一种低慢小目标跟踪系统中聚焦标定及调整方法

技术领域

本发明涉及目标跟踪领域，具体的说，是一种低慢小目标跟踪系统中聚焦标定及调整方法。

背景技术

目前的低慢小目标跟踪系统多为利用雷达进行大范围目标搜索，雷达搜索到目标后使用雷达检测的目标信息引导光电设备搜索锁定目标进行跟踪的方式来实现系统功能。由于雷达具有目标的距离信息，因此在引导光电设备搜索锁定目标时，光电设备中光学系统的焦距值可以很方便的使用目标距离信息来进行计算或标校。通常在进行光学系统的焦距标校时，会记录聚焦清晰位置，供雷达引导时使用。

但是由于光学镜头采用的光学器件易受温度变化影响，温度的变化会造成聚焦清晰位置发生变化，尤其是在观测远距离目标的长焦状态下，聚焦位置的微弱的变化就会造成光学系统的成像清晰度发生很大的变化，导致成像模糊，光电系统就无法有效完成目标搜索锁定跟踪任务。

同时由于系统主要跟踪低慢小目标，目标在画面中占比小、对比度低，目前常用的自动聚焦技术在这种场景中，很容易出现无法找到聚焦点聚焦失败或聚焦过程中大范围快速搜索导致目标在画面中的特征急剧变化甚至消失，最终无法有效完成聚焦或聚焦过程中造成目标丢失。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种低慢小目标跟踪系统中聚焦标定及调整方法，结合温度标校及小目标微动聚焦的方式，实现跟踪过程中快速有效的自动聚焦。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低慢小目标跟踪系统中聚焦标定及调整方法，本方法包括温度标校和小目标微动聚焦两部分，温度标校具体过程为：

S11）、光电设备安装后，选取一观测场景作为自动标校场景，要求观测场景距离光电设备5km以上并且观测场景中有明显的标志物，将光电设备的光学镜头调节至最长焦并聚焦清晰，记录此时光电设备的方位角、俯仰角、焦距值、聚焦值及环境温度值；

S12）、开启自动标校流程，每隔时间T读取环境温度值，当环境温度变化超出设定阈值并且跟踪系统未工作于检测跟踪状态时，跟踪系统控制光电设备转向观测场景，调节焦距值最长焦并进行自动聚焦，自动聚焦完成后，记录此时的环境温度值、焦距值、聚焦值；

S13）、当每隔时间T读取的环境温度值与跟踪系统中已经保存的环境温度值相同时，对同一温度值的聚焦位置进行加权处理，将处理后的数值保存至跟踪系统中；加权处理公式为：

F=φ*Fcur+（1-φ）*Flast；

其中F为当前温度需要保存的聚焦位置，φ为加权系数，Fcur为当前温度下读取的聚焦清晰时的聚焦位置，Flast为前一次保存的聚焦位置，聚焦位置通过聚焦值表达；

S14）、重复步骤S02）和步骤S03），形成温度焦距标校数据表，并不断更新数据，保证标校数据准确；

小目标微动聚焦具体过程为：

S21）、将光学镜头的焦距进行划分，每隔一段焦距划分一个标定点；

S22）、记录每个焦距标定点画面由目标轮廓清晰至轮廓消失时，聚焦值在聚焦近和聚焦远两个方向上的变化量，对所有标定点进行标校；

S23）、当需要进行微动聚焦时，首先读取当前光学镜头的焦距值，查表得到其相邻的两个标定点为A和B；设标定点A的聚焦近变化量为ΔA-，聚焦远变化量为ΔA+，标定点B的聚焦近变化量为ΔB-，聚焦远变化量为ΔB+，则进行微动聚焦的粗搜索时，当向聚焦近方向搜索时，单步位移不超过((ΔA-)+(ΔB-))/10，在向聚焦远方向搜索时，单步位移不超过((ΔA+)+(ΔB+))/10，单向总搜索位移量不超过((ΔA-)+(ΔB-))*0.75及((ΔA+)+(ΔB+))*0.75。

