CN109556514A - 光轴标定方法、图像坐标系间转换关系的测法及成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液晶屏贴合技术领域，具体公开一种光轴标定方法、图像坐标系间转换关系的测法及成像系统，光轴标定方法用于对摄像头的光轴方向进行标定，包括步骤：提供设有若干非透明图案组的透明的定位片；用摄像头对所述定位片上的图案组进行拍摄，得到拍摄图像；对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离：若图像直线距离小于预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值。本发明提供的光轴标定方法，通过对设有非透明图案组的透明定位片进行拍摄，然后对比拍摄图像中的图案重合情况，可以对摄像头的光轴方向进行标定。

Description

光轴标定方法、图像坐标系间转换关系的测法及成像系统

技术领域

本发明涉及液晶屏贴合技术领域，尤其涉及一种光轴标定方法、图像坐标系间转换关系的测法及成像系统。

背景技术

在进行液晶屏贴合时，需要使用成像系统对待检测工件进行拍摄，根据拍摄所得的图像判断产品的质量。但是，在进行待检测工件拍摄之前，往往需要将摄像头的光轴方向调节至与待检测工件的厚度方向平行，并对摄像头之间的图像坐标系的转换关系进行测量。但是，光轴是抽象的，现有的技术手段并不容易实现光轴的标定和测量等操作。

因此，需要一种标定方法，可以对摄像头的光轴方向进行标定。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种光轴标定方法，可以对摄像头的光轴方向进行标定。

本发明的另一个目的在于，提供一种图像坐标系间转换关系的测法，可以测量光轴间的距离。

本发明的又一个目的在于，提供一种成像系统，其摄像头间的图像坐标系转换关系可测。

为达以上目的，一方面，本发明提供一种光轴标定方法，光轴标定方法，用于对摄像头的光轴方向进行标定，包括步骤：

提供透明的定位片，所述定位片设有若干非透明的图案组，所述图案组包括位于所述定位片的上表面的第一标记图案和位于所述定位片的下表面的第二标记图案，所述第一标记图案的第一几何中心与所述第二标记图案的第二几何中心的连线与所述定位片的厚度方向平行；

用摄像头对所述定位片上的图案组进行拍摄，得到拍摄图像；

对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离：若图像直线距离小于预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值。

优选地，所述步骤：对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离具体为：

对比所述拍摄图像的视野中心处的图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离。

优选地，所述图案组为圆环组，所述第一标记图案为第一圆环，所述第二标记图案为第二圆环。

优选地，所述步骤：对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离：若图像直线距离小于预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值具体为：

对比同一圆环组的第一圆环和第二圆环在所述拍摄图像中的同心度：若同心度满足预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值。

另一方面，提供一种图像坐标系间转换关系的测法，用于测量摄像头的图像坐标系间的转换关系，包括以下步骤：

通过上述任一种光轴标定方法，将所有摄像头的光轴均调整至与定位片的厚度方向平行；

以所述定位片为基准建立世界坐标系，并获取各图案组的世界坐标；

使每个摄像头均对定位片上的图案组进行拍摄，根据拍摄所得的图像获取各图案组在各摄像头的图像坐标系中的图像坐标；

通过各图案组的世界坐标和图像坐标，计算世界坐标系和与该图案组的图像对应的摄像头的图像坐标系之间的关系；

根据世界坐标系和与各摄像头的图像坐标系之间的关系，得到各摄像头的图像坐标系间的转换矩阵。

优选地，所述步骤：通过各图案组的世界坐标和图像坐标，计算世界坐标系和与该图案组的图像对应的摄像头的图像坐标系之间的关系包括：

记录第一几何中心的世界坐标(x，y，z)；

记录各图像的第一几何中心的图像坐标(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)……(x_n，y_n，z_n)；

根据(x，y，z)＝(x₁，y₁，z₁)·A₁、(x，y，z)＝(x₂，y₂，z₂)·A₂、(x，y，z)＝(x₃，y₃，z₃)·A₃……(x，y，z)＝(x_n，y_n，z_n)·A_n求得各摄像头的图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵A₁、A₂、A₃……A_n；

其中，n为正整数。

优选地，所述步骤：根据世界坐标系和与各摄像头的图像坐标系之间的关系，得到各摄像头的图像坐标系间的转换矩阵具体为：根据A₁、A₂、A₃……A_n求得各摄像头的图像坐标系间的转换矩阵。

又一方面，提供一种成像系统，用于对待检测工件进行摄像，包括：

第一摄像头，用于对待检测工件的上表面进行拍摄；

第二摄像头，用于对待检测工件的下表面进行拍摄；所述第一摄像头和第二摄像头二者的图像坐标系间的转换矩阵通过上述任一种图像坐标系间转换关系的测法测量得到。

本发明的有益效果在于：提供一种光轴标定方法、图像坐标系间转换关系的测法及成像系统，通过对设有非透明图案组的透明定位片进行拍摄，然后对比拍摄图像中的图案重合情况，可以对摄像头的光轴方向进行标定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为实施例提供的定位片的剖面示意图；

