CN115407479A - 一种望远镜主光路自动高精度调焦方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及望远镜调焦领域，具体涉及一种望远镜主光路自动高精度调焦方法及系统。该方法及系统首先多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值，再采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量，实现自动调焦的功能。通过本发明可以实现由不同影响因素确定调焦位置，然后自动调整主光路的焦距，达到当外界因素变化时，实现自动调焦的目的。

Description

一种望远镜主光路自动高精度调焦方法及系统

技术领域

本发明涉及望远镜调焦领域，具体而言，涉及一种望远镜主光路自动高精度调焦方法及系统。

背景技术

望远镜主光路的调焦系统一般采用调整镜组或调整相机，调焦系统的准确性对于后端光路对准及相机的成像具有关键性的作用，若是不能精确调焦，则会造成离焦，成像不清晰，严重影响成像质量。而调焦系统需调整的调焦量在不同工况下会受到工作温度、观测目标的物距以及望远镜的俯仰轴位置等因素的影响。

目前一般对望远镜的主光路调焦时，通过观测或记录图像的离焦状态，根据离焦状态计算出需要调整的调焦量，然后在手动或直接给调焦机构发送调焦指令，带动调焦机构进行调焦，达到调焦的目的。但是采用该种方法容易造成调焦滞后的现象，尤其是在高速动态目标跟踪时，目标物距变化较大，变化速度也较快，因此需要调整的焦距量也较大，速度较快，通过采集图像离焦计算出调焦量必然会产生调焦滞后，造成不能正确的调焦。另外调焦受到各个因素影响较多，观测目标距离变化时，需要调焦。在望远镜俯仰轴发生变化时，会导致主光路焦距变化，需要调焦。温度发生变化时亦会造成主光路焦距变化，也需要调焦，因此仅仅通过图像很难判定由于何种原因造成的焦距变化，也很难判定计算需要调焦多少。

发明内容

本发明实施例提供了一种望远镜主光路自动高精度调焦方法及系统，以至少解决现有技术中无法判定焦距变化的因素及对应调焦量的技术问题。

根据本发明的一实施例，提供了一种望远镜主光路自动高精度调焦方法，包括以下步骤：

多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值；

采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量。

进一步地，影响望远镜焦距的若干个因素包括：目标位置的物距、温度值、望远镜俯仰轴位置值。

进一步地，目标位置变化包括观测一个目标，该目标的运动位置发生改变，或者望远镜更换观测目标时，不同目标的位置不同。

进一步地，采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量包括：

多次测量一因素数据改变时对调焦量的影响，通过观测图像获得最佳调焦位置，同时记录反馈获得的绝对调焦位置量，同时依次改变其他两个影响因素，获得两个因素对调焦量的影响，然后通过多元非线性回归最小二乘拟合方法拟合获得多元非线性回归方程。

进一步地，采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量包括：

通过在焦图像及当前图像进行比对，判定当前图像是否在焦，当图像在焦时，记录调焦位置反馈值，然后根据调焦位置反馈值采用多元非线性最小二乘拟合方法获得初步调焦控制量；

初步调焦控制量与调焦位置反馈值进行比较，采用调焦闭环控制量获得位置偏差。

根据本发明的另一实施例，提供了一种望远镜主光路自动高精度调焦系统，包括：

传感器单元，用于多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值；

控制器，用于采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量。

进一步地，由控制器通过控制指令控制调焦机构按照所需调焦量运行调焦。

进一步地，调焦系统位于望远镜的主焦点位置上，通过望远镜主光路的调焦机构驱动调焦相机或镜组，改变其位置来实现主光路的调焦。

进一步地，计算出不同因素需求的调焦量后，然后给自动调焦位置的控制器发送调焦指令，以驱动主光路调焦机构带动调焦相机或镜组进行运动。

进一步地，调焦系统中安装有高精度的位置传感器及温度传感器，同时将望远镜的俯仰轴的角度信息传送给调焦机构的控制器以进行统计调焦计算；

其中调焦系统中安装的位置传感器精确测量调焦机构的实时位置，望远镜俯仰轴的位置值通过编码器精确测量并传送到调焦系统中，调焦系统中安装的温度传感器测量外部工作温度，目标位置的物距通过目标轨道信息及望远镜安装位置信息计算得出。

