一种对地观测星载可见光传输型相机的在轨调焦方法

摘要

本发明公开了一种对地观测星载可见光传输型相机的在轨调焦方法。当相机光学系统离焦超过一定程度时，相机所成的图像频域存在零点。根据离焦后的相机图像，在频域可以寻找出零点位置。当已知频域零点位置时，根据该零点的位置计算出离焦引起的点扩散函数的半径并估计最佳焦面位置，再根据不同焦面位置所成的图像清晰度来判断调焦方向，即可确定最佳焦面位置；当图像频域没有零点时，此时已处于最佳焦面位置附近，计算其附近焦面图像清晰度来判断调焦方向，确定最佳焦面位置。本发明保证了在轨调焦的高精度和高效性，提高光学遥感器在轨成像性能和图像质量。

主权项

一种对地观测星载可见光传输型相机的在轨调焦方法，其特征在于步骤如下：1)确认相机在轨成像参数调整到位，并获取相机的中心波长、相对孔径、调焦步距、调焦放大倍数、像元尺寸、调焦范围；2)根据步骤1)得到的中心波长λ、相对孔径的倒数F、调焦步距l、调焦放大倍数n，计算相机半焦深Δ和一个焦深对应的调焦步数L；3)以初始焦面位置P₀为基准，对相机进行步数为2L的粗调焦，获取绝对焦面位置在P₀+4L、P₀+2L、P₀－2L、P₀－4L、P₀的五组图像；调焦执行后，焦面回到初始焦面位置P₀；4)确认图像是否满足分析使用要求，即要求图像具有城镇、农田、树林等地物目标且云盖率<20％，若不满足，则重复步骤3)；若满足，则跳至步骤5)；5)分别对步骤3)得到的五个焦面位置的图像进行预处理，采用目标场景自动筛选算法Function1，以行、列像元数分别为M、N的窗口w(x,y)对步骤4)中五个焦面图像中心视场进行检测，分别获取每幅图像中Function1计算结果最大的w(x,y)作为目标区域；结合调焦软件的离焦评价算法Function2计算五个焦面位置w(x,y)的频域零点f₀，从而得到这五个焦面位置与最佳焦面位置的理论偏差S，分别记为S₀₊₂，S₀₊₁，S_0‑1，S_0‑2，S₀；6)根据偏差计算结果确定调焦步数及调焦方向，通过步骤5)获得的五个焦面位置与最佳焦面位置的理论偏差S确定理论最佳焦面位置，记为P₁，将当前相机焦面调整至P₁；7)以位置P₁为基准，对相机进行步数为L的调焦，获取绝对焦面位置在P₁+L、P₁－L、P₁的三幅图像；调焦执行后，当前相机焦面回到位置P₁；8)确认图像是否满足分析使用要求，若不满足，则重复步骤7)；若满足，则跳至步骤9)；9)采用目标场景自动筛选算法Function1，以行、列像元数分别为M、N的窗口w(x,y)对步骤7)三个焦面图像中心视场进行检测，分别获取每幅图像中Function1计算结果最大的w(x,y)作为目标区域；结合调焦软件的清晰度评价算法Function3计算三个焦面位置w(x,y)的清晰度，并比较计算所得清晰度大小，将当前相机焦面调整至所成图像最清晰所对应的焦面位置，记为P₂；10)根据步骤2)一个焦深对应的调焦步数L计算精调焦步数L₁；11)以焦面P₂为基准，对相机进行步数为L₁的精调焦，获取绝对焦面位置在P₂+2L₁、P₂+L₁、P₂－L₁、P₂－2L₁、P₂的五组图像；调焦执行后，当前相机焦面回到位置P₂；12)确认图像是否满足分析使用要求，若不满足，则重复步骤11)；若满足，则跳至步骤13)；13)采用目标场景自动筛选算法Function1，以行、列像元数分别为M、N的窗口w(x,y)对步骤11)五个焦面图像中心视场进行检测，分别获取每幅图像中Function1计算结果最大的w(x,y)作为目标区域；结合调焦软件的清晰度评价算法Function3计算五个焦面位置w(x,y)的清晰度，并比较计算所得清晰度大小，清晰度最大的图像所对应的焦面位置为最佳焦面位置P₃；14)将相机的焦面位置调整至最佳焦面位置P₃，完成在轨调焦。