CN117850152B

CN117850152B - 一种精确调整摄像头光轴中心的方法

Info

Publication number: CN117850152B
Application number: CN202410246022.XA
Authority: CN
Inventors: 王尧; 刘潇; 吴加州; 赵迎春
Original assignee: Jilin Dahua Machine Manufacturing Co ltd
Current assignee: Jilin Dahua Machine Manufacturing Co ltd
Priority date: 2024-03-05
Filing date: 2024-03-05
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2044-03-05
Also published as: CN117850152A

Abstract

本发明公开了一种精确调整摄像头光轴中心的方法，属于光学设备校准技术领域，包括以下步骤：连接好摄像头和控制盒的线束，把摄像头固定在对准标定板中心的位置；控制盒控制摄像头进行拍照；计算标定板中心位置范围；标定板采用底色为白色且中心位置为红色十字花图形，根据红色的RGB值，在采集到的图像上快速找到所有红色像素的x轴方向坐标区间范围和y轴方向坐标区间范围，即感兴趣区域；角点检测：通过Harris算法在感兴趣区域识别出图像中目标的角点坐标（x,y）；计算偏移量；矫正图像偏移。该发明解决了感光芯片的中心坐标与实际中心存在偏差的问题，通过对目标标定板中心搜索范围的优化，大大提高矫正速度。

Description

一种精确调整摄像头光轴中心的方法

技术领域

本发明属于光学设备校准技术领域，尤其涉及一种精确调整摄像头光轴中心的方法。

背景技术

摄影技术一直在持续地发展与革新，对于镜头的性能要求也愈加严苛。尤其在对焦这一关键环节上，无论是专业摄影师还是普通摄影爱好者，都希望获得更快、更准确的对焦效果。这不仅仅是为了满足快速捕捉瞬间的需求，也是为了获得更清晰、更锐利的画面。

然而，传统的镜头对焦方法主要依赖于机械调整，从而实现光轴中心的对焦。在生产过程中，由于各种因素的影响，如制造误差、装配误差等，往往会导致感光芯片的中心坐标存在一定的偏差，这种偏差通常在±2-3个像素点之间。虽然这个偏差在许多情况下可能并不明显，但在高分辨率、高像素的摄影设备上，这种偏差会显著影响镜头的成像质量。

更为棘手的是，传统的矫正方法往往速度较慢，无法满足现代摄影对于快速、实时的需求。因此，如何提高镜头对焦的精度和速度，成为摄影技术发展过程中亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种精确调整摄像头光轴中心的方法，具备能提高镜头对焦的精度和速度的优点，解决了现有技术的问题。

本发明是这样实现的，一种精确调整摄像头光轴中心的方法，包括以下步骤：

步骤S1，连接好摄像头和控制盒的线束，把摄像头固定在对准标定板中心的位置；

步骤S2，控制盒控制摄像头进行拍照；

步骤S3，计算标定板中心位置范围；

标定板采用底色为白色且中心位置为红色十字花图形，根据红色的RGB值，在采集到的图像上快速找到所有红色像素的x轴方向坐标区间范围和y轴方向坐标区间范围，即感兴趣区域；

步骤S4，角点检测：通过Harris算法在感兴趣区域识别出图像中目标的角点坐标（x,y）；

步骤S5，计算偏移量：将算法计算后输出的角点坐标（x,y）和机械方式对焦所得的原图像中心坐标做比较，设原图像中心坐标值为（x’,y’），通过计算，生成图像偏移向量信息P（x，y），其中，P（x，y）=（x’-x，y’-y）；

步骤S6，矫正图像偏移：通过I²C总线，按照偏移量P（x，y），设置感光芯片的水平采样起始点、垂直采样起始点，从而达到精确对准光轴中心。

作为本发明优选的，使用以下摄像头光轴调整设备进行精确调整摄像头光轴中心：

所述摄像头光轴调整设备包括基础框架、目标识别板、定位治具、控制盒；

所述基础框架包括固定台、底座、支架，所述底座固定连接于所述固定台上，所述支架固定连接于所述底座上侧；

所述目标识别板固定连接于所述底座上，所述目标识别板上表面设有十字标；

所述定位治具固定连接于所述支架上端，所述定位治具位于所述目标识别板上方，所述定位治具设有拍摄通道，所述拍摄通道至少部分和所述十字标对齐，所述定位治具用来固定摄像头，使摄像头垂直向下拍照；