一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的望远镜主光路自动高精度调焦方法。

一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的望远镜主光路自动高精度调焦方法。

本发明实施例中的望远镜主光路自动高精度调焦方法及系统，首先多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值，再采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量，实现自动调焦的功能。通过本发明可以实现由不同影响因素确定调焦位置，然后自动调整主光路的焦距，达到当外界因素变化时，实现自动调焦的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明望远镜主光路自动高精度调焦方法的流程图；

图2为本发明望远镜主光路自动高精度调焦系统的分布及组成图；

图3为本发明望远镜主光路自动高精度调焦方法中俯仰轴变化时调焦位置曲线图；

图4为本发明望远镜主光路自动高精度调焦方法中调光调焦控制架构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明一实施例，提供了一种望远镜主光路自动高精度调焦方法，参见图1，包括以下步骤：

S100:多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值；

S200:采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量。

本发明实施例中的望远镜主光路自动高精度调焦方法，首先多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值，再采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量，实现自动调焦的功能。通过本发明可以实现由不同影响因素确定调焦位置，然后自动调整主光路的焦距，达到当外界因素变化时，实现自动调焦的目的。

其中，影响望远镜焦距的若干个因素包括：目标位置的物距、温度值、望远镜俯仰轴位置值。

其中，目标位置变化包括观测一个目标，该目标的运动位置发生改变，或者望远镜更换观测目标时，不同目标的位置不同。

其中，采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量包括：

多次测量一因素数据改变时对调焦量的影响，通过观测图像获得最佳调焦位置，同时记录反馈获得的绝对调焦位置量，同时依次改变其他两个影响因素，获得两个因素对调焦量的影响，然后通过多元非线性回归最小二乘拟合方法拟合获得多元非线性回归方程。

其中，采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量包括：

通过在焦图像及当前图像进行比对，判定当前图像是否在焦，当图像在焦时，记录调焦位置反馈值，然后根据调焦位置反馈值采用多元非线性最小二乘拟合方法获得初步调焦控制量；

初步调焦控制量与调焦位置反馈值进行比较，采用调焦闭环控制量获得位置偏差。

下面以具体实施例，对本发明的望远镜主光路自动高精度调焦方法进行详细说明：

本发明分析望远镜主光路焦距变化产生原因，采用多次测量试验测试不同原因对主光路成像焦距的影响，然后采用统计分析的方法利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量，直接由控制器通过控制指令控制调焦机构按照所需调焦量运行，进而实现自动调焦的功能。为实现高精度准确调焦，在调焦系统中安装高精度的位置反馈原件(位置传感器)及温度传感器，同时将望远镜的俯仰轴的角度信息传送给调焦机构的控制器以进行统计调焦计算。

本发明中的调焦系统分布及组成如图2所示，其中望远镜包括方位轴和俯仰轴，方位轴平行于地平面进行旋转运动，俯仰轴垂直于地平面进行旋转运动，具体运动方向如图2所示。望远镜主光路的调焦系统位于望远镜的主焦点位置上，通过主光路的调焦机构驱动调焦相机或镜组，改变其位置来实现主光路的调焦。通过图中所示可以发现，当观测目标位置发生变化时，为获得清晰的图像，焦距会发生改变，需要进行调焦。其中目标位置变化包括观测一个目标，该目标的运动位置发生改变。或者望远镜更换观测目标时，不同目标的位置不同。在观测目标时，望远镜的方位轴和俯仰轴会发生改变，此时调焦系统由于受到重力作用，焦距会发生改变，需要调焦。在不同的季节，工作温度会有较大的变化，此时也需要进行调焦。

