CN110139094A - 一种光心对齐方法、光心坐标计算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光心对齐方法、光心坐标计算方法及装置。该光心对齐方法包括：步骤101：驱动待测摄像头向一测试图进行拍摄，获取第一测试画面；步骤102：驱动所述测试图和/或所述待测摄像头沿光轴方向相对移动一定距离；步骤103：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第二测试画面；步骤104：依据所述第一测试画面和第二测试画面上的所述光心测试点的位置变化，计算出所述光心测试点和所述待测摄像头的镜头光心之间的偏移距离量；步骤105：依据所述偏移距离量，调节所述测试图和待测摄像头之间的相对位置，使所述光心测试点和镜头光心对齐。该光心对齐方法可计算出待测摄像头的镜头光心和测试图的光心测试点之间的相对偏移距离量，以将摄像头和测试图之间进行对齐。
Description
技术领域
本发明涉及一种光心对齐方法、光心坐标计算方法及装置。
背景技术
在摄像头的一些应用场景中，需要使用到摄像头的光心坐标，即摄像头的镜头光心在感光面上的投影位置。光心坐标的计算过程中，需要先对摄像头和测试图之间进行对齐、调节夹角等一系列操作，才能准确的计算出光心坐标。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种光心对齐方法，可计算出待测摄像头的镜头光心和测试图的光心测试点之间的相对偏移距离量，以将摄像头和测试图之间进行对齐。
本发明还提供了一种光心坐标计算方法、装置。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种光心对齐方法，包括：
步骤101：驱动待测摄像头向一测试图进行拍摄，获取第一测试画面，其中，所述测试图上具有一光心测试点；
步骤102：驱动所述测试图和/或所述待测摄像头沿光轴方向相对移动一定距离；
步骤103：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第二测试画面；
步骤104：依据所述第一测试画面和第二测试画面上的所述光心测试点的位置变化，计算出所述光心测试点和所述待测摄像头的镜头光心之间的偏移距离量；
步骤105：依据所述偏移距离量，调节所述测试图和待测摄像头之间的相对位置，使所述光心测试点和镜头光心对齐。
进一步地，步骤104包括：
步骤1041：以所述待测摄像头的感光面的横向作为X轴、纵向作为Y轴，在所述感光面上建立平面直角坐标系XY；
步骤1042：基于所述第一测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第一质心坐标，以及所述第二测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第二质心坐标，计算出所述光心测试点和镜头光心之间的偏移距离量。
进一步地，在步骤1042中，所述光心测试点和镜头光心之间包括X轴偏移距离量dx和Y轴偏移距离量dy，
其中，（X1，Y1）为第一质心坐标，（X2，Y2）为第二质心坐标，f为所述待测摄像头的物理焦距，Psi为像素点尺寸，h1为拍摄所述第一测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，h2为拍摄所述第二测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离。
进一步地，在步骤1042中，所述光心测试点和镜头光心之间包括X轴偏移距离量dx和Y轴偏移距离量dy，
其中，（X1，Y1）为第一质心坐标，（X2，Y2）为第二质心坐标，fx为所述待测摄像头的X轴像素焦距，fy为所述待测摄像头的Y轴像素焦距，h1为拍摄所述第一测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，h2为拍摄所述第二测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离。
进一步地，在进行步骤104之前还包括：对所述待测摄像头进行标定，获取所述待测摄像头的X轴像素焦距fx和Y轴像素焦距fy。
进一步地，所述测试图显示在一显示屏上，在步骤105中通过调节所述测试图在显示屏上的显示位置，使所述光心测试点和镜头光心对齐。
进一步地，所述测试图的显示位置的调节量包括X轴调节像素量dpx和Y轴调节像素量dpy，
dpx=（Dx/Lx）*dx
