CN103018015B - 检测设备中镜头的光轴偏移的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种检测设备中镜头的光轴偏移的装置和方法，所述装置包括：标准图像获取模块，用于在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像；参考坐标系建立模块，用于取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；测试图像获取模块，用于在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像；测试光标位置确定模块，用于取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置；光轴偏移检测模块，用于根据所述位置确定待测镜头的光轴偏移量和/或光轴偏移角度。本发明能够解决无法在组装过程中检测设备中镜头的光轴偏移的技术问题。

Description

检测设备中镜头的光轴偏移的装置和方法

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别涉及检测设备中镜头的光轴偏移的装置和方法。

背景技术

现有技术中，对于具有镜头的设备，由于镜头自身的缺陷或者由于组装过程中的操作问题，使得设备中的镜头可能具有光轴偏差。

现有技术中的光轴偏移检测为静态检测，而且必须具有镜头的详细设计参数和昂贵的测试设备才能实现。当镜头被组装到印刷电路板PCBA上后，在调焦过程后，无法确定光轴偏移大小。但是，因为组装公差，光传感器贴片公差，镜头定位等原因，组装后设备中镜头会产生光轴偏移量。如果光轴偏移量超出允许公差范围，会引起镜头拍摄亮度不均匀，四周产生暗角等功能性不良问题。

发明内容

本发明提供了检测设备中镜头的光轴偏移的装置和方法，以解决无法在组装过程中检测设备中镜头的光轴偏移的问题。

本发明公开了一种检测设备中镜头的光轴偏移的装置，所述装置包括：

标准图像获取模块，用于在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像；

参考坐标系建立模块，用于取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

测试图像获取模块，用于在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像；

测试光标位置确定模块，用于取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置；

光轴偏移检测模块，用于根据测试光标在参考坐标系中所述位置确定待测镜头的光轴偏移量和/或光轴偏移角度。

其中，所述装置还包括：

合格判定模块，用于将确定的待测镜头的光轴偏移量与预设的偏移量阈值比较，如果没有超过该偏移量阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格；或者，

将确定的待测镜头的光轴偏移角度与预设的偏移角度阈值比较，如果没有超过该偏移角度阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。

其中，所述参考坐标系以像素为单位；

所述光轴偏移检测模块具体用于根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出测试光标与参考坐标系中原点间距离；将所述距离与像素尺寸相乘，得待测镜头的光轴偏移量。

其中，所述光轴偏移检测模块具体用于根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出待测镜头的光轴偏移量，根据该光轴偏移量和拍摄位置与图片样本间距离确定待测镜头的光轴偏移角度。

其中，所述参考坐标系建立模块具体用于以图片样本的中心为坐标原点，建立绝对坐标系，确定标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

所述测试光标位置确定模块具体用于确定测试光标在绝对坐标系中坐标，根据标准图像的中心在绝对坐标系中坐标将该测试光标在绝对坐标系中坐标转换为在参考坐标系中坐标。

本发明还公开了一种检测设备中镜头的光轴偏移的方法，所述方法包括：

在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像；

取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像；

取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置；

根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移量和/或光轴偏移角度。

其中，所述方法还包括：

将确定的待测镜头的光轴偏移量与预设的偏移量阈值比较，如果没有超过该偏移量阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格；或者，

将确定的待测镜头的光轴偏移角度与预设的偏移角度阈值比较，如果没有超过该偏移角度阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。

其中，所述参考坐标系以像素为单位；

所述根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移量具体包括：

根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出测试光标与参考坐标系中原点间距离；

将所述距离与像素尺寸相乘，得待测镜头的光轴偏移量。

其中，所述根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移角度具体包括：根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出待测镜头的光轴偏移量，根据该光轴偏移量和拍摄位置与图片样本间距离确定待测镜头的光轴偏移角度。

其中，所述取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系具体包括：

以图片样本的中心为坐标原点，建立绝对坐标系，

确定标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

所述确定测试光标在参考坐标系中位置具体包括：

确定测试光标在绝对坐标系中坐标，根据标准图像的中心在绝对坐标系中坐标将该测试光标在绝对坐标系中坐标转换为在参考坐标系中坐标。

本发明的有益效果是：通过在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像；取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像；取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置；根据所述位置确定待测镜头的光轴偏移量和/或光轴偏移角度。采用本发明仅需使组装到设备中的待测镜头拍摄图片样本，将测试图像中心与标准图像中心做比对，便可检测组装过程中检测设备中镜头的光轴偏移。而且无需获知镜头的详细设计参数，通过普通检测装置便可实现检测，检测更为简单易行。

