CN110519586B - 一种光学设备标校装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动化制造技术领域，提供了一种光学设备标校装置和方法，光学设备标校装置包括图像传感器、光学镜头、镜头夹持器、微动机构和标校目标，标校目标和图像传感器分别设置于光学镜头的物方空间与像方空间，镜头夹持器用于夹持光学镜头并连接微动机构，微动机构用于控制镜头夹持器动作，以调整光学镜头的位姿，标校目标包括在三维立体空间分布的特征图案。由于采用三维立体图案作为标校目标，只需将单帧采样就能获得标校目标上不同物距的特征图案通过光学镜头在图像传感器上呈现的标校图像，计算其物距参数和方位参数并与预定值进行对比，即可获得光学镜头相对于标准位姿的偏差供微动机构参考，大大提高了光学设备标校装置的整机效率。

Description

一种光学设备标校装置和方法

技术领域

本发明涉及自动化制造技术领域，特别涉及一种光学设备标校装置和方法。

背景技术

摄像功能已经成为智能手机的标准配置，近年来随着手机摄像头组装要求不断提高，机器视觉自动检测技术已经广泛应用于手机摄像头组件的安装与标校，也对机器视觉自动检测组装技术提出了更高精度的要求，特别是对于摄像头组装过程中，镜头相对于图像传感器的垂直度和同心度有着极高的精度要求，且随着手机的销量与产量越来越大，对标校工序的效率要求越来越高。

传统的光学镜头组装标校过程一般是使用主动对准设备来对准镜头和图像传感器，由于对准过程通常涉及到循环采集多图像并做处理，均涉及多帧图像的采集和反馈控制，一般需要采集5-10帧图像才能计算出修正值，每帧花费0.5秒则需2.5-5秒才能完成一次对准，效率底下，标校设备、程序复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学设备标校装置，旨在解决传统的标较装置需要利用多帧图像获得修正参数，标校方法复杂效率低下的技术问题。

本发明是这样实现的，一种光学设备标校装置，包括图像传感器、光学镜头、镜头夹持器、微动机构和标校目标，所述标校目标和所述图像传感器分别设置于所述光学镜头的物方空间与像方空间，所述镜头夹持器用于夹持所述光学镜头并连接所述微动机构，所述微动机构用于控制所述镜头夹持器动作，以调整所述光学镜头的位姿，所述标校目标包括在三维立体空间分布的特征图案。

在本发明的一个实施例中，所述特征图案包括多个实体物件的锐利清晰的边界；或者，所述特征图案包括图片上绘制的具有锐利清晰边界的图形。

在本发明的一个实施例中，所述标校目标包括多张层叠设置且用于承载所述特征图案的二维图片，不同的所述二维图片所处位置的物距不同。

在本发明的一个实施例中，至少一张所述二维图片上承载有多个所述特征图案。

在本发明的一个实施例中，所述标校目标包括三张等物距间隔设置的所述二维图片，且三张所述二维图片为特征图案完全相同的平面二维图片，每张所述二维图片均承载有一个中心特征图案和四个围绕所述中心特征图案布置的边缘特征图案。

在本发明的一个实施例中，所述微动机构采用至少三自由度的微动控制机构。

在本发明的一个实施例中，所述光学设备标校装置还包括调距透镜，所述调距透镜设置于所述光学镜头和所述标校目标之间，用于将所述标校目标在物方空间形成虚像以调节所述标校目标相对于所述光学镜头的物距。

实施本发明的一种光学设备标校装置，至少具有以下有益效果：

本发明提供的光学设备标校装置，由于将空间三维分布的特征图案作为标校目标，只需单帧采样即可获得的不同物距的特征图案通过光学镜头在图像传感器上呈现的标校图像，通过对标校图像中的特征图案的清晰度与位置进行测算，即可获得光学镜头的位姿信息及其相对于标准位姿的偏差，进而获得可供微动机构参考的修正值，传统的标校装置涉及多帧图像的采集和反馈控制，需要控制光学镜头移动并采集多帧图像才能获得修正值，相较之下本发明提供的技术方案通过对空间三维分布的特征图案采样进行标校，能够将光学设备标校装置的整机效率提高5到10倍。