望远镜工作时，在不同的工作状态下，多次采集影响望远镜焦距的各个因素的数据，采集目标位置的物距、温度值、望远镜俯仰轴位置值，采用数据统计的方法，利用多元非线性回归分析方法拟合计算出不同因素需求的调焦控制量，然后给自动调焦位置的控制器发送调焦指令，以驱动主光路调焦机构带动调焦相机或镜组进行运动。其中调焦系统中安装调焦机构的位置传感器精确测量调焦机构的实时位置，望远镜俯仰轴的位置值通过编码器精确测量并传送到调焦系统中，调焦系统中安装温度传感器测量外部工作温度，目标位置的物距通过目标轨道信息及望远镜安装位置信息计算得出。

本发明中通过数据统计多元非线性回归拟合计算方法获得调焦量，对调焦量的影响因素具体为目标位置物距、工作环境温度、望远镜俯仰轴位置。多次测量此数据因素改变时对调焦量的影响，通过观测图像获得最佳调焦位置，同时记录调焦机构反馈获得的绝对调焦位置量，同时依次改变其他两个影响因素，获得两个因素对调焦量的影响，然后通过多元非线性回归最小二乘拟合方法拟合获得多元非线性回归方程。其中记录调焦调整量为P_c，记录目标位置的物距为D，记望远镜俯仰轴的位置为EL，记录工作温度T，记录调焦位置反馈为P_f，多元变量X＝(D,T,EL)，因此可知多元函数P_c＝f(D,T,EL)。

通过改变目标位置物距进行测量D，将改变多次的目标位置记录为D₁,D₂....D_N，多次改变温度值T，记录温度值T₁,T₂...T_N，多次改变俯仰轴位置EL，记录俯仰轴位置为EL₁,EL₂...EL_N，在每次目标位置物距，温度和俯仰轴发生改变时，通过手动开环控制调焦机构驱动调焦相机或镜组，同时通过图像进行观测，当图像通过调焦清晰后，记录此时的调焦机构位移反馈值P_f0、P_f1...P_fN。则可以记录：

{P_f0、P_f1...P_fN}＝f(X_i)＝f(D_i,T_i,EL_i)(i＝1,2,...N)

其中N为实际采样点数。

可以将多个影响因素与调焦量之间建立一个n元函数关系式如下，其中n为影响元素数量：

因此可以求解一个函数

使得函数满足：

其中W_i为拟合函数的权。

而

可以取三角函数，也可以取多项式形式。

通过试验测试，调焦位置反馈量与温度呈线性关系，与观测目标物距呈线性关系，与俯仰轴位置值呈非线性关系。由测试数据可知，俯仰轴从水平到天顶方向运行时(0°～85°)，主光路调焦位置与俯仰轴位置呈一种非线性关系，但当俯仰轴从天顶方向运行时(85°～0°)，主光路调焦位置与俯仰轴位置呈另外一种非线性关系。具体如图3所示，因此本发明对此进行分段处理。

具体为判定望远镜俯仰轴运行的速度，其中俯仰轴运行的速度通过俯仰轴的传送回来的位置进行计算，俯仰轴控制器以一定的频率T_k发送给调焦的控制器，在当前时刻t_k的俯仰轴的位置值为θ_k，在上一时刻t_k-1的俯仰轴的位置值θ_k-1，此时的俯仰轴速度：

1.当v_k＞0时，即是望远镜从水平到天顶运动时，采用正弦拟合的方法。由上可知，其中函数形式：

其中α₀,α₁...α_n包括权系数和拟合系数。

拟合后取

记

α₃＝α₃'b；

获得b后，则可以获得：

带入一组实际测量数据X₀,EL₀；

则可以得到

则把非线性参数化为量线性参数精后可以计算。

2.当v_k＜0时，即是望远镜从天顶到水平运动时，采用多项式拟合的方法。

拟合后取

为获得拟合系数：

定义

由取极值得必要条件知，满足条件

的解

便构成了拟合系数。因此可以获得法方程组：

其中：

将拟合函数由非线性化为线性后，根据所测的数据，可以求多元线性函数：

使得函数满足:

