CN110858899B - 一种摄像机机芯光轴中心和视场角的测量方法及系统 - Google Patents

一种摄像机机芯光轴中心和视场角的测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，通过设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，测试中包含有固定中心的目标图案，通过测试图的分辨率、目标图案的相应像素值、摄像机与测试图之间的物距，通过三角函数计算当前倍率的视场角，以该视场角为基数，计算目标图案的固定中心在不同倍率下的坐标集，通过比对该坐标集相对于测试图中心的总偏移值，计算光轴中心的偏移趋势，根据该趋势进一步计算摄像机的光轴中心的偏移。本发明能够同时测量视场角和光轴偏移情况，不用重复测量，节约时间；自动完成图案对准；图案对准精度不需要太高，只要保证每个倍率下画面中均存在测试图案即可，通过光轴偏移纠正的计算方法对数据进行纠正。

Description

一种摄像机机芯光轴中心和视场角的测量方法及系统
技术领域
本发明涉及摄像机领域，尤其涉及一种摄像机光轴中心和视场角的测量方法及系统。
背景技术
视场角，是指以光学仪器（摄像机）的镜头为顶点，被测的物像通过镜头在图像传感器上成像的最大范围构成的夹角。不同倍率下的视场角都是不一样的，一般来说，倍率越大，放大能力越强，画面越小，视场角也就越小，这种视场角随着倍率变化的趋势不会发生改变，所以只需要选择一些特殊的倍率进行测试，然后根据差值或者拟合的方法计算出中间连续倍率下的视场角。当具有变倍功能的镜头进行变倍操作时，原画面的正中心在新倍率下发生偏移现象称为光轴偏移，光轴偏移值和每个倍率一一对应，若要纠正光轴偏移则需要对每一个倍率进行逐一测量，由于这种偏移是连续变化，在一定范围内变化趋势是不会变的，所以，不需要在所有倍率下进行测试，只需要选取特殊倍率下进行测试。对于目前多功能智能的摄像机来说，视场角和光轴纠偏非常重要，也是影响摄像机的基础参数之一。
目前对于视场角和光轴纠偏分别进行测量：视场角测量方法一般是固定摄像机，测量出物距，之后对摄像机所拍摄到的画面两个边缘进行测量，得到画面距离，之后利用三角关系计算出视场角。对于光轴纠偏，一般是通过将画面和对准十字图案准确对准下，如CN105430377《一种摄像机机芯光轴自动纠偏方法及系统》，通过画面图像分析找到十字图案的中心，之后依次进行变倍操作，分别找出该十字中心坐标，从而得到一系列的偏移值，之后利用这些偏移值对实际光轴进行纠偏。
上述现有技术在一定意义上实现了对摄像机机芯光轴纠偏，但依然存在如下不足：
首先，现有方案视场角和光轴测试独立进行，耗时较长；
其次，光轴纠偏中，在最小倍的时候必须保证画面和测试图案的十字中心完全重合，而在实际大批量生产中，不能完全做不到重合，导致纠偏效果不好；
再次，不能进行批量测试，这种测试视场角和光轴的方法，一次也只能进行一台，不适合大批量生产。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种摄像机机芯光轴中心和视场角的测量方法及系统，解决了现有技术需要通过手动或者半自动测量大量视场角和光轴中心偏移数据带来复杂工作量的技术问题。
本发明提供的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，包括，
步骤1，设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，所述测试图中含有目标图案，所述目标图案有固定的中心点P，并测量出目标图案的水平长度l；
步骤2，设置或者获取当前摄像机的分辨率为L*W；
步骤3，以所述测试图左上顶点为原点、向右建立水平X轴、向下建立垂直Y轴建立平面直角坐标系，可知所述测试图中心点的坐标为O（X0，Y0），其中，X0=L/2，Y0=W/2；
步骤4，调整所述摄像机至摄像机最大倍率值ZOOMmax,获取清晰图片,并调整摄像机位置,使得所述水平长度l的目标图案完全处于画面中即可，获取所述摄像机与所述测试图之间的物距D；
步骤5，计算所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mmax，所述目标图案的固定中心P的坐标(Xmax,Ymax)，利用公式：FAmax=2*arctan((l*L)/(2*D*Mmax))，计算出当前视场角FAmax；
步骤6，移动所述摄像机到下一个倍率值ZOOMj,等待聚焦清晰获得摄像机的清晰图片，按照步骤5中的所述公式，利用FAj=2*arctan((l*L)/(2*D*Mj))计算出视场角FAj，其中，Mi为所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mj,j=1,2,3......max-1；