dpy=（Dy/Ly）*dy
其中，Dx为所述显示屏的X轴分辨率，Dy为所述显示屏的Y轴分辨率，Lx为所述显示屏的X轴显示长度，Ly所述显示屏的Y轴显示长度，dx为所述光心测试点和镜头光心之间的X轴偏移距离量，dy为所述光心测试点和镜头光心之间的Y轴偏移距离量。
一种光心坐标计算方法，包括：
步骤201：采用上述的光心对齐方法，将所述测试图上的光心测试点和所述待测摄像头的镜头光心对齐，其中，所述测试图上除了所述光心测试点外，还包括与所述光心测试点不在同一直线上的至少两测试点；
步骤202：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第三测试画面；
步骤203：以所述待测摄像头的感光面的横向作为X轴、纵向作为Y轴、感光面作为XY平面，建立三维直角坐标系XYZ，依据所述第三测试画面上不在同一直线上的至少三个测试点在所述感光面上的质心坐标，计算出所述测试图和所述待测摄像头的感光面之间的平面夹角；
步骤204：依据所述平面夹角，调节所述测试图和待测摄像头之间的相对角度，使所述测试图和感光面平行；
步骤205：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第四测试画面；
步骤206：计算出所述第四测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第四质心坐标，作为所述待测摄像头的镜头光心在所述感光面上的坐标。
进一步地，在步骤202中，获取所述第三测试画面之后，对所述第三测试画面进行畸变校正。
一种装置，包括处理器和连接于所述存储器的存储器，所述存储器内储存有供所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行该计算机程序时，进行上述的光心对齐方法或者上述的光心坐标计算方法。
本发明具有如下有益效果：
该光心对齐方法可计算出待测摄像头的镜头光心和测试图的光心测试点之间的相对偏移距离量，以将摄像头和测试图之间进行对齐。
该光心坐标计算方法可计算出待测摄像头的镜头光心在感光面上的光心坐标。
附图说明
图1为本发明提供的镜头光心对齐方法的步骤框图；
图2为在感光面上建立平面直角坐标系的示意图；
图3为本发明提供的光心坐标计算方法的步骤框图；
图4为在感光面上建立三维直角坐标系的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种光心对齐方法，包括:
步骤101：驱动待测摄像头向一测试图进行拍摄，获取第一测试画面，其中，所述测试图上具有一光心测试点；
在该步骤101中，所述测试图印刷在一测试卡上，或者，所述测试图显示在一显示屏上，所述显示屏优选为4K显示屏；将所述测试图放置在所述待测摄像头的镜头正前方上，然后驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取所述第一测试画面。
步骤102：驱动所述测试图和/或所述待测摄像头沿光轴方向相对移动一定距离；
在该步骤102中，通过一（六轴）移动机构来带动所述测试图和/或所述待测摄像头沿光轴方向进行移动，以改变所述测试图和所述待测摄像头之间的光轴方向距离。
步骤103：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第二测试画面；
在该步骤103中，驱动所述待测摄像头向移动后的所述测试图再次进行拍摄，获取所述第二测试画面。
步骤104：依据所述第一测试画面和第二测试画面上的所述光心测试点的位置变化，计算出所述光心测试点和所述待测摄像头的镜头光心之间的偏移距离量；
具体的，如图2所示，该步骤104包括：
步骤1041：以所述待测摄像头的感光面的横向作为X轴、纵向作为Y轴，在所述感光面上建立平面直角坐标系XY；
步骤1042：基于所述第一测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第一质心坐标，以及所述第二测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第二质心坐标，计算出所述光心测试点和镜头光心之间的偏移距离量。
在一实施例中，在该步骤1042中，所述光心测试点和镜头光心之间包括X轴偏移距离量dx和Y轴偏移距离量dy，