相应的法方程组可以写为:

其中(x₁₁,x₁₂....x_1N)＝(D₁,D₂....D_N)；

(x₂₁,x₂₂....x_2N)＝(T₁,T₂....T_N)；

(x₃₁,x₃₂....x_3N)＝(EL₁,EL₂....EL_N)；

(y₁,y₂....y_N)＝(P_f0、P_f1...P_fN)；

最终

通过此种方法可以获得各个拟合系数，最终可以通过拟合系数获得拟合公式：

由拟合出来的曲线便可以求得控制器采样间隔内任一不同物距、温度及望远镜俯仰轴条件下的调焦指令值，进而将该指令值前馈到调焦控制器中进行调焦控制。具体的调焦控制架构如图4所示。

由图4可知，通过多次试验获得不同温度、不同观测目标物距及不同望远镜俯仰轴位置条件下，通过在焦图像及当前图像进行比对，判定当前图像是否在焦，当图像在焦时，记录调焦位置反馈值，然后根据测量的值采用上述多元非线性最小二乘拟合方法获得调焦控制量。同时与调焦位置反馈进行比较，采用调焦闭环控制量获得位置偏差P_err＝P_c-P_f，其中调焦反馈通过低通滤波器进行噪声滤波然后再进行计算，其中滤波通过以下计算：

P_ff(n)＝(1-β)P_ff(n-1)+βP_f(n)

其中

为滤波系数，T_s为控制器的采样时间，一般是闭环计算时间间隔，f_c为低通滤波器的截止频率，高于此截止频率的调焦反馈位置的噪声被滤掉。

由以上计算出的调焦控制量P_cc通过控制调焦机构运动进而实现调焦的目的。

其中调焦闭环控制器可以采用抗积分饱和积分分离数字PID控制器或采用其他闭环控制器，若采用抗饱和的数字增量式PID控制器，其中增量式算法可以减少位置式的累加计算量。可以获得控制增量ΔP_cc(k)和控制量P_cc(k)：

P_cc(k)＝P_cc(k-1)+ΔP_cc(k)；

其中K_p为PID的比例系数，T_i为积分系数，T_d为微分系数。χ为积分分离参数。

设定一个误差阈值ε＞0，当误差P_cc(k)＞ε，取消积分项，当P_cc(k)＜ε，增加积分项。

由此可以计算出位置输出，驱动调焦机构进行运动。

通过本发明可以实现由不同影响因素确定调焦位置，然后自动调整主光路的焦距，达到当外界因素变化时，实现自动调焦的目的。

实施例2

根据本发明的另一实施例，提供了一种望远镜主光路自动高精度调焦系统，包括：

传感器单元，用于多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值；

控制器，用于采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量。

本发明实施例中的望远镜主光路自动高精度调焦系统，首先多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值，再采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量，实现自动调焦的功能。通过本发明可以实现由不同影响因素确定调焦位置，然后自动调整主光路的焦距，达到当外界因素变化时，实现自动调焦的目的。

其中，由控制器通过控制指令控制调焦机构按照所需调焦量运行调焦。

其中，调焦系统位于望远镜的主焦点位置上，通过望远镜主光路的调焦机构驱动调焦相机或镜组，改变其位置来实现主光路的调焦。

其中，计算出不同因素需求的调焦量后，然后给自动调焦位置的控制器发送调焦指令，以驱动主光路调焦机构带动调焦相机或镜组进行运动。

其中，调焦系统中安装有高精度的位置传感器及温度传感器，同时将望远镜的俯仰轴的角度信息传送给调焦机构的控制器以进行统计调焦计算；

其中调焦系统中安装的位置传感器精确测量调焦机构的实时位置，望远镜俯仰轴的位置值通过编码器精确测量并传送到调焦系统中，调焦系统中安装的温度传感器测量外部工作温度，目标位置的物距通过目标轨道信息及望远镜安装位置信息计算得出。

