CN104880803A - 全焦相机视域的调节装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成像领域，更尤其涉及一种全焦相机视域的调节装置及调节方法，本发明提供的全焦相机视域的调节装置，包括相机、镜头和遮光部；相机和镜头单独安装在固定的工件上，且相机和镜头通过遮光部相连；固定镜头的工件为可旋转的工件，将镜头相对于相机旋转一定的角度，使得物体平面、镜头平面和相机平面相交于一条直线，即满足莎姆定律，即可得到视野范围内清晰的图像。

Description

全焦相机视域的调节装置及调节方法

技术领域

本发明涉及成像领域，更尤其涉及一种全焦相机视域的调节装置及调节方法。

背景技术

实际的视域检测系统，大部分情况下，视域装置的相机平面、镜头平面及其对应的焦点平面是平行于被摄物体平面，如图1a所示，这样被摄物体在整个视野范围就可以清晰的显示出来，如附图1b所示。但是，由于空间的限制、拍摄角度的需求等，相机平面、镜头平面及其对应的焦点平面与物体表面呈一定的角度，在此情形下，物体不能完整的呈现在焦距内，造成焦点内的区域清晰，焦点外的区域模糊的问题，如附图2所示。

在机器视觉领域，目前并没有合适的方法来解决这个问题，通常是以抛弃模糊区域，缩小视野范围或者以来改变景深大小的方法来应对，不能最大限度地利用系统的分辨率，影响视觉系统检测效率的提高和增加企业成本负担。

发明内容

本发明的发明目的为了解决现有技术中存在的不足，使全焦视域的调节不必依赖缩放光圈来控制采集图像带来的影响。

本发明的另一发明目为提高视觉检测系统中视野范围内图像质量的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：全焦相机视域的调节装置，包括相机、镜头和遮光部；相机和镜头单独安装在固定的工件上，且相机和镜头通过遮光部相连；固定镜头的工件为可旋转的工件。

其中，优选实施方式为：遮光部为线束管、黑色布匹或纸张。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：全焦相机视域的调节方法，其中，物体平面为被摄物所在的平面；镜头平面为镜头中心点垂直于光轴所延伸出来的平面；相机平面为垂直于相机中心线的延伸平面；将镜头相对于相机旋转，使得物体平面、镜头平面和相机平面相交于一条直线；其步骤包括：

首先，设定一标准的光学系统，根据焦距计算被摄物体距离和图像距离；

其次，选择标准光学系统得到标准的非倾斜的光学系统，计算镜头和感应器之间的夹角；

再次，倾斜镜头一定的角度获得倾斜的光学系统，保持相机的位置不变，沿镜头中心点倾斜镜头，计算镜头的倾斜角度；

最后，验证设置；将被摄物放置在物体平面上，采集图片；判断整个视野是否全部在相机的焦点内，如果不在焦点内重复上述步骤，如果在焦点内，调节结束。

与现有技术相比，本发明的全焦相机视域的调节装置及调节方法的优点和积极效果是：首先，相机和镜头之间通过遮光部连结，防止了外部光纤对相机成像的影响；其次，固定镜头的工件可以在一定角度范围内旋转，使得物体平面、镜头平面和成像平面三者交于一条直线，获得全焦视域；最后，本发明的全焦视域的调节装置和调节方法不必依赖缩放光圈来控制采集图像带来的影

响，便于有效的提高视觉检测系统中图像的质量。

附图说明

图1a为现有的全焦相机的视域模型图。

图1b是现有的标准光学系统成像效果图。

图2是现有的倾斜光学系统成像效果图。

图3a为本发明的全焦相机视域的调节装置的模型图。

图3b为图3a的理论模型图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，配合附图详细说明如下。应当理解，此部分所描述的具体实施例仅可用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参照图3a，图3a为本发明的全焦相机视域的调节装置的模型图。本发明的全焦相机视域的调节装置包括相机10、镜头20和遮光部30组成。其中遮光部30连接相机10和镜头20，且遮光部30可为线束管、黑色布匹或纸张等。相机10和镜头20单独安装在固定的工件上，且固定镜头20的工件可以在一定角度范围内旋转。

请同时参照图3b，图3b为图3a的理论模型图。其中，物体平面M为被摄物所在的平面；镜头平面P为镜头20中心点垂直于光轴所延伸出来的平面；相机平面N为垂直于相机10中心线的延伸平面；将镜头20相对于相机30旋转一定的角度，使得物体平面M、镜头平面P和相机平面N相交于一条直线，即满足莎姆定律，即可得到视野范围内清晰的图像。莎姆定律(Scheimpflug)是指物体平面、镜头平面和成像平面三者相交于一条直线时，视野范围内的全部物体就会完全对焦，获得成像全清晰的图像。

