CN109104606B - 快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法 - Google Patents

快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法，包括摄像机固定台，用于固定摄像机的位置；成像目标测试板，在所述的摄像机固定台上摄像机的成像视场范围内，且所述的成像视场上端与所述的成像目标测试板的上端相对应，所述的成像视场下端与所述的成像目标测试板的下端相对应，用于根据同心圆图形来成像；高精度三轴调整架，用于调整测试板的位置；控制计算机，用于调整三轴调整架的高度。采用了该快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法，固定待测摄像机与成像目标测试板的初始化相对位置，采用摄像机对同心圆图形进行成像，操作简单方便，可重复性好，可快速获取结果。

Description

快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法
技术领域
本发明涉及光电测试领域，尤其涉及测量摄像机倾角与视场角测试领域，具体是指一种快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法。
背景技术
摄像机通常由光学系统、成像系统、控制系统组成，摄像机的倾角与视场角是摄像机系统的两个重要指标，分别表征了摄像机的成像视场方位以及成像角度范围。
目前，对于摄像机成像倾角的测量，现有技术中尚未有过相关报道；而摄像机视场角常用的标定方法是将摄像机安装在转台上，对平行光管焦面处放置的星点孔成像，转动转台，使摄像机对星点孔的成像从一端的最边缘移动到另一端的最边缘。此时转台转动的角度即为摄像机的视场角，将摄像机旋转90度，采用相同的方法可以测量另一个方向的视场角。
该方法与下式等效：
Figure BDA0001841684600000011
现有的视场角测试方法中，还可以通过摄像机沿光轴移动的距离L1-L2以及对应视场的宽度差W1-W2获得摄像机的视场角：
Figure BDA0001841684600000012
另外，摄像机的视场角可以通过固定待标定物的位置，将摄像机旋转一定的角度，对比旋转前后获取的标定图像的位置区别，计算摄像机的视场角度。
上述几种方法都是假定摄像机的成像平面沿水平方向，不适用于安装后具有固定倾角的摄像机(例如：具有固定倾角的多目全景摄像机)，而且摄像机安装面一般是固定的，另一个方向的视场角的测量相对比较复杂，极大地影响测试的效率。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种简化操作步骤、提高测试效率、快速获取视场角的快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法。
为了实现上述目的，本发明的快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法如下：
该快速测量摄像机倾角与视场角的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
摄像机固定台，用于固定摄像机的位置；
成像目标测试板，所述的成像目标测试板在所述的摄像机固定台上摄像机的成像视场范围内，且所述的成像视场上端与所述的成像目标测试板的上端相对应，所述的成像视场下端与所述的成像目标测试板的下端相对应，用于根据同心圆图形来成像；
高精度三轴调整架，与所述的成像目标测试板相连接，且该高精度三轴调整架与水平面相垂直，用于调整测试板的位置；
控制计算机，用于调整三轴调整架的高度，与所述的高精度三轴调整架相连接。
较佳地，所述的成像目标测试板以正中心为定位标识点，在横向和纵向分别贴有刻度标尺。
较佳地，所述的成像目标测试板包含同心圆图形贴组，分别对应不同的视场角。
较佳地，所述的同心圆为以定位标识点为中心、半径为
Figure BDA0001841684600000021
的图形。
较佳地，所述的成像目标测试板在摄像机中的成像刻度上下、左右对称，且处于摄像机视场的中心位置。
较佳地，所述的成像目标测试板的边框与摄像机的图像边缘一致。