其中，（X1，Y1）为第一质心坐标，（X2，Y2）为第二质心坐标，f为所述待测摄像头的物理焦距，Psi为像素点尺寸，h1为拍摄所述第一测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，h2为拍摄所述第二测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离。
h1和h2的值优选为所述测试图到所述待测摄像头的镜头光心的光轴方向距离，由于这两个值不需要太精准，h1和h2的值也可为所述测试图到所述待测摄像头的镜头表面的光轴方向距离；h1和h2的值可通过激光测距或设备调试获得。
在另一实施例中，在该步骤1042中，为了提高计算精度，所述光心测试点和镜头光心之间包括X轴偏移距离量dx和Y轴偏移距离量dy，
其中，（X1，Y1）为第一质心坐标，（X2，Y2）为第二质心坐标，fx为所述待测摄像头的X轴像素焦距，fy为所述待测摄像头的Y轴像素焦距，h1为拍摄所述第一测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，h2为拍摄所述第二测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离。
同样的，h1和h2的值优选为所述测试图到所述待测摄像头的镜头光心的光轴方向距离，由于这两个值不需要太精准，h1和h2的值也可为所述测试图到所述待测摄像头的镜头表面的光轴方向距离；h1和h2的值可通过激光测距或设备调试获得。
且在进行步骤104之前还包括：对所述待测摄像头进行标定，以获取所述待测摄像头的X轴像素焦距fx和Y轴像素焦距fy。
具体的，对所述待测摄像头进行标定优选在步骤101之前进行，其步骤包括如下：
驱动所述待测摄像头向一标定图进行拍摄，获取标定画面，其中，所述标定图不限于为棋盘格图，其可印刷在一标定卡上，也可显示在一显示屏上（与所述测试图先后显示在同一显示屏上）；
依据所述标定画面，可以但不限于采用张氏标定算法计算出所述待测摄像头的内参（fx，fy，u0，v0），u0为所述待测摄像头光轴的X轴偏移像素量，v0为所述待测摄像头光轴的Y轴偏移像素量。
步骤105：依据所述偏移距离量，调节所述测试图和待测摄像头之间的相对位置，使所述光心测试点和镜头光心对齐；
特别说明的是，所述光心测试点和镜头光心对齐指的是，所述光心测试点和镜头光心之间的连线垂直于所述待测摄像头的感光面或平行于所述待测摄像头的光轴。
在该步骤105中，若所述测试图印刷在一测试卡上，则可通过所述（六轴）移动机构来带动所述测试图和/或所述待测摄像头在垂直于光轴方向的偏移平面上进行X轴和Y轴上的移动，使所述光心测试点和镜头光心对齐，若所述测试图显示在一显示屏上，则可依据所述偏移距离量，调节所述测试图在显示屏上的显示位置，使所述光心测试点和镜头光心对齐。
其中，若调节所述测试图的显示位置的话，则显示位置的调节量包括X轴调节像素量dpx和Y轴调节像素量dpy，
dpx=（Dx/Lx）*dx
dpy=（Dy/Ly）*dy
其中，Dx为所述显示屏的X轴分辨率，Dy为所述显示屏的Y轴分辨率，Lx为所述显示屏的X轴显示长度，Ly所述显示屏的Y轴显示长度。
所述显示屏的横向为X轴方向，对应于所述感光面的横向，所述显示屏的纵向为Y轴方向，对应于所述感光面的纵向。
实施例二
如图3所示，一种光心坐标计算方法，包括：
步骤201：采用实施例一所述的光心对齐方法，将所述测试图上的光心测试点和所述待测摄像头的镜头光心对齐，其中，所述测试图上除了所述光心测试点外，还包括与所述光心测试点不在同一直线上的至少两测试点；
步骤202：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第三测试画面；
在该步骤202中，驱动所述待测摄像头向对齐后的所述测试图再次进行拍摄，获取所述第三测试画面。
优选地，在该步骤202中，获取所述第三测试画面之后，对所述第三测试画面进行畸变校正，因此在进行步骤202之前还包括：对所述待测摄像头进行标定，以获取所述待测摄像头的第一径向畸变系数k1和第二径向畸变系数k2。
k1和k2可在实施例一中对所述待测摄像头进行标定以获取所述待测摄像头的内参（fx，fy，u0，v0）时一同获取。
步骤203：如图4所示，以所述待测摄像头的感光面的横向作为X轴、纵向作为Y轴、感光面作为XY平面，建立三维直角坐标系XYZ，依据所述第三测试画面上不在同一直线上的至少三个测试点在所述感光面上的质心坐标，计算出所述测试图和所述待测摄像头的感光面之间的平面夹角；
具体的，该步骤203包括：
步骤2031：在所述第三测试画面上选取至少三个测试点，所述至少三个测试点不在同一直线上；
