CN102665091B

CN102665091B - 一种球罩像质检测装置

Info

Publication number: CN102665091B
Application number: CN201210147631.7A
Authority: CN
Inventors: 沈晓林; 潘敏忠; 许德; 廖铭杰
Original assignee: Fuzhou Fran M & E Technology Development Co Ltd
Current assignee: Fujian Fulan optics Co., Ltd
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: CN102665091A

Abstract

本发明属于检测方法及装置，一种球罩像质检测方法，其要点在于是将取像装置与目标物之间的相对位置固定，而球罩相对于取像装置、目标物进行旋转，模拟摄像机的使用状态，以此观察取像装置透过球罩所成图像的画面质量来判断球罩对图像的影响，所述的取像装置是指摄像机或摄像机机芯。一种球罩像质检测装置，包括取像装置，其要点在于它与摄像机的使用状态相同，即要满足取像装置与球罩之间的相对运动状态，为：球罩绕其对称轴I可360度水平转动，球罩对称轴I相对摄像机机芯的光轴M可180度垂直转动，目的是为准确模拟摄像机机芯与球罩的相对运动状态。本发明的优点在于：能快速直观地检测球罩的质量，适用面广、结构轻巧、加速新机推广。

Description

一种球罩像质检测装置

技术领域

本发明属于检测方法及装置，尤其属于各类球型摄像机光学球罩的装机效果模拟及光学球罩表面各点所成图像质量的检测装置。

背景技术

本发明所述的摄像机是指球型摄像机，摄像机是由主体和摄像机机芯组成。如图1所示，目前光学球罩表面成像效果检测多数的做法是：将生产出来的球罩1安装在半球形摄像机中进行检测，利用摄像机机芯（取像装置7）电动可控旋转的性能，透过安装好的球罩来观察周围物体，并将成像信号传输到外部的显示器进行观察，以此来判断球罩对摄像机成像的影响，对球罩进行测试，该检测方法与使用方法相同，都是采用球罩不动，摄像机运动，来对整个球罩面的质量进行检测。由于球罩装机后，通过摄像机机芯旋转对焦所观测的物体及距离都是变化的，不易在短时间内准确评价球罩具体部位对摄像机成像质量的影响，测试结果容易失真而出现误判。这一检测方法还存在下列缺点：1. 球罩生产量大，若采用装机检测，则一拆一装，操作繁琐、耗时耗力；2. 摄像机开发过程中，摄像机与球罩相对位置的设计一般是考虑到摄像机的视角范围，但其相对位置对所获取图像的质量影响也是不可忽略的，球罩相对摄像机机芯位置的放置也对最终的成像质量产生影响，如图2所示，我们将球罩球心O₁与摄像机机芯光轴M之间的垂直距离称为L值，L值的绝对值最好为0，当球心在光轴上方时，L取负值；当球心在光轴下方时，L取正值。传统观念中对L值的定义并不十分清晰，在球罩检测中经常会模糊L值的检测要求，然而，L值的调节的准确与否直接关系到对整个球罩质量的评价。球罩对目标物的图像反映效果最佳的L值是0，远离O₁点位置方向都将降低球罩对被测目标物的图像反映效果。但是，多数情况下为达到增加视场范围的目的，L值的设计往往不是图像成像的最佳位置，因此，在检测球罩质量时，L值一定要准确调节到相应的位置，其要求是球罩球心0₁与摄像机机芯光轴M的距离L应符合设计要求。不同的摄像机要求不同，需根据不同的机型设计加以设置，该位置并不是固定不变的，不同机型、球罩的设计，其L值相应会有所变化。

当前这种装机实测的做法明显会造成球罩设计变更，效果验证的反复也延长了产品的开发周期。

发明内容：

本发明目的在于克服现有利用摄像机旋转检测球罩成像质量这一方法存在的局限和缺点，提供一种能快速直观检测球罩质量的检测方法，并提供一种模拟摄像机透过光学球罩任意位置获取图像的球罩像质检测装置。

本发明所采用的技术方案为一种球罩像质检测方法，其要点在于是将取像装置与目标物之间的相对位置固定，而球罩相对于取像装置、目标物进行旋转，模拟摄像机的使用状态，以此观察取像装置透过球罩所成图像的画面质量来判断球罩对图像的影响，所述的取像装置是指摄像机或摄像机机芯。