下面以具体实施例，对本发明的望远镜主光路自动高精度调焦系统进行详细说明：

本发明分析望远镜主光路焦距变化产生原因，采用多次测量试验测试不同原因对主光路成像焦距的影响，然后采用统计分析的方法利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量，直接由控制器通过控制指令控制调焦机构按照所需调焦量运行，进而实现自动调焦的功能。为实现高精度准确调焦，在调焦系统中安装高精度的位置反馈原件(位置传感器)及温度传感器，同时将望远镜的俯仰轴的角度信息传送给调焦机构的控制器以进行统计调焦计算。

本发明中的调焦系统分布及组成如图2所示，其中望远镜包括方位轴和俯仰轴，方位轴平行于地平面进行旋转运动，俯仰轴垂直于地平面进行旋转运动，具体运动方向如图2所示。望远镜主光路的调焦系统位于望远镜的主焦点位置上，通过主光路的调焦机构驱动调焦相机或镜组，改变其位置来实现主光路的调焦。通过图中所示可以发现，当观测目标位置发生变化时，为获得清晰的图像，焦距会发生改变，需要进行调焦。其中目标位置变化包括观测一个目标，该目标的运动位置发生改变。或者望远镜更换观测目标时，不同目标的位置不同。在观测目标时，望远镜的方位轴和俯仰轴会发生改变，此时调焦系统由于受到重力作用，焦距会发生改变，需要调焦。在不同的季节，工作温度会有较大的变化，此时也需要进行调焦。

望远镜工作时，在不同的工作状态下，多次采集影响望远镜焦距的各个因素的数据，采集目标位置的物距、温度值、望远镜俯仰轴位置值，采用数据统计的方法，利用多元非线性回归分析方法拟合计算出不同因素需求的调焦控制量，然后给自动调焦位置的控制器发送调焦指令，以驱动主光路调焦机构带动调焦相机或镜组进行运动。其中调焦系统中安装调焦机构的位置传感器精确测量调焦机构的实时位置，望远镜俯仰轴的位置值通过编码器精确测量并传送到调焦系统中，调焦系统中安装温度传感器测量外部工作温度，目标位置的物距通过目标轨道信息及望远镜安装位置信息计算得出。

本发明中通过数据统计多元非线性回归拟合计算方法获得调焦量，对调焦量的影响因素具体为目标位置物距、工作环境温度、望远镜俯仰轴位置。多次测量此数据因素改变时对调焦量的影响，通过观测图像获得最佳调焦位置，同时记录调焦机构反馈获得的绝对调焦位置量，同时依次改变其他两个影响因素，获得两个因素对调焦量的影响，然后通过多元非线性回归最小二乘拟合方法拟合获得多元非线性回归方程。其中记录调焦调整量为P_c，记录目标位置的物距为D，记望远镜俯仰轴的位置为EL，记录工作温度T，记录调焦位置反馈为P_f，多元变量X＝(D,T,EL)，因此可知多元函数P_c＝f(D,T,EL)。

通过改变目标位置物距进行测量D，将改变多次的目标位置记录为D₁,D₂....D_N，多次改变温度值T，记录温度值T₁,T₂...T_N，多次改变俯仰轴位置EL，记录俯仰轴位置为EL₁,EL₂...EL_N，在每次目标位置物距，温度和俯仰轴发生改变时，通过手动开环控制调焦机构驱动调焦相机或镜组，同时通过图像进行观测，当图像通过调焦清晰后，记录此时的调焦机构位移反馈值P_f0、P_f1...P_fN。则可以记录：

