CN106482640B - 一种一体机芯光轴校正的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种一体机芯光轴校正的装置，其包括:图像采集模块、图像处理模块与成像控制模块(107)；图像采集模块包括：变焦镜片组(102)、聚焦镜片组(103)与图像传感器(104)；物体(101)经过变焦镜片组(102)、聚焦镜片组(103)后成像在图像传感器(104)上；成像控制模块(107)包括：第一电机(105)，第二电机(106)，第一电机(105)驱动变焦镜片组(102)沿光轴移动，第二电机(106)驱动聚焦镜片组(103)沿光轴移动，从而根据光轴校正专用CHART图来获得TELE端参考点图像IMAGE_T、WIDE端参考点图像IMAGE_W；图像处理模块，其配置来将TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标，并计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δy)。还包括校正方法。

Description

一种一体机芯光轴校正的装置和方法

技术领域

本发明涉及一体机芯成像领域，涉及一种应用在一体机芯上的光轴校正的装置和方法，应用这种装置和方法可以校正一体机芯的光轴偏移。

技术背景

随着数字图像处理技术、图像压缩编码技术、网络通信技术、数据存储技术的快速发展，高集成度的图像传感器在图像视频领域得到广泛应用，高清晰度图像的传输和存储成为可能，人们对远距离、长时间事件监控记录应用的需求逐渐增加，网络摄像机，尤其是集成度高可进行广角到远望模式光学变倍的一体机芯的应用得到空前的发展。近年来，以一体机芯为核心的带有大变焦镜头的一体化高清监控摄像机在智能交通、平安城市、平安校园等领域得到广泛应用。

由于制造精度影响以及光学特性差异，一体机芯从WIDE端变倍到TELE端或者从TELE端变倍到WIDE端，在WIDE端所看到的图像中心位置处所对应的目标所处的实际场景位置与在TELE端所看到的图像中心位置处所对应的目标所处的实际场景位置总有偏差，这种偏差称为一体机芯光轴偏移。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种应用在一体机芯上的光轴校正的装置和方法，应用这种装置和方法可以精确校正出一体机芯从TELE端(望远端)到WIDE端(广角端)的光轴偏移。

解决上述问题的技术方案是：这种一体机芯光轴校正的装置，其包括:图像采集模块、图像处理模块与成像控制模块107；

图像采集模块包括：变焦镜片组102、聚焦镜片组103与图像传感器104；物体101经过变焦镜片组102、聚焦镜片组103后成像在图像传感器104上；

成像控制模块107包括：第一电机105，第二电机106，第一电机105驱动变焦镜片组102沿光轴移动，第二电机106驱动聚焦镜片组103沿光轴移动，从而根据光轴校正专用CHART图来获得TELE端参考点图像IMAGE_T、WIDE端参考点图像IMAGE_W；

图像处理模块，其配置来将TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标，并计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δ_y)。

还提供了一种一体机芯光轴校正的装置的校正方法，其包括如下步骤：

(1)搭建一体机芯光轴校正环境，在与一体机芯摄像机镜头距离为D的位置处垂直于一体机芯镜头光轴设置光轴校正专用CHART图，光轴校正专用CHART图包含两个特征点P_a和P_b；

(2)TELE端参考图像获取，控制变焦组电机105驱动所述变焦镜片组102至第一位置将其固定，标记此时变焦镜片组的坐标位置为z_T；控制聚焦电组机106驱动所述聚焦镜片组103至使图像清晰度最高的位置处将其固定，标记此时聚焦镜片组的坐标位置为F_T，抓取此时图像传感器104中的图像IMAGE_T；

(3)WIDE端参考图像获取，控制变焦组电机105驱动所述变焦镜片组102至第二位置将其固定；标记此时变焦镜片组102的坐标位置为z_W，控制聚焦电组机106驱动所述聚焦镜片组103至使图像清晰度最高的位置处将其固定，标记此时聚焦镜片组的坐标位置为F_W，抓取此时图像传感器104中的图像IMAGE_W；