众所周知，影响成像质量的三个要素为：取像装置、目标物、球罩，原先的检测机构是：球罩、目标物不动，取像装置运动，致使目标物在不断变化，即取像装置中的成像不停变化，而引起这些变化的因素并非单一（由球罩、目标物及二者间距离共同形成），对于成像质量的判断只能根据经验进行，对球罩整体的各部位的质量无对比，而本发明中，取像装置、目标物相对不动，排除了因摄像机所摄取的目标物不一致，摄取距离的改变对成像的影响，减少对球罩质量判断的干扰，保证取像装置所摄取的目标物及距离不变，使得对成像质量的影响仅为球罩的质量，球罩的质量、均匀性能得到快速直观的检测。本发明突破了传统的思维定势，将球罩的检测从只是简单的照搬使用状态进行模拟，回归到检测球罩的本质进行重新设计，使得检测结果仅与球罩的质量有关，而尽量减少因目标物不同及取像装置、目标物之间的位置移动或变化而对成像质量造成的影响。

按照此方法设计的检测装置可以有多种，只要与摄像机的使用状态相同就行，即要满足取像装置与球罩之间的相对运动状态，为：球罩绕其对称轴I可360度水平转动，球罩对称轴I相对摄像机机芯的光轴M可180度垂直转动，目的是为准确模拟摄像机机芯与球罩的相对运动状态。

即本发明只是将运动物体由摄像机机芯变成球罩，而其余三者间的关系仍与实际使用状态相同。

下面是本发明按照此方法设计的一种检测装置

一种球罩像质检测装置，包括取像装置，其要点在于它包括机架、取像装置、水平转动装置、垂直转动装置、球罩固定用辅助装置、显示器，水平转动装置、垂直转动装置相互连接固定于机架上，水平转动装置上有球罩的固定位，水平转动装置绕其中心轴可360度水平转动，垂直转动装置的旋转角度为180度，取像装置稳定固定于机架上并通过连接线与显示器相连，由显示器显示成像结果，球罩固定用辅助装置用于将球罩固定于水平转动装置上的球罩的固定位。

这种检测装置手动控制检测过程，将取像装置稳定固定于机架上，而球罩固定于转动装置上，通过转动球罩来实现球罩与取像装置之间的相对转动，是本发明的一大突破，取像装置与目标物是固定不变的，也就是说目标物（参照物）固定不变，而只有要检测的球罩转动，这样能快速直观地检测出球罩对目标物成像质量的影响，从而快速检测出球罩的质量和均匀度。

对上述装置的进一步改进，增加入控制系统，利用控制系统来实现球罩的旋转运动。

它包括机架、取像装置、水平转动装置、垂直转动装置、显示器、控制系统，水平转动装置、垂直转动装置相互连接固定于机架上，水平转动装置上有球罩的固定位，水平转动装置绕其中心轴可360度水平转动，垂直转动装置的旋转角度为180度，取像装置稳定固定于机架上，并通过连接线与显示器相连，由显示器显示成像结果，控制系统分别与水平转动装置、垂直转动装置、取像装置、显示器连接。

水平转动装置具有水平转动电机，垂直转动装置具有垂直转动电机，控制系统为PC机，分别控制水平转动电机和垂直转动电机，根据检测需要，由PC机输出控制信号，经由输入输出系统解读转换输出动作信号来控制相应的伺服电机转动，从而实现水平传动装置与垂直转动装置的转动。

水平转动装置、垂直转动装置相互连接，球罩固定于水平转动装置上，因二者相互连接，就可带动球罩按要求进行水平和垂直方向上的转动。

所述的机架包括基座、侧板，侧板垂直固定于基座上方，垂直转动装置包括转轴、支撑板、卡块，卡块与转轴固定连接，侧板上有固定转轴的孔，转轴与侧板连接，并通过固位器固定转轴，转动角度从0^○到180^○，水平转动装置为转盘，转盘上有球罩的固定位，转盘与支撑板一起固定于卡块中，转盘与支撑板相互间能360^○转动。