附图说明

图1为本发明的一实施例中检测设备中镜头的光轴偏移的装置的结构图；

图2为本发明的一实施例中样品镜头的品质参数值分布图；

图3为本发明的一实施例中图片样本的示意图；

图4为本发明的一实施例中检测设备中镜头的光轴偏移的装置的结构图；

图5为本发明的一实施例中检测设备中镜头的光轴偏移的方法的流程图；

图6为本发明的一实施例中计算设备中镜头的光轴偏移角度的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，为本发明提供的一实施例中检测设备中镜头的光轴偏移的装置的结构图。该装置包括：标准图像获取模块110、参考坐标系建立模块120、测试图像获取模块130、测试光标位置确定模块140和光轴偏移检测模块150。

标准图像获取模块110，用于在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像。

其中，标准镜头为确定的光轴偏移在限定范围内的镜头。该标准镜头可以是厂家提供的样例，也可以是从多个镜头中优选出的镜头。例如，测量多个样品镜头，获得各个样品镜头的品质参数值，根据样品镜头的品质参数值的概率分布从样品镜头中选取标准镜头。参见图2，为本发明的一实施例中样品镜头的品质参数值分布图。选取品质参数值分布集中的区域，如图2中圆圈所圈区域内，确定圆形区域的中心，选择最靠近中心的样品镜头为标准镜头。标准镜头的选取可以为多种方式，只要标准镜头的光轴偏移在限定范围内即可，在此没有特别限制。

其中，图片样本可以为任何的图片，例如可以为MTF(调制传递函数)图。参见图3，为本发明的一实施例中图片样本的示意图。

举例而言，调整检测装置中放置设备的工装，使工装与MTF图中心基本垂直对正。该工装位置为拍摄位置，将组装有标准镜头的PCBA(印刷电路板)，即组装有标准镜头的设备，放置到工装上。调整标准镜头的焦距，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像。例如，如图3所示的MTF图中，5处阴影区域中焦距调整完成后，认为标准镜头聚焦，此时检测装置中显示“pass”，表示焦距调整完成。标准镜头聚焦后，拍摄MTF图，获得标准图像。

在此，对于初次使用的检测装置，需要对检测装置进行校准。在测试装置的根目录下，找到CameraTest.ini文件，更改CalibrationDebug值为1，进行校准。将组装有标准镜头的PCBA放置到拍摄位置，利用该标准镜头对检测装置进行校准。校准后将工装位置固定，以使得各次拍摄时的拍摄位置相同。

参考坐标系建立模块120，用于取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系。

进一步地，参考坐标系建立模块120以图片样本的中心为坐标原点，建立绝对坐标系，确定标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系。

举例而言，参考坐标系和绝对坐标系都以像素为单位。例如，像素个数是640×480，则图片样本的中心为(320，240)处的点，以该点为绝对坐标系的原点。以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系。如果工装的放置与MTF图的中心完全对正，则绝对坐标系的原点与参考坐标系的原点重合，否则，两者间具有偏差。

测试图像获取模块130，用于在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像。

举例而言，将组装有待测镜头的PCBA放置到工装上。对待测镜头进行聚焦，在图3所示的MTF图中5处阴影区域中焦距调整完成后，检测装置中显示“pass”，表示焦距调整完成。待测镜头聚焦后，拍摄MTF图，获得测试图像。

测试光标位置确定模块140，用于取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置。

进一步地，测试光标位置确定模块140确定测试光标在绝对坐标系中坐标，根据标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，将该测试光标在绝对坐标系中坐标转换为在参考坐标系中坐标。

如图3所示，测试光标位置确定模块140根据标准图像的中心O在绝对坐标系中坐标，和测试光标A在绝对坐标系中坐标，得出测试光标在参考坐标系中坐标。例如，标准图像的中心O在绝对坐标系中坐标为(2，2)，测试光标A在绝对坐标系中坐标为(5，6)，则测试光标A在参考坐标系中坐标为(3，4)。

光轴偏移检测模块150，用于根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移量或光轴偏移角度。

参考坐标系以像素为单位。光轴偏移检测模块150根据测试光标在参考坐标系中的坐标得出测试光标与参考坐标系中原点间距离；将所述距离与像素尺寸相乘，得待测镜头的光轴偏移量。

例如，像素量为640×480，则以640×480为参考坐标中X轴和Y轴的单位数。1个像素的尺寸是6μm×6μm，将测试光标A与参考坐标系中原点O间距离|AO|乘以6μm，即|AO|×6μm，得出待测镜头的光轴偏移量。例如，图3中测试光标A在参考坐标系中坐标为(3，4)，则测试光标A与参考坐标系中原点O间距离|AO|为5，该待测镜头的光轴偏移量为5×6μm＝30μm。

