一种用于空间光学相机在轨自适应调焦的方法技术

本发明专利技术公开的用于空间光学相机在轨自适应调焦的方法，具体步骤包括：（１）空间光学相机在轨自动调焦过程中，每调节一次相机离焦量就对地拍摄一幅图像，经过数次拍摄后得到序列图像；（２）通过配准算法计算出两幅相邻图像间的位移量，继而找出它们的重叠部分；（３）对重叠部分进行图像清晰度评价计算，得到以两幅相邻图像为一组的若干组图像清晰度评价值；（４）按照每相邻两组图像具有一个相同的图像清晰度评价值，将一系列图像的清晰度评价值通过传递映射到同一个评价体系中，继而找出最佳对焦位置。该方法能够实现空间相机在轨运动过程中短时间完成自动对焦。适用于对焦时间较短且调焦频率较高的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间光学相机在轨运动过程中自适应调焦的方法。
技术介绍
空间遥感相机在轨飞行期间会因为受空间环境、气压的变化以及发射过程中冲 击、振动等的影响，导致相机焦面的变化超过允许的范围，继而产生离焦。因此采取有效的 自动对焦技术是保证遥感相机拍摄出高质量图像的关键技术之一。传统的数码相机对焦都 是相机在相对静止的环境下完成的，而空间相机对焦面临的最大困难就是在不断地绕地球 旋转。 空间相机是在轨运动的，因此间隔时间内所拍摄的图像中的景物是不完全相同的，直接进行清晰度评价计算就会因每次拍摄的景物不相同而出现误对焦问题。目前用于空间相机自适应调焦方法主要有一、重复拍摄的方法，即卫星对某地拍摄一幅图像后，等待卫星再次掠过该地上空时重复拍摄图像，经过多次这样的拍摄过程后可以得到图像序列，之后通过清晰度评价算法计算，找出最佳对焦位置；二、利用基于功率谱的对焦评价函数实现自适应调焦的方法，该方法由王昕、王海霞等人于2007年6月在电子器件期刊上发表的《基于功率谱的遥感相机自动调焦算法研究与实现》 一文中提出。重复拍摄法能够精确的对焦但是一次完整的对焦需要的时间周期长，对于如敏捷卫星这种实时性要求高的卫星系统是不适用的。基于功率谱对焦的方法虽然能够实现短时间完成对焦，但它的理论基础是任意景物都有相似的功率谱，而事实上并非完全如此，森林、海洋、城市等的功率谱相差还是比较大的，因此这种方法局限性比较大，且对焦成功率可能比较低。 基于以上描述，专利技术一种能够短时间内完成自动对焦，且成功率比较高的方法意义是非常巨大的。
技术实现思路
针对空间相机自动对焦的迫切需要，本专利技术的目的是提供，以实现空间相机在轨运动过程中短时间完成自动对焦。 本专利技术的用于空间光学相机在轨自适应调焦的方法，包括以下步骤 1)空间光学相机在轨调焦过程中每调节一次相机离焦量对地拍摄一幅图像，数次拍摄得到序列图像， 2)通过配准算法计算出序列图像中每两幅相邻图像间的位移量和重叠部分； 3)对重叠部分进行图像清晰度评价计算，得到以两幅相邻图像为一组的若干组图 像清晰度评价值； 4)按照每相邻两组图像具有一个相同的图像清晰度评价值，将若干组图像的清晰 度评价值通过传递映射到同一个评价体系中，以图像清晰度最大的评价值所对应的图像作 为准确对焦位置。 上述的配准算法可选用互相关法、相位相关法或灰度投影法等。 两幅相邻图像间的位移是指直线位移，如水平方向位移、垂直方向位移或斜方向 位移。 图像清晰度评价计算方法可选用能量梯度函数法、拉普拉斯函数法或方差梯度函 数法等。 本专利技术能够在较短的时间内找出对焦最清晰的位置，并且只要所拍摄的照片细节 足够多就能保证相对较高的成功率。本专利技术可直接应用于现有的卫星系统、航拍系统上，尤 其如敏捷卫星这种对于实时性要求比较高的卫星系统。附图说明 图1是移动的空间相机拍摄示意图； 图2是移动的相机自动对焦示意图； 图3是序列图像清晰度评价值传递方法的原理图； 图4是图像序列的评价结果。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。 本专利技术的用于空间光学相机在轨自适应调焦的方法，包括以下步骤 1)空间光学相机在轨调焦过程中每调节一次相机离焦量对地拍摄一幅图像(见图l)，数次拍摄得到序列图像。例如在本例中通过数码相机对遥感照片进行拍摄来模拟空间相机对地成像过程，实验中相机边移动边调焦并经过数次拍摄后共得到10幅图像a j ，每幅图像大小为2048X3072，每次拍摄图像之前都会进行微量调焦，所以每幅图像都存在一定的离焦量，在实验拍摄过程中序列图像e是最佳对焦位置； 2)通过配准算法(此例选用互相关法)计算出10幅图像中每两幅相邻图像间的 水平位移量(具体见表l第一列)和重叠部分。