本发明的另一个目的在于提供一种基于如上所述的光学设备标校装置光学设备标校方法，包括以下步骤：

建立待标校的光学系统：安装所述图像传感器与所述光学镜头，其中所述图像传感器以固定方向安装在固定位置，所述光学镜头通过所述镜头夹持器连接所述微动机构；

数据记录：记录所述光学镜头当前所在位置，以及所述标校目标通过所述光学镜头在所述图像传感器上的初始成像；

数据分析：分辨不同物距处的所述标校目标与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算不同物距处的所述标校目标的所述初始成像的图像质量参数，根据所述图像质量参数计算所述光学镜头的位姿的偏差；以及

修正处理：根据所述偏差实现对所述光学镜头的标校。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，所述根据所述图像质量参数计算所述光学镜头的位姿的偏差包括以下步骤：

根据分别处于不同物距的所述二维图片承载的所述特征图案的清晰度差异，判断所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差；

根据分别处于不同物距的所述二维图片承载的所述特征图案的位置差异，判断所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差；以及

判断方向偏差：根据承载多个所述特征图案的所述二维图片的成像中，多个所述特征图案的清晰度差异，判断所述光学镜头轴向方向的偏差。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，执行所述判断所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：

分辨不同的所述二维图片上的所述特征图案与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的图像质量参数；

执行所述判断所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：

根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的图形质量参数，确定各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，确定所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，执行所述判断所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：

分辨不同的所述二维图片上的所述特征图案与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的成像位置参数与图像质量参数；

执行所述判断所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：

分别根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的成像位置参数和图像质量参数，确定各个所述特征图案的所述初始成像的中心点在所述图像传感器上的位置关系和各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，根据三角关系确定所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，执行所述判断方向偏差步骤之前包括以下步骤：

分辨同一张所述二维图片上的多个所述特征图案与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的图像质量参数；

执行所述判断方向偏差步骤具体包括以下步骤：

根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的图形质量参数，确定各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，根据三角关系确定所述光学镜头轴向方向的偏差。

在本发明的一个实施例中，在执行所述修正处理步骤中，所述根据所述偏差实现对所述光学镜头的标校包括以下步骤：

如果所述偏差小于阈值，则完成所述光学设备标校，确定所述光学镜头的当前位置即为标准位置；以及

如果所述偏差大于阈值，则根据所述偏差生成修正参数，所述微动机构根据所述修正参数对所述光学镜头的位姿进行修正，并转至所述数据记录步骤。

实施本发明的一种光学设备标校方法，至少具有以下有益效果：

本发明提供的光学设备标校方法，由于将空间三维分布的特征图案作为标校目标，只需单帧采样即可获得的不同物距的特征图案通过光学镜头在图像传感器上呈现的标校图像，通过对标校图像中的特征图案的清晰度与位置进行测算，即可获得光学镜头的位姿信息及其相对于标准位姿的偏差，进而获得可供微动机构参考的修正值，传统的标校装置涉及多帧图像的采集和反馈控制，需要控制光学镜头移动并采集多帧图像才能获得修正值，相较之下本发明提供的技术方案通过对空间三维分布的特征图案采样进行标校，能够将光学设备标校装置的整机效率提高5到10倍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的光学设备标校装置的光路图；

图2是图1中图像传感器上的成像示意图；

图3是图2中中心特征图案成像处的放大图；

图4是本发明实施例提供的光学设备标校装置的方法流程图；

图5是本发明另一实施例提供的光学设备标校装置的方法流程图；

图6是本发明实施例提供的判断光学镜头轴向上位置偏差的方法流程图；

图7是本发明实施例提供的判断光学镜头垂直于轴向方向上位置偏差的方法流程图；

图8是本发明实施例提供的判断光学镜头轴向方向偏差的方法流程图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

100-标校目标；110-二维图片；111-第一平面二维图片；112-第二平面二维图片；113-第三平面二维图片；120-中心特征图案；121-第一中心特征图案；122-第二中心特征图案；123-第三中心特征图案；130-边缘特征图案；131-第一边缘特征图案；132-第二边缘特征图案；133-第三边缘特征图案；200-光学镜头；300-图像传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

本发明实施例提供了一种光学设备标校装置，包括图像传感器300、光学镜头200、镜头夹持器、微动机构和标校目标100，所述标校目标100和所述图像传感器300分别设置于所述光学镜头200的物方空间与像方空间，所述镜头夹持器用于夹持所述光学镜头200并连接所述微动机构，所述微动机构用于控制所述镜头夹持器动作，以调整所述光学镜头200的位姿，所述标校目标100包括在三维立体空间分布的特征图案。

