1 中国科学院 合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所， 大气光学重点实验室，安徽合肥23003
2 中国科学技术大学，安徽合肥3006
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽合肥2007
对于恒星光斑成像，传统的梯度评价算法在重度离焦情况下梯度细节薄弱，难以识别正确的调焦方向。为了实现跟星系统对恒星的快速成像和可靠跟踪，建立了针对恒星成像特征进行评价的自动调焦系统，对系统的聚焦评价算法、自动调焦结构以及自动控制系统进行研究。通过跟星系统成像的灰度分布情况分析光斑图像梯度特征在正焦和离焦时的区别。根据恒星光斑成像灰度级差异变化的特点，将背景值纳入评价贡献，在传统的梯度评价函数中加入光斑信号灰度差异贡献。设计适用改进算法的调焦硬件结构和系统结构，利用步进电机和调焦底座组成调焦组件，通过计算控制单元驱动调焦组件实现自动调焦系统。利用搭载调焦系统的跟星装置进行实验和分析。实验结果表明：自动调焦装置能够在跟星系统中稳定地进行调焦工作，且改进算法相对于传统梯度算法有着更好的调焦方向性，在保持传统梯度算法67%灵敏度的同时，将局部极值点减小为0。改进算法不受梯度细节薄弱影响，能够在不同离焦程度下保持较好的调焦方向性和正焦灵敏性，跟星系统在搭载自动调焦装置后能够快速搜索合适焦距并进行大气光学特性测量。
恒星聚焦 自动调焦 图像清晰度 步进电机 跟星系统 stellar focus auto focus image clarity stepper motor follow-star system 光学 精密工程
2023, 31(14): 2009
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
当自动对焦用于玻罗板线纹等方向性强的目标时，线纹方向的不确定性导致一些清晰度函数的鲁棒性降低甚至无法找到对焦位置。针对上述问题，通过Hough直线检测得到离焦线纹的角度，构建一种基于Hough变换的线纹清晰度评价函数，该函数的灰度算子垂直于线纹，对线纹方向变化具有较强的鲁棒性。为了比较线纹方向对清晰度函数性能的影响，对5组不同角度的线纹图像进行评价，得到清晰度曲线，并引入平缓区标准差等参数对曲线进行定量评定。实验结果表明，与传统的评价函数相比，基于Hough变换的评价函数的平缓区均值减小59.85%，标准差减小46.05%，对焦偏差减小92.63%，平均运行时间减少36.37%，镜头焦距的相对误差减小62.12%。
测量 自动对焦 清晰度评价 焦距测量 放大率法 Hough变换
1 萍乡学院机械电子工程学院，江西 萍乡 337055
2 中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083
光条成像质量是决定线结构光三维测量精度的重要因素之一。为解决现有光条成像质量评价方法对整体与细节评价兼顾不全、评价依据单一等问题，提出了一种线结构光条成像质量多参数综合评价方法。首先从图像一维熵、局部对比度和光条清晰度三方面，对渐变曝光时间下采集的系列光条图像进行特征分析。接着以系列图像的光心提取精度反向评价光条成像质量，并分析多特征参数随光心提取精度的变化规律。在此基础上，实现多特征参数对系列光条图像质量的综合评价，并构建多参数综合量化评价模型。实验结果表明：与已有方法相比，所提方法评价结果更准确、有效，由评得优质光条图像重构出的高精度齿条轮廓精度最高，其Rssa值仅为0.022。
仪器，测量与计量 线结构光 光条成像质量 多参数综合评价 图像一维熵 局部对比度 光条清晰度 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0712005
1 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210034
望远镜自动调焦技术在提高天文观测效率和观测精度方面有着重要的作用。针对云南天文台1.2 m望远镜系统在观测空间目标时受外界多重因素影响下的像点离散、能量分散等问题，提出了一种改进定心精度的半通量直径（HFD-ICA）实时自动调焦清晰度评价算法。该方法在进行图像预处理的基础上，采用改进的强度加权质心法（improved IWC），以亚毫米的精度迭代计算星像质心；然后测出星像HFD，根据HFD值用双曲线法拟合出V型调焦曲线。经过大量实验表明，该算法在指导望远镜调焦时能够迅速找到焦点位置，其精确定焦率与高精度天文图像处理软件IRAF的计算结果相当，在调焦过程中平均处理时长为4.7 s，耗时仅为IRAF的1/10，满足1.2 m望远镜自动调焦的实时性与精度要求。所提方法的调焦效率大致提高37%，具有一定的可行性与实用性。
测量 自动调焦 望远镜 图像清晰度 评价算法
