基于面阵CCD的相机自动调焦技术

    0 引 言

    在所有的地面相机中,成像前都要进行手动和自动对焦,以获得最佳分辨力图案,而现有的国产航空相机则充分利用相机景深、不设对焦功能,这就限了航空相机平台的飞行高度,另一方面,国外航空相机则采用了自准直原理补偿环境焦距误差和从飞行平台引入高度信号相结合方式完成相机对焦。但这种对焦方式,决定了侦照系统不能独立工作,制约了相机的适用。

    文献[1]给出的线阵CCD交汇测量系统对点目标测量准确度很高,但不适用于面目标,若用面阵CCD替代线阵CCD,并利用小波变换具有的良好多尺度分辨能力和边缘图像的内、外标量特征,将较好地解决面目标中目标点的确定,从而实现航空相机的自动调焦。

    1 测量原理

    1.1 距离测量方法

    用面阵CCD替代线阵CCD后,距离测量原理与线阵CCD相同。图1是安装在航空相机两侧面阵CCD测量原理图。

    在该系统中,两个CCD性能参数完全相同,且以相机光轴为对称轴,以CCD1镜头节点o1为坐标原点,以两CCD镜头节点连线o1o2为X轴,建立如图坐标系,两镜头节点距离为d,两光轴倾角分别为A、B,目标点A通过镜头在两CCD面上的成像距离分别为h1、h2。相应的符号规则为:A、B以y轴为起点,顺时针旋转为正,逆时针旋转为负;像高h1、h2以各自的光轴为准,左侧为负,右侧为正,两CCD镜头焦距相同为f。根据文献[1],目标点坐标(x,y)应为

    同时根据文献[1]的结论,该交汇系统在最优化结构布局的条件是B=-A,并且为保证测距系统在实测距离时计算方便,目标点s选择相机主光轴与地面交点,即h1= h2= h,在此条件下,目标点y坐标,即相机拍照距离为

    1.2 目标点确定

    根据上述分析,利用交汇系统测量相机高度,关键是如何确定目标中位于相机主光轴上的点在CCD面上的像。根据小波变换具有的最佳的时频局域化特征和多尺度分析能力,提取图像边缘特征,并以此为基础判断目标点的位置。

    设CCD输出的二维信号实函数为f(x,z),取高斯函数为平滑函数其一阶导数为

    那么在尺度2j条件下,在x方向和y方向的小波变换可表示为

    从理论上讲,小波变换的模极大值点对应于图像的边缘,为了简化运算,统一取域值为m0,若取m2jf(x,z) > m0,即作为边缘点,这不影响图像固有的边缘特征。为提高计算速度,从x,z两个方向进行边缘探测,得到边缘部分为1,其余部分为0的二值化图像。为减小定位误差,面阵CCD与相机的相对安装位置如图2所示。