本发明实施例提供的光学设备标校方法，由于将空间三维分布的特征图案作为标校目标100，只需单帧采样即可获得的不同物距的特征图案通过光学镜头200在图像传感器300上呈现的标校图像，通过对标校图像中的特征图案的清晰度与位置进行测算，即可获得光学镜头200的位姿信息及其相对于标准位姿的偏差，进而获得可供微动机构参考的修正值，传统的标校装置涉及多帧图像的采集和反馈控制，需要控制光学镜头200移动并采集多帧图像才能获得修正值，相较之下本发明提供的技术方案通过对空间三维分布的特征图案采样进行标校，能够将光学设备标校装置的整机效率提高5到10倍。

在本发明的一个实施例中，特征图案包括多个实体物件的锐利清晰的边界；或者，特征图案包括图片上绘制的具有锐利清晰边界的图形。不同的特征图案所处位置的物距不同且并非全部傍轴设置，且不同的特征图案的均能透过光学镜头200在图像传感器300上成像。应当理解，标校目标100只需满足能够在不同的距离、方向上给出锐利的特征图案即可，这些特征图案的距离、方向信息可以通过其锐利边界在图像传感器300上的成像的清晰度计算得到，从而可以根据与预设值的对比求得光学镜头200的位姿的修正值。

在本发明的一个实施例中，标校目标100包括多张层叠设置且用于承载特征图案的二维图片110，不同的二维图片110所处位置的物距不同。这样，进行一次图像采样即可获得的不同物距的二维图片110在图像传感器300上的成像，通过与预定图像不同位置的清晰度进行对比，即可获得光学镜头200相对于标准位姿的偏差，进而获得可供微动机构参考的修正值。作为本实施例的一个具体方案，所有特征图案具有锐利的边界，这样有助于将图像传感器300接收到的标校图案与预设的标准图案进行对比，并根据不同距离上物像的不同清晰度得到修正值。具体的，特征图像可以是矩形、三角形或者圆形等，也可以是点或者线，只需满足边界清晰锐利的条件即可。

作为本发明的一个优选方案，二维图片110是透明的，特征图案是透明的二维图片110上的不透明图案，这样可以避免不同物距上的二维图片110之间的相互遮挡，可以设置多层二维图片110提高修正值的精确度，减少标校过程所需的修正次数，进一步提高光学设备标校装置的整机效率。

在本发明的一个实施例中，至少一张二维图片110上承载有多个特征图案。当光学镜头200的光轴偏离预定方向时，通过对该承载多个与光轴距离不同的特征图案的二维图片110在图像传感器300上的成像进行分析，即可确定各个特征图案的物距差，进而可以得到光学镜头200方向参数的修正值。

在本发明的一个实施例中，标校目标100包括多张等物距间隔设置的二维图片110，至少一张二维图片110为平面二维图片110，且该平面二维图片110承载有多个相互远离的特征图案。利用一张平面图片承载用于修正光学镜头200的朝向误差的特征图案，当光学镜头200的方向存在误差时，根据该平面图片上不同的特征图案的清晰度可以得到各个特征图案的物距，进而利用三角关系计算出光学镜头200光轴方向的误差，得到修正参数。

作为本实施例的一个优选方案，该平面图片上承载五个特征图案，五个特征图案包括布置在一个矩形的四个端点处的边缘特征图案130和其对角线交叉点处的中心特征图案120，每个对角线上设置有三个特征图案，通过对该平面图片进行成像，即可得到两个交叉的对角线上的特征图案的物距关系，进而通过三角关系计算出光学镜头200光轴方向的误差，得到修正参数。更为优选的，矩形的两条对角线相互垂直，能够进一步简化计算控制程序。

在本发明的一个实施例中，标校目标100包括三张等物距间距设置的二维图片110，且三张二维图片110为特征图案完全相同的平面二维图片110，每张二维图片110均承载有一个中心特征图案120和四个围绕中心特征图案120布置的边缘特征图案130。当光轴朝向存在误差时，根据每张平面图片上不同特征图案的清晰度即可得到各个特征图案的物距，进一步利用三角关系计算得到光学镜头200光轴方向的偏差，计算其平均数即可得到修正参数，通过多次测算求平均的方式减少了每次得到的修正参数的误差。