在该步骤2031中，至少选取不在同一直线上的A测试点、B测试点和C测试点，A测试点、B测试点和C测试点在所述感光面上的质心坐标分别为（Xa，Ya，0）、（Xb，Yb，0）和（Xc，Yc，0）。
步骤2032：依据所述至少三个测试点在所述感光面上的质心坐标，计算出所述测试图上对应的至少三个测试点的坐标；
在该步骤2032中，A测试点、B测试点和C测试点在所述测试图上的坐标分别为（Xa’，Ya’，Za’）、（Xb’，Yb’，Zb’）和（Xc’，Yc’，Zc’），则有
且
其中，（X0，Y0，0）为所述感光面的中心坐标，S为所述感光面上的A测试点到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，H为所述测试图上的A测试点到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，f为所述待测摄像头的物理焦距。
S和H的值优选为所述感光面和测试图上的A测试点分别到所述待测摄像头的镜头光心的光轴方向距离，由于这两个值不需要太精准，S和H的值也可为所述感光面和测试图上的A测试点分别到所述待测摄像头的镜头表面的光轴方向距离。
优选地，在步骤2031中选取的A测试点为所述光心测试点，即（Xa，Ya，0）为所述第三画面上的光心测试点在所述感光面上的第三质心坐标，此时，若在实施例一中将所述光心测试点和镜头光心对齐后，没再移动所述测试图和待测摄像头之间的光轴距离的话，则H=h2。
关于B测试点和C测试点有：
和
，求解B测试点和C测试点的Xb’、Yb’、Xc’和Yc’值
其中，Zb’和Zc’未知。
而在所述测试图上的A测试点、B测试点和C测试点构成方程组
，求解B测试点和C测试点的Zb’和Zc’值。
正如前面所述，由于测试点都是由检测人员人工选取或者由软件按预设规则自动选取的，所以A测试点、B测试点和C测试点之间所构成多边形的边角的关系为已知的，即n1和n2是已知的。
为了方便计算，优选地在选取A测试点、B测试点和C测试点时，A测试点、B测试点和C测试点之间构成直角三角形，A测试点为直角点，则n1=0。
步骤2033：依据所述测试图上对应的至少三个测试点的坐标，计算出所述测试图的平面方程；
该步骤2033中，采用最小二乘法拟合获取所述测试图的平面方程z=a*x+b*y+c，令，以S取最小值，计算出a、b和c；其中第i个测试点在所述测试图上的坐标为（Xi’，Yi’，Zi’）。
步骤2034：依据所述平面方程，计算出所述测试图和所述待测摄像头的感光面之间的平面夹角；
在该步骤2.34中，在平面方程z=a*x+b*y+c中任意取三个点（X1’，Y1’，Z1’）、（X2’，Y2’，Z2’）和（X3’，Y3’，Z3’），计算出所述测试图和感光面的X轴夹角anglex和Y轴夹角angley，
。
步骤204：依据所述平面夹角，调节所述测试图和待测摄像头之间的相对角度，使所述测试图和感光面平行；
在该步骤204中，通过所述（六轴）移动机构来带动所述测试图和/或所述待测摄像头绕X轴和Y轴进行转动，以纠正所述测试图和感光面之间的平面夹角。
步骤205：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第四测试画面；
在该步骤205中，驱动所述待测摄像头向平行后的所述测试图再次进行拍摄，获取所述第四测试画面。
步骤206：计算出所述第四测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第四质心坐标，作为所述待测摄像头的镜头光心在所述感光面上的坐标；
在该步骤206中，计算出的第四质心坐标为（X4，Y4，0），则所述镜头光心的光心坐标为（X4，Y4，S）。
实施例三
一种装置，包括处理器和连接于所述存储器的存储器，所述存储器内储存有供所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行该计算机程序时，进行实施例一所述的光心对齐方法或者实施例二所述的光心坐标计算方法。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光心对齐方法，其特征在于，包括：
步骤101：驱动待测摄像头向一测试图进行拍摄，获取第一测试画面，其中，所述测试图上具有一光心测试点；
步骤102：驱动所述测试图和/或所述待测摄像头沿光轴方向相对移动一定距离；
步骤103：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第二测试画面；
步骤104：依据所述第一测试画面和第二测试画面上的所述光心测试点的位置变化，计算出所述光心测试点和所述待测摄像头的镜头光心之间的偏移距离量；
