Pn、温度采样值Tn、以及观察位置至目标区域或对象的距离采样值Ln；
S4、变换不同距离的观测目标区域或对象，调焦使所述图像全区域成像清晰并实时采集当前清晰点处的位置采样值Pn、温度采样值Tn以及观察位置至目标区域或对象的距离采样值Ln；
S5、根据多组温度采样值Tn、距离采样值Ln和位置采样值Pn，确定任一清晰点处的目标位置双曲线函数F(P)＝f(T)+f(L)；
S6、将所述双曲线函数F(P)＝f(T)+f(L)存入所述红外物镜可调焦系统的程序中，实时根据温度值、距离值以及所述双曲线函数得到不同距离、不同温度的清晰成像位置值；
S7、根据该清晰成像位置值自动通过所述调焦电机(1)伺服控制所述红外物镜可调焦系统的红外镜片位置，最终得到任一距离的清晰成像；
所述步骤S5具体包括：根据多组温度采样值Tn、距离采样值Ln和位置采样值Pn，通过多项式拟合拟合出任一清晰点处的目标位置双曲线函数。
2.如权利要求1所述的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，其特征在于，所述红外物镜可调焦系统选用焦距为70mm的系统。
3.如权利要求1所述的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，其特征在于，所述图像全区域为包含待观察的目标无人机的视频图像全区域。
4.如权利要求1所述的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，其特征在于，通过温度传感器获取温度采样值Tn。
5.如权利要求4所述的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，其特征在于，在所述红外物镜可调焦系统的附近设置所述温度传感器用于采集所述红外调焦镜(4)和所述红外第一物镜(5)所处环境的温度采样值Tn。
6.如权利要求1所述的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，其特征在于，通过激光测距获取距离采样值Ln。
7.如权利要求1所述的基于双曲线插值的温度补偿距离聚焦伺服控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，选取5-8组温度采样值Tn、距离采样值Ln和位置采样值Pn，确定任一清晰点处的目标位置双曲线函数。
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