作为本实施例的一个优选方案，每张平面图片上承载五个特征图案，五个特征图案包括布置在一个矩形的四个端点处的边缘特征图案130和其对角线交叉点处的中心特征图案120，每个对角线上设置有三个特征图案，通过对该平面图片进行成像，即可得到两个交叉的对角线上的特征图案的物距关系，进而通过三角关系计算出光学镜头200光轴方向的误差，通过计算误差的平均值即可得到修正参数，通过多次测算求平均的方式可以有效减少每次得到的修正参数的误差。更为优选的，每张平面图片上的矩形的两条对角线相互垂直，且每张平面图片完全相同并，能够进一步简化计算控制程序，且可以直接套用传统的控制光学镜头200移动并拍摄多张照片的程序，有助于降低软件开发成本。

请参阅图1，作为本发明提供的光学设备标校装置的一个具体方案，标校目标100包括物距由远到近等距离排布的第一平面二维图片111、第二平面二维图片112和第三平面二维图片113，第一平面二维图片111包括第一中心特征图案121和第一边缘特征图案131，第二平面二维图片112包括第二中心特征图案122和第二边缘特征图案132，第三平面二维图片113包括第三中心特征图案123和第三边缘特征图案133，上述特征图案经过光学镜头200在图像传感器300上的成像如图2所示，第三边缘特征图案133、第二边缘特征图案132和第一边缘特征图案131由外向内依次排布，图3是图2中心特征图案120成像处的局部放大图，可以看出第三中心特征图案123、第二中心特征图案122和第一中心特征图案121由外向内依次嵌套，通过对各个特征图案的图像质量参数进行测算，即可得到各个特征图案的物距，结合各个特征图案的中心位置，可以得到光学镜头200的修正参数。

在本发明的一个实施例中，微动机构采用至少三自由度的微动控制机构。作为本实施例的一个优选方案，微动机构采用至少五自由度的微动控制机构，以光学镜头200的光轴方向为z方向，任一与之垂直的方向为x方向，五自由度包括沿x、y、z三个方向的平动和绕x、y方向的转动。光学镜头200绕光轴方向转动并不会对光轴朝向或者镜头位置产生任何改变，因此微动机构只需能够控制光学镜头200沿着空间三个方向的平动以及绕x、y方向转动，即可实现对光学镜头200位置与朝向的微调与标校。作为本实施例的一个具体方案，微动机构采用并联三自由度控制平台。

在本发明的一个实施例中，光学设备标校装置还包括调距透镜，调距透镜设置于光学镜头200和标校目标100之间，用于将标校目标100在物方空间形成虚像以调节标校目标100相对于光学镜头200的物距。例如，插入一个凹透镜作为调距透镜，使得标校目标100在调距透镜的物方空间成一像距更远的虚像，能够在有限的空间内获得较大的像距；或者，插入一个凸透镜作为调距透镜，使得标校目标100在调距透镜的物方空间成一像距更近的虚像，能够获得更高的调校精度。

在本发明的一个实施例中，镜头夹持器采用机械式夹持器，或者镜头夹持器采用气动式夹持器。镜头夹持器用于在微调的过程中夹持光学镜头200，对于本实施例中的镜头夹持器应当与光学镜头200相适配。

在本发明的一个实施例中，光学设备标校装置还包括背光板，背光板设置于标校目标100背对光学镜头200的一侧，用于调整在图像传感器300上的成像亮度，有利于图像传感器300辨识标校目标100的边界清晰度，进而获得更为准确的距离参数和修正参数。

本发明的另一个目的在于提供一种基于如上所述的光学设备标校装置光学设备标校方法，包括以下步骤：

S100：建立待标校的光学系统：安装所述图像传感器300与所述光学镜头200，其中所述图像传感器300以固定方向安装在固定位置，所述光学镜头200通过所述镜头夹持器连接所述微动机构；

S200：数据记录：记录所述光学镜头200当前所在位置，以及所述标校目标100通过所述光学镜头200在所述图像传感器300上的初始成像；

S300：数据分析：分辨不同物距处的所述标校目标100与所述图像传感器300上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算不同物距处的所述标校目标100的所述初始成像的图像质量参数，根据所述图像质量参数计算所述光学镜头200的位姿的偏差；以及