{P_f0、P_f1...P_fN}＝f(X_i)＝f(D_i,T_i,EL_i)(i＝1,2,...N)

其中N为实际采样点数。

可以将多个影响因素与调焦量之间建立一个n元函数关系式如下，其中n为影响元素数量：

因此可以求解一个函数

使得函数满足：

其中W_i为拟合函数的权。

而

可以取三角函数，也可以取多项式形式。

通过试验测试，调焦位置反馈量与温度呈线性关系，与观测目标物距呈线性关系，与俯仰轴位置值呈非线性关系。由测试数据可知，俯仰轴从水平到天顶方向运行时(0°～85°)，主光路调焦位置与俯仰轴位置呈一种非线性关系，但当俯仰轴从天顶方向运行时(85°～0°)，主光路调焦位置与俯仰轴位置呈另外一种非线性关系。具体如图3所示，因此本发明对此进行分段处理。

具体为判定望远镜俯仰轴运行的速度，其中俯仰轴运行的速度通过俯仰轴的传送回来的位置进行计算，俯仰轴控制器以一定的频率T_k发送给调焦的控制器，在当前时刻t_k的俯仰轴的位置值为θ_k，在上一时刻t_k-1的俯仰轴的位置值θ_k-1，此时的俯仰轴速度：

1.当v_k＞0时，即是望远镜从水平到天顶运动时，采用正弦拟合的方法。由上可知，其中函数形式：

其中α₀,α₁...α_n包括权系数和拟合系数。

拟合后取

记

α₃＝α₃'b；

获得b后，则可以获得：

带入一组实际测量数据X₀,EL₀；

则可以得到

则把非线性参数化为量线性参数精后可以计算。

2.当v_k＜0时，即是望远镜从天顶到水平运动时，采用多项式拟合的方法。

拟合后取

为获得拟合系数：

定义

由取极值得必要条件知，满足条件

的解

便构成了拟合系数。因此可以获得法方程组：

其中：

将拟合函数由非线性化为线性后，根据所测的数据，可以求多元线性函数：

使得函数满足:

相应的法方程组可以写为:

其中(x₁₁,x₁₂....x_1N)＝(D₁,D₂....D_N)；

(x₂₁,x₂₂....x_2N)＝(T₁,T₂....T_N)；

(x₃₁,x₃₂....x_3N)＝(EL₁,EL₂....EL_N)；

(y₁,y₂....y_N)＝(P_f0、P_f1...P_fN)；

最终

通过此种方法可以获得各个拟合系数，最终可以通过拟合系数获得拟合公式：

由拟合出来的曲线便可以求得控制器采样间隔内任一不同物距、温度及望远镜俯仰轴条件下的调焦指令值，进而将该指令值前馈到调焦控制器中进行调焦控制。具体的调焦控制架构如图4所示。

由图4可知，通过多次试验获得不同温度、不同观测目标物距及不同望远镜俯仰轴位置条件下，通过在焦图像及当前图像进行比对，判定当前图像是否在焦，当图像在焦时，记录调焦位置反馈值，然后根据测量的值采用上述多元非线性最小二乘拟合方法获得调焦控制量。同时与调焦位置反馈进行比较，采用调焦闭环控制量获得位置偏差P_err＝P_c-P_f，其中调焦反馈通过低通滤波器进行噪声滤波然后再进行计算，其中滤波通过以下计算：

P_ff(n)＝(1-β)P_ff(n-1)+βP_f(n)

其中

为滤波系数，T_s为控制器的采样时间，一般是闭环计算时间间隔，f_c为低通滤波器的截止频率，高于此截止频率的调焦反馈位置的噪声被滤掉。

由以上计算出的调焦控制量P_cc通过控制调焦机构运动进而实现调焦的目的。

其中调焦闭环控制器可以采用抗积分饱和积分分离数字PID控制器或采用其他闭环控制器，若采用抗饱和的数字增量式PID控制器，其中增量式算法可以减少位置式的累加计算量。可以获得控制增量ΔP_cc(k)和控制量P_cc(k)：