(4)参考点坐标获取，将获取到的TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标；

(5)光轴中心偏移坐标计算，根据获得到的参考特征点的坐标，计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δy)。

本装置和方法环境设定简单易操作，计算量小，并且具有鲁棒性，可自动完成一体机芯光轴偏移的校正，极大的提高了光轴校正的速度和效率。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实例中或现有技术中的技术方案，下面对本申请实例说明描述所需要的附图作简单的介绍。

图1为一体机芯内部结构示意图；

图2为一体机芯光轴校正环境简图；

图3为一种光轴校正专用CHART图的示意图；

图4为本发明方法的工作流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，这种一体机芯光轴校正的装置，其包括：图像采集模块、图像处理模块与成像控制模块107；

图像采集模块包括：变焦镜片组102、聚焦镜片组103与图像传感器104；物体101经过变焦镜片组102、聚焦镜片组103后成像在图像传感器104上；

成像控制模块107包括：第一电机105，第二电机106，第一电机105驱动变焦镜片组102沿光轴移动，第二电机106驱动聚焦镜片组103沿光轴移动，从而根据光轴校正专用CHART图来获得TELE端参考点图像IMAGE_T、WIDE端参考点图像IMAGE_W；

图像处理模块，其配置来将TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标，并计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δy)。

本公开装置和方法由TELE端参考点图像获取、WIDE端参考点图像获取、参考点坐标获取、光轴中心偏移坐标计算，来实现一体机芯上的光轴校正，因此能够解决一体机芯上当前存在的光轴偏差问题。

优选地，如图2所示，所述光轴校正专用CHART图，在与一体机芯摄像机镜头距离为D的位置处垂直于一体机芯镜头光轴设置，光轴校正专用CHART图包含两个特征点P_a和P_b；P_a和P_b为黑色实心圆盘，圆盘直径为光轴校正专用CHART图长度的1/m，假设光轴校正专用CHART图的中心坐标为(0，0)，P_a位于第一象限，P_b位于第三象限。光轴校正专用CHART图用来搭建校正环境。

如图4所示，还提供了一种一体机芯光轴校正的装置的校正方法，其包括如下步骤：

(1)搭建一体机芯光轴校正环境，在与一体机芯摄像机镜头距离为D的位置处垂直于一体机芯镜头光轴设置光轴校正专用CHART图，光轴校正专用CHART图包含两个特征点P_a和P_b；

(2)TELE端参考图像获取，控制变焦组电机105驱动所述变焦镜片组102至第一位置将其固定，标记此时变焦镜片组的坐标位置为z_T；控制聚焦电组机106驱动所述聚焦镜片组103至使图像清晰度最高的位置处将其固定，标记此时聚焦镜片组的坐标位置为F_T，抓取此时图像传感器104中的图像IMAGE_T；

(3)WIDE端参考图像获取，控制变焦组电机105驱动所述变焦镜片组102至第二位置将其固定；标记此时变焦镜片组102的坐标位置为z_W，控制聚焦电组机106驱动所述聚焦镜片组103至使图像清晰度最高的位置处将其固定，标记此时聚焦镜片组的坐标位置为F_W，抓取此时图像传感器104中的图像IMAGE_W；

(4)参考点坐标获取，将获取到的TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标；

(5)光轴中心偏移坐标计算，根据获得到的参考特征点的坐标，计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δy)。

另外，所述镜头与摄像机的距离D的确定方法是，将一体机芯的焦距调整到TELE端，根据一体机芯所获取的图像来调整距离D；满足一体机芯所获取的图像的中心I_C与光轴校正专用CHART的中心C_C重合，同时满足所述两个特征点P_a和P_b完全在一体机芯所获取的图像中，并且尽量大；