该快速测量摄像机倾角与视场角的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)初始化摄像机与所述的成像目标测试板的位置标定；
(2)根据所述的成像目标测试板的刻度标尺判断摄像机是否有倾角，如果是，继续步骤(3)；否则，从控制计算机读取摄像机获取的同心圆图像，并得到摄像机的视场角；
(3)调节所述的成像目标测试板与所述的高精度三轴调整架的角度，并得到摄像机的倾角；
(4)调节所述的成像目标测试板与所述的高精度三轴调整架的水平垂直位置，并得到摄像机的视场角度。
较佳地，所述的步骤(1)还包括以下步骤：
(1.1)以所述的成像目标测试板的正中心为定位标识点，在其横向和纵向分别贴上刻度标尺；
(1.2)根据摄像机与所述的高精度三轴调整架的相对位置以及视场角的公式计算任意视场角的待测摄像机在该初始化位置下在所述的成像目标测试板的成像范围；
(1.3)在所述的成像目标测试板上以定位标识点为中心，半径为
Figure BDA0001841684600000031
的同心圆进行标定。
较佳地，所述的步骤(3)还包括以下步骤：
(3.1)通过所述的高精度三轴调整架调节所述的成像目标测试板的位置，使其与待测摄像机的成像方向平行；
(3.2)通过控制计算机读取待测摄像机的倾角Q。
较佳地，所述的待测摄像机的倾角为所述的高精度三轴调整架沿y轴转动的角度。
较佳地，所述的步骤(4)还包括以下步骤：
(4.1)待测摄像机通过沿x轴方向移动距离L；
(4.2)调整成像目标测试板沿其平面方向上下移动，使其处于待测摄像机的中心位置；
(4.3)读取待测摄像机的视场角。
较佳地，所述的步骤(4.1)中通过沿x轴方向移动距离L，具体为：
根据以下公式计算相应的移动距离L：
L＝D×(1-cosQ)。
较佳地，所述的待测摄像机的视场角为同心圆图像中的角度。
采用了该快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法，固定待测摄像机与成像目标测试板的初始化相对位置，采用摄像机对同心圆图形进行成像，操作简单方便，可重复性好，可快速获取结果。适用于有固定倾角摄像机的测试，采用三维调整架对成像目标测试板进行旋转和平移操作，可以同时获取摄像机的倾角以及视场角，缩短了测试时间，提高测试效率。
附图说明
图1为本发明的快速测量摄像机倾角与视场角的系统的无倾角时的结构示意图。
图2为本发明的快速测量摄像机倾角与视场角的系统的有倾角时的结构示意图。
图3为本发明的快速测量摄像机倾角与视场角的系统的成像目标测试板上的刻度标尺。
图4为本发明的快速测量摄像机倾角与视场角的系统的成像目标测试板上的刻度标尺及同心圆。
图5为本发明的快速测量摄像机倾角与视场角的方法的系统流程图。
附图标记：
1 目标测试板
2 三轴调整架
3 同心圆图形
4 控制计算机
5 固定台
6 待测摄像机
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该快速测量摄像机倾角与视场角的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
摄像机固定台，用于固定摄像机的位置；
成像目标测试板1，所述的成像目标测试板1在所述的摄像机固定台上摄像机的成像视场范围内，且所述的成像视场上端与所述的成像目标测试板1的上端相对应，所述的成像视场下端与所述的成像目标测试板1的下端相对应，用于根据同心圆图形来成像；
高精度三轴调整架，与所述的成像目标测试板1相连接，且该高精度三轴调整架与水平面相垂直，用于调整测试板的位置；
控制计算机，用于调整三轴调整架的高度，与所述的高精度三轴调整架相连接。
较佳地，所述的成像目标测试板1以正中心为定位标识点，在横向和纵向分别贴有刻度标尺。
较佳地，所述的成像目标测试板1包含同心圆图形贴组，分别对应不同的视场角。
较佳地，所述的同心圆为以定位标识点为中心、半径为
Figure BDA0001841684600000041
的图形。
较佳地，所述的成像目标测试板1在摄像机中的成像刻度上下、左右对称，且处于摄像机视场的中心位置。
较佳地，所述的成像目标测试板1的边框与摄像机的图像边缘一致。
