CN100420259C - 摄影机数组校准系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摄影机数组校准系统与方法，其使用简单架构配合校正板以缩短校准的时间。该系统包括一摄影机数组；一夹持机构，可调整该摄影机数组的多个自由度轴；一校正板，其上有静态校准用的一组专有图案，该组专有图案用以校准各个自由度；以及一控制器，可驱动所述夹持机构移动，以依据该组专有图案的扫描结果，校准所述摄影机数组与校正板的相对位置。该方法包括步骤：提供一校正板，其上有静态校准用的一组专有图案，用以校准摄影机的各个自由度；调整一夹持机构的水平轴和垂直轴，将该摄影机数组的取像范围移至该校正板上的对准图案；通过该校正板上的该专有图案调整一垂直方向角度轴、一水平方向角度轴、一高度轴以及一高度方向角度轴。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄影机数组校准系统与方法，特别是涉及一种使用一专用的校正板，利用其专有的校准图案设计简单的取像装置和程序，使得不须作动态扫描即可调整摄影机数组(array)以缩短校准时间的摄影机数组校准系统与方法。
背景技术
如图1所示的已知技术系统校正架构，包含摄影机数组101、标准校正板203、夹持机构104、可使该标准校正板203产生相对移动的平台(图中未标示)及控制该移动平台的运动控制器102。而校准该摄影机数组时，须移动该校正板使该摄影机数组在摄影机取像范围202内扫描该标准校正板203上的校正图案以取得一维影像，再进一步组合为二维影像。接着，我们便可以由影像显示器103观察出组合过后的二维影像；由图案的排列方式可计算出该摄影机数组101在各个自由度偏移的角度和影像的分辨率，因此使用者可以由计算的结果判断在各个自由度所需的校正角度。但是该已知的校正系统与方法在应用上面临几个问题；移动该标准校正板203时，须使该标准校正板203和该移动轴平行且要等速移动，但是实际上由于机械操作时该操作平台容易摇晃，以致于该标准校正板203可能造成偏移而与移动轴不平行，最后取得的影像将失真。在某些实际应用上，如线上检测装置，无法使该标准校正板203等速移动，因此在校准上也有困难。以上为已知的校正系统在动态扫描时所面临的问题，由于校准未完成需要一再重复上述的方法以得到正确的校正图案影像，同时也延长了校准时间。
因此，如何针对上述问题而提出一种新颖的摄影机数组校正系统与方法，可以改善校正时间过长的问题，长久以来一直是使用者急需解决的问题，而本发明提出一种摄影机数组校正系统与方法，可解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种摄影机数组校准系统与方法，其使用简单架构配合校正板可缩短校准的时间，从而克服已知技术的缺陷。
本发明的摄影机数组校准系统包括：一摄影机数组；一夹持机构，可调整该摄影机数组的多个自由度轴；一校正板，其上有静态校准用的一组专有图案，该组专有图案用以校准所述各个自由度；以及一控制器，可以驱动所述夹持机构移动，以依据该组专有图案的扫描结果，校准所述摄影机数组与校正板的相对位置；其中该校正板上的该组专有图案可使该摄影机数组在一水平方向及一垂直方向角度的校准零点上取得等宽度的线状影像，且该校正板上的该组专有图案包含校准所述各个自由度所使用的校正图案。
上述摄影机数组校准系统，其中该摄影机数组可为线型摄影机和面型摄影机。
上述摄影机数组校准系统，其中该校正板上的该组专有图案包含一组相对应的几何图案组合、一组相对应的明暗条纹及一对准图案。
上述摄影机数组校准系统，其中多个该校正板可组合以同时校准多个该摄影机数组在同一直线上。
上述摄影机数组校准系统，其中该校正板上的该组相对应的几何图案组合包含一组垂直方向角度校正图及一组水平方向角度校正图。
上述摄影机数组校准系统，其中该明暗条纹可用以辅助调焦。
本发明的摄影机数组校准方法包含下列步骤：提供一校正板，其上有静态校准用的一组专有图案，该组专有图案用以校准摄影机的各个自由度；调整一夹持机构的水平轴和垂直轴，将该摄影机数组的取像范围移至该校正板上的对准图案；通过该校正板上的该专有图案调整一垂直方向角度轴、一水平方向角度轴、一高度轴以及一高度方向角度轴；其中该校正板上的该组专有图案可使该摄影机数组在一水平方向及一垂直方向角度的校准零点上取得等宽度的线状影像，且该校正板上的该组专有图案包含校准各个自由度所使用的校正图案。
上述摄影机数组校准方法，其中该摄影机数组可为线型摄影机和面型摄影机。
上述摄影机数组校准方法，其中该校正板上的该组专有图案可为一组相对应的几何图案组合、一组相对应的明暗条纹及一对准图案。