光轴偏移检测模块150根据测试光标在参考坐标系中的坐标得出待测镜头的光轴偏移量，根据该光轴偏移量和拍摄位置与图片样本间距离确定待测镜头的光轴偏移角度。例如，参见图6，为计算设备中镜头的光轴偏移角度的示意图。测试光标A在参考坐标系中坐标为(-3，-4)，则测试光标A与参考坐标系中原点O间距离|AO|为5，1个像素的尺寸是6μm×6μm，该待测镜头的光轴偏移量为5×6μm＝30μm。拍摄位置与图片样本间距离为|OB|，例如|OB|＝727mm，则偏移角度＝arctan(|AO|/|BO|)＝arctan(30/727000)。

在本发明的另一个实施例中，所述装置还包括合格判定模块160。参见图4，为本发明的一实施例中检测设备中镜头的光轴偏移的装置的结构图。

合格判定模块160，用于将确定的待测镜头的光轴偏移量与预设的偏移量阈值比较，如果没有超过该偏移量阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。该偏移量阈值可以根据合格标准设置，也可以根据检测的多个光轴偏移量的概率分布进行设置。

合格判定模块160，用于将确定的待测镜头的光轴偏移角度与预设的偏移角度阈值比较，如果没有超过该偏移角度阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。

该偏移角度阈值可以根据合格标准设置，也可以根据检测的多个光轴偏角度的概率分布进行设置。

参见图5公开了，本发明一种检测设备中镜头的光轴偏移的方法的流程图。所述方法包括如下步骤。

步骤S510，在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像。

其中，标准镜头为确定的光轴偏移在限定范围内的镜头。该标准镜头可以是厂家提供的样例，也可以是从多个镜头中优选出的镜头。例如，测量多个样品镜头，获得各个样品镜头的品质参数值，根据样品镜头的品质参数值的概率分布从样品镜头中选取标准镜头。参见图2，为本发明的一实施例中样品镜头的品质参数值分布图。选取品质参数值分布集中的区域，如图2中圆圈所圈区域内，确定圆形区域的中心，选择最靠近中心的样品镜头为标准镜头。标准镜头的选取可以为多种方式，只要标准镜头的光轴偏移在限定范围内即可，在此没有特别限制。

其中，图片样本可以为任何的图片，例如可以为MTF(调制传递函数)图。参见图3，为本发明的一实施例中图片样本的示意图。

举例而言，调整放置设备的工装，使工装与MTF图中心基本垂直对正。该工装位置为拍摄位置，将组装有标准镜头的PCBA(印刷电路板)，即组装有标准镜头的设备，放置到工装上。调整标准镜头的焦距，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像。例如，如图3所示的MTF图中，5处阴影区域中焦距调整完成后，认为标准镜头聚焦，显示“pass”，表示焦距调整完成。标准镜头聚焦后，拍摄MTF图，获得标准图像。

在此，对于初次检测时，需要进行校准。在测试装置的根目录下，找到CameraTest.ini文件，更改CalibrationDebug值为1，进行校准。将组装有标准镜头的PCBA放置到拍摄位置，利用该标准镜头对检测装置进行校准。校准后将工装位置固定，以使得各次拍摄时的拍摄位置相同。

步骤S520，取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系。

进一步地，在步骤S520中以图片样本的中心为坐标原点，建立绝对坐标系，确定标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系。

举例而言，参考坐标系和绝对坐标系都以像素为单位。例如，像素个数是640×480，则图片样本的中心为(320，240)处的点，以该点为绝对坐标系的原点。以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系。如果工装的放置与MTF图的中心完全对正，则绝对坐标系的原点与参考坐标系的原点重合，否则，两者间具有偏差。

步骤S530，在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像。

举例而言，将组装有待测镜头的PCBA放置到工装上。对待测镜头进行聚焦，在图3所示的MTF图中5处阴影区域中焦距调整完成后，检测装置中显示“pass”，表示焦距调整完成。待测镜头聚焦后，拍摄MTF图，获得测试图像。

步骤S540，取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置。

进一步地，确定测试光标在绝对坐标系中坐标，根据标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，将该测试光标在绝对坐标系中坐标转换为在参考坐标系中坐标。

如图3所示，在步骤S540中，根据标准图像的中心O在绝对坐标系中坐标，和测试光标A在绝对坐标系中坐标，得出测试光标在参考坐标系中坐标。例如，标准图像的中心O在绝对坐标系中坐标为(2，2)，测试光标A在绝对坐标系中坐标为(5，6)，则测试光标A在参考坐标系中坐标为(3，4)。

步骤S550，根据测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移量和光轴偏移角度。

参考坐标系以像素为单位。在步骤S550中，根据测试光标在参考坐标系中的坐标得出测试光标与参考坐标系中原点间距离；将所述距离与像素尺寸相乘，得待测镜头的光轴偏移量。