P_cc(k)＝P_cc(k-1)+ΔP_cc(k)；

其中K_p为PID的比例系数，T_i为积分系数，T_d为微分系数。χ为积分分离参数。

设定一个误差阈值ε＞0，当误差P_cc(k)＞ε，取消积分项，当P_cc(k)＜ε，增加积分项。

由此可以计算出位置输出，驱动调焦机构进行运动。

通过本发明可以实现由不同影响因素确定调焦位置，然后自动调整主光路的焦距，达到当外界因素变化时，实现自动调焦的目的。

实施例3

一种存储介质，存储介质存储有能够实现上述任意一项望远镜主光路自动高精度调焦方法的程序文件。

实施例4

一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的望远镜主光路自动高精度调焦方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种望远镜主光路自动高精度调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值；

采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量。

2.根据权利要求1所述的望远镜主光路自动高精度调焦方法，其特征在于，影响望远镜焦距的若干个因素包括：目标位置的物距、温度值、望远镜俯仰轴位置值。

3.根据权利要求2所述的望远镜主光路自动高精度调焦方法，其特征在于，目标位置变化包括观测一个目标，该目标的运动位置发生改变，或者望远镜更换观测目标时，不同目标的位置不同。

4.根据权利要求2所述的望远镜主光路自动高精度调焦方法，其特征在于，所述采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量包括：

多次测量一因素数据改变时对调焦量的影响，通过观测图像获得最佳调焦位置，同时记录反馈获得的绝对调焦位置量，同时依次改变其他两个影响因素，获得两个因素对调焦量的影响，然后通过多元非线性回归最小二乘拟合方法拟合获得多元非线性回归方程。

5.根据权利要求2所述的望远镜主光路自动高精度调焦方法，其特征在于，所述采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量包括：

通过在焦图像及当前图像进行比对，判定当前图像是否在焦，当图像在焦时，记录调焦位置反馈值，然后根据调焦位置反馈值采用多元非线性最小二乘拟合方法获得初步调焦控制量；

初步调焦控制量与调焦位置反馈值进行比较，采用调焦闭环控制量获得位置偏差。

6.一种望远镜主光路自动高精度调焦系统，其特征在于，包括：

传感器单元，用于多次采集影响望远镜焦距的若干个因素的数据值；

控制器，用于采用统计分析的方法并利用多元非线性回归方法获得调焦量与不同因素之间的关系，预先计算出调焦量。

7.根据权利要求6所述的望远镜主光路自动高精度调焦系统，其特征在于，由控制器通过控制指令控制调焦机构按照所需调焦量运行调焦。

8.根据权利要求6所述的望远镜主光路自动高精度调焦系统，其特征在于，所述调焦系统位于望远镜的主焦点位置上，通过望远镜主光路的调焦机构驱动调焦相机或镜组，改变其位置来实现主光路的调焦。

9.根据权利要求6所述的望远镜主光路自动高精度调焦系统，其特征在于，计算出不同因素需求的调焦量后，然后给自动调焦位置的控制器发送调焦指令，以驱动主光路调焦机构带动调焦相机或镜组进行运动。

10.根据权利要求6所述的望远镜主光路自动高精度调焦系统，其特征在于，所述调焦系统中安装有高精度的位置传感器及温度传感器，同时将望远镜的俯仰轴的角度信息传送给调焦机构的控制器以进行统计调焦计算；

其中调焦系统中安装的位置传感器精确测量调焦机构的实时位置，望远镜俯仰轴的位置值通过编码器精确测量并传送到调焦系统中，调焦系统中安装的温度传感器测量外部工作温度，目标位置的物距通过目标轨道信息及望远镜安装位置信息计算得出。

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