这种检测装置比较适合取像装置为体积较小的摄像机机芯。

这是针对球罩固定于水平转动装置上而设计的，当然，球罩也可固定于垂直转动装置上，而垂直转动装置再与水平转动装置连接。

为了满足不同高度的摄像机都能使用本发明，满足L值调整，特地将球罩的固定座的高度设计成可调。

所述的机架包括基座、侧板，垂直转动装置包括转轴、支撑板、L值调节导板、卡块，侧板上有固定转轴的孔，转轴与侧板铰接，并通过固位器固定转轴，转动角度从0^○到180^○，L值调节导板与转轴固定连接，表面有滑槽，水平转动装置为转盘，卡块的一面为卡槽，支撑板与水平转动装置两端一起固定在两侧的卡块的卡槽内，卡块固定于L值调节导板的滑槽内，卡块沿滑槽上下运动，实现球罩的上下运动，转盘上有球罩的固定位，转盘与支撑板一起固定在卡块中，转盘与支撑板相互间能360^○转动。

目标物在支撑板的下方固定有摄像机固定座，摄像机固定座的四个角通过螺杆与支撑板固定连接。

目前摄像机的种类繁多，精密度、价格相差甚远，对于网络摄像机、高速球机等一类机型，其摄像机机芯的架设和控制装置相对较为精密，不便拆卸获得单一的摄像机机芯，在检测与之相匹配的球罩时，摄像装置为整体摄像机。由于摄像机机芯体积小可以固定于悬臂梁上时，垂直转动装置可以是简单的支撑板，当摄像装置为整体摄像机时，因其体积大，垂直转动装置旋转时容易产生干涉，因此我们设计了一个随动装置--摄像机固定座，让摄像机跟随垂直转动装置转动，同时为了保证摄像机光轴与目标物的相对位置不变，要同时控制机芯相对垂直转动装置以相反方向旋转，补偿掉因摄像机的转动而使机芯相应改变的角度，使机芯光轴与目标物体始终在同一直线上。

所述的转盘上有球罩的固定位是指转盘上表面有可容下球罩的凹槽，并配有相应的球罩固定用辅助装置，凹槽处也可选择置入特制的球罩定位工装。

由于球罩重量较轻，在检测过程又无需承重，检测过程运动速度较慢，所以球罩固定机构只要满足承受球罩自身的重量，在检测中球罩与转盘不发生位移即可。

为了拆装方便、快速：

所述的球罩固定用辅助装置是指在凹槽的下方等圆周角均匀固定有磁铁，并有与磁铁相配合的压片。

所述的球罩固定机构是指在凹槽的上方等圆周角均匀布置有弹簧压块。

还可是类似的固定方式。

增加了控制系统，可实现球罩的自动检测，控制系统控制1）垂直转动装置的电机转过n^○，2）摄像机保持与目标物的相对位置不变，3）水平转动装置旋转360^○，重复上述运动直至n^○为180^○。根据不同的摄像机的视场角不同，选择不同的n值。

本发明的优点在于：能快速直观地检测球罩的质量，一机多用：既能在摄像机机芯固定时，改变球罩在不同的垂直角及水平角位置观测静物判断球罩光学成像效果，又能适应利用摄像机设定垂直角透过球罩球面各点观测静物判断球罩光学成像效果的情况；功能性强：L值调节导板对L值的有效调节适应目前所有已知任意高度的光学球罩进行检测，能提前见证摄像机机芯与球罩相对位置对图像质量的影响，为正确设计摄像机L值提供参考。适用面广：能适应摄像机固定的小半球球罩像质测试，也可应用于电控摄像机半球球机的球罩像质测试。结构轻巧：外形小巧轻便，成本低廉。加速新机推广：模拟摄像机机芯与球罩的相对位置，方便快捷的获知摄像机取像效果，避免旧方法导致的设计变更、效果验证的反复，节省新机开发成本，加速新机的开发速度。