另外，所述步骤(2)中，所述第一位置为一体机芯镜头焦距最大时变焦镜片组102所对应的控制电机105所在的坐标位置，该坐标位置是一体机芯的TELE端；

另外，所述步骤(3)中，所述第二位置为一体机芯镜头焦距最小时变焦镜片组102所对应的控制电机105所在的坐标位置，该坐标位置是一体机芯的WIDE端；

另外，所述步骤(4)中，依次对获取到的图像数据进行图像灰度化处理、图像二值化处理、图像形态学处理，在处理完的图像中，找到特征点，完成特征点位置定位，计算出图像中特征点的中心坐标；

在一体机芯TELE端所获取的图像IMAGE_T中，所述获取到的特征点P_a的中心C₀坐标为(x₀，y₀)；所述获取到特征点P_b的中心C₁坐标为(x₁，y₁)；

在一体机芯WIDE端所获取的图像IMAGE_W中，所述获取到的特征点P_a的中心C₂坐标为(x₂，y₂)；所述获取到特征点P_b的中心C₃坐标为(x₃，y₃)；

另外，所述步骤(5)中，计算出经过C₀和C₂的直线的两个特征参数斜率k₁和y轴偏移b₁，计算出经过C₁和C₃的直线的两个特征参数斜率k₂和Y轴偏移b₂，根据k₁、b₁、k₂、b₂得出X轴方向的偏移Δx和Y轴方向的偏移Δy；

另外，根据公式(1)计算出经过C₀和C₂的直线的两个特征参数斜率k₁和Y轴偏移b₁，

根据公式(2)计算出经过C₁和C₃的直线的两个特征参数斜率k₂和Y轴偏移b₂，

根据公式(3)，根据斜率k₁、b₁、k₂、b₂得出X轴方向的偏移Δx，

根据公式(4)，根据斜率k₁、b₁、k₂、b₂得出Y轴方向的偏移Δy，

从而得出一体机芯从TELE端到WIDE端光轴中心偏移坐标为(Δx，Δy)。

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图对本发明实施实例中的技术方案做进一步的说明。

搭建并配置校正环境，在与所述摄像机距离为D的位置处垂直于摄像机光轴设置光轴校正专用CHART图，图2为一体机芯光轴校正环境的简图。

本实施例选用如图3所示的光轴校正专用CHART图。光轴校正专用CHART图包含两个特征点P_a和P_b。假设光轴校正专用CHART图的中心坐标为(0，0)，P_a位于第一象限，P_b位于第三象限。P_a和P_b为黑色实心圆盘，圆盘直径为光轴校正专用CHART图长度的1/m。本实施例中，m取值为6。

如图2所示的一体机芯光轴校正环境中，所述一体机芯镜头与设置光轴校正专用CHART图的距离为D。其中D需要根据一体机芯在望远(TELE)端的实际焦距进行选择，选择的标准是，将一体机芯的焦距调整到TELE端，一体机芯所获取的图像的中心I_C与光轴校正专用CHART的中心C_C重合，同时需满足所述两个特征点P_a和P_b完全在一体机芯所获取的图像中，并且尽量大。本实例中，一体机芯在TELE端的焦距是152mm，D的距离选择为3.5m。

获取特征点坐标值，包括如下步骤：

移动所述变焦镜片组102至第一位置，所述第一位置为镜头焦距最大时变焦镜片组所对应的控制电机所在的坐标位置，即一体机芯的TELE端。标记变焦镜片组此时的坐标位置为z_T。本实例中，即为一体机芯镜头焦距为152mm处。移动聚焦镜片组103至使得图像清晰度最高的位置处，标记聚焦镜片组此时的坐标位置为F_T。抓取此时一体机芯所获取的图像IMAGE_T。

移动所述变焦镜片组102至第二位置，所述第二位置为镜头焦距最小时变焦镜片组所对应的控制电机所在的坐标位置，即一体机芯的WIDE端。标记变焦镜片组此时的坐标位置为z_W。本实例中，即为一体机芯镜头焦距为4.6mm处。移动聚焦镜片组103至使得图像清晰度最高的位置处，标记聚焦镜片组此时的坐标位置为F_W。抓取此时一体机芯所获取的图像IMAGE_W。