例如，像素量为640×480，则以640×480为参考坐标中X轴和Y轴的单位数。1个像素的尺寸是6μm×6μm，将测试光标A与参考坐标系中原点O间距离|AO|乘以6μm，即|AO|×6μm，得出待测镜头的光轴偏移量。例如，图3中测试光标A在参考坐标系中坐标为(3，4)，则测试光标A与参考坐标系中原点O间距离|AO|为5，该待测镜头的光轴偏移量为5×6μm＝30μm。

在步骤S550中，根据测试光标在参考坐标系中的坐标得出待测镜头的光轴偏移量，根据该光轴偏移量和拍摄位置与图片样本间距离确定待测镜头的光轴偏移角度。

例如，参见图6，为计算设备中镜头的光轴偏移角度的示意图。测试光标A在参考坐标系中坐标为(-3，-4)，则测试光标A与参考坐标系中原点O间距离|AO|为5，1个像素的尺寸是6μm×6μm，该待测镜头的光轴偏移量为5×6μm＝30μm。拍摄位置与图片样本间距离为|OB|，例如|OB|＝727mm，则偏移角度＝arctan(|AO|/|BO|)＝arctan(30/727000)。

在本发明的另一个实施例中，所述方法还包括如下步骤。

将确定的待测镜头的光轴偏移量与预设的偏移量阈值比较，如果没有超过该偏移量阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。

该偏移量阈值可以根据合格标准设置，也可以根据检测的多个光轴偏移量的概率分布进行设置。

将确定的待测镜头的光轴偏移角度与预设的偏移角度阈值比较，如果没有超过该偏移角度阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。

该偏移角度阈值可以根据合格标准设置，也可以根据检测的多个光轴偏角度的概率分布进行设置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种检测设备中镜头的光轴偏移的装置，其特征在于，所述装置包括：

标准图像获取模块，用于在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像；

参考坐标系建立模块，用于取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

测试图像获取模块，用于在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像；

测试光标位置确定模块，用于取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置；

光轴偏移检测模块，用于根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移量和/或光轴偏移角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括：

合格判定模块，用于将确定的待测镜头的光轴偏移量与预设的偏移量阈值比较，如果没有超过该偏移量阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格；或者，

将确定的待测镜头的光轴偏移角度与预设的偏移角度阈值比较，如果没有超过该偏移角度阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述参考坐标系以像素为单位；

所述光轴偏移检测模块具体用于根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出测试光标与参考坐标系中原点间距离；将所述距离与像素尺寸相乘，得待测镜头的光轴偏移量。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述光轴偏移检测模块具体用于根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出待测镜头的光轴偏移量，根据该光轴偏移量和所述拍摄位置与所述图片样本间距离确定待测镜头的光轴偏移角度。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述参考坐标系建立模块具体用于以图片样本的中心为坐标原点，建立绝对坐标系，确定标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

所述测试光标位置确定模块具体用于确定测试光标在绝对坐标系中坐标，根据标准图像的中心在绝对坐标系中坐标将该测试光标在绝对坐标系中坐标转换为在参考坐标系中坐标。

6.一种检测设备中镜头的光轴偏移的方法，其特征在于，所述方法包括：

在拍摄位置将组装到设备中的标准镜头聚焦后，拍摄图片样本，获得图片样本的标准图像；

取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

在所述拍摄位置将组装到设备中的待测镜头聚焦后，拍摄所述图片样本，获得图片样本的测试图像；

取测试图像的中心为测试光标，确定测试光标在参考坐标系中位置；

根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移量和/或光轴偏移角度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述方法还包括：

将确定的待测镜头的光轴偏移量与预设的偏移量阈值比较，如果没有超过该偏移量阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格；或者，

将确定的待测镜头的光轴偏移角度与预设的偏移角度阈值比较，如果没有超过该偏移角度阈值，则组装有待测镜头的设备合格，否则，组装有待测镜头的设备不合格。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

所述参考坐标系以像素为单位；

所述根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移量具体包括：

根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出测试光标与参考坐标系中原点间距离；

将所述距离与像素尺寸相乘，得待测镜头的光轴偏移量。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

所述根据所述测试光标在参考坐标系中位置确定待测镜头的光轴偏移角度具体包括：

根据所述测试光标在参考坐标系中位置的坐标得出待测镜头的光轴偏移量，根据该光轴偏移量和所述拍摄位置与所述图片样本间距离确定待测镜头的光轴偏移角度。

10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

所述取标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系具体包括：

以图片样本的中心为坐标原点，建立绝对坐标系，

确定标准图像的中心在绝对坐标系中坐标，以标准图像的中心为坐标原点，建立参考坐标系；

所述确定测试光标在参考坐标系中位置具体包括：

确定测试光标在绝对坐标系中坐标，根据标准图像的中心在绝对坐标系中坐标将该测试光标在绝对坐标系中坐标转换为在参考坐标系中坐标。