步骤7，计算在不同倍率下所述目标图案的固定中心P点的坐标为（Xi，Yi）的总偏移像素值(Ax，Ay)，其中，
Ax =[(X1-L/2)-(Xmax-L/2)] /R，
Ay =[(Y1-W/2)-(Ymax- W/2)]/R，
R为所述摄像机的倍率值,R=max(FAi)/min(FAi)，
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势；
步骤8，根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率值下的实际偏移像素值。
更进一步，所述测试图中的目标图案为轴对称图形或中心对称图形。
更进一步，所述测试图中的目标图案为圆形或长方形。
更进一步，所述步骤7，根据所述总偏移像素值计算偏移趋势具体包括，
计算（Xi-Xmax, Yi -Ymax）(i=1,2,3....max)，
获取Xi-Xmax、Yi-Ymax的绝对值最大值：
XMax=max(abs(Xi-Xmax))，YMax=max(abs(Yi-Ymax))；
利用所述最大值将其余（Xi-Xmax，Yi -Ymax）归一化到0-1之间，计算出((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax），所述((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax）为总偏移变化趋势。
更进一步，所述步骤8，根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率值下的实际偏移像素值具体为：
(((Xi-Xmax)/XMax,)*Ax，((Yi-Ymax)/YMax)*Ay)。
更进一步，所述步骤7，摄像机的倍率值R的计算方式具体包括，
将摄像机倍率调整至最小，计算所述摄像机在最小倍率值下的视场角max(FAi)；
将摄像机倍率调整至最大，计算所述摄像机在最大倍率值下的视场角min(FAi)；
R=max(FAi)/min(FAi)。
更进一步，步骤2，设置或者获取当前摄像机的分辨率为1280*720；
步骤3，以所述测试图左上顶点为原点、向右建立水平X轴、向下建立垂直Y轴建立平面直角坐标系，可知所述测试图中心点的坐标为O（X0，Y0），其中，X0=640，Y0=360。
本发明还提供了一种摄像机机芯视场角和光轴中心的测量装置，包括，
测量预备单元，用于建立及获取测量摄像机机芯视场角和光轴中心的数据；
视场角测量单元，用于测量摄像机机芯视场角；
光轴中心测量单元，用于测量摄像机机芯光轴中心偏移。
更进一步，
所述测量预备单元，用于建立及获取测量摄像机机芯视场角和光轴中心的数据具体包括：
测试图设计模块，用于设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，所述测试图中含有目标图案，所述目标图案有固定的中心点P，并测量出目标图案的水平长度l；
分辨率获取模块，用于设置或者获取当前摄像机的分辨率为L*W；
坐标系建立模块，用于以所述测试图左上顶点为原点、向右建立水平X轴、向下建立垂直Y轴建立平面直角坐标系，可知所述测试图中心点的坐标为O（X0，Y0），其中，X0=L/2，Y0=W/2；
物距确定模块，用于调整所述摄像机至摄像机最大倍率值ZOOMmax,获取清晰图片,并调整摄像机位置,使得所述水平长度l的目标图案完全处于画面中即可，获取所述摄像机与所述测试图之间的物距D；
所述视场角测量单元，用于测量摄像机机芯视场角具体包括：
第一计算模块，用于计算所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mmax，所述目标图案的固定中心P的坐标(Xmax,Ymax)，利用公式：FAmax=2*arctan((l*L)/(2*D*Mmax))，计算出当前视场角FAmax；
第二计算模块，用于移动所述摄像机到下一个倍率值ZOOMj等待聚焦清晰获得摄像机的清晰图片，按照第一计算模块中的所述公式，利用FAj=2*arctan((l*L)/(2*D*Mj))计算出视场角FAj，其中，Mj为所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mj,j=1,2,3......max-1；
所述光轴中心测量单元，用于测量摄像机机芯光轴中心偏移具体包括：
偏移趋势计算模块，用于计算在不同倍率下偏移所述目标图案的固定中心点P的坐标为（Xi，Yi）的总偏移像素值(Ax，Ay)，其中，