图2为实施例提供的定位片的俯视图。

图中：

1、定位片；101、第一标记图案；102、第二标记图案；

2、第一摄像头；3、第二摄像头。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1～图2所示，本实施例提供一种光轴标定方法，用于对摄像头的光轴方向进行标定，包括步骤：

S10：提供透明的定位片1，所述定位片1设有若干非透明的图案组，所述图案组包括位于所述定位片1的上表面的第一标记图案101和位于所述定位片1的下表面的第二标记图案102，所述第一标记图案101的第一几何中心与所述第二标记图案102的第二几何中心的连线与所述定位片1的厚度方向平行。

具体地，第一标记图案101和第二标记图案102可以是十字形、圆形、矩形或者正六边形等。

S20：用摄像头对所述定位片1上的图案组进行拍摄，得到拍摄图像。

具体地，由于定位片1是透明的，所以当摄像头拍摄时，图像中就会同时获取到第一标记图案101和第二标记图案102。而且，在拍摄图像中，第一标记图案101和第二标记图案102是处于同一平面的。

S30：对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离：若图像直线距离小于预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片1的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值。

具体地，图像直线距离越接近，光轴与定位片1的厚度方向越平行。例如，若第一几何中心和第二几何中心之间的图像直线距离为0.5mm，预设值为1mm，则说明此时摄像头的光轴与定位片1的厚度方向之间的平行度满足要求；若第一几何中心和第二几何中心之间的图像直线距离为0.8mm，预设值为0.5mm，则说明此时摄像头的光轴与定位片1的厚度方向之间的平行度不满足要求，需继续调整。进一步地，预设值可以与摄像头到定位片1之间的距离成正相关关系。

优选地，为了方便判断图像直线距离，所述图案组为圆环组，所述第一标记图案101为第一圆环，所述第二标记图案102为第二圆环。此时，对比同一圆环组的第一圆环和第二圆环在所述拍摄图像中的同心度：若同心度满足预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片1的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值。具体地，此方法可以将长度的对比化作面积的对比，对比结果更精确直观。

优选地，对比所述拍摄图像的视野中心处的图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离。具体地，拍摄图像的视野中心处的图案组往往就处于摄像头的光轴附近，此时获得的图像直线距离应该是所有图案组中最小的。进一步地，预设值可以根据图案组与摄像头的距离进行设置，距离摄像头较远的图案组对应的预设值的下限和上限均较高。

具体地，本实施例提供的光轴标定方法，可以通过拍摄图像反推光轴方向，将抽象的光轴角度具体化，能大大的简化光轴的标定工作。

实施例二

如图1～图2所示，本实施例提供一种图像坐标系间转换关系的测法，用于测量摄像头的图像坐标系间的转换关系，包括以下步骤：

S10：通过实施例一中的任一种光轴标定方法，将所有摄像头的光轴均调整至与定位片1的厚度方向平行。

具体地，由于摄像头的光轴均与定位片1的厚度方向平行，所以摄像头之间的光轴也相互平行。

S20：以所述定位片1为基准建立世界坐标系，并获取各图案组的世界坐标。

优选地，世界坐标系的XOY平面可以定义为定位片1的上表面或者下表面，世界坐标系的Z轴可以定义为与定位片1的厚度方向平行，世界坐标系的原点可以定义为定位片1上的某一图案的几何中心。

S30：使每个摄像头均对定位片1上的图案组进行拍摄，根据拍摄所得的图像获取各图案组在各摄像头的图像坐标系中的图像坐标。

具体地，每个摄像头均具备自己的图像坐标系，所以同一组图案组在不同的摄像头中具有不同的图像坐标。

S40：通过各图案组的世界坐标和图像坐标，计算世界坐标系和与该图案组的图像对应的摄像头的图像坐标系之间的关系。

优选地，可以选出其中的若干组图案组，然后：

S401：记录第一几何中心的世界坐标x，y，z；

S402：记录各图像的第一几何中心的图像坐标x₁，y₁，z₁、x₂，y₂，z₂、x₃，y₃，z₃……x_n，y_n，z_n；

S403：根据(x，y，z)＝(x₁，y₁，z₁)·A₁、(x，y，z)＝(x₂，y₂，z₂)·A₂、(x，y，z)＝(x₃，y₃，z₃)·A₃……(x，y，z)＝(x_n，y_n，z_n)·A_n求得各摄像头的图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵A₁、A₂、A₃……A_n；其中，n为正整数，代表摄像头的数量。

具体地，根据A₁、A₂、A₃……A_n等转换矩阵的元素数量不同，求解转换矩阵时所需要的方程式的数量也不同，每一个第一几何中心或者第二几何中心可以提供一个方程式，例如，一个三行三列的转换矩阵包含9个元素，就需要9条方程式，需要选出9个第一几何中心或者第二几何中心。