图4为本发明的工作流程示意图。

在获取到IMAGE_T和IMAGE_W后，对获取到的图像进行处理，计算出偏移点的坐标值，包括如下两个主要模块：

参考点坐标获取模块和光轴中心偏移坐标计算模块。

参考点坐标获取模块对获取到的图像数据进行图像灰度化处理、图像二值化处理、图像形态学处理，完成特征点位置定位，计算出特征点中心坐标。

在一体机芯TELE端所获取的图像IMAGE_T中，参考点坐标获取模块获取到的特征点P_a的中心点C₀坐标为(x₀，y₀)；获取到特征点P_b的中心C₁坐标为(x₁，y₁)。

在一体机芯WIDE端所获取的图像IMAGE_W中，参考点坐标转换模块获取到的特征点P_a的中心C₂坐标为(x₂，y₂)，获取到特征点P_b的中心C₃坐标为(x₃，y₃)。

计算出经过C₀和C₂的直线的两个特征参数斜率k₁和Y轴偏移b₁，如下式所示。

计算出经过C₁和C₃的直线的两个特征参数斜率k₂和Y轴偏移b₂，如下式所示。

根据斜率k₁、b₁、k₂、b₂得出X轴方向的偏移Δx，如下式所示。

根据斜率k₁、b₁、k₂、b₂得出Y轴方向的偏移Δy，如下式所示。

得出一体机芯从TELE端到WIDE端光轴中心偏移坐标为(Δx，Δy)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。本领域的普通技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种一体机芯光轴校正的装置，其特征在于：其包括:图像采集模块、图像处理模块与成像控制模块(107)；

图像采集模块包括：变焦镜片组(102)、聚焦镜片组(103)与图像传感器(104)；物体(101)经过变焦镜片组(102)、聚焦镜片组(103)后成像在图像传感器(104)上；

成像控制模块(107)包括：第一电机(105)，第二电机(106)，第一电机(105)驱动变焦镜片组(102)沿光轴移动，第二电机(106)驱动聚焦镜片组(103)沿光轴移动，从而根据光轴校正专用CHART图来获得TELE端参考点图像IMAGE_T、WIDE端参考点图像IMAGE_W；

图像处理模块，其配置来将TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标，并计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δy)；

所述将TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标，并计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δy)，包括：在一体机芯TELE端所获取的图像IMAGE_T中，获取到的特征点P_a的中心C₀坐标为(x₀，y₀)；获取到特征点P_b的中心C₁坐标为(x₁，y₁)；在一体机芯WIDE端所获取的图像IMAGE_W中，获取到的特征点P_a的中心C₂坐标为(x₂,y₂)；获取到特征点P_b的中心C₃坐标为(x₃,y₃)；计算出经过C₀和C₂的直线的两个特征参数斜率k₁和Y轴偏移b₁，计算出经过C₁和C₃的直线的两个特征参数斜率k₂和Y轴偏移b₂，根据k₁、b₁、k₂、b₂得出X轴方向的偏移Δx和Y轴方向的偏移Δy；根据公式(1)计算出经过C₀和C₂的直线的两个特征参数斜率k₁和Y轴偏移b₁，

根据公式(2)计算出经过C₁和C₃的直线的两个特征参数斜率k₂和Y轴偏移b₂，

根据公式(3)，根据k₁、b₁、k₂、b₂得出X轴方向的偏移Δx，

根据公式(4)，根据k₁、b₁、k₂、b₂得出Y轴方向的偏移Δy，

从而得出一体机芯从TELE端到WIDE端光轴中心偏移坐标为(Δx，Δy)。

2.根据权利要求1所述的一体机芯光轴校正的装置，其还包括：所述光轴校正专用CHART图，在与一体机芯摄像机镜头距离为D的位置处垂直于一体机芯镜头光轴设置，光轴校正专用CHART图包含两个特征点P_a和P_b；P_a和P_b为黑色实心圆盘，圆盘直径为光轴校正专用CHART图长度的1/m，m取值为6，假设光轴校正专用CHART图的中心坐标为(0,0)，P_a位于第一象限，P_b位于第三象限。