所述控制盒通过线束连接到待调整摄像头，通过控制盒来调整摄像头的偏移参数。

作为本发明优选的，所述定位治具包括顶板，所述顶板固定连接于所述支架上端，所述顶板的一侧固定连接有第一承载板，所述第一承载板的下侧固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有转轴，所述转轴通过轴承转动连接于所述第一承载板，所述转轴的上端固定连接有转盘，所述转盘的下侧环形等距固定连接有若干连接件。

作为本发明优选的，所述顶板上固定连接有第一弧形板和第二弧形板，所述第一弧形板和所述第二弧形板均与所述转盘同心设置，且所述第一弧形板和所述第二弧形板分别位于所述拍摄通道的两侧。

作为本发明优选的，所述第一弧形板的靠近所述拍摄通道的一侧固定连接有第一气囊；

所述第二弧形板的靠近所述拍摄通道的一侧固定连接有第二气囊；

所述第一气囊和所述第二气囊均为弧形气囊。

作为本发明优选的，所述顶板上开设有滑道；

所述第一弧形板固定连接有第一滑块，所述第二弧形板上固定连接有第二滑块，所述第一滑块和所述第二滑块滑动连接于所述滑道；

所述第一滑块的下侧固定连接有第一齿条，所述第二滑块的下侧固定连接有第二齿条，所述第一齿条和所述第二齿条连接于同一个齿轮，所述齿轮连接有驱动件。

作为本发明优选的，所述第一滑块和/或所述第二滑块上固定连接有第二承载板，所述第二承载板上侧设有毛刷；

所述第二承载板内部设有吸尘管道，所述吸尘管道连通有吸尘孔，所述吸尘孔和所述毛刷相间设置。

作为本发明优选的，所述第一气囊和/或所述第二气囊的侧部下方连通有喷气管，所述喷气管的喷气孔朝向所述滑道。

喷气管喷气可以对摄像头的镜片进行除尘，并且，将灰尘吹到滑道处，通过吸尘管道进行吸尘，防止灰尘附着到其他的镜片上。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明解决了感光芯片的中心坐标与实际中心存在偏差的问题，通过对目标标定板中心搜索范围的优化，大大提高矫正速度；通过视觉识别标定板十字花中心，计算实际中心坐标与原中心坐标（即感光芯片中心坐标）偏移量，实现了对有偏差的镜头进行高精度、高速矫正。

2、本发明通过采用一个以白色为底色的目标板，中心位置设计了一个十字花图标，这样做的目的是因为在白色为底的标定板中十字花可辨识度极高，可看作多个强微分点，强微分点在某种边缘的可能性更大，这样可认为这些点是独一无二的，可以被跟踪到，解决了光轴中心辨识度低的问题。本发明还通过识别标定板中的十字花（即实际中心位置），计算实际中心坐标与原中心坐标（即感光芯片中心坐标）偏移量，实现了对有偏差的镜头进行矫正。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的精确调整摄像头光轴中心的方法的调节前的焦点图；

图2是本发明实施例1提供的精确调整摄像头光轴中心的方法的调节后的焦点图；

图3是本发明实施例2提供的摄像头光轴调整设备的立体结构示意图；

图4是本发明实施例3提供的摄像头光轴调整设备的第一视角的立体结构示意图；

图5是本发明图4中A部分的放大结构示意图；

图6是本发明图5中B部分的放大结构示意图；

图7是本发明实施例3提供的摄像头光轴调整设备的第二视角的立体结构示意图；

图8是本发明图7中C部分的放大结构示意图；

图9是本发明图7中D部分的放大结构示意图。

图中：

1、基础框架；2、目标识别板；3、定位治具；4、控制盒；5、拍摄通道；

101、固定台；102、底座；103、支架；

301、顶板；302、第一承载板；303、第一电机；304、转轴；305、转盘；306、连接件；

6、第一弧形板；7、第二弧形板；8、第一气囊；9、第二气囊；10、滑道；11、第一滑块；12、第二滑块；13、第一齿条；14、第二齿条；15、齿轮；16、第二承载板；17、毛刷；18、吸尘管道；19、吸尘孔；20、喷气管。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