上述摄影机数组校准方法，其中该校正板上的该组相对应的几何图案组合包含一组垂直方向角度校正图及一组水平方向角度校正图。
上述摄影机数组校准方法，其中校正该垂直方向角度轴的方法，是通过该摄影机数组在一垂直方向角度的校准零点上扫描该校正板上的该组垂直方向角度校正图时，使得到等宽度的线状影像。
上述摄影机数组校准方法，其中该摄影机数组顺时针或逆时针倾斜而不在该垂直方向角度的校准零点上时，扫描该校正板的该组垂直方向角度校正图会得到不等宽度的线状影像。
上述摄影机数组校准方法，其中校正该水平方向角度轴的方法，是通过该摄影机数组在一水平方向角度的校准零点上扫描该校正板上的该组水平方向角度校正图时，使得到等宽度的线状影像。
上述摄影机数组校准方法，其中该摄影机数组顺时针或逆时针倾斜而不在该水平方向角度的校准零点上时，扫描该校正板的该组水平方向角度校正图会得到不等宽度的线状影像。
上述摄影机数组校准方法，其中可组合多个该校正板，并用以校正使用多个该摄影机数组的装置。
上述摄影机数组校准方法，其中校正该使用多个该摄影机数组的装置，是使每个该摄影机数组的垂直轴方向落在该校正板的对准图案范围内，则该所有摄影机数组在该垂直轴方向的误差皆小于该对准图案的长度。
附图说明
图1为已知技术系统架构的示意图；
图2为本发明系统架构的较佳实施例的示意图；
图3为摄影机数组各个自由度轴的示意图；
图4为本发明一较佳实施例的专用校正板示意图；
图5为组合多个校正板的实际扫描线与要校准位置的示意图；
图6为垂直方向角度轴调整示意图；
图7为水平方向角度轴调整示意图；
其中，附图标记说明如下：
101摄影机数组
104夹持机构
102运动控制器
103影像显示器
201校正板
202摄影机取像范围
203标准校正板
211边界图案
212垂直方向角度校正图
213水平方向角度校正图
215对准图案
216明暗条纹
301水平方向角度轴
302高度方向角度轴
303垂直方向角度轴
304高度轴
具体实施方式
请参阅图2，其为依据本发明的摄影机数组校准系统的较佳实施例的示意图。该摄影机数组校准系统包含影像显示器103、摄影机数组101、校正板201、可调整多个自由度的夹持机构104、及控制器105连接于该夹持机构104，因此使用者可利用手动方式或是该控制器105控制该夹持机构104的操作。传统的摄影机数组101在校正时，需要移动待摄物或摄影机数组101以作影像的扫描；本发明使用摄影机数组101专用的校正板201，如图4所示，该校正板201包含边界图案211、垂直方向角度校正图212、水平方向角度校正图213、对准图案215及明暗条纹216；这样校正板201，仅需调整校正板与摄影机数组之间的相对运动，即可达到调整夹持机构以校准各个自由度的轴的目的。
图3为摄影机数组101的各个自由度示意图，分为垂直方向角度轴303、水平方向角度轴301、高度轴304以及高度方向角度轴302。
依据本发明，该摄影机数组校准系统的控制器可依下列操作方式控制夹持机构104，以校准摄影机数组101与校正板201的相对位置：
(1)先将摄影机数组101的摄影机取像范围202移至校正板上如图4所示的对准图案215，再利用该校正板201上的明暗条纹216调整该摄影机数组101的焦距；
(2)该校正板201上有专用的垂直方向角度校正图212以调整该垂直方向角度轴303。如图6所示，由于不同的角度所扫描到的线性影像会有不同的宽度：当该摄影机数组101的该垂直方向角度轴303在一逆时针方向倾斜位置1012扫描时，会得到一不等宽度的逆时针方向线性影像1012’；而在一顺时针方向倾斜位置1013时，会得到一不等宽度的顺时针方向线性影像1013’；若该垂直方向角度轴303在一不倾斜位置1011时，就会得到一等宽度的线性影像1011’。因此校正的目的即为调整垂直方向角度轴303，使扫描到两块垂直方向角度校正图212的线性影像能够等宽，垂直方向角度轴303即完成校正。此时即使水平方向角度轴301、高度轴304以及高度方向角度轴302未校正，也不会影响到垂直方向角度轴303的校正结果。
(3)如图7所示，垂直方向角度轴303校正后，若水平方向角度轴301未校准，扫描到两块水平方向角度校正图213的线性影像则不相同；当该摄影机数组101的该水平方向角度轴301在一逆时针方向倾斜位置1015扫描时，会得到一不等宽度的逆时针方向线性影像1015’；而在一顺时针方向倾斜位置1016时，会得到一不等宽度的顺时针方向线性影像1016’；若该水平方向角度轴301在不倾斜位置1014时，就会得到等宽度的线性影像1014’；调整水平方向角度轴301使线性影像宽度等宽，则水平方向角度轴301的校准完毕。