附图说明

图1为旧方法球罩装机检测示意图

图2为L值定义的示意图

图3为本发明检测摄像机机芯装置的使用状态结构示意图

图4为图3检测过程中球罩旋转后的示意图

图5 为本发明的拆除机芯固定架后的外观示意图

图6为实施例2的机械部分结构示意图

图7为图6的俯视图

图8为实施例2检测初始状态示意图

图9为实施例2检测过程球罩旋转后的示意图

图10为实施例2检测过程摄像机补偿旋转后的示意图

图11为实施例2整体立体图

其中：1.球罩 2. 球罩固定用辅助装置 3. L值调节导板 31.滑槽 4. 水平转动装置伺服电机 5. 垂直转动装置伺服电机 6.侧板 7.取像装置 71.机芯固定架 8. 基座 9.固定座 11.螺杆 12.支撑板 13.转轴 14. 水平转动装置 141. 球罩的固定位 142.磁铁 143.压片 15.卡块 151.卡槽 16.信号转换器 17.PC机 18.固位器 I 球罩的对称轴 0₁ 球罩的球心

M摄像机机芯的光轴。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更理解本发明，对下述的实施例进行修改，添加和替换都是可能的，都没有超出本发明的保护范围。

本发明所述的摄像机是指球型摄像机，球罩特指光学球罩。

本发明是一种球罩像质检测方法，是将取像装置与目标物之间的相对位置固定，而球罩相对于取像装置、目标物进行旋转，模拟摄像机的使用状态，以此观察取像装置透过球罩所成图像的画面质量来判断球罩对图像的影响，所述的取像装置是指球形摄像机或摄像机机芯。

按照此方法设计的检测装置可以有多种，只要与摄像机的使用状态相同就行，要满足摄像机与球罩之间的相对运动状态为：球罩绕其对称轴I可360度水平转动，球罩对称轴I相对摄像机机芯的光轴M可180度垂直转动，目的是为准确模拟摄像机机芯与球罩的相对运动状态。

如图3、图4、图5所示，一种球罩像质检测装置，它包括机架、取像装置7、水平转动装置14、垂直转动装置、球罩固定用辅助装置、显示器，水平转动装置、垂直转动装置相互连接固定于机架上，水平转动装置上有球罩的固定位141，水平转动装置绕其中心轴相对于垂直转动装置可实现360度水平转动，垂直转动装置的旋转角度为180度，取像装置7稳定固定于机架上并通过连接线与显示器相连，由显示器显示成像结果，球罩相对于取像装置7可实现360度水平转动，180度垂直转动，球罩固定用辅助装置用于将球罩固定于水平转动装置上的球罩的固定位。所述的机架包括基座8、侧板6、摄像机机芯固定架71，侧板6垂直固定于基座8上方，摄像机机芯固定架71为一“倒L”型的悬臂结构，与基座8固定连接，以便于不干涉垂直转动装置的旋转，取像装置（摄像机或摄像机机芯）7稳定固定于摄像机机芯固定架71上，垂直转动装置包括转轴13、固位器18、支撑板12、L值调节导板3、卡块15，支撑板12中心开有大通孔，便于安装固定取像装置（摄像机或摄像机机芯）7，侧板6上有固定转轴13的孔，孔的外表面有角度刻度线，转轴13与侧板6铰接，并通过固位器18固定转轴13，以防止转轴13位移，转动角度从0^○到180^○，L值调节导板3与转轴13固定连接，表面有滑槽31，水平转动装置14为转盘，卡块15的一面为卡槽151，支撑板12与水平转动装置14两端一起固定在两侧的卡块15的卡槽151内，卡块15固定于L值调节导板3的滑槽31内，卡块15沿滑槽31上下运动，实现球罩的上下运动。水平转动装置14为转盘，转盘表面带有角度刻度线，转盘上有球罩的固定位，它为转盘上表面有可容下球罩的凹槽，并配有相应的球罩固定用辅助装置2。球罩固定用辅助装置2是由磁铁142和与之相配合的压片143组成，是指在凹槽的下方等圆周角均匀固定有磁铁142，球罩上方有与磁铁142相配合的压片143，二者配合将球罩固定在水平转动装置14上。还可用弹簧压块等类似的固定方式进行球罩固定。

转盘与支撑板12一起固定在卡块15中，转盘与支撑板12相互间能360^○转动，可以采用其连接方式：凹槽与凸圈的配合、平面轴承或滚珠等转动副，使水平转动装置与垂直转动装置相互间能360^○转动即可。