3.一种根据权利要求1所述的一体机芯光轴校正的装置的校正方法，其特征在于：其包括如下步骤：

(1)搭建一体机芯光轴校正环境，在与一体机芯摄像机镜头距离为D的位置处垂直于一体机芯镜头光轴设置光轴校正专用CHART图，光轴校正专用CHART图包含两个特征点P_a和P_b；

(2)TELE端参考图像获取，控制第一电机(105)驱动所述变焦镜片组(102)至第一位置将其固定，标记此时变焦镜片组的坐标位置为Z_T；控制第二电机(106)驱动所述聚焦镜片组(103)至使图像清晰度最高的位置处将其固定，标记此时聚焦镜片组的坐标位置为F_T，抓取此时图像传感器(104)中的图像IMAGE_T；

(3)WIDE端参考图像获取，控制第一电机(105)驱动所述变焦镜片组(102)至第二位置将其固定；标记此时变焦镜片组(102)的坐标位置为Z_W，控制第二电机(106)驱动所述聚焦镜片组(103)至使图像清晰度最高的位置处将其固定，标记此时聚焦镜片组的坐标位置为F_W，抓取此时图像传感器(104)中的图像IMAGE_W；

(4)参考点坐标获取，将获取到的TELE端参考图像IMAGE_T和WIDE端参考图像IMAGE_W进行处理，获取这两幅参考图像中参考特征点的坐标；

(5)光轴中心偏移坐标计算，根据获得到的参考特征点的坐标，计算得出一体机芯光轴偏移坐标(Δx，Δy)；所述镜头与光轴校正专用CHART图的距离D的确定方法是，将一体机芯的焦距调整到TELE端，根据一体机芯所获取的图像来调整距离D；满足一体机芯所获取的图像的中心I_C与光轴校正专用CHART的中心C_C重合，同时满足所述两个特征点P_a和P_b完全在一体机芯所获取的图像中，并且尽量大；

所述步骤(2)中，所述第一位置为一体机芯镜头焦距最大时变焦镜片组(102)所在的坐标位置，该坐标位置是一体机芯的TELE端；

所述步骤(3)中，所述第二位置为一体机芯镜头焦距最小时变焦镜片组(102)所在的坐标位置，该坐标位置是一体机芯的WIDE端；

所述步骤(4)中，依次对获取到的图像数据进行图像灰度化处理、图像二值化处理、图像形态学处理，在处理完的图像中，找到特征点，完成特征点位置定位，计算出图像中特征点的中心坐标；

在一体机芯TELE端所获取的图像IMAGE_T中，获取到的特征点P_a的中心C₀坐标为(x₀，y₀)；获取到特征点P_b的中心C₁坐标为(x₁，y₁)；

在一体机芯WIDE端所获取的图像IMAGE_W中，获取到的特征点P_a的中心C₂坐标为(x₂,y₂)；获取到特征点P_b的中心C₃坐标为(x₃,y₃)；

所述步骤(5)中，计算出经过C₀和C₂的直线的两个特征参数斜率k₁和Y轴偏移b₁，计算出经过C₁和C₃的直线的两个特征参数斜率k₂和Y轴偏移b₂，根据k₁、b₁、k₂、b₂得出X轴方向的偏移Δx和Y轴方向的偏移Δy；根据公式(1)计算出经过C₀和C₂的直线的两个特征参数斜率k₁和Y轴偏移b₁，

根据公式(2)计算出经过C₁和C₃的直线的两个特征参数斜率k₂和Y轴偏移b₂，

根据公式(3)，根据k₁、b₁、k₂、b₂得出X轴方向的偏移Δx，

根据公式(4)，根据k₁、b₁、k₂、b₂得出Y轴方向的偏移Δy，

从而得出一体机芯从TELE端到WIDE端光轴中心偏移坐标为(Δx，Δy)。

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