(4)调整高度方向角度轴302并不会影响到线性影像的扭曲，只会改变摄影机数组101到校正片201上的工作距离。校正高度轴304也同样影响到摄影机数组101到校正片201上的工作距离，因此可利用校正板201上两边界图案211的距离调整高度轴304和高度方向角度轴302以达到需要的分辨率。
校正板201可多个组合，如图5所示：实线部分为摄影机数组101实际扫描位置，而虚线部分则为要校准的位置，可用于使用多个摄影机数组101的装置上；校准时每个摄影机数组101在垂直方向必须落在校正板201上的对准图案215内，使得每个摄影机数组101在垂直方向的误差小于该对准图案215的长度。因此多个摄影机数组可校正于同一直线上，也可同时取得校正图案以做静态校正。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以限制本发明的专利保护范围，例如本发明实施例以摄影机数组说明，但本发明校正方式也可用于线型摄影机或面型摄影机，因此凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均应包含在本发明的权利要求书所要求保护的范围之内。
Claims (16)
1. 一摄影机数组校准系统，该系统包括：
一摄影机数组；
一夹持机构，可调整该摄影机数组的多个自由度轴；
一校正板，其上有静态校准用的一组专有图案，该组专有图案用以校准所述各个自由度；以及
一控制器，可以驱动所述夹持机构移动，以依据该组专有图案的扫描结果，校准所述摄影机数组与校正板的相对位置；
其中该校正板上的该组专有图案可使该摄影机数组在一水平方向及一垂直方向角度的校准零点上取得等宽度的线状影像，且该校正板上的该组专有图案包含校准各个自由度所使用的校正图案。
2. 如权利要求1所述的摄影机数组校准系统，其中该摄影机数组可为线型摄影机和面型摄影机。
3. 如权利要求1所述的摄影机数组校准系统，其中该校正板上的该组专有图案包含一组相对应的几何图案组合、一组相对应的明暗条纹及一对准图案。
4. 如权利要求1所述的摄影机数组校准系统，其中多个该校正板可组合以同时校准多个该摄影机数组在同一直线上。
5. 如权利要求3所述的摄影机数组校准系统，其中该校正板上的该组相对应的几何图案组合包含一组垂直方向角度校正图及一组水平方向角度校正图。
6. 如权利要求3所述的摄影机数组校准系统，其中该明暗条纹可用以辅助调焦。
7. 一摄影机数组校准方法，该方法包含下列步骤：
提供一校正板，其上有静态校准用的一组专有图案，该组专有图案用以校准摄影机的各个自由度；
调整一夹持机构的水平轴和垂直轴，将该摄影机数组的取像范围移至该校正板上的对准图案；
通过该校正板上的该专有图案调整一垂直方向角度轴、一水平方向角度轴、一高度轴以及一高度方向角度轴；
其中该校正板上的该组专有图案可使该摄影机数组在一水平方向及一垂直方向角度的校准零点上取得等宽度的线状影像，且该校正板上的该组专有图案包含校准各个自由度所使用的校正图案。
8. 如权利要求7所述的摄影机数组校准方法，其中该摄影机数组可为线型摄影机和面型摄影机。
9. 如权利要求7所述的摄影机数组校准方法，其中该校正板上的该组专有图案可为一组相对应的几何图案组合、一组相对应的明暗条纹及一对准图案。
10. 如权利要求9所述的摄影机数组校准方法，其中该校正板上的该组相对应的几何图案组合包含一组垂直方向角度校正图及一组水平方向角度校正图。
11. 如权利要求7所述的摄影机数组校准方法，其中校正该垂直方向角度轴的方法，是通过该摄影机数组在一垂直方向角度的校准零点上扫描该校正板上的该组垂直方向角度校正图时，使得到等宽度的线状影像。
12. 如权利要求11所述的摄影机数组校准方法，其中该摄影机数组顺时针或逆时针倾斜而不在该垂直方向角度的校准零点上时，扫描该校正板的该组垂直方向角度校正图会得到不等宽度的线状影像。
13. 如权利要求7所述的摄影机数组校准方法，其中校正该水平方向角度轴的方法，是通过该摄影机数组在一水平方向角度的校准零点上扫描该校正板上的该组水平方向角度校正图时，使得到等宽度的线状影像。
14. 如权利要求13所述的摄影机数组校准方法，其中该摄影机数组顺时针或逆时针倾斜而不在该水平方向角度的校准零点上时，扫描该校正板的该组水平方向角度校正图会得到不等宽度的线状影像。
15. 如权利要求7所述的摄影机数组校准方法，其中可组合多个该校正板，并用以校正使用多个该摄影机数组的装置。
16. 如权利要求15所述的摄影机数组校准方法，其中校正该使用多个该摄影机数组的装置，是使每个该摄影机数组的垂直轴方向落在该校正板的对准图案范围内，则所有摄影机数组在该垂直轴方向的误差皆小于该对准图案的长度。
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