[發明專利]一種用于紅外圖像分析自動聚集的裝置和方法

無效

• 申請號: 00809178.1
• 申請日: 2000-04-18
• 公開（公告）號: CN1357113A
• 公開（公告）日: 2002-07-03
• 發明（設計）人: 馬格努斯·赫爾斯特蘭德
• 申請（專利權）人: 前視紅外系統股份公司
• 主分類號: G02B7/36
• 分類號: G02B7/36
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李德山

發明技術領域

本發明總體上涉及紅外光學系統領域，尤其涉及在被觀測物體上進行自動聚焦所要求的設備和方法。

發明背景

當考慮紅外光學系統時，必須關心與這種紅外技術有關的若干物理特性。與可見光自動聚焦相比，透過物鏡(objective)的有限光能量構成了對紅外自動聚焦的額外難度。在上面提到的紅外光學系統中，約束部件(the?limiting?device)為探測單元和它的工作性能以及效率特性。這就是解釋過去自動紅外圖像分析聚焦的嘗試未能成功實現的其中一個原因。

Frank?R.?Boddeke等人在刊物Bioimaging，2，193-203(1994)上發表的文章中公開了一種用于自動聚焦的算法，包括使用一個聚焦函數，其中該算法構成了圖像分析自動聚焦的基礎。描述了使用單個和多個簡單的濾波器，以及在實際中減小噪聲的方法。

由于前面提到的與紅外自動聚焦設備相關的附加的困難，當嘗試處理低能量級的紅外光時，現有已知系統的復雜性會增加到一個不能被接受的程度。與這種紅外系統相關的主要問題是低f-數。紅外系統要求低f-數，由于這種要求，信噪比低，為了得到被觀察物體足夠的分辨率，必須對所得到的大量圖像進行分析。由于與較高處理量相關的額外增加的成本，且該成本最終會落在最后消費者身上，故在該物鏡中處理量受到限制。直到今天，對該問題依然沒有成功的解決方案。

以前，選擇圖像探測區域的中心區段作為聚焦窗口。該中心區段實際上處于與光軸垂直的位置。從而，作為傳統的處理方法，目前仍然被大多數先有已知的有效自動聚焦系統所使用。不過，該方法僅利用了被探測圖像的實際區域的一個最小部分，需要使用更大的或至少是被探測圖像的最大適宜區域作為聚焦窗口。

發明目的

本發明的一個目的在于提供一種用于紅外光學設備的自動聚焦裝置，和一種能夠在被觀測物體上自動聚焦的方法。

本發明的另一個目的在于提供一種用于紅外光學設備的自動聚焦裝置，其中考慮到光學系統中元件的發熱。

本發明的又一個目的在于提供一種紅外光學設備，在監控一任意過程中圖像被連續地很好地聚焦。

本發明的其他目的在于提供被探測圖像的最有價值的區域的分析方法，介紹一種用于自動聚焦系統的強大而有效的搜索操作，并公開了自動聚焦裝置中的一種有用且有效的聚焦函數。

發明概述

現在根據本發明介紹上述問題的一種解決方法。本發明是一種用于紅外光學設備的圖像分析聚焦裝置。它包括：可控的光學會聚裝置，最好是透鏡裝置；圖像探測裝置，光學會聚裝置將物體的圖像投影到該圖像探測裝置上；處理裝置，用于處理來自圖像探測裝置的信號以提供控制信號，控制光學會聚裝置將物體的圖像聚焦在圖像探測裝置上。

本發明的其特征在于該處理裝置中的搜索操作裝置分析該圖像探測裝置的圖像，以尋找根據預先確定的條件被進行聚焦的至少一個圖像窗口，該圖像窗口是圖像的一部分。一聚焦函數裝置，最好是在該處理裝置中，它在使用迭代過程提供在該圖像窗口內各個探測位置(象素)之間盡可能明顯的差別的基礎上，在至少一個圖像窗口上提供聚焦。

利用本發明，可能選擇圖像探測裝置的非中心區域的一個區域以在其上聚焦。這種用于分析的區域能夠實現更有趣和提供更多信息的圖像部分的選擇。用這種方法進行仔細的選擇，能使聚焦過程在被探測圖像區域的最有價值的區域上發生，從而增強該設備的聚焦特性，改善聚焦圖像的質量。

附圖的簡要說明

現在將參照本發明最佳實施例更加詳細地描述本發明，假設僅通過例子和附圖中的描述進行說明，其中：

圖1描述一具有根據本發明的自動聚焦的紅外光學裝置。

圖2更詳細地表示第一實施例中圖1的一部分，有可能選擇適當的聚焦窗口。

圖3描述了第二實施例，在圖2的系統中附加了用于熱校準的輻射測量儀。

圖4a表示第三實施例，其中使用一運動探測裝置來選擇適當的聚焦窗口。

圖4b示意性地說明了使用根據本發明的移動式圖像分析聚焦裝置對電纜進行檢查的例子。

圖4c示意性地表示出使用根據本發明的聚焦裝置的平面—傾斜(pan-tilt)裝置的操作。

圖5表示具有歸一化濾波作為空間頻率函數的低通濾波器曲線。

圖6表示使用與圖5中相同的坐標軸符號的高通濾波器。

圖7表示根據上述圖5和圖6的帶通濾波器。

圖8表示根據上面圖5到7三個圖的用于進行恒量濾波的技術。