一种TDICCD航空相机焦平面检测方法

摘要

本发明公开了一种TDICCD航空相机焦平面检测方法，将TDICCD进行多级分区，即将原总级数为N单输出的TDICCD分为n个区域，每个区域的级数为N/n，使原TDICCD的单输出变为n个输出；检焦时在TDICCD前切入楔形光学玻璃以改变光程，实现多焦平面位置成像，即每个分区域对应一个焦平面位置，各焦平面所成的图像的清晰度代表离焦程度，这样可以通过一次扫描完成对同一场景的n个焦平面位置成像，获得n幅图像，最后根据每个区域的图像的清晰度评价函数对比得出并记录最佳焦平面位置，检焦结束后，切出楔形光学玻璃，再由切入时记录的最佳焦平面位置折算出切出后的最佳焦平面位置，这样可以通过一次扫描成像完成焦平面检测，提高检焦的效率和精度。

说明书

技术领域

本发明属于航空航天成像技术领域，具体涉及一种TDICCD航空相机焦平面检测方法。

背景技术

为了得到清晰图像，TDICCD长焦距航空相机(下文简称相机)在航空成像前通常要进行焦平面搜索，目前一般通过自准直检焦方法或传统图像检焦方法。自准直检焦方法采用爬山法搜索调焦总行程内的最佳焦平面位置，该方法搜索时间长，收敛速度慢，此外在复杂的航空条件下，自准直检焦采用的检焦光敏元件与成像元件(TDICCD)结构独立性，会对检焦精度产生一定影响；现有的图像检焦算法只能对同一场景的多焦平面位置成像来进行焦平面检测，然而TDICCD相机是一种线阵相机，成像时需要旋转机械结构对景物扫描，因此其单次扫描周期可达3秒量级，如果改变20个焦平面位置成像则需要分钟量级。航空相机载机飞行速度较快，景物变化很快，要保证对同一场景成像需要固定相机视轴目标指向，然而在载机的高速飞行状态下，受光机结构的限制，很难实现保持一分钟时长的目标凝视，因此现有的图像检焦算法无法满足TDICCD航空相机的使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种TDICCD航空相机焦平面检测方法，可以通过一次扫描完成对同一场景的多焦平面位置成像，进行焦平面检测，提高检焦的效率和精度。

一种TDICCD航空相机焦平面检测方法，包括如下步骤：

步骤1、将TDICCD传感器的总行数均匀划分成至少2份，则TDICCD传感器上得到至少两个分区；

步骤2、在TDICCD传感器上放置一块能覆盖整个感光区域的楔形玻璃；TDICCD传感器上每个分区对应的楔形玻璃的厚度相同；则楔形玻璃在每个分区因材料厚度导致的光程增量公式为Δx＝AL'(n

步骤3、航空相机对同一目标沿TDI方向摆扫成像，每一个分区对应生成一幅图像，则生成n幅对同一目标的图像；

步骤4、针对步骤3获得的每一幅图像，获得每一幅图像的清晰度评价函数值；确定评价函数值最大的分区，继而确定该分区对应的光程增量Δx，作为最佳焦平面位置；

步骤5、移走楔形玻璃，将TDICCD的感光面移动至最佳焦平面位置，完成对焦过程。

较佳的，选取sobel数字图像处理算法获得每一幅图像的清晰度评价函数值。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种TDICCD航空相机焦平面检测方法，将TDICCD进行多级分区，即将原总级数为N单输出的TDICCD分为n个区域，每个区域的级数为N/n，使原TDICCD的单输出变为n个输出；检焦时在TDICCD前切入楔形光学玻璃以改变光程，实现多焦平面位置成像，即每个分区域对应一个焦平面位置，各焦平面所成的图像的清晰度代表离焦程度，这样可以通过一次扫描完成对同一场景的n个焦平面位置成像，获得n幅图像，最后根据每个区域的图像的清晰度评价函数对比得出并记录最佳焦平面位置，检焦结束后，切出楔形光学玻璃，再由切入时记录的最佳焦平面位置折算出切出后的最佳焦平面位置。这样可以通过一次扫描成像完成焦平面检测，提高检焦的效率和精度。