S50：根据世界坐标系和与各摄像头的图像坐标系之间的关系，得到各摄像头的图像坐标系间的转换矩阵。

具体地，根据A₁、A₂、A₃……A_n就可以获知各摄像头的图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵，进而可以求得各光轴间的距离、各摄像头间的原点偏移量、X轴偏移量或者X轴夹角、Y轴偏移量或者Y轴夹角以及Z轴偏移量或者Z轴夹角等信息。

优选地，本实施例提供的图像坐标系间转换关系的测法，可以适用于测量两个、三个、四个、五个甚至更多摄像头之间的光轴距离。

具体地，光轴是抽象的，光轴间的距离往往较难测量，采用本实施例提供的测法，可以有效实现多个摄像头的光轴之间距离的测量，还可以实现各摄像头间的原点偏移量、X轴偏移量或者X轴夹角、Y轴偏移量或者Y轴夹角以及Z轴偏移量或者Z轴夹角等信息的测量，而且操作方便，测量结果可靠。

实施例三

如图1所示，本实施例提供一种成像系统，包括第一摄像头2和第二摄像头3。第一摄像头2用于对待检测工件的上表面进行拍摄；第二摄像头3用于对待检测工件的下表面进行拍摄。所述第一摄像头2和第二摄像头3二者的图像坐标系间的转换矩阵通过实施例二中的任一种图像坐标系间转换关系的测法测量得到。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.光轴标定方法，用于对摄像头的光轴方向进行标定，其特征在于，包括步骤：

提供透明的定位片，所述定位片设有若干非透明的图案组，所述图案组包括位于所述定位片的上表面的第一标记图案和位于所述定位片的下表面的第二标记图案，所述第一标记图案的第一几何中心与所述第二标记图案的第二几何中心的连线与所述定位片的厚度方向平行；

用摄像头对所述定位片上的图案组进行拍摄，得到拍摄图像；

对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离：若图像直线距离小于预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值。

2.根据权利要求1所述的光轴标定方法，其特征在于，所述步骤：对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离具体为：

对比所述拍摄图像的视野中心处的图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离。

3.根据权利要求1或2所述的光轴标定方法，其特征在于，所述图案组为圆环组，所述第一标记图案为第一圆环，所述第二标记图案为第二圆环。

4.根据权利要求3所述的光轴标定方法，其特征在于，所述步骤：对比同一图案组的第一几何中心和第二几何中心在所述拍摄图像中的图像直线距离：若图像直线距离小于预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值具体为：

对比同一圆环组的第一圆环和第二圆环在所述拍摄图像中的同心度：若同心度满足预设值，则该摄像头的光轴与所述定位片的厚度方向平行；否则，调整摄像头直至图像直线距离小于预设值。

5.图像坐标系间转换关系的测法，用于测量摄像头的图像坐标系间的转换关系，其特征在于，包括以下步骤：

通过权利要求1～4任一项所述的光轴标定方法，将所有摄像头的光轴均调整至与定位片的厚度方向平行；

以所述定位片为基准建立世界坐标系，并获取各图案组的世界坐标；

使每个摄像头均对定位片上的图案组进行拍摄，根据拍摄所得的图像获取各图案组在各摄像头的图像坐标系中的图像坐标；

通过各图案组的世界坐标和图像坐标，计算世界坐标系和与该图案组的图像对应的摄像头的图像坐标系之间的关系；

根据世界坐标系和与各摄像头的图像坐标系之间的关系，得到各摄像头的图像坐标系间的转换矩阵。

6.根据权利要求5所述的图像坐标系间转换关系的测法，其特征在于，所述步骤：通过各图案组的世界坐标和图像坐标，计算世界坐标系和与该图案组的图像对应的摄像头的图像坐标系之间的关系包括：

记录第一几何中心的世界坐标(x，y，z)；

记录各图像的第一几何中心的图像坐标(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)……(x_n，y_n，z_n)；

根据(x，y，z)＝(x₁，y₁，z₁)·A₁、(x，y，z)＝(x₂，y₂，z₂)·A₂、(x，y，z)＝(x₃，y₃，z₃)·A₃……(x，y，z)＝(x_n，y_n，z_n)·A_n求得各摄像头的图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵A₁、A₂、A₃……A_n；

其中，n为正整数。

7.根据权利要求6所述的图像坐标系间转换关系的测法，其特征在于，所述步骤：根据世界坐标系和与各摄像头的图像坐标系之间的关系，得到各摄像头的图像坐标系间的转换矩阵具体为：根据A₁、A₂、A₃……A_n求得各摄像头的图像坐标系间的转换矩阵。

8.成像系统，用于对待检测工件进行摄像，其特征在于，包括：

第一摄像头，用于对待检测工件的上表面进行拍摄；

第二摄像头，用于对待检测工件的下表面进行拍摄；所述第一摄像头和第二摄像头二者的图像坐标系间的转换矩阵通过权利要求5～7任一项所述的图像坐标系间转换关系的测法测量得到。