具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种航天器光学载荷在轨自适应调焦方法，主要针对深空探测航天器搭载的光学成像载荷，如图1所示，包括以下步骤：

S101、采用信息熵对在轨自适应调焦过程中获得的每幅图像进行评价；

在实际应用中，通过驱动调焦电机改变像面位置，可获得一组不同离焦程度的图像序列，采用信息熵对每一幅图像都进行评价；需要说明的是，图像清晰度评价函数直接影响着调焦的准确性，理想的图像清晰度评价函数应满足无偏性、单峰性、鲁棒性好、灵敏度高等特点，信息熵可以衡量信息的丰富程度，图像信息越丰富则图像的信息熵越大，相机离焦导致的图像模糊，将使得图像灰度值集中信息量减少，所以图像的信息熵也会变小；

S102、通过爬山搜索法对在焦位置进行在轨搜索，以找到评价值最佳图像所对应的像面位置。

可以理解的是，调焦过程是根据图像清晰度评价函数将系统调整到在焦位置的过程。从搜索算法的角度看，调焦系统的调焦过程是一个一维搜索问题。传统的遍历搜索法由于其搜索范围太大，所以需要的搜索时间较长，尤其是在调焦精度较高且调焦的步距非常小时，遍历整个调焦区域一次非常费时。现有的Fibonacci函数通过迭代计算确定极值点所处区间，该算法具有简单、易于编程实现的特点，但是在搜索过程中，调焦镜头需要频繁的变动方向，导致多次工作后积累出较大的位置误差，调焦精度下降。黄金分割搜索算法和利用Fibonacci序列的算法类似，在抗干扰能力方面相对较差。而图像信息熵具有单峰性，即只有在系统处于在焦位置时才出现极大值，在离焦时随着离焦程度的增加，图像信息熵向山峰两侧分别单调递减，因此，本发明采用爬山搜索实现在焦位置的在轨搜索，原理简单、易于工程实现。

在本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦方法中，采用图像信息熵评价航天器光学载荷的在轨自适应调焦过程，采用爬山搜索实现在焦位置的在轨搜索，直接对图像进行判别分析，无需地面工作人员参与，具有原理简单、易于工程实现等优点。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦方法中，步骤S101采用信息熵对在轨自适应调焦过程中获得的每幅图像进行评价，具体可以包括：首先，计算当前成像的第一图像的信息熵；然后，通过驱动调焦电机沿第一方向进行试探调焦；之后，计算试探调焦后成像的第二图像的信息熵。

在具体实施时，采用下述公式计算信息熵：

其中，H(x)为信息熵，P(x)为灰度值为x的像素出现的概率，L为图像的最大灰度级。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦方法中，在计算完第一图像的信息熵和第二图像的信息熵之后，步骤S102通过爬山搜索法对在焦位置进行在轨搜索，具体可以包括：将第二图像的信息熵与第一图像的信息熵进行比较；若第二图像的信息熵大于第一图像的信息熵，则判定试探调焦方向正确，并通过驱动调焦电机向第一方向继续调焦并成像；若第二图像的信息熵不大于第一图像的信息熵，则判定试探调焦方向错误，并通过驱动调焦电机向与第一方向相反的第二方向调焦并成像。

接下来，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦方法中，步骤S102通过爬山搜索法对在焦位置进行在轨搜索，具体还可以包括：在每次调焦前后，获取信息熵的变化趋势；当获取的变化趋势出现下降趋势时，则减小调焦步距并改变调焦方向后继续调焦，直到将步距减小到调焦精度要求的范围之内时结束调焦过程。

如图2和图3所示，下面以一个具体实例对本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦方法进行说明：

步骤一、光学成像载荷默认处于离焦状态，首先在调焦初始位置进行一次成像获得一幅离焦图像；

步骤二、根据当前的图像计算一次图像信息熵，然后进行一步试探调焦动作并计算试探调焦后的图像信息熵；

步骤三、比较前后两次的图像信息熵；

步骤四、如果调焦前后图像信息熵变大则说明试探调焦方向正确，向相同方向继续调焦并成像；否则说明调焦方向错误，向相反的方向调焦并成像；

步骤五、之后在每次的调焦前后都要比较图像信息熵的变化趋势，直到出现下降趋势时，则说明调焦过头，减小调焦步距并改变调焦方向之后继续调焦；

步骤六、在调焦的过程中判断是否满足调焦精度，当步距减小到调焦精度要求的范围之内时，调焦过程结束。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种航天器光学载荷在轨自适应调焦装置，由于该装置解决问题的原理与前述一种航天器光学载荷在轨自适应调焦方法相似，因此该装置的实施可以参见航天器光学载荷在轨自适应调焦方法的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的航天器光学载荷在轨自适应调焦装置，具体可以包括：

信息熵评价模块，用于采用信息熵对在轨自适应调焦过程中获得的每幅图像进行评价；

爬山搜索模块，用于通过爬山搜索法对在焦位置进行在轨搜索，以找到评价值最佳图像所对应的像面位置。

在本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦装置中，可以通过上述两个模块的相互作用，直接对图像进行判别分析，无需地面工作人员参与，具有原理简单、易于工程实现等优点。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦装置中，信息熵评价模块，具体可以用于计算当前成像的第一图像的信息熵；通过驱动调焦电机沿第一方向进行试探调焦；计算试探调焦后成像的第二图像的信息熵。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述航天器光学载荷在轨自适应调焦装置中，爬山搜索模块，具体可以用于将第二图像的信息熵与第一图像的信息熵进行比较；若第二图像的信息熵大于第一图像的信息熵，则判定试探调焦方向正确，并通过驱动调焦电机向第一方向继续调焦并成像；若第二图像的信息熵不大于第一图像的信息熵，则判定试探调焦方向错误，并通过驱动调焦电机向与第一方向相反的第二方向调焦并成像。

关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。

相应的，本发明实施例还公开了一种航天器光学载荷在轨自适应调焦设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现前述实施例公开的航天器光学载荷在轨自适应调焦方法。

关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

进一步地，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现前述公开的航天器光学载荷在轨自适应调焦方法。

关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备、存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本发明实施例提供的一种航天器光学载荷在轨自适应调焦方法，包括：采用信息熵对在轨自适应调焦过程中获得的每幅图像进行评价；通过爬山搜索法对在焦位置进行在轨搜索，以找到评价值最佳图像所对应的像面位置。这样采用图像信息熵评价航天器光学载荷的在轨自适应调焦过程，采用爬山搜索实现在焦位置的在轨搜索，直接对图像进行判别分析，无需地面工作人员参与，具有原理简单、易于工程实现等优点。此外，本发明还针对航天器光学载荷在轨自适应调焦方法提供了相应的装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的航天器光学载荷在轨自适应调焦方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。