参阅图1和图2，本发明实施例提供的精确调整摄像头光轴中心的方法，包括以下步骤：

步骤S2，控制盒控制摄像头进行拍照；

步骤S3，计算标定板中心位置范围；

标定板采用底色为白色且中心位置为红色十字花图形，由于颜色在图像识别过程中既直观又简单，所以首先可以根据红色的RGB值，在采集到的图像上快速找到所有红色像素的x轴方向坐标区间范围和y轴方向坐标区间范围，即感兴趣区域，这样在角点检测过程中可不必在整个标定板上进行检测识别，而是可以在感兴趣区域中进行，从而大大降低时间复杂度，使检测效率大幅度提高；

步骤S4，角点检测：通过Harris算法在感兴趣区域识别出图像中目标的角点坐标（x,y）；此点坐标即是十字花交点位置。

步骤S6，矫正图像偏移：通过I²C总线，按照偏移量P（x，y），设置感光芯片的水平采样起始点（寄存器HSTART）、垂直采样起始点（寄存器YSTART），从而达到精确对准光轴中心。

本发明解决了感光芯片的中心坐标与实际中心存在偏差的问题，通过对目标标定板中心搜索范围的优化，大大提高矫正速度；通过视觉识别标定板十字花中心，计算实际中心坐标与原中心坐标（即感光芯片中心坐标）偏移量，实现了对有偏差的镜头进行高精度、高速矫正。

本发明通过采用一个以白色为底色的目标板，中心位置设计了一个十字花图标，这样做的目的是因为在白色为底的标定板中十字花可辨识度极高，可看作多个强微分点，强微分点在某种边缘的可能性更大，这样可认为这些点是独一无二的，可以被跟踪到，解决了光轴中心辨识度低的问题。本发明还通过识别标定板中的十字花（即实际中心位置），计算实际中心坐标与原中心坐标（即感光芯片中心坐标）偏移量，实现了对有偏差的镜头进行矫正。

小的十字标为标注的图像中心，大的十字标为识别的目标中心。可见图1的中心偏差非常明显，通过实际测量50组摄像头产品，平均的像素偏差在±14个像素点。经过算法优化和设备调整后图像如图2，图像的标注中心和识别中心重合，光轴偏差小于±1个像素，此种方法完成了摄像头光轴中心的高精度矫正。

针对单幅图像算法优化部分分别计算优化前和优化后时间，如下表所示：

图像尺寸	640480	1719980
			计算中心范围所用时间	16ms	38ms
优化前计算角点所需时间	206ms	484ms
			优化后计算角点所需时间	52ms	86ms

可见640480图像优化后所用时间大幅提升，优化后算法所用时间仅为优化前时间的23.86%；1719/>980图像优化后所用时间仅为优化前时间的17.83%。

参阅图3，使用以下摄像头光轴调整设备进行精确调整摄像头光轴中心：

所述摄像头光轴调整设备包括基础框架1、目标识别板2、定位治具3、控制盒4；

所述基础框架1包括固定台101、底座102、支架103，所述底座102固定连接于所述固定台101上，所述支架103固定连接于所述底座102上侧；

所述目标识别板2固定连接于所述底座102上，所述目标识别板2上表面设有十字标；

所述定位治具3固定连接于所述支架103上端，所述定位治具3位于所述目标识别板2上方，所述定位治具3设有拍摄通道5，所述拍摄通道5至少部分和所述十字标对齐，所述定位治具3用来固定摄像头，使摄像头垂直向下拍照；

所述控制盒4通过线束连接到待调整摄像头，通过控制盒4来调整摄像头的偏移参数。

和实施例2不同的是，在实施例2的基础上增加以下设备：

参阅图4－图9，所述定位治具3包括顶板301，所述顶板301固定连接于所述支架103上端，所述顶板301的一侧固定连接有第一承载板302，所述第一承载板302的下侧固定连接有第一电机303，所述第一电机303的输出端固定连接有转轴304，所述转轴304通过轴承转动连接于所述第一承载板302，所述转轴304的上端固定连接有转盘305，所述转盘305的下侧环形等距固定连接有若干连接件306。

