[发明专利]一种用于多光谱成像的快速调焦方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及调焦方法和调焦装置，具体涉及一种用于多光谱成像的快速调焦方法及装置。

背景技术

光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。光谱评价是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，两者各有其优缺点，因此，可以说光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术发展的必然结果，是二者完美结合的产物。光谱成像技术不仅具有光谱分辨能力，还具有图像位置空间的分辨能力，利用光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析，而且还能对其进行定位分析。

多光谱成像技术是将图像和光谱合为一体，不仅可以获取成像目标的几何形状信息，也可以识别目标的光谱特性差异。目标、伪目标和背景之间的光谱特征具有差异，在各个光谱通道具有不同的光谱亮度。通过多光谱成像的目标和背景之间的对比度反差增大，可有效抑制背景杂波，分辨真假目标，提高系统目标识别能力。多光谱成像技术已经在航空航天遥感、国土资源调查、森林防火、环境检测、海洋应用、农业估产等领域得到了广泛地应用。

多光谱成像技术利用一组滤光片将可见光分成至少5个光谱波段，每个光谱波段对应一个通道，在这些通道中对目标物体分别成像，然后将所有通道的单色图像合成为一幅多光谱图像，因此，这种技术也被广泛的应用于场景模拟、自然光频谱恢复以及光谱色测量等领域。

多光谱成像中所使用的滤光片和镜头在不同光谱波段下具有不同的折射率，导致各光谱波段成像的等效焦距不同，因而需要对每一光谱波段分别进行调焦，才能合成出清晰的多光谱图像。

传统的调焦装置可分两类：

（1）依靠特定的机械装置，驱动步进电机改变镜片彼此间或镜片与摄像机光电检测器之间的距离实现调焦的功能，这种调焦装置广泛应用于普通照相机；

（2）依靠特定的机械装置，固定镜片与摄像机之间的距离，改变摄像机和物体之间的距离实现调焦的功能，这种调焦装置一般应用于显微镜。

对于多光谱成像，可以采用第（1）类方法，但由于多光谱成像具有较多光谱波段，对每一光谱波段进行精确调焦，现有调焦方法效率较低，因此，需要开发一种用于多光谱成像的快速调焦方法及相应的调焦装置，高效率完成多光谱调焦，得到清晰的多光谱图像。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有的多光谱调焦技术中，对每一光谱波段进行精确调焦，所存在效率较低的缺陷，提供一种用于多光谱成像的快速调焦方法以克服上述缺陷。

本发明的一个方面提供了一种用于多光谱成像的快速调焦方法，利用各光谱波段聚焦清晰度随步进电机转动位置分布曲线的相似性，实现多光谱成像的快速调焦，得到清晰的多光谱图像；包括如下步骤：

S1、在多个成像通道中选定一个作为基准通道，调节步进电机的转动位置，计算步进电机所有转动位置的对应聚焦清晰度，得到基准通道聚焦清晰度随步进电机转动位置变化的第一分布曲线；

S2、对其余每个通道，选取至少3个步进电机转动位置，将所选位置的聚焦清晰度与第一分布曲线进行匹配，得到待调焦通道聚焦清晰度随步进电机转动位置变化的第二分布曲线，以及第二分布曲线与第一分布曲线的偏移值，根据该偏移值计算待调焦通道的调焦清晰位置；

S3、以计算得到的调焦清晰度位置为中心，以步进电机转动最小间隔进行细调焦，得到精确的调焦清晰位置。

本发明第一分布曲线是特指基准通道而言，而除了基准通道外其余通道有多个，每个通道会对应得到一条第二分布曲线，因此所述的第二分布曲线是泛指除了基准通道外其余每个通道聚焦清晰度随步进电机转动位置变化的曲线。

依据成像需要，利用滤光片将光谱分为多个光谱波段，每个光谱波段对应一个通道，在每个光谱波段也即每个通道内对目标物体依次成像，然后将所有通道内的清晰图像合成为多光谱图像。

作为优选，所述的步骤S1中，利用粗调焦和细调焦结合的策略进行调焦，即在步进电机较大的转动间隔内，对目标物体进行成像，评价聚焦清晰度，得到调焦粗略清晰位置，在其附近以步进电机转动最小间隔进行细调焦，得到调焦最清晰位置。

作为优选，步骤S1中利用灰度差分法计算聚焦清晰度。

作为优选，所述的步骤S1中利用插值法计算得到基准通道聚焦清晰度随步进电机转动位置变化的第一分布曲线。即用插值算法计算基准通道所有步进电机转动位置的聚焦清晰度，得到第一分布曲线。