该快速测量摄像机倾角与视场角的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)初始化摄像机与所述的成像目标测试板1的位置标定；
(1.1)以所述的成像目标测试板1的正中心为定位标识点，在其横向和纵向分别贴上刻度标尺；
(1.2)根据摄像机与所述的高精度三轴调整架的相对位置以及视场角的公式计算任意视场角的待测摄像机在该初始化位置下在所述的成像目标测试板1的成像范围；
(1.3)在所述的成像目标测试板1上以定位标识点为中心，半径为
Figure BDA0001841684600000051
的同心圆进行标定；
(2)根据所述的成像目标测试板1的刻度标尺判断摄像机是否有倾角，如果是，继续步骤(3)；否则，从控制计算机读取摄像机获取的同心圆图像，并得到摄像机的视场角；
(3)调节所述的成像目标测试板1与所述的高精度三轴调整架的角度，并得到摄像机的倾角；
(3.1)通过所述的高精度三轴调整架调节所述的成像目标测试板1的位置，使其与待测摄像机的成像方向平行；
(3.2)通过控制计算机读取待测摄像机的倾角Q；
(4)调节所述的成像目标测试板1与所述的高精度三轴调整架的水平垂直位置，并得到摄像机的视场角度；
(4.1)待测摄像机通过沿x轴方向移动距离L；
(4.2)调整成像目标测试板1沿其平面方向上下移动，使其处于待测摄像机的中心位置；
(4.3)读取待测摄像机的视场角。
较佳地，所述的待测摄像机的倾角为所述的高精度三轴调整架沿y轴转动的角度。
较佳地，所述的步骤(4.1)中通过沿x轴方向移动距离L，具体为：
根据以下公式计算相应的移动距离L：
L＝D×(1-cosQ)。
较佳地，所述的待测摄像机的视场角为同心圆图像中的角度。
本发明的具体实施方式中，装置包括摄像机固定台、成像目标测试板1，高精度三轴调整架以及控制计算机。固定待测摄像机与成像目标测试板1的初始化相对位置。通过成像目标测试板1中心的刻度标尺快速判断待测摄像机是否有倾角，若待测摄像机倾角为0(视场呈水平方向)，则使待测摄像机直接对成像目标测试板1上的特征同心圆图形进行成像。不同半径的同心圆代表不同视场角的大小，通过从控制计算机读取摄像机获取的同心圆图像，可以快速获取摄像机的视场角；若待测摄像机有固定倾角Q，通过三轴调整架调节成像目标测试板1的位置，使其与待测摄像机的成像方向平行，此时摄像机对成像目标测试板1上的同心圆及刻度标尺的成像呈一个标准的轴对称图形(即标尺上下、左右刻度完全相等)，然后通过控制计算机读取三轴调整架沿y轴转动的角度，即待测摄像机的倾角；通过控制计算机读取摄像机对成像目标测试板1上同心圆的成像图形直接获取待测摄像机的水平、垂直视场角。本发明提供了一种快速测量摄像机倾角与视场角的装置。
本发明提供了一种快速测量摄像机倾角与视场角的装置。装置包括摄像机固定台5、成像目标测试板1，高精度三轴调整架2以及控制计算机4。控制计算机与三轴调整架相连，三轴调整架与成像目标测试板1相连；待测摄像机6放置于固定台，对可以移动的成像目标测试板1进行成像。
摄像机固定台用于固定定标摄像机的位置。成像目标测试板1以正中心为定位标识点，在横向和纵向分别贴上刻度标尺。成像目标测试板1用于卡入高精度三轴调整架进行固定。控制计算机用于调整三轴调整架的高度。
标测试板上还包含标定好的同心圆图形贴，其中不同的同心圆半径对应不同的视场角。
固定待测摄像机与成像目标测试板1的初始化相对位置。通过成像目标测试板1中心的刻度标尺快速判断待测摄像机是否有倾角，若待测摄像机倾角为0(视场呈水平方向)，则使待测摄像机直接对成像目标测试板1上的特征同心圆图形进行成像。不同半径的同心圆代表不同视场角的大小，通过从控制计算机读取摄像机获取的同心圆图像，可以快速获取摄像机的视场角；
若待测摄像机有固定倾角Q，通过三轴调整架调节成像目标测试板1的位置，使其与待测摄像机的成像方向平行，此时摄像机对成像目标测试板1上的同心圆及刻度标尺的成像呈一个标准的轴对称图形(即标尺上下、左右刻度完全相等)，然后通过控制计算机读取三轴调整架沿y轴转动的角度，即待测摄像机的倾角；通过控制计算机读取摄像机对成像目标测试板1上同心圆的成像图形直接获取待测摄像机的水平、垂直视场角。