附图说明

图1为TDICCD分区前后工作原理示意图。

图2为检焦原理示意图。

图3为多焦平面位置清晰度评价函数理论曲线图。

图4为模拟景物目标(靶标)示意图(540×540)。

图5为多焦平面位置清晰度评价函数实际曲线图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明利用TDICCD传感器的成像特点，将TDICCD分区后，在相机的一次扫描过程中，TDICCD的每个分区按照时间、空间顺序对同一目标区域多次成像，其中根据TDICCD的总行数与每个区域所需要的行数来确定分区个数。不同TDICCD分区间的光程步长为固定值，成像后应用基于模糊偏差估计的sobel图像处理算法寻找最佳焦平面位置，其清晰度评价函数理论曲线图如图3所示。

具体实施步骤如下：

步骤1、将TDICCD传感器的总行数N均匀划分成n份，则TDICCD传感器上得到n个分区，每个分区具有N/n行；其中，n根据实际需求确定，最小取2；n越大，检测的精度越高；

步骤2、如图2所示，在TDICCD传感器上放置一块能覆盖整个感光区域的楔形玻璃；TDICCD传感器上每个分区对应的楔形玻璃的厚度相同，使得相同分区成像的清晰度相同，不同分区的清晰度有差别。

需要说明的是，楔形玻璃的厚度根据航空相机的焦平面变化总范围确定：假如焦平面变化总范围为-400μm～400μm，即总行程800μm，TDICCD分20区，每个区对应楔形玻璃光程增量为40μm，所以一次拍照就可以获取整个800μm离焦范围的同一景物区域图像。楔形玻璃的厚度导致的光程增量公式为Δx＝AL'(n

步骤3、航空相机对同一目标沿TDI方向摆扫成像，每一个分区对应生成一幅图像，则生成n幅对同一目标的图像。其中，图4为拍摄的靶标。

步骤4、针对步骤3获得的每一幅图像，选取sobel数字图像处理算法，获得每一幅图像的清晰度评价函数值；本实施例中，20个分区对应得到20个评价函数值，对其进行插值后，得到40个函数值，曲线如图5所示；离焦程度越大，函数幅值越低；越接近理想焦平面，评价函数值最大；确定评价函数值最大的分区，继而确定该分区对应的光程增量Δx，作为最佳焦平面位置。

步骤5、移走楔形玻璃，控制电机驱动执行机构将TDICCD的感光面移动至最佳焦平面位置，完成对焦过程。

本发明的TDICCD航空相机焦平面检测方法，通过先将TDICCD传感器进行分区，在TDICCD传感器上放置楔形玻璃，使得每个分区对应不同的离焦量，通过一次摆扫成像，得到各分区的清晰度评价值，选出最大评价值对应的离焦量，即为相机系统中调焦反射镜应该调整的焦平面位置；相比于传统的多次摆扫成像检焦方法，本发明方法可通过一次成像检测到最佳焦平面，大大缩短了检测时间，提高了效率，很好的适应TDICCD航空相机的成像模式。

实施例：

步骤1、试验相机采用某长焦距相机为例，采用DALSA公司定制的200级TDICCD探测器，CameraLink接口。配置TDICCD分为20个区，每个区10行，相当于TDICCD每个区级数为10。

步骤2、相机光学系统焦距为1500mm，半焦深为70μm。

步骤3、焦平面变化总范围为-400μm～400μm，总行程800μm，TDICCD分20区，每个区对应楔形玻璃变化增量为40μm，所以一次拍照就可以获取整个800μm离焦范围的同一景物区域图像。

步骤4、图像清晰度评价函数选取sobel算法生成评价曲线(如图5)。找到峰值点，记录峰值点所对应的位置，并结合楔形玻璃的厚度计算出最佳焦平面的位置。

步骤5、移走楔形玻璃，控制电机驱动执行机构将TDICCD的感光面移动至最佳焦平面位置，完成对焦过程。

在实验室中利用以上焦平面检测方法实现远距离目标对焦，并对平行光管模拟的远距离靶标成像进行试验验证，靶标成像如图4所示，验证了该方法的有效性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。