移动的相机自动对焦如图2所示，图(a)中 1、2、3、4表示由数码相机在移动过程中拍摄的序列图像中的其中四幅图像，其中，图(b)的 1图像、2图像为第一组相邻图像，图(c)的2图像、3图像为第二组相邻的图像，图(d)的3 图像、4图像为第三组相邻的图像，它们中的阴影部分就是需要计算的图像间的重叠区域； 3)对重叠部分按能量梯度法作为清晰度评价计算因子(式(l))进行图像清晰度 评价计算， <formula>formula see original document page 4</formula> 式中I (x， y)为图像在点(x， y)处的灰度值。 得到以两幅相邻图像为一组的9组图像清晰度评价值(具体数值见表1第二、第 三列)。 4)按照每相邻两组图像具有一个相同的图像清晰度评价值，将9组图像的清晰度 评价值通过传递映射到同一个评价体系中，以图像清晰度最大的评价值所对应的图像作为 准确对焦位置。 以三幅图像为例说明传递映射的原理(见图3): 1)利用数字图像清晰度评价算法(能量梯度法)分别计算相邻两幅图，即图(a)中的1图像、2图像的重叠区域图像的清晰度评价值，得到第一组数据并将其在坐标平面中 表示，即图(c)中显示的黑点A与黑点B，黑点A代表1图像的清晰度评价值，黑点B代表2 图像的清晰度评价值，； 2)同样的方法计算图(b)中的2图像与3图像的重叠区域图像，得到第二组清晰 度评价值，将其在坐标平面中表示，即图(c)中显示的黑点C与黑点D，黑点C代表2图像的 清晰度评价值，黑点D代表3图像的清晰度评价值； 3)在两组相邻图像中2图像是公共的，因此理论上B与C应是同一点(造成其不 为同一点的原因是两次计算中在2图像上所取的景物区域是不同的，景物的不同将引起评 价值的变化)，本例中采用清晰度评价值B代替C点的值(即采用黑点B代替黑点C的值)， 表现在坐标平面上就是图(c)中黑点C到黑点B的箭头部分。利用传递公式S二D承B/C，式 中B、 C分别是相邻两组图像的第一组重叠区域图像在公共图像上的清晰度评价值和第二 组重叠区域图像在公共图像上的清晰度评价值，此例中B是2图像和1图像重叠区域(阴 影部分)在2图像上的清晰度评价值，C是2图像和3图像重叠区域(阴影部分)在2图 像上的清晰度评价值，D是第二组图像中第二幅图像的清晰度评价值，此例中相当于是3图 像。通过公式计算得出D点相对于A点的数值，在图(c)中为d点，图(c)中D点到d点的 箭头表示这一过程。这样这两组数据映射到同一评价体系中了。 在本例中就是对a j十幅序列图像经过清晰度评价计算后得到9组清晰度 评价值，分别为(81.65,89.81)、 (101. 03， 110. 65) 、 (88. 04， 117. 07) 、 (131.23,175.54)、 (173. 42， 111. 09) 、 (123. 99， 91. 98) 、 (99. 04， 83. 46) 、 (81. 58， 79. 67) 、 (78. 76， 79. 38)(见表1中的第三、二列所示)，映射到同一评价体系后清晰度评价数值S(即规整化的清晰度评价 值，具体可见表l中的第五列)。在平面上画出S值所对应的点并连接后得出其轨迹图(见 图4)，从图4中可直观的看到映射到同一个评价体系中的评价结果。通过寻找清晰度评价 值的最大值位置最后得出最佳对焦图像是图e。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空间光学相机在轨自适应调焦的方法，其特征在于包括以下步骤：１）空间光学相机在轨调焦过程中每调节一次相机离焦量对地拍摄一幅图像，数次拍摄得到序列图像，２）通过配准算法计算出序列图像中每两幅相邻图像间的位移量和重叠部分；３）对重叠部分进行图像清晰度评价计算，得到以两幅相邻图像为一组的若干组图像清晰度评价值；４）按照每相邻两组图像具有一个相同的图像清晰度评价值，将若干组图像的清晰度评价值通过传递映射到同一个评价体系中，以图像清晰度最大评价值所对应的图像作为准确对焦位置。

【技术特征摘要】
一种用于空间光学相机在轨自适应调焦的方法，其特征在于包括以下步骤1)空间光学相机在轨调焦过程中每调节一次相机离焦量对地拍摄一幅图像，数次拍摄得到序列图像，2)通过配准算法计算出序列图像中每两幅相邻图像间的位移量和重叠部分；3)对重叠部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯华君，孟希羲，徐之海，李奇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]