CN103323216B - 一种检测平行光管视差的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测平行光管视差的装置及方法，包括高清相机，导轨，可调节云台，导轨控制箱和计算机；高清相机用来接收平行光管的高清晰度成像；导轨及其控制箱用来控制导轨可移动到指定位置；可调节云台包括上下可调节云台以及360°旋转可调节云台，用以保证相机光轴和平行光管光轴一致；计算机则用来接收相机的成像，通过导轨控制箱控制导轨移动，处理相机图片；计算机通过控制导轨和相机对平行光管的成像进行采集，之后再根据对图片的处理得到最终的结果，即视差，本发明设计合理、使用操作简便且使用价值高，能够快速准确的给出当前的视差，并且全部操作都是由计算机完成的，可以有效的减少人为读数的时候造成的误差。

Description

一种检测平行光管视差的装置及方法

技术领域

本发明涉及检测平行光管视差领域。

背景技术

平行光管是一种用于将由光源入射的光转变成平行光束的装置，可用来模拟无穷远目标。视差就是从有一定距离的两个点上观察同一个目标所产生的方向差异。从目标看两个点之间的夹角，叫做这两个点的视差。

用于检测平行光管视差的方法主要有：远物法、可调前置镜法、自准直法、五棱镜法和三管法等。这些方法中五棱镜法因设备简单，检测精度较高而广泛应用。

而在用五棱镜法进行测量时需要用经纬仪，经纬仪在测量的时候需要人工进行实时读数，存在一定的读数误差，操作人员也必须对光学有一定的理解才能读出正确的结果。

因此，研究一种方便操作且无需人为读数的平行光管检测系统，是非常有必要的，而且对于提高工作效率有很大的帮助。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测平行光管视差的装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种检测平行光管视差的装置，该装置包括导轨、计算机、相机光轴调节机构以及与平行光管相对的高清相机，所述高清相机设置于相机光轴调节机构上，相机光轴调节机构设置于导轨上，计算机与高清相机相连。

所述高清相机的有效分辨率大于2048*2048。

所述相机光轴调节机构包括设置于导轨上的上下可调节云台以及设置于上下可调节云台上的360度可调节云台，高清相机设置于360度可调节云台上。

所述导轨为直线型。

所述装置还包括导轨控制箱，导轨控制箱的一端与计算机相连，另一端与用于使相机光轴调节机构沿导轨移动的驱动模块相连。

所述驱动模块包括设置于导轨内的滚珠丝杠。

一种检测平行光管视差的方法，包括以下步骤：

1）打开平行光管的照明光源，利用平行光管使分划板成像，然后使用高清相机在平行光管的左端采集分划板的完整成像得图片A，然后使用所述高清相机在平行光管的右端采集分划板的完整成像得图片B，所述采集通过与高清相机相连的计算机进行控制；

2）所述计算机对高清相机采集的图片A以及图片B进行接收，然后计算每张图片中圆心的像素坐标，根据图片A以及图片B中圆心的像素坐标得到图片A中圆心与图片B中圆心的像素差值，然后根据像素所代表的度数以及像素差值得出平行光管的视差。

在步骤1）之前，使相机光轴和平行光管光轴一致，然后采用沿导轨直线移动的方式使高清相机移动至可接收到分划板完全成像的平行光管的最左端，然后采集图片A，采集到图片A后，高清相机采用沿导轨直线移动的方式移动至可接收到分划板完全成像的平行光管的最右端，然后采集图片B。

所述导轨上设置有相机光轴调节机构，相机光轴调节机构包括设置于导轨上的上下可调节云台以及设置于上下可调节云台上的360度可调节云台，高清相机设置于360度可调节云台上，通过计算机控制相机光轴调节机构沿导轨直线移动。

计算圆心的像素坐标包括以下步骤：定义一个圆形的模板，然后在图片A或图片B中进行匹配，匹配过程中模板的大小随时改变，直到在图片A或图片B中找到相应的圆形。

本发明的有益效果体现在：本发明通过计算机进行图像采集和图像处理，从拍照到结果计算都是通过计算机完成，可以很好的解决人为操作中由于人眼读数造成的误差，使得检测更加准确，重复性好，在进行平行光管的调试的时候，能够快速准确的给出当前的视差，方便对平行光管进行调整。本发明采用计算机、高清相机等组成检测平行光管视差的装置，结构设计合理、实现方便、使用简单，工作效率高。

