CN108537847A

CN108537847A - 一种自动对焦后相机绝对光心的标定方法

Info

Publication number: CN108537847A
Application number: CN201810327656.2A
Authority: CN
Inventors: 刘平; 周小勇; 邵阳
Original assignee: Zhuhai Bright Vision Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Bright Vision Technology Co Ltd
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2018-09-14

Abstract

本发明旨在提供一种极大地增加相对光心重复检测的稳定程度并有效减少绝对光心的测量误差的自动对焦后相机绝对光心的标定方法。本发明方法包括以下步骤：在经过自动对焦（AA）流程后，通过升降图卡的方式获取图卡中心块形心的新坐标，并建立图卡坐标系到图像坐标系的关系方程，求解光心，最后标定相机的绝对光心；本发明方法提高了绝对光心的标定精度，降低了重复相对光心标定的不稳定性。本发明应用于光学领域。

Description

一种自动对焦后相机绝对光心的标定方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种自动对焦（AA,Active Alignment）后相机绝对光心的标定方法。

背景技术

通过自动对焦（AA,Active Alignment）技术进行装配后的相机镜头，需要进行绝对光心标定。目前，主要有基于白板光源的光心标定法以及张正友标定法。但这两种方法均存在一些不可取的方面。

如采用白板光源方式去判定绝对光心偏差具有如下弊端：1.同一模组，多次重复摆放光源（同一人多次摆放，或不同人不同时刻摆放），所测量绝对光心重复差异可达到10pixels以上；2.同一模组，调整白板光源高度，所测量绝对光心差异可达10pixels以上；3.同一模组，调整白板光源亮度，所测量绝对光心差异仍然有较大变化；4.同一模组，更换不同光源，所测偏差也非常大。

而采用张正友标定法去判定绝对光心偏差也具有如下弊端：1.张正友标定法几乎是全视野采图，因此图像的畸变对光心的标定有较大影响；2.该标定方法需要棋盘格众多角点的定位，其对图像质量与角点定位精度要求很高；3.该方法对光心的标定效果会有0.5%以上的误差。

综上所述，受光照与图像质量影响大，重复性光心标定不稳定与绝对光心检测偏差大是以上方法的弊端。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种极大地增加相对光心重复检测的稳定程度并有效减少绝对光心的测量误差的自动对焦后相机绝对光心的标定方法。

本发明所采用的技术方案是：本发明方法包括以下步骤：

（1）在相机镜头完成自动对焦后，将自动对焦机台的图卡作为标定板，并在图卡上标定若干中心块，下降图卡，找到一个图像依然清晰的最低位置，将图卡每次下降的行程设置为从图卡下降到这个最低位置的行程；

（2）在镜头的景深范围内使图卡做直线运动，用表示图卡的运动向量及运动方向，在运动范围中采集n张图像，记录下降高度和每次下降后图卡中心块的形心坐标值（u_n,v_n），并测量图卡每次下降的运动模长k，设在图卡刚开始下降运动时所处位置的图卡中心块形心到镜头的感光芯片的距离为（x，y，z）；

（3）建立图卡坐标系到图像坐标系的关系方程，求解绝对光心，建立的图卡坐标系到图像坐标系的关系方程如下：

上述方程中，f _x、f _y代表镜头焦距除以像元尺寸，α和K均为镜头内参，求解方程，得到绝对光心的图像坐标c _x、c _y。

上述方案可见，采用图卡中心图块的形心点求解光心，由于经过AA技术调节镜头后，所呈现的中心图块形心位于光心附近，而光心附近的畸变很小，因此可有效的减少畸变带来的影响；图块形心的采集过程利用图卡升降的方式，该方法对光照的敏感度低，且在升降图卡的过程中图像的质量变化是统一的，因此对图块形心点的定位影响较小；采用带约束和惩罚函数的最优迭代逼近方法求解，可最大程度地保证光心点的求解精度，将误差向其它项堆积；所以，本发明方法增加了绝对光心的标定精度，同时减少了重复相对光心标定的不稳定性。

进一步地，上述步骤中，采集的图像张数n的取值不少于8张。由此可见，通过最少8次图卡下降，取得八个变量的已知量，从而有效地求解建立的坐标关系方程，为得到图像的绝对光心提供基础。

