变焦距镜头组的自适应调焦的实现

　　0　引言

　　在光电跟踪测量设备上,为了准确的测量被跟踪目标的运动轨迹,就要使被跟踪目标在CCD靶面上成像清晰,这就要求光学镜头组在跟踪过程中实时调整焦距,以使成像清晰.一般靶场光测设备的调焦或依靠人眼观察手动调焦,或根据距离信息进行距离调焦以保证像面的清晰.在没有距离信息时,可以利用峰值检测电路自动调焦[1].也可以利用CCD交汇测量技术自动调焦[2].本实验主要采用图像处理技术,对采集的一幅图像进行梯度处理,对处理结果冒泡排序,同时统计最大梯度值点的个数,以此作为双重判据以判断成像是否清晰.

　　1　ST16160镜头组工作原理及特性曲线

　　对于理想光学系统,不管结构如何,只要知道基点的位置,成像性质就确定了.其调焦依据为高斯公式[3].

　　ST16160变焦距镜头由两组镜片组成.一组调整放大倍数,另外一组调整像面位置,两组镜片配合调整以使像面清晰.实际应用中采用电机控制,一组控制变焦,另一组控制聚焦.其变焦距范围为16.0~160 mm.由于ST16160镜头变焦、聚焦分别是两组控制电机控制.为了实现自动调焦必需在使用前用平行光管标定多个焦距点的位置.首先手动调整焦距到某一位置,同时调整聚焦组标定无穷远的位置,由平行光管中观察到的对线数,算出此点的放大倍数,同时记录下两个同轴电位器的电压值.重复上述过程,完成各点的标定.把记录值输入到MATLAB,拟和出特性曲线,如图1所示.

　　2　自适应调焦的实现

　　有距离信息自动调焦方式必须外加测量设备或是必须有雷达引导的距离信息,同时还要考虑温度对光学系统及机械系统的影响,这就使这种自动调焦的使用方式受到了限制.随着数字图像处理技术的发展,使无距离信息时的自适应调焦成为了可能.以下针对在实验室的调试过程及其结果作一详细的论述.

　　2.1　图像采集卡的基本结构及工作原理图像卡的结构如图2所示.

　　视频图像经多路切换器,A/D解码将数据送到数据缓冲器.经裁剪、比例压缩及数据格式转换后,由内部精简指令系统计算(RISC)控制图形覆盖与数据传输,数据目标位置由软件确定,可以是显存,也可以是计算机内存.本系统调试中把图像存储在主机内存中,然后对内存中的存储数据进行处理.

　　2.2原理样机系统构成

　　样机由以下几部分组成:主控计算机、大恒图像采集卡、CV-S3200 CCD相机、ST16160自动调光变焦镜头、数据通讯卡、控制计算机、A/D卡、D/A卡、电机驱动板、信号调理板.

　　2.3　图像处理算法及快速定位算法

　　一幅图像是否对焦准确,反映在空间域上是图像的边界及细节部分是否清晰.在数字图像处理中,图像尖锐化处理可以得到图像的边缘及灰度跳变部分的信息.微分法是图像尖锐化方法之一[4].