所述控制待测摄像机的成像方向与成像目标测试板1的方向平行，通过将待测摄像机固定在固定台，控制计算机调整三轴调整架到初始位置。通过三轴调整架调整成像目标测试板1沿y轴方向转动，并调整摄像机平面与成像目标测试板1平行，从控制计算机读取转动角度Q，由于倾角Q的存在，待测摄像机镜头与成像目标测试板1的距离变化了L＝D×(1-cosQ)，通过沿x轴方向移动距离L，并再次调整成像目标测试板1使其沿平面方向上下移动，直到其处于待测摄像机的中心位置，此时读取同心圆图像中的角度即为待测摄像机的视场角。
本快速测量摄像机倾角与视场角的方法：
1)以成像目标测试板1正中心为定位标识点，在横向和纵向分别贴上刻度标尺，如图3所示。
2)将定标云台摄像机安装在固定台5上，调节定标云台摄像机视场呈水平方向。调节三轴调整架2与水平面垂直。将成像目标测试板1卡入高精度三轴调整架2中，通过控制计算机4调整三轴调整架2的高度及角度，使成像目标测试板1在摄像机中的成像刻度上下、左右对称，此时成像目标测试板1处于定标云台摄像机视场的中心位置。通过控制计算机4控制三轴调整架2水平移动，使板卡成像目标测试板1的边框与定标云台摄像机显示的图像边缘刚好一致，通过控制计算机4设定该位置为三轴调整架2的初始化位置，并记录此时定标云台摄像机中心与成像目标测试板1中心的相对距离D。所述三轴调整架2的平移运动方向与成像目标测试板1所在的平面垂直。
3)根据定标云台摄像机与初始化三轴调整架2的相对位置、以及视场角的公式可以计算任意视场角的待测相机在该初始化位置下在成像目标测试板1的成像范围，可以在成像目标测试板1上以定位标识点为中心，半径为
Figure BDA0001841684600000071
的同心圆进行标定。将标定好的同心圆图形3贴在成像目标测试板1上，如图4所示，即完成测试前的定标。
Rω0＝D×tan(ω0/2)；
Rω1＝D×tan(ω1/2)；
Rω2＝D×tan(ω2/2)；
Rωn＝D×tan(ωn/2)。
4)将待测摄像机安装在固定台5上，成像视场呈水平方向，固定待测摄像机与成像目标测试板1的初始化相对位置。通过成像目标测试板1中心的刻度标尺数据快速判断待测摄像机是否有倾角，若待测摄像机倾角为0(视场呈水平方向)，则使待测摄像机直接对成像目标测试板1上的特征同心圆图形3进行成像，不同半径的同心圆代表不同视场角的大小，通过从控制计算机4读取待测摄像机获取的同心圆图像，可以快速获取摄像机的视场角，如图1所示。
当由于摄像机形态、体积、重量等原因，若摄像机的成像视场和水平方向呈未知倾角Q，通过将待测摄像机固定在固定台，首先调整三轴调整架2到初始位置。通过三轴调整架2调整成像目标测试板1沿y轴方向转动，并调整摄像机平面与成像目标测试板1平行，从控制计算机4读取转动角度Q。由于倾角Q的存在，待测摄像机镜头与成像目标测试板1的水平距离变化了L＝D×(1-cosQ)，通过沿x轴方向移动距离L，并再次调整成像目标测试板1的沿其平面方向上下移动，使其处于待测摄像机的中心位置，此时读取同心圆图像中的角度即为待测摄像机的视场角，如图2所示。
上述控制计算机4与三轴调整架2相连，三轴调整架2与成像目标测试板1相连；待测摄像机放置于固定台5，对可以移动的成像目标测试板1进行成像。
采用了该快速测量摄像机倾角与视场角的系统及方法，固定待测摄像机与成像目标测试板1的初始化相对位置，采用摄像机对同心圆图形进行成像，操作简单方便，可重复性好，可快速获取结果。适用于有固定倾角摄像机的测试，采用三维调整架对成像目标测试板1进行旋转和平移操作，可以同时获取摄像机的倾角以及视场角，缩短了测试时间，提高测试效率。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1.一种快速测量摄像机倾角与视场角的系统，其特征在于，所述的系统包括：
摄像机固定台，用于固定摄像机的位置；
成像目标测试板，所述的成像目标测试板在所述的摄像机固定台上摄像机的成像视场范围内，且所述的成像视场上端与所述的成像目标测试板的上端相对应，所述的成像视场下端与所述的成像目标测试板的下端相对应，用于根据同心圆图形来成像；
高精度三轴调整架，与所述的成像目标测试板相连接，且该高精度三轴调整架与水平面相垂直，用于调整测试板的位置；
控制计算机，用于调整三轴调整架的高度，与所述的高精度三轴调整架相连接；
该系统进行以下处理过程：
(1)初始化摄像机与所述的成像目标测试板的位置标定；