Ax =[( X1 -L/2)-(Xmax-L/2)] /R，
Ay =[( Y1 -W/2)-(Ymax- W/2)]/R，
R为所述摄像机的倍率值,R=max(FAi)/min(FAi)，
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势；
实际偏移计算模块，用于根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率下的实际偏移像素值。
更进一步，所述偏移趋势计算模块，具体包括：
偏移数据获取模块，用于计算（Xi-Xmax, Yi -Ymax）(i=1,2,3....max)，
最大值获取模块，用于获取Xi-Xmax、Yi-Ymax的绝对值最大值：
XMax=max(abs(Xi-Xmax))，YMax=max(abs(Yi-Ymax))；
偏移趋势归一模块，用于利用所述最大值将其余（Xi-Xmax，Yi -Ymax）归一化到0-1之间，计算出((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax），所述((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax）为总偏移变化趋势。
更进一步，所述实际偏移计算模块具体包括，摄像机在不同倍率值下的偏移像素值具体为：(((Xi-Xmax)/XMax,)*Ax，((Yi-Ymax)/YMax)*Ay)。
本发明提供一种摄像机，其特征在于，所述摄像机机芯包含前述任一摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法。
综上，本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
能够同时测量视场角和光轴偏移情况，不用重复测量，节约时间；
自动完成图案对准；
图案对准精度不需要太高，只要保证每个倍率下画面中均存在测试图案即可，通过光轴偏移纠正的计算方法对数据进行纠正。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程示意图；
图2为本发明实施例1一种优选实现方式的测试图中目标图案示意图；
图3为本发明实施例1光轴中心横坐标随视场角偏移图；
图4为本发明实施例1光轴中心纵坐标随视场角偏移图；
图5为本发明实施例2的结构示意图；
图6为本发明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
为使得本申请实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请实施例一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。
实施例1
图1为本实施例流程示意图，一种摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，包括，
步骤101，设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，测试图中含有目标图案，目标图案有固定的中心点P，并测量出目标图案的水平长度l；
需要说明的是，为了解决同时测量视场角和光轴偏移的数据，需要合理设计测试图。在本实施例中，测量视场角原理是利用测试图的原始分辨率及测试图中已知距离（目标图案的水平长度l）和像素值的目标图案按照比例计算出摄像机整个画面的实际横向距离，结合已知的物距利用三角关系从而计算出当前倍率下的视场角，而光轴纠偏原理是利用图像中目标图案的中心在不同倍率下测试图中的位置(像素坐标)通过计算获得而来，两者共同点都需要在确定测试图及目标图案的位置和大小，那么便可以设计出利用相关算法检测出已知图案的方法找到目标的中心和边缘形状等，因此需要设计特定用于测试的图片。
还需要说明的是，对于不同倍率的摄像机来说，由于视场角越大，距离越远的同一物体（图案）越小，识别越困难（主要原因由于现场干扰物太多，对于图片识别造成了极大的困难），距离越近，物体（图案）越大，但是由于计算和识别精度问题，导致视场角越大，需要合适选择测试距离即物距，进而确定测试图案的尺寸。同时为了加快生产，检测算法应该尽量简单，综上所述，优选形状较大、较为简洁的测试图。
还需要说明的是，在本实施例中测试图中应该包含特定的目标图案，这里的目标图案应该有固定的中心点P，中心点P用于摄像机在不同倍率下清晰聚焦。
作为本实施例的一种实现方式，目标图案可以是轴对称图形或者中心对称图形，圆形、矩形为优选。图2为本发明实施例一种优选实现方式的测试图中目标图案示意图，其中，颜色最深的是红色，次之的是绿色，再次之的是黄色，其余无颜色的为白色，红色圆环为中心对称+轴对称，中间红色可确定圆环的圆心，也就是目标图案的固定中心点。