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为解决弱特征区域中航空相机成像清晰度检测的问题，根据前后两次图像间具有重叠区域的特点，提出了一种基于数字高程模型（DEM）的航空相机图像清晰度检测方法。该方法在引入高精度DEM数据后，以重投影误差最小化原则修正航空成像模型，应用尺度不变特征转换（SIFT）算法进行特征匹配，并利用特征点偏移位置计算主距变化量，最终将主距变化量作为清晰度检测的标准以实现弱特征区域航空图像的清晰度检测。实验表明，所提算法对不同清晰度的弱特征区域航空图像均能进行清晰度检测，其检测均方根误差为16.275 ，小于光学系统的半焦深（19.2 ），能够满足航空相机的实际工程精度要求。
图像处理 航空相机 清晰度检测 数字高程模型 航空成像模型 特征匹配
红外与激光工程
2023, 52(1): 20220342
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220238
哈尔滨理工大学 机械动力工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080
针对结构光测量时手工调节相机参数易导致图像质量的随机性，进而导致标定精度的下降及调参环节重复繁琐的问题，提出了一种结构光测量的相机标定自适应调参方法。首先，设计了一套相机自动调参装置，根据三个调参环调节时的图像变化机理，选取标定板面积占比、图像清晰度及图像对比度三个参数，分别定义焦距调节环、对焦环及光圈调节环。其次，为实现相机的高精度标定自适应参数调节，针对传统Brenner函数的缺陷，通过一种改进的Brenner自动阈值函数，实现对图像清晰度的精确快速对焦，并对标定板图像感兴趣区域的前景与背景进行分割，计算图像对比度，根据标定的重投影误差，确定标定相机的最优调节区间，以自适应调参搜索控制方法进行标定参数调节。最后，为提高自适应标定调参时电机的搜索定位速度，建立了调参函数模型，并通过物距及像素长度自适应计算焦距。三维测量调参实验表明，相比于手工标定，基于提出的调参方法能在5 s内实现自动调参，且重投影误差减少66.57%。
结构光测量 自动调参 清晰度评价 自动曝光 相机标定 structural light measurement automatic parameter adjustment clarity evaluation automatic exposure camera calibration 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210778
1 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
合成孔径成像系统是下一代光学望远镜的发展趋势。当子孔径间的活塞误差校正在一定范围时, 能保证系统的成像质量。提出了一种基于Q学习的光学合成孔径系统的校正范围在±λ/2内的精共相活塞误差校正方法。把合成孔径成像系统的图像清晰度作为奖励函数, 将子孔径的光程补偿控制动作和状态相结合, 在不断学习中提高智能体的决策能力, 以达到生成最优控制策略的目的, 从而快速校正活塞。通过仿真搭建环境, 所建立的智能体模型能在存在活塞误差的环境中获得Q学习中的状态-价值表, 并且能通过Q表获取从初始状态到最佳成像性能的快速校正路径序列, 同时不受目标场景的限制, 验证了该方法的有效性与可靠性。
合成孔径 Q学习 活塞误差 图像清晰度 智能体 synthetic aperture Q-learning piston error image clarity agent
暨南大学理工学院广州市可见光通信重点实验室，广东 广州 510632
针对AR光学系统中虚像视距（VID）测量方法基于主观判断、易受摄影系统的景深干扰等问题，从VID的测量原理出发，提出了利用景深特性使AR虚像视距与参考实物物距保持一致的方法，通过构建实验系统和分析算法，采用基于边缘的空间频率响应检测同一摄影系统在拍摄虚像和参考实物过程中图像清晰度的相对变化，将VID转换为摄影系统在相应对焦位置时的远景距离，实现对AR光学系统VID的定量测量。实验结果表明：设计的VID测量系统的测量结果（1397 mm）与所测的AR波导镜片样品的理论设计值（1400 mm）相符，说明了该测量系统的有效性；测量误差为10~40 mm，即将理论误差降低到传统测量方法的1.6%~6.45%，显著提高了VID的测量精度。该方法仅基于常用实验器件即可实现AR光学系统VID的测量，有利于将VID检测系统更便捷地投入到AR设备的生产和研发环境中，助力AR设备设计和生产工艺的进步。
增强现实 虚像视距 景深 图像清晰度 空间频率响应 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011017