进一步的，步骤S21）中，长焦状态下划分的标定点多于短焦状态下划分的标定点。

进一步的，对于最长焦700mm的光学镜头，标定点划分方式为：

600mm至700mm，焦距每相差5mm设置为一个标定点；

400mm至600mm，焦距每相差10mm设置为一个标定点；

100mm至400mm，焦距每相差15mm设置为一个标定点；

100mm以下，焦距每相差20mm设置为一个标定点。

进一步的，φ大于0.5并且小于1。

进一步的，φ取值为0.8。

进一步的，步骤S12）中，每隔30分钟读取环境温度值。

进一步的，步骤S12）中，当环境温度变化超出1摄氏度并且跟踪系统未工作于检测跟踪状态时，跟踪系统控制光电设备转向观测场景。

进一步的，步骤S12）记录的环境温度值做四舍五入处理。

本发明的有益效果：本发明提出一种低慢小目标跟踪过程中自动聚焦调整方法，结合温度标校及小目标微动聚焦的方式，实现跟踪过程中快速有效的自动聚焦。使用本发明能够在低慢小目标跟踪系统空闲时，自动完成光学设备的镜头聚焦位置标定，在系统进行低慢小目标引导跟踪时，保证光学设备能够对目标较为清晰的成像，从而能够有效地识别并锁定跟踪目标，在锁定目标后，平稳地微调聚焦位置，保证目标跟踪平稳地前提下使成像达到最清晰的状态。同时由于本发明为自动标定、自动调节聚焦位置，使用时基本无需人工干预，可以节省了大量的人力成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种低慢小目标跟踪系统中聚焦标定及调整方法，本方法包括温度标校和小目标微动聚焦两部分，温度标校的具体过程为：

S11）、光电设备安装后，选取一观测场景作为自动标校场景，要求观测场景距离光电设备5km以上并且观测场景中有明显的标志物，将光电设备的光学镜头调节至最长焦并聚焦清晰，记录此时光电设备的方位角、俯仰角、焦距值、聚焦值及环境温度值；

S12）、开启自动标校流程，每隔30分钟读取环境温度值，当环境温度变化超过1摄氏度并且跟踪系统未工作于检测跟踪状态时，跟踪系统控制光电设备转向观测场景，调节焦距值最长焦并进行自动聚焦，自动聚焦完成后，记录此时的环境温度值、焦距值、聚焦值。记录温度时，对温度做四舍五入处理，使记录的温度数据始终为整数，便于后续处理。

S13）、当每隔30分钟读取的环境温度值与跟踪系统中已经保存的环境温度值相同时，对同一温度值的聚焦位置进行加权处理，将处理后的数值保存至跟踪系统中，减小系统误差；加权处理公式为：

F=φ*Fcur+（1-φ）*Flast；

其中F为当前温度需要保存的聚焦位置，φ为加权系数，Fcur为当前温度下读取的聚焦清晰时的聚焦位置，Flast为前一次保存的聚焦位置，所述聚焦位置通过聚焦值表达。

由于光学系统使用过程中，存在机械磨损等老化问题，因此需要对新采集的数据赋予更高的权值，即φ大于0.5并且小于1，本实施例中，φ取值为0.8。

S14）、重复步骤S02）和步骤S03），形成温度焦距标校数据表，并不断更新数据，保证标校数据准确；

S15）、在执行雷达引导锁定跟踪时，系统读取当前环境温度值，并根据已经保存的标校数据做线性映射，控制聚焦位置。此时可以保证目标在视频画面中成像基本清晰。

由于聚焦电机控制精度及线性映射的误差等问题，雷达引导锁定跟踪时，计算出的聚焦位置可能并不能够使目标在画面中处于最清晰的状态，此时在采用小目标微动聚焦算法进行慢速自动聚焦，使目标的图像特征缓慢变化至清晰状态，不影响跟踪的稳定性。

小目标微动聚焦具体过程为：

S21）、将光学镜头的焦距进行划分，每隔一段焦距划分一个标定点；

由于在长焦状态下，聚焦值的变化度画面影响最为显著，因此长焦状态下划分的标定点要多于短焦状态的标定点。例如对于最长焦700mm的光学镜头，可以如此划分：

600mm至700mm，焦距每相差5mm设置为一个标定点；

400mm至600mm，焦距每相差10mm设置为一个标定点；

100mm至400mm，焦距每相差15mm设置为一个标定点；

100mm以下，焦距每相差20mm设置为一个标定点。

S22）、记录每个焦距标定点画面由目标轮廓清晰至轮廓消失时，聚焦值在聚焦近和聚焦远两个方向上的变化量，对所有标定点进行上述标校过程。

S23）、当需要进行微动聚焦时，首先读取当前光学镜头的焦距值，查表得到其相邻的两个标定点为A和B；设标定点A的聚焦近变化量为ΔA-，聚焦远变化量为ΔA+，标定点B的聚焦近变化量为ΔB-，聚焦远变化量为ΔB+，则进行微动聚焦的粗搜索时，当向聚焦近方向搜索时，单步位移不超过((ΔA-)+(ΔB-))/10，在向聚焦远方向搜索时，单步位移不超过((ΔA+)+(ΔB+))/10，单向总搜索位移量不超过((ΔA-)+(ΔB-))*0.75及((ΔA+)+(ΔB+))*0.75。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。