在只检测单一的球罩情况下，可不需要L值调节导板3，卡块15直接与转轴13固定连接。

上述这种装置比较适合于检测普通的摄像机，将摄像机机芯拆下，安装于本装置的摄像机机芯固定架71上，可以通过简单的手动对固定于水平转动装置上方的光学球罩进行检测。

如图6、7、8、9、10、11所示，一种球罩像质检测装置，主要用于检测网络摄像机、高速球机等一类机型，其摄像机机芯的架设和控制装置相对较为精密，不便拆卸获得单一的摄像机机芯，它包括机架、取像装置7、水平转动装置14、垂直转动装置12、球罩固定用辅助装置2、显示器、控制系统，水平转动装置、垂直转动装置相互连接固定于机架上，水平转动装置上有球罩的固定位141，水平转动装置绕其中心轴可360度水平转动，垂直转动装置的旋转角度为180度，取像装置7稳定固定于机架上，控制系统分别与水平转动装置14、垂直转动装置、取像装置7、显示器连接。所述的机架包括基座8、侧板6，垂直转动装置包括转轴13、支撑板12、L值调节导板3、卡块15、固位器18，侧板6上有固定转轴13的孔，转轴13与侧板6铰接，并通过固位器18固定转轴13，防止转轴13位移，转动角度从0^○到180^○，L值调节导板3与转轴13固定连接，表面有滑槽31，水平转动装置14为转盘，卡块15的一面为卡槽151。支撑板12与水平转动装置14两端一起固定在两侧的卡块15的卡槽151内，相互间能360^○转动，卡块15固定于L值调节导板3的滑槽31，卡块15沿滑槽31上下运动，实现球罩的上下运动，转盘上有球罩的固定位141，在支撑板12的下方固定有摄像机固定座9，摄像机固定座9的四个角通过螺杆11与支撑板12固定连接。水平转动装置具有水平转动装置伺服电机4，垂直转动装置具有垂直转动装置伺服电机5，控制系统为PC机17，分别控制水平转动电机和垂直转动电机，根据检测需要，由PC机17输出控制信号，经由信号转换器16解读并转换成动作信号输出来控制相应的伺服电机转动，从而实现水平传动装置与垂直转动装置的转动。

控制系统控制的工作程序：1）垂直转动装置的电机转过n^○，2）取像装置7保持与目标物的相对位置不变，3）水平转动装置旋转360^○，重复上述运动直至n^○为180^○。其余未述的球罩固定方式与上例相同。

将光学球罩1放置在水平转动装置14上，在球罩固定用辅助装置2的作用（如利用铁质压片与永磁体磁力的相互作用）下夹持住球罩边缘，使球罩固定在水平转动装置的水平板上。摄像机锁紧于固定座9，通过螺杆11调节固定座高度使球机摄像机7旋转轴与本发明的支撑板12旋转轴重合，调节卡块15相对于L值调节导板3的位置使L值达到指定数值，如L=0。为使垂直转动装置的支撑板12旋转过程中，固定座9或螺杆11不与基座8干涉，可调节侧板6高度到一定位置。

先将水平板及垂直板分别调至0度，锁紧转轴13的固位器18，初始位置记为0-0（垂直角—水平角），记录摄像机观测清晰度测试板获取图像像质量化值。水平板每隔30度逆时针旋转一次分别记为0-30,0-60，……0-330，记录相应的像质量化值。完成垂直方向0度的水平360度测试后，松开固位器，调节垂直板分别至10、20、……、90度位置按以上步骤旋转水平板一周，记录球罩相应位置的像质量化值，从而得到球罩各点位置的像质报告。

本发明装置亦可适用于直接搭载无球罩的网络半球摄像机，如图8所示，将网络半球摄像机固定于固定座座9中，调节固定座9、侧板6高度，使摄像机中的旋转轴心与球罩球心相对位置达到检测要求的距离（设定的L值），而后调节转动装置到需要的角度进行检测。

以下举例说明检测球罩水平角度30，垂直角度30的图像效果。

调节垂直旋转装置如图9所示至垂直角30度，同时，由电脑经网络控制摄像机旋转相应仰角30度，如图10所示，而后旋转水平转动装置至球罩水平角度30度，观察画面显示效果，将其与无球罩时的图像效果进行对比，以此判断球罩对图像获取效果的影响程度，从而实现检测球罩质量的目的。