S400：修正处理：根据所述偏差实现对所述光学镜头200的标校。

本发明提供的光学设备标校方法，由于将空间三维分布的特征图案作为标校目标100，只需单帧采样即可获得的不同物距的特征图案通过光学镜头200在图像传感器300上呈现的标校图像，通过对标校图像中的特征图案的清晰度与位置进行测算，即可获得光学镜头200的位姿信息及其相对于标准位姿的偏差，进而获得可供微动机构参考的修正值，传统的标校装置涉及多帧图像的采集和反馈控制，需要控制光学镜头200移动并采集多帧图像才能获得修正值，相较之下本发明提供的技术方案通过对空间三维分布的特征图案采样进行标校，能够将光学设备标校装置的整机效率提高5到10倍。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，所述根据所述图像质量参数计算所述光学镜头200的位姿的偏差包括以下步骤：

S310：根据分别处于不同物距的所述二维图片110承载的所述特征图案的清晰度差异，判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差；

S320：根据分别处于不同物距的所述二维图片110承载的所述特征图案的位置差异，判断所述光学镜头200在垂直于其轴向方向上的位置偏差；以及

S330：判断方向偏差：根据承载多个所述特征图案的所述二维图片110的成像中，多个所述特征图案的清晰度差异，判断所述光学镜头200轴向方向的偏差。

应当理解，这里的步骤S310、步骤S320和步骤S330是分别针对光学镜头200的轴向位置偏差、垂直于轴向方向上的位置偏差和轴向方向偏差进行判断的，其相互之间并不存在时间上的先后逻辑，本实施例中的标号并不对其先后顺序关系产生限定，只是为了方便描述。

不同物距的承载多个特征图案的二维图片110，其特征图案所处的物距也存在不同，经光学镜头200在图像传感器300上的成像并非是完全清晰的实像，可以根据其清晰度和光学镜头200与图像传感器300的距离判断其与光学镜头200的距离，经过对每一个特征图案的清晰度和位置进行分析，即可获知知光学镜头200相对于图像传感器300的位姿的偏差信息，这样，一次照相成像即可获知光学镜头200的位姿偏差而无需多次移动镜头并多次成像，大大提高了光学设备标较装置的整机效率。

具体到如图1所示的光学设备标校装置，标校目标100包括第一平面二维图片111、第二平面二维图片112和第三平面二维图片113，所有三张二维图片110承载有中心特征图案120和边缘特征图案130，所述根据所述图像质量参数计算所述光学镜头200的位姿的偏差包括以下步骤：

根据三张二维图片110的中心特征图案120的清晰度差异，判断光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差；

根据三张二维图片110的中心特征图案120的中心点位置差异，判断光学镜头200在垂直于其轴向方向上的位置偏差；以及

根据同一张二维图片110的中心特征图案120和所有边缘特征图案130的清晰度差异，判断光学镜头200轴向方向的偏差。

图像传感器300对三张完全相同的二维图片110构成的标校目标100进行一次成像，即可达到传统的方案中控制镜头移动并多次成像的效果，且在计算与修正的过程中，能够直接套用传统的控制光学镜头200移动并拍摄多张照片的方案中的计算修正程序，有助于进一步简化计算修正控制程序的开发，降低软件开发成本。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：

S311：分辨不同的所述二维图片110上的所述特征图案与所述图像传感器300上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的图像质量参数；

执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：

S312：根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的图形质量参数，确定各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，确定所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差。

具体到如图1所示的光学设备标校装置，标校目标100包括第一平面二维图片111、第二平面二维图片112和第三平面二维图片113，所有三张二维图片110承载有中心特征图案120和边缘特征图案130，执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：分辨第一中心特征图案121、第二中心特征图案122和第三中心特征图案123，计算其图形质量参数；执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：根据图形质量参数确定第一中心特征图案121、第二中心特征图案122和第三中心特征图案123的物距，与预设值进行对比，进而确定光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，执行所述判断所述光学镜头200在垂直于其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：

S321：分辨不同的所述二维图片110上的所述特征图案与所述图像传感器300上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的成像位置参数与图像质量参数；

执行所述判断所述光学镜头200在垂直于其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：

S322：分别根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的成像位置参数和图像质量参数，确定各个所述特征图案的所述初始成像的中心点在所述图像传感器300上的位置关系和各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，根据三角关系确定所述光学镜头200在垂直于其轴向方向上的位置偏差。