使用时，可以将待校准的摄像头连接到连接件306上，然后转动转盘305，使摄像头对准校准口，可以进行校准。

在进行摄像头的畸变矫正时，通常需要将摄像头连接到摄像机或计算机上。这是因为畸变矫正涉及到图像采集和处理，需要获取摄像头输出的图像数据进行后续的计算和修正。

摄像头通过适当的接口如USB、HDMI、网络等连接到摄像机或计算机上。这样可以实时获取摄像头的视频流或图像数据，并对其进行畸变矫正处理。

连接摄像头到摄像机或计算机后，可以使用相应的软件或算法来进行畸变矫正。这些软件或算法会利用摄像头提供的图像数据，分析和计算出镜头的畸变参数，并应用这些参数来纠正图像中的畸变。

需要注意的是，在进行摄像头畸变矫正之前，确保摄像头与摄像机或计算机的连接正确稳定，以及相应的软件或算法已经准备好进行矫正操作。这样才能顺利进行畸变矫正并获得修正后的图像。

连接件306可以设为螺纹接口，通常是标准的1/4英寸或3/8英寸螺纹孔，可以使摄像头连接到螺纹接口上，从而完成摄像头的连接。连接件306也可以设置为卡槽、卡块或者夹持件，只要能牢固固定摄像头即可，在此不做限制。

参阅图4和图5，所述顶板301上固定连接有第一弧形板6和第二弧形板7，所述第一弧形板6和所述第二弧形板7均与所述转盘305同心设置，且所述第一弧形板6和所述第二弧形板7分别位于所述拍摄通道5的两侧。通过该设置，两个弧形板可以对摄像头进行限位，防止倾斜。

参阅图4和图5，所述第一弧形板6的靠近所述拍摄通道5的一侧固定连接有第一气囊8，所述第二弧形板7的靠近所述拍摄通道5的一侧固定连接有第二气囊9，所述第一气囊8和所述第二气囊9均为弧形气囊。

在摄像头靠近拍摄通道5时，可以挤压第一气囊8和第二气囊9，一方面，可以防止摄像头和第一弧形板6、第二弧形板7之间发生摩擦，对摄像头起到防护效果。另一方面，起到缓冲效果，可以在一定程度上进行减震。

第一气囊8和第二气囊9分别通过两个气泵进行调节，从而可以分别调节第一气囊8和第二气囊9的气体量。

参阅图5和图9，所述顶板301上开设有滑道10，所述第一弧形板6固定连接有第一滑块11，所述第二弧形板7上固定连接有第二滑块12，所述第一滑块11和所述第二滑块12滑动连接于所述滑道10，所述第一滑块11的下侧固定连接有第一齿条13，所述第二滑块12的下侧固定连接有第二齿条14，所述第一齿条13和所述第二齿条14连接于同一个齿轮15，所述齿轮15连接有驱动件。

驱动件可设为第二电机，通过驱动件可以转动齿轮15，进而可以拨动第一齿条13和第二齿条14反向等距移动，进而通过第一滑块11和第二滑块12带动第一弧形板和第二环形板相互靠近或远离，通过该设置，可以适用于不同直径的摄像头。

参阅图5和图6，所述第一滑块11和/或所述第二滑块12上固定连接有第二承载板16，所述第二承载板16上侧设有毛刷17；所述第二承载板16内部设有吸尘管道18，所述吸尘管道18连通有吸尘孔19，所述吸尘孔19和所述毛刷17相间设置。

通过该设置，在待调节的摄像头和拍摄通道5对齐之间，摄像头先经过毛刷17，毛刷17可以对摄像头的镜片进行除尘，从而便于后续更精准的调整摄像头光轴中心。

参阅图3，在移动时，可以对摄像头进行吹气，从而进行清洁；

所述第一气囊8和/或所述第二气囊9的侧部下方连通有喷气管20，所述喷气管20的喷气孔朝向所述滑道10。

喷气管20喷气可以对摄像头的镜片进行除尘，并且，将灰尘吹到滑道10处，通过吸尘管道18进行吸尘，防止灰尘附着到其他的镜片上。

本发明的工作原理：

在使用时，可以将待校准的摄像头连接到连接件306上，然后转动转盘305，使摄像头对准校准口，可以进行校准。

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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种精确调整摄像头光轴中心的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S2，控制盒控制摄像头进行拍照；