(1.1)以所述的成像目标测试板的正中心为定位标识点，在其横向和纵向分别贴上刻度标尺；
(1.2)根据摄像机与所述的高精度三轴调整架的相对位置以及视场角的公式计算任意视场角的待测摄像机在该初始化位置下在所述的成像目标测试板的成像范围；
(1.3)在所述的成像目标测试板上以定位标识点为中心，半径为
Figure FDA0003493367100000011
的同心圆进行标定；
(2)根据所述的成像目标测试板的刻度标尺判断摄像机是否有倾角，如果是，继续步骤(3)；否则，从控制计算机读取摄像机获取的同心圆图像，并得到摄像机的视场角；
(3)调节所述的成像目标测试板与所述的高精度三轴调整架的角度，并得到摄像机的倾角；
(3.1)通过所述的高精度三轴调整架调节所述的成像目标测试板的位置，使其与待测摄像机的成像方向平行；
(3.2)通过控制计算机读取待测摄像机的倾角Q；
(4)调节所述的成像目标测试板与所述的高精度三轴调整架的水平垂直位置，并得到摄像机的视场角度；
(4.1)待测摄像机通过沿x轴方向移动距离L；
(4.2)调整目标测试板沿其平面方向上下移动，使其处于待测摄像机的中心位置；
(4.3)读取待测摄像机的视场角；
所述的待测摄像机的倾角为所述的高精度三轴调整架沿y轴转动的角度；
所述的步骤(4.1)中通过沿x轴方向移动距离L，具体为：
根据以下公式计算相应的移动距离L：
L＝D×(1-cosQ)；
其中，D为云台摄像机中心与成像目标测试板中心之间的相对距离。
2.根据权利要求1所述的快速测量摄像机倾角与视场角的系统，其特征在于，所述的成像目标测试板包含同心圆图形贴组，分别对应不同的视场角。
3.根据权利要求1所述的快速测量摄像机倾角与视场角的系统，其特征在于，所述的成像目标测试板的边框与摄像机的图像边缘一致。
4.一种实现快速测量摄像机倾角与视场角的方法，所述的方法利用快速测量摄像机倾角与视场角的系统，所述的系统包括：
摄像机固定台，用于固定摄像机的位置；
成像目标测试板，所述的成像目标测试板在所述的摄像机固定台上摄像机的成像视场范围内，且所述的成像视场上端与所述的成像目标测试板的上端相对应，所述的成像视场下端与所述的成像目标测试板的下端相对应，用于根据同心圆图形来成像；
高精度三轴调整架，与所述的成像目标测试板相连接，且该高精度三轴调整架与水平面相垂直，用于调整测试板的位置；
控制计算机，用于调整三轴调整架的高度，与所述的高精度三轴调整架相连接；
其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)初始化摄像机与所述的成像目标测试板的位置标定；
(1.1)以所述的成像目标测试板的正中心为定位标识点，在其横向和纵向分别贴上刻度标尺；
(1.2)根据摄像机与所述的高精度三轴调整架的相对位置以及视场角的公式计算任意视场角的待测摄像机在该初始化位置下在所述的成像目标测试板的成像范围；
(1.3)在所述的成像目标测试板上以定位标识点为中心，半径为
Figure FDA0003493367100000021
的同心圆进行标定；
(2)根据所述的成像目标测试板的刻度标尺判断摄像机是否有倾角，如果是，继续步骤(3)；否则，从控制计算机读取摄像机获取的同心圆图像，并得到摄像机的视场角；
(3)调节所述的成像目标测试板与所述的高精度三轴调整架的角度，并得到摄像机的倾角；
(3.1)通过所述的高精度三轴调整架调节所述的成像目标测试板的位置，使其与待测摄像机的成像方向平行；
(3.2)通过控制计算机读取待测摄像机的倾角Q；
(4)调节所述的成像目标测试板与所述的高精度三轴调整架的水平垂直位置，并得到摄像机的视场角度；
(4.1)待测摄像机通过沿x轴方向移动距离L；
(4.2)调整目标测试板沿其平面方向上下移动，使其处于待测摄像机的中心位置；
(4.3)读取待测摄像机的视场角；
所述的待测摄像机的倾角为所述的高精度三轴调整架沿y轴转动的角度；
所述的步骤(4.1)中通过沿x轴方向移动距离L，具体为：
根据以下公式计算相应的移动距离L：
L＝D×(1-cosQ)；
其中，D为云台摄像机中心与成像目标测试板中心之间的相对距离；
所述的待测摄像机的视场角为同心圆图像中的角度。
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