具体到如图1所示的光学设备标校装置，标校目标100包括第一平面二维图片111、第二平面二维图片112和第三平面二维图片113，所有三张二维图片110承载有中心特征图案120和边缘特征图案130，执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：分辨第一中心特征图案121、第二中心特征图案122和第三中心特征图案123，记录其初始成像的成像位置并计算其图形质量参数；执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：根据图形质量参数确定第一中心特征图案121、第二中心特征图案122和第三中心特征图案123的物距，与预设值进行对比，进而结合其位置偏差并根据三角关系确定光学镜头200在垂直于其轴向方向上的位置偏差。

在本发明的一个实施例中，在执行所述数据分析步骤中，执行所述判断方向偏差步骤之前包括以下步骤：

S331：分辨同一张所述二维图片110上的多个所述特征图案与所述图像传感器300上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的图像质量参数；

执行所述判断方向偏差步骤具体包括以下步骤：

S332：根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的图形质量参数，确定各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，根据三角关系确定所述光学镜头200轴向方向的偏差。

具体到如图1所示的光学设备标校装置，标校目标100包括第一平面二维图片111、第二平面二维图片112和第三平面二维图片113，所有三张二维图片110承载有中心特征图案120和边缘特征图案130，执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：分辨同一张二维图片110的中心特征图案120和边缘特征图案130并计算其图形质量参数，如第一中心特征图案121和第一边缘特征图案131；执行所述判断所述光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：根据图形质量参数确定同一张二维图片110的中心特征图案120以及边缘特征图案130的物距，如第一中心特征图案121和第一边缘特征图案131，与预设值进行对比，进而根据三角关系确定光学镜头200在其轴向方向上的位置偏差。

在本发明的一个实施例中，在执行所述修正处理步骤中，所述根据所述偏差实现对所述光学镜头200的标校包括以下步骤：

S410：如果所述偏差小于阈值，则完成所述光学设备标校，确定所述光学镜头200的当前位置即为标准位置；以及

S420：如果所述偏差大于阈值，则根据所述偏差生成修正参数，所述微动机构根据所述修正参数对所述光学镜头200的位姿进行修正，并转至所述数据记录步骤。

对光学镜头200多次标校直至满足预设的精度要求，由于每次标校只需一次图像取样，因此在保证了标校精度的同时大大加快了对光学镜头200的标校效率。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种光学设备标校装置，其特征在于，包括图像传感器、光学镜头、镜头夹持器、微动机构和标校目标，所述标校目标和所述图像传感器分别设置于所述光学镜头的物方空间与像方空间，所述镜头夹持器用于夹持所述光学镜头并连接所述微动机构，所述微动机构用于控制所述镜头夹持器动作，以调整所述光学镜头的位姿，所述标校目标包括在三维立体空间分布的特征图案；所述标校目标包括多张层叠设置且用于承载所述特征图案的二维图片，不同的所述二维图片所处位置的物距不同；所述特征图案包括傍轴设置的中心特征图案，以及离轴设置的边缘特征图案；

所述光学设备标校装置的使用方法为：

建立待标校的光学系统：安装所述图像传感器与所述光学镜头，其中所述图像传感器以固定方向安装在固定位置，所述光学镜头通过所述镜头夹持器连接所述微动机构；

数据记录：记录所述光学镜头当前所在位置，以及所述标校目标通过所述光学镜头在所述图像传感器上的初始成像；

数据分析：分辨不同物距处的所述标校目标与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算不同物距处的所述标校目标的所述初始成像的图像质量参数，根据所述图像质量参数计算所述光学镜头的位姿的偏差；以及

修正处理：根据所述偏差实现对所述光学镜头的标校。

2.如权利要求1所述的光学设备标校装置，其特征在于，所述特征图案包括多个实体物件的锐利清晰的边界；或者，所述特征图案包括图片上绘制的具有锐利清晰边界的图形。

3.如权利要求1所述的光学设备标校装置，其特征在于，所述标校目标包括多张层叠设置且用于承载所述特征图案的二维图片，不同的所述二维图片所处位置的物距不同。

4.如权利要求3所述的光学设备标校装置，其特征在于，至少一张所述二维图片上承载有多个所述特征图案。

5.如权利要求4所述的光学设备标校装置，其特征在于，所述标校目标包括三张等物距间隔设置的所述二维图片，且三张所述二维图片为特征图案完全相同的平面二维图片，每张所述二维图片均承载有一个中心特征图案和四个围绕所述中心特征图案布置的边缘特征图案。