附图说明

图1为检测软件的流程图；

图2为本发明所述装置的结构示意图；

图3为图像处理流程图；

图4为分划板的成像；

图中：1为高清相机，2为导轨，3为云台，4为导轨控制箱，5为计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图2，本发明所述检测平行光管视差的装置包括导轨2、计算机5、相机光轴调节机构以及与平行光管相对的高清相机1，所述高清相机1设置于相机光轴调节机构上，相机光轴调节机构设置于导轨2上，计算机5与高清相机1相连。所述高清相机1的有效分辨率大于2048*2048。所述导轨2为直线型。所述相机光轴调节机构包括设置于导轨2上的上下可调节云台以及设置于上下可调节云台上的360度可调节云台，高清相机1设置于360度可调节云台上。所述装置还包括导轨控制箱4，导轨控制箱4的一端与计算机5相连，另一端与用于使相机光轴调节机构沿导轨2移动的驱动模块相连，所述驱动模块包括设置于导轨2内的滚珠丝杠。

基于上述检测平行光管视差的装置检测平行光管视差的方法，包括以下步骤：

1）打开平行光管的照明光源，利用平行光管使分划板成像，然后使用高清相机1在平行光管的左端采集分划板的完整成像得图片A，然后使用所述高清相机1在平行光管的右端采集分划板的完整成像得图片B，所述采集通过与高清相机1相连的计算机5进行控制；

2）所述计算机5对高清相机1采集的图片A以及图片B进行接收，然后计算每张图片中圆心的像素坐标，根据图片A以及图片B中圆心的像素坐标得到图片A中圆心与图片B中圆心的像素差值，然后根据像素所代表的度数以及像素差值得出平行光管的视差。

在步骤1）之前，使相机光轴和平行光管光轴一致，然后采用沿导轨直线移动的方式使高清相机1移动至可接收到分划板完全成像的平行光管的最左端，然后采集图片A，采集到图片A后，高清相机1采用沿导轨直线移动的方式移动至可接收到分划板完全成像的平行光管的最右端，然后采集图片B。

所述导轨2上设置有相机光轴调节机构，相机光轴调节机构包括设置于导轨2上的上下可调节云台以及设置于上下可调节云台上的360度可调节云台，高清相机1设置于360度可调节云台上，通过计算机5控制相机光轴调节机构沿导轨2直线移动。

计算圆心的像素坐标包括以下步骤：定义一个圆形的模板，然后在图片A或图片B中进行匹配，匹配过程中模板的大小随时改变，直到在图片A或图片B中找到相应的圆形。

实施例

如图2所示，一种基于相机的平行光管检测装置，包括高清相机，它用来拍摄平行光管的成像；导轨，它用来将相机移动到固定位置；可调节云台，包括上下可调节云台和360°可调节云台，用来保证相机可以正常拍摄到平行光管的成像；导轨控制箱，它用来控制可调节云台在导轨的移动，确保移动的正确性；以及计算机，它用来接收相机的成像，发出控制可调节云台在导轨上移动的参数命令，以及进行对图像的处理。

高清相机放置于平行光管的正前方，其有效像素为7360*4912(尼康D800)，并且有300mm长焦镜头，可以使得相机接收到的图片中只包含分划板成像，即对于图像处理的有效像素值更高，使得到的结果更加准确。

导轨放置在平行光管前方的光学平台上，并且完全固定，使得导轨在运行过程中抖动尽量少，即导轨的直线度更好，可以使因为导轨的直线度而造成的误差尽量小。

可调节云台包括上下可调节云台和360°可调节云台，上下可调节云台放置在导轨的移动平台上，并固定；360°可调节云台放置在上下可调节云台上并固定；高清相机则放置在360°可调节云台上，并固定。上下可调节云台用以调整高清相机的高度，360°可调节云台则用来调整高清相机的角度，调整结束后应使得相机接收到的图片更加清晰，并尽量使分划板的中心在相机图片的中心。

计算机即为本系统的测量部分，它连接于高清相机和导轨控制箱；相机需要完成对高清相机的控制，对高清相机所拍照片的接收，对高清相机在导轨移动的控制，以及对照片图像的处理，不可以人为手动拍照（采集），计算机控制可以确保拍照过程中相机位置稳定，保证检测的准确性和精确性。

下面描述上述基于相机的平行光管检测装置的工作过程。

测量前需要调整导轨的位置，使得高清相机在导轨上移动可采集到平行光管两端的成像，之后调整可调节云台使得高清相机与平行光管的光轴一致，并尽量使分划板成像的圆形在相机拍摄到图像的中心。

确定相机可拍摄到想要的图片之后，就可以开始进行软件的运行，在软件运行过程中，首先需要有一个登录系统，这样可以确保软件中的一些参数设置不被人乱改给软件的使用带来不便，参见图1。