Claims

1.一种球罩像质检测装置，其特征在于，它包括机架、取像装置（7）、水平转动装置（14）、垂直转动装置（12）、球罩固定用辅助装置、显示器，水平转动装置、垂直转动装置相互连接固定于机架上，水平转动装置上有球罩的固定位，水平转动装置绕其中心轴可360度水平转动，垂直转动装置的旋转角度为180度，取像装置（7）稳定固定于机架上并通过连接线与显示器相连，由显示器显示成像结果，球罩固定用辅助装置用于将球罩固定于水平转动装置上的球罩的固定位。

2.根据权利要求1所述的球罩像质检测装置，其特征在于：它包括机架、取像装置（7）、水平转动装置（14）、垂直转动装置（12）、显示器、球罩固定用辅助装置、控制系统，水平转动装置、垂直转动装置相互连接固定于机架上，水平转动装置上有球罩的固定位（141），水平转动装置绕其中心轴可360度水平转动，垂直转动装置的旋转角度为180度，取像装置（7）稳定固定于机架上，并通过连接线与显示器相连，由显示器显示成像结果，控制系统分别与水平转动装置（14）、垂直转动装置（12）、取像装置（7）、显示器连接，球罩固定用辅助装置用于将球罩固定于水平转动装置的球罩的固定位上。

3.根据权利要求1或2所述的球罩像质检测装置，其特征在于：所述的机架包括基座（8）、侧板（6），侧板（6）垂直固定于基座（8）上方，垂直转动装置包括转轴（13）、支撑板（12）、卡块（15），支撑板（12）中心开有大通孔，用于安装固定取像装置（7），卡块（15）与转轴（13）固定连接，侧板（6）上有固定转轴（13）的孔，转轴（13）与侧板（6）连接，并通过固位器（18）固定转轴（13），转动角度从0^○到180^○，水平转动装置（14）为转盘，转盘上有球罩的固定位（141），转盘与支撑板（12）一起固定在卡块（15）中，转盘与支撑板（12）相互间能360^○转动。

4.根据权利要求1或2所述的球罩像质检测装置，其特征在于，所述的机架包括基座（8）、侧板（6），垂直转动装置包括转轴（13）、支撑板（12）、L值调节导板（3）、卡块（15），侧板（6）上有固定转轴（13）的孔，转轴（13）与侧板（6）铰接，并通过固位器（18）固定转轴（13），转动角度从0^○到180^○，L值调节导板（3）与转轴（13）固定连接，表面有滑槽（31），水平转动装置（14）为转盘，卡块（15）的一面为卡槽（151），支撑板（12）与水平转动装置（14）两端一起固定在两侧的卡块（15）的卡槽内，卡块（15）固定于L值调节导板（3）的滑槽（31）内，卡块（15）沿滑槽（31）上下运动，实现球罩的上下运动，转盘上有球罩的固定位，转盘与支撑板（12）一起固定在卡块（15）中，转盘与支撑板（12）相互间能360^○转动。

5.根据权利要求4所述的球罩像质检测装置，其特征在于，在支撑板（12）的下方固定有摄像机固定座（9），摄像机固定座（9）的四个角通过螺杆（11）与支撑板（12）固定连接。

6.根据权利要求3所述的球罩像质检测装置，其特征在于，所述的转盘上有球罩的固定位（141）是指转盘上表面有可容下球罩的凹槽，并配有相应的球罩固定机构。

7.根据权利要求4所述的球罩像质检测装置，其特征在于，所述的转盘上有球罩的固定位（141）是指转盘上表面有可容下球罩的凹槽，并配有相应的球罩固定机构。

8.根据权利要求1所述的球罩像质检测装置，其特征在于，所述的球罩固定用辅助装置（2）是由磁铁（142）和与之相配合的压片（143）组成，是指在凹槽的下方等圆周角均匀固定有磁铁（142），并有与磁铁（142）相配合的压片（143）。

9.根据权利要求2所述的球罩像质检测装置，其特征在于，控制系统的工作步骤：控制1）垂直转动装置（12）的电机转过n^○，2）取像装置（7）保持与目标物的相对位置不变，3）水平转动装置（14）旋转360^○，重复上述步骤1）至3），直至n^○为180^○。