6.如权利要求1-5任一项所述的光学设备标校装置，其特征在于，所述微动机构采用至少三自由度的微动控制机构。

7.如权利要求1-5任一项所述的光学设备标校装置，其特征在于，所述光学设备标校装置还包括调距透镜，所述调距透镜设置于所述光学镜头和所述标校目标之间，用于将所述标校目标在物方空间形成虚像以调节所述标校目标相对于所述光学镜头的物距。

8.一种光学设备标校方法，其特征在于，基于如权利要求1-7任一项所述的光学设备标校装置，所述光学设备标校方法包括以下步骤：

建立待标校的光学系统：安装所述图像传感器与所述光学镜头，其中所述图像传感器以固定方向安装在固定位置，所述光学镜头通过所述镜头夹持器连接所述微动机构；

数据记录：记录所述光学镜头当前所在位置，以及所述标校目标通过所述光学镜头在所述图像传感器上的初始成像；

数据分析：分辨不同物距处的所述标校目标与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算不同物距处的所述标校目标的所述初始成像的图像质量参数，根据所述图像质量参数计算所述光学镜头的位姿的偏差；以及

修正处理：根据所述偏差实现对所述光学镜头的标校。

9.如权利要求8所述的光学设备标校方法，其特征在于，在执行所述修正处理步骤中，根据所述偏差实现对所述光学镜头的标校包括以下步骤：

如果所述偏差小于阈值，则完成所述光学设备标校，确定所述光学镜头的当前位置即为标准位置；以及

如果所述偏差大于阈值，则根据所述偏差生成修正参数，所述微动机构根据所述修正参数对所述光学镜头的位姿进行修正，并转至所述数据记录步骤。

10.一种光学设备标校方法，其特征在于，基于如权利要求3或者4所述的光学设备标校装置，所述光学设备标校方法包括以下步骤：

建立待标校的光学系统：安装所述图像传感器与所述光学镜头，其中所述图像传感器以固定方向安装在固定位置，所述光学镜头通过所述镜头夹持器连接所述微动机构；

数据记录：记录所述光学镜头当前所在位置，以及所述标校目标通过所述光学镜头在所述图像传感器上的初始成像；

数据分析：分辨不同物距处的所述标校目标与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算不同物距处的所述标校目标的所述初始成像的图像质量参数，根据所述图像质量参数计算所述光学镜头的位姿的偏差；以及

修正处理：根据所述偏差实现对所述光学镜头的标校；

在执行所述数据分析步骤中，所述根据所述图像质量参数计算所述光学镜头的位姿的偏差包括以下步骤：

根据分别处于不同物距的所述二维图片承载的所述特征图案的清晰度差异，判断所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差；

根据分别处于不同物距的所述二维图片承载的所述特征图案的位置差异，判断所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差；以及

判断方向偏差：根据承载多个所述特征图案的所述二维图片的成像中，多个所述特征图案的清晰度差异，判断所述光学镜头轴向方向的偏差。

11.如权利要求10所述的光学设备标校方法，其特征在于，在执行所述数据分析步骤中，执行判断所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：

分辨不同的所述二维图片上的所述特征图案与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的图像质量参数；

执行所述判断所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：

根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的图形质量参数，确定各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，确定所述光学镜头在其轴向方向上的位置偏差。

12.如权利要求10所述的光学设备标校方法，其特征在于，在执行所述数据分析步骤中，执行判断所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差之前包括以下步骤：

分辨不同的所述二维图片上的所述特征图案与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的成像位置参数与图像质量参数；

执行所述判断所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差具体包括以下步骤：

分别根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的成像位置参数和图像质量参数，确定各个所述特征图案的所述初始成像的中心点在所述图像传感器上的位置关系和各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，根据三角关系确定所述光学镜头在垂直于其轴向方向上的位置偏差。

13.如权利要求10所述的光学设备标校方法，其特征在于，在执行所述数据分析步骤中，执行所述判断方向偏差步骤之前包括以下步骤：

分辨同一张所述二维图片上的多个所述特征图案与所述图像传感器上不同位置的所述初始成像的对应关系，并分别计算上述各个所述特征图案的所述初始成像的图像质量参数；

执行所述判断方向偏差步骤具体包括以下步骤：

根据上述各个所述特征图案的所述初始成像的图形质量参数，确定各个所述特征图案的物距，与预设值进行对比，根据三角关系确定所述光学镜头轴向方向的偏差。

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