设定相机平面N与镜头平面P所成的夹角为β，镜头名片P与物体平面M所称的夹角为α，根据上述说明，全焦相机视域的调节方法包括以下步骤：首先，设置一标准的光学系统，请参照图1。给出已知物体视野大小感应器尺寸，根据焦距f去计算物体距离u和图像距离v，或者根据物体距离u去推到焦距f和图像距离v。其中，物体距离u为被摄物到镜头20的透镜的距离；图像距离v为被摄物经镜头20的透镜成的像到镜头20的透镜的距离；焦距f为镜头20的焦点到镜头20光心的距离。

根据莎姆定律，焦距f、物体距离u和图像距离v之间的理论关系如下：

$\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}$       (公式1)

其次，旋转标准光学系统获得标准的非倾斜光学系统，如图3b所示。镜头20和感应器之间的夹角设置为θ，保持物体距离u和图像距离v不变，沿光轴旋转镜头20和感应器的夹角θ，其中，

α+β＝θ      (公式1b)

再次，倾斜镜头20一定的角度获得倾斜的光学系统。保持相机10的位置不变，沿镜头中心点倾斜镜头20的角度为β，角度β的计算通过图3b可以得出：

u＝u'cosβ      (公式2a)

v＝v'cosβ      (公式2b)

由公式1、公式2a和公式2b得出：

$v^{\′}=\frac{f{u}^{\′}}{u^{\′}\cos \mathrm{\β}-f}$       (公式3)

其中，L设定为相机10中心点到镜头平面P、物体平面M和相机平面N的交点之间的距离；由于中线与相机平面N垂直，可以得出：

$\tan (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})=\frac{u^{\′}+v^{\′}}{L}$       (公式4a)

$\tan \mathrm{\β}=\frac{v^{\′}}{L}$       (公式4b)

根据公式1、2a、2b、3、4a和4b可以得出：

$\frac{\tan \mathrm{\β}}{\tan (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})}=\frac{\frac{{\mathrm{fu}}^{\′}}{u^{\′}\cos \mathrm{\β}-f}}{\frac{u^{\′}\left(u^{\′}\cos \mathrm{\β}\right)}{u^{\′}\cos \mathrm{\β}-f}}=\frac{f}{u^{\′}\cos \mathrm{\β}}=\frac{f}{u}$       (公式5)

将公式1b带入公式5得出：

$\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{f}{u}\tan \mathrm{\θ}\right)$       (公式6)

由公式2b和公式4b得出:

v＝L·tanβ·cosβ      (公式7)

最后，验证设置。将被摄物放置在物体平面M上，采集图片，判断整个视野是否全部在相机10焦点内，如果不在焦点内重复上述步骤，如果在焦点内，调节结束。

与现有技术相比，本发明的全焦相机视域的调节装置及调节方法的优点和积极效果是：首先，相机10和镜头20之间通过遮光部连结，防止了外部光纤对相机成像的影响；其次，固定镜头20的工件可以在一定角度范围内旋转，使得物体平面M、镜头平面P和成像平面三者交于一条直线，获得全焦视域；最后，本发明的全焦视域的调节装置和调节方法不必依赖缩放光圈来控制采集图像带来的影响，便于有效的提高视觉检测系统中图像的质量。

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，应该理解，以上实施方式只是用于帮助理解本发明，而不应理解为对本发明的限制。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。

Claims (3)

1.全焦相机视域的调节装置，包括相机、镜头和遮光部；相机和镜头单独安装在固定的工件上，且相机和镜头通过遮光部相连；其特征在于：固定镜头的工件为可旋转的工件。

2.如权利要求1所述的全焦相机视域的调节装置，其特征在于：遮光部为线束管、黑色布匹或纸张。

3.如权利要求1所述的全焦相机视域的调节装置的调节方法，其中，物体平面为被摄物所在的平面；镜头平面为镜头中心点垂直于光轴所延伸出来的平面；相机平面为垂直于相机中心线的延伸平面；将镜头相对于相机旋转，使得物体平面、镜头平面和相机平面相交于一条直线；其步骤包括：

首先，设定一标准的光学系统，根据焦距计算被摄物体距离和图像距离；

其次，选择标准光学系统得到标准的非倾斜的光学系统，计算镜头和感应器之间的夹角；

再次，倾斜镜头一定的角度获得倾斜的光学系统，保持相机的位置不变，沿镜头中心点倾斜镜头，计算镜头的倾斜角度；

最后，验证设置；将被摄物放置在物体平面上，采集图片；判断整个视野是否全部在相机的焦点内，如果不在焦点内重复上述步骤，如果在焦点内，调节结束。