步骤S3，计算标定板中心位置范围；

步骤S6，矫正图像偏移：通过I²C总线，按照偏移量P（x，y），设置感光芯片的水平采样起始点、垂直采样起始点，从而达到精确对准光轴中心；

使用以下摄像头光轴调整设备进行精确调整摄像头光轴中心：

所述摄像头光轴调整设备包括基础框架（1）、目标识别板（2）、定位治具（3）、控制盒（4）；

所述基础框架（1）包括固定台（101）、底座（102）、支架（103），所述底座（102）固定连接于所述固定台（101）上，所述支架（103）固定连接于所述底座（102）上侧；

所述目标识别板（2）固定连接于所述底座（102）上，所述目标识别板（2）上表面设有十字标；

所述定位治具（3）固定连接于所述支架（103）上端，所述定位治具（3）位于所述目标识别板（2）上方，所述定位治具（3）设有拍摄通道（5），所述拍摄通道（5）至少部分和所述十字标对齐，所述定位治具（3）用来固定摄像头，使摄像头垂直向下拍照；

所述控制盒（4）通过线束连接到待调整摄像头，通过控制盒（4）来调整摄像头的偏移参数。

2.如权利要求1所述的一种精确调整摄像头光轴中心的方法，其特征在于：

所述定位治具（3）包括顶板（301），所述顶板（301）固定连接于所述支架（103）上端，所述顶板（301）的一侧固定连接有第一承载板（302），所述第一承载板（302）的下侧固定连接有第一电机（303），所述第一电机（303）的输出端固定连接有转轴（304），所述转轴（304）通过轴承转动连接于所述第一承载板（302），所述转轴（304）的上端固定连接有转盘（305），所述转盘（305）的下侧环形等距固定连接有若干连接件（306）。

3.如权利要求2所述的一种精确调整摄像头光轴中心的方法，其特征在于：

所述顶板（301）上固定连接有第一弧形板（6）和第二弧形板（7），所述第一弧形板（6）和所述第二弧形板（7）均与所述转盘（305）同心设置，且所述第一弧形板（6）和所述第二弧形板（7）分别位于所述拍摄通道（5）的两侧。

4.如权利要求3所述的一种精确调整摄像头光轴中心的方法，其特征在于：

所述第一弧形板（6）的靠近所述拍摄通道（5）的一侧固定连接有第一气囊（8）；

所述第二弧形板（7）的靠近所述拍摄通道（5）的一侧固定连接有第二气囊（9）；

所述第一气囊（8）和所述第二气囊（9）均为弧形气囊。

5.如权利要求4所述的一种精确调整摄像头光轴中心的方法，其特征在于：

所述顶板（301）上开设有滑道（10）；

所述第一弧形板（6）固定连接有第一滑块（11），所述第二弧形板（7）上固定连接有第二滑块（12），所述第一滑块（11）和所述第二滑块（12）滑动连接于所述滑道（10）；

所述第一滑块（11）的下侧固定连接有第一齿条（13），所述第二滑块（12）的下侧固定连接有第二齿条（14），所述第一齿条（13）和所述第二齿条（14）连接于同一个齿轮（15），所述齿轮（15）连接有驱动件。

6.如权利要求5所述的一种精确调整摄像头光轴中心的方法，其特征在于：

所述第一滑块（11）和/或所述第二滑块（12）上固定连接有第二承载板（16），所述第二承载板（16）上侧设有毛刷（17）；

所述第二承载板（16）内部设有吸尘管道（18），所述吸尘管道（18）连通有吸尘孔（19），所述吸尘孔（19）和所述毛刷（17）相间设置。

7.如权利要求5所述的一种精确调整摄像头光轴中心的方法，其特征在于：

所述第一气囊（8）和/或所述第二气囊（9）的侧部下方连通有喷气管（20），所述喷气管（20）的喷气孔朝向所述滑道（10）。