再进一步地，所述图卡上的中心块的数目设置为9块。

又进一步地，图卡每次下降的运动模长k采用游标卡尺测量。

本发明的有益效果是：本发明采用图卡中心图块的形心点求解光心，由于经过AA技术调节镜头后，所呈现的中心图块形心位于光心附近，而光心附近的畸变很小，因此可有效的减少畸变带来的影响；图块形心的采集过程利用图卡升降的方式，该方法对光照的敏感度低，且在升降图卡的过程中图像的质量变化是统一的，因此对图块形心点的定位影响较小；采用带约束和惩罚函数的最优迭代逼近方法求解，可最大程度地保证光心点的求解精度，将误差向其它项堆积；所以，本发明方法增加了绝对光心的标定精度，同时减少了重复相对光心标定的不稳定性。

附图说明

图1是自动对焦（AA）过程中的图卡样式图；

图2是图卡升降过程中采集的8个图卡样式图；

图3是运动参数误差的收敛过程效果示意图；

图4是相机内参误差的收敛过程效果示意图；

图5是本发明实施例中的模组1的各项数据表；

图6是本发明实施例中的模组2的各项数据表。

具体实施方式

如图1至图6所示，涉及一种新的相机绝对光心标定方法。该方法应用于通过AA技术进行装配后的相机镜头，与基于白板光源的光心标定法以及张正友标定法相比，增加了相对光心重复检测的稳定程度，减少的绝对光心的测量误差。以下误差值是以宽1280pixels，高720pixel的图卡来计算的。

本发明方法包括以下步骤：

（1）在相机镜头完成自动对焦后，将自动对焦机台的图卡作为标定板，并在图卡上标定若干中心块，所述图卡上的中心块的数目设置为9块。下降图卡，找到一个图像依然清晰的最低位置，将图卡每次下降的行程设置为从图卡下降到这个最低位置的行程。

（2）在镜头的景深范围内使图卡做直线运动，用表示图卡的运动向量及运动方向，在运动范围中采集n张图像，在本实施例中，n的取值为8张；记录下降高度和每次下降后图卡中心块的形心坐标值（u_n,v_n），并测量图卡每次下降的运动模长k，图卡每次下降的运动模长k采用游标卡尺测量，其精度可达0.01mm，相对整个物点距离（约450毫米）只是几万分之一的误差，故认为该值准确。设在图卡刚开始下降运动时所处位置的图卡中心块形心到镜头的感光芯片的距离为（x，y，z）。

式中真正的未知数只有绝对光心的图像坐标cx、cy。为了严谨起见，假设图卡升降的运动轴并不垂直于镜头的感光芯片（sensor），将图卡下降的运动方向也视为未知数；并假设我们测量的图卡初始位置到sensor的距离并不精确，将x、y、z也设为未知数；从而可知，最少8个方程（即8个图卡位置），即可求解到所有8个未知数。

在求解过程中，我们引入分步循环优化的求解策略，将优化过程分为两个部分：第一步，以理论值固定fx、fy、cx、cy参数，优化运动关系x、y、z、；第二步，固定运动关系参数，优化相机内参。求解的误差收敛过程如图3和图4所示。这一步骤通过计算机视觉标定软件进行。

为对本发明作进一步说明，以下采用两个模组实验对本发明方法进行更详细的说明。该两个模组包括模组1和模组2。

每个模组做完自动对焦（AA）后并不固化，分别利用运动平台，平移镜头给定的距离（即人为制造确定可知的绝对光心移动量），然后用本发明的标定方法，分别测量移动前后的光心坐标，以检验计算结果是否符合既定的光心移动量。

例如：移动前测量光学坐标为x1,y1，那么平移镜头20像素*像元尺寸的距离，如果我们的标定方法准确，则能得到平移镜头后的标定结果为：x1+20,y1+20作为绝对光心的标定结果。两个模组的各项数据如图5至图6所示。从而得到模组1的准确绝对光心图像坐标为（634.2,361.6），模组2的绝对光心坐标为（637.4,362）。

由以上试验可以得出：

1、该方法获取的光心移动方向与实际移动方向一致。

2、该方法获取的光心偏移量与实际的平均误差在1个像素左右；

由于该方法的测量结果与实际光心移动方向一致，并且移动偏移误差较小，因此可以作为光心标定方法。

以上所述只是本发明为帮助理解且为较佳的实施方案，本发明的发明范围并不以上述方式为限，在此指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明做出的等效修饰、变化或改进，皆应纳入权利要求书中所要求的保护范围内。

本发明可应用于光学领域。

Claims

1.一种自动对焦后相机绝对光心的标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种自动对焦后相机绝对光心的标定方法，其特征在于，采集的图像张数n的取值不少于8张。

3.根据权利要求1所述的一种自动对焦后相机绝对光心的标定方法，其特征在于，所述图卡上的中心块的数目设置为9块。

4.根据权利要求1所述的一种自动对焦后相机绝对光心的标定方法，其特征在于，图卡每次下降的运动模长k采用游标卡尺测量。