登录后就进入了程序的主界面，在主界面中可以对相机正在拍摄的图像进行实时显示，这样就可以再一次的确定高清相机所拍摄到的分划板的中心在相片的中心。并确保使高清相机的焦距在最好的位置，方便进行图像处理。

确定可以进行采集之后，就是对图像的采集，首先，应将高清相机沿导轨移动到平行光管的左侧，控制高清相机进行拍照，并将所拍得的图片采集到计算机中；之后移动到右侧，也进行图片采集。

采集完毕之后对图像进行处理，参见图3，采集完图像之后需要进行的第一步是二值化，这里由于拍摄相片的时候亮度会有所不一样，为了得到较好的二值化效果，使用动态阈值，这里采用的是大津阈值法，可以有效的消除亮度对二值化结果的影响。

二值化之后需要去除因误判以及图像本身所带有的噪声点，即二值开运算去除孤立点，以及拍照时产生的噪声。

寻找圆心采用的方法是圆形匹配，定义一个圆形的模板，在图片中进行匹配，模板的大小随时改变，直到在图片中找到相应的圆形，并且可以得到组成圆形的所有像素点的坐标。

本实施例中所用分划板中的圆是一个空心圆，圆的中心都是空白，而圆的边是一定宽度的实心线。而采用的圆形匹配方法中，圆边上仅为一个像素，所以按照匹配的方法可以匹配成功多个圆形，将所有匹配成功的圆形的圆心进行平均的方法能使得到的圆心位置尽可能小的偏离圆心的真正位置。得到相机在每个采集点所采集图片的圆心的坐标，也就可以得出圆心之间的最大横坐标差。

选用圆心当做被观察点，相机在平行光管左右两侧采集图片的采集点即为两个观察点，两图片圆心之间的坐标差即为两观察点之间的距离，之后需要将坐标数转换为视差常用的度数。首先，需要得出每一个像素代表的度数。在本实施例中，如图4所示（图4中1,2为所在的线分别距离中心的度数，1即1°，2即2°），采用的分划板有很多竖条纹，这些条纹每两条的间距是10分，所以抽取1000行条纹，依次进行行扫描，得出两条竖线之间的间距，这样再求一个平均值，得出的每10分所代表的像素值就比较准确。

根据得到的圆心之间的横坐标差以及每10分所代表的像素数，就可以得到平行光管的视差。

本发明中所采用的导轨直线度为0.01mm，长度为400mm，所以由于导轨造成的误差为5.156（″），图像处理结果误差在一个像素之内，根据像素与视度的关系可得，由于图像处理的方法造成的误差为2.43（″）总误差为7.586（″）。

用多个平行光管进行测量，五棱镜法测量结果与本发明测量结果差距均不超过7″。采用更高精度的导轨，以及有效像素值更高的相机则可得出更加准确的结果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种检测平行光管视差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)打开平行光管的照明光源，利用平行光管使分划板成像，然后使用高清相机(1)在平行光管的左端采集分划板的完整成像得图片A，然后使用所述高清相机(1)在平行光管的右端采集分划板的完整成像得图片B，所述采集通过与高清相机(1)相连的计算机(5)进行控制；

2)所述计算机(5)对高清相机(1)采集的图片A以及图片B进行接收，然后计算每张图片中圆心的像素坐标，根据图片A以及图片B中圆心的像素坐标得到图片A中圆心与图片B中圆心的像素差值，然后根据像素所代表的度数以及像素差值得出平行光管的视差。

2.根据权利要求1所述一种检测平行光管视差的方法，其特征在于：在步骤1)之前，使相机光轴和平行光管光轴一致，然后采用沿导轨直线移动的方式使高清相机(1)移动至可接收到分划板完全成像的平行光管的最左端，然后采集图片A，采集到图片A后，高清相机(1)采用沿导轨直线移动的方式移动至可接收到分划板完全成像的平行光管的最右端，然后采集图片B。

3.根据权利要求2所述一种检测平行光管视差的方法，其特征在于：所述导轨(2)上设置有相机光轴调节机构，相机光轴调节机构包括设置于导轨(2)上的上下可调节云台以及设置于上下可调节云台上的360度可调节云台，高清相机(1)设置于360度可调节云台上，通过计算机(5)控制相机光轴调节机构沿导轨(2)直线移动。

4.根据权利要求1所述一种检测平行光管视差的方法，其特征在于：计算圆心的像素坐标包括以下步骤：定义一个圆形的模板，然后在图片A或图片B中进行匹配，匹配过程中模板的大小随时改变，直到在图片A或图片B中找到相应的圆形。