步骤105：依据所述偏移距离量，调节所述测试图和待测摄像头之间的相对位置，使所述光心测试点和镜头光心对齐。
2.根据权利要求1所述的光心对齐方法，其特征在于，步骤104包括：
步骤1041：以所述待测摄像头的感光面的横向作为X轴、纵向作为Y轴，在所述感光面上建立平面直角坐标系XY；
步骤1042：基于所述第一测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第一质心坐标，以及所述第二测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第二质心坐标，计算出所述光心测试点和镜头光心之间的偏移距离量。
3.根据权利要求2所述的光心对齐方法，其特征在于，在步骤1042中，所述光心测试点和镜头光心之间包括X轴偏移距离量dx和Y轴偏移距离量dy，
其中，（X1，Y1）为第一质心坐标，（X2，Y2）为第二质心坐标，f为所述待测摄像头的物理焦距，Psi为像素点尺寸，h1为拍摄所述第一测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，h2为拍摄所述第二测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离。
4.根据权利要求2所述的光心对齐方法，其特征在于，在步骤1042中，所述光心测试点和镜头光心之间包括X轴偏移距离量dx和Y轴偏移距离量dy，
其中，（X1，Y1）为第一质心坐标，（X2，Y2）为第二质心坐标，fx为所述待测摄像头的X轴像素焦距，fy为所述待测摄像头的Y轴像素焦距，h1为拍摄所述第一测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离，h2为拍摄所述第二测试画面时所述测试图到所述待测摄像头的镜头的光轴方向距离。
5.根据权利要求4所述的光心对齐方法，其特征在于，在进行步骤104之前还包括：对所述待测摄像头进行标定，获取所述待测摄像头的X轴像素焦距fx和Y轴像素焦距fy。
6.根据权利要求1-5中任一所述的光心对齐方法，其特征在于，所述测试图显示在一显示屏上，在步骤105中通过调节所述测试图在显示屏上的显示位置，使所述光心测试点和镜头光心对齐。
7.根据权利要求6所述的光心对齐方法，其特征在于，所述测试图的显示位置的调节量包括X轴调节像素量dpx和Y轴调节像素量dpy，
dpx=（Dx/Lx）*dx
dpy=（Dy/Ly）*dy
其中，Dx为所述显示屏的X轴分辨率，Dy为所述显示屏的Y轴分辨率，Lx为所述显示屏的X轴显示长度，Ly所述显示屏的Y轴显示长度，dx为所述光心测试点和镜头光心之间的X轴偏移距离量，dy为所述光心测试点和镜头光心之间的Y轴偏移距离量。
8.一种光心坐标计算方法，其特征在于，包括：
步骤201：采用权利要求1-7中任一所述的光心对齐方法，将所述测试图上的光心测试点和所述待测摄像头的镜头光心对齐，其中，所述测试图上除了所述光心测试点外，还包括与所述光心测试点不在同一直线上的至少两测试点；
步骤202：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第三测试画面；
步骤203：以所述待测摄像头的感光面的横向作为X轴、纵向作为Y轴、感光面作为XY平面，建立三维直角坐标系XYZ，依据所述第三测试画面上不在同一直线上的至少三个测试点在所述感光面上的质心坐标，计算出所述测试图和所述待测摄像头的感光面之间的平面夹角；
步骤204：依据所述平面夹角，调节所述测试图和待测摄像头之间的相对角度，使所述测试图和感光面平行；
步骤205：驱动所述待测摄像头向所述测试图进行拍摄，获取第四测试画面；
步骤206：计算出所述第四测试画面上的光心测试点在所述感光面上的第四质心坐标，作为所述待测摄像头的镜头光心在所述感光面上的坐标。
9.根据权利要求8所述的光心坐标计算方法，其特征在于，在步骤202中，获取所述第三测试画面之后，对所述第三测试画面进行畸变校正。
10.一种装置，包括处理器和连接于所述存储器的存储器，所述存储器内储存有供所述处理器执行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行该计算机程序时，进行权利要求1-7中任一所述的光心对齐方法或者权利要求8或9中所述的光心坐标计算方法。
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