步骤102，设置或者获取当前摄像机的分辨率为L*W；
步骤103，以测试图左上顶点为原点、向右建立水平X轴、向下建立垂直Y轴建立平面直角坐标系，可知测试图中心点的坐标为O（X0，Y0），其中，X0=L/2，Y0=W/2；
需要说明的是，建立平面直角坐标系的目的是为了测量计算在摄像机不同倍率下目标图案固定中心点的偏移情况。
步骤104，调整摄像机至摄像机最大倍率ZOOMmax,获取清晰图像,并调整摄像机位置,使得目标图案的水平长度l完全处于画面中即可，获取摄像机与测试图之间的物距D；
需要说明的是，在本实施例中，由于目标图案的水平长度确定，所以调整摄像机至摄像机最大倍率ZOOMmax，水平长度为l的目标图案正好完全处于画面中时，物距是唯一的。但是可以通过修改目标图案的大小来改变物距，也就是说，物距是由目标图案的大小决定，而目标图案的大小与物距是唯一对应的。
步骤105，
计算所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mmax，所述目标图案的固定中心点P的坐标(Xmax,Ymax)，利用公式：FAmax=2*arctan((l*L)/(2*D*Mmax))，计算出当前视场角FAmax；
需要说明的是，计算测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mmax，是为了当测试图映射在摄像机显示屏时，通过比例计算目标图案在摄像机显示屏上的实际距离。
还需要说明的是，上述计算当前视场角，通过三角函数关系计算得来。
步骤106，移动所述摄像机到下一个倍率值ZOOMj等待聚焦清晰获得摄像机的清晰图片，按照步骤5计算出视场角FAj，其中，j=1,2,3....max；
需要说明的是，本步骤为计算不同倍率下的视场角，方法如步骤105，不再赘述。
步骤107，计算在不同倍率下偏移目标图案的固定中心点P的坐标（Xi，Yi）的总偏移像素值(Ax，Ay)，其中，
Ax =[(X1-L/2)-(Xmax-L/2)] /R，
Ay =[(Y1-W/2)-(Ymax- W/2)]/R，
R为所述摄像机的倍率值,R=max(FAi)/min(FAi)，
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势；
需要说明的是，测试图的中心点的坐标在不同的倍率下是唯一的，所以可以通过计算目标图案的固定中心点在不同倍率下与测试图中心点的坐标差，可以获得目标图案固定中心点在不同倍率下的偏移情况。
还需要说明的是，随着摄像机倍率越来越大，如果步骤104中，目标图案的中心P偏离实际测试图中心O（640,360）越大，在图片中，测量的偏移数据会实际偏移数据更大，例如最大倍率时如果目标图案的中心坐标为（Xmax,Ymax）不等于（L/2, W/2），假设实际偏移值为(Xx ,Yy),则(Xmax -L/2）> Xx - L/2,（Ymax - W/2）>（Yy - W/2）,并不能直接使用，这种被放大的偏移，会随着(Xmax -L/2）和（Ymax - W/2）的增大而增大，但其增大与放大倍率R有关，通过将最大倍的偏移值除以倍率R，再将最小倍和最大倍相减得到总的偏移值，也就是公式：
Ax =[(X1-L/2)-(Xmax-L/2)] /R，Ay =[(Y1-W/2)-(Ymax- W/2)]/R，可进一步提高计算精度。
还需要说明的是，R优选通过计算出来的倍率，因为有些摄像机厂家注明的摄像机倍率是不准确的，如注明摄像机是55倍或者33倍，实际上是包含电子放大，不完全是光学放大，而能参与此计算的只能是光学放大，所以可能实际光学放大倍率只有26倍，40倍等。故R可以通过计算最小倍和最大的视场角相除计算出来。例如，某厂家的55倍机芯最大视场角36度，最小视场角0.8度，则R=36/0.8=45倍。
根据上述对计算摄像机倍率的描述，作为本实施例的一种实现方式，摄像机的倍率R的计算方式具体包括，
将摄像机倍率调整至最小，计算所述摄像机在当前倍率下的视场角FAmax；
将摄像机倍率调整至最大，计算所述摄像机在最大倍率下的视场角FAmin；
R=FAmax/FAmin。
需要说明的是，这里R=FAmax/FAmin =max(FAi)/min(FAi)，因为最大倍时，视场角最小，即FAmin=min(FAi)，同理：最小倍时，视场角最大为FAmax=max(FAi)。
还需要说明的是，作为本实施例一种具体的实现方式，根据所述总偏移像素值计算偏移趋势具体包括，
计算（Xi-Xmax，Yi -Ymax）(i=1,2,3....max)，
获取Xi-Xmax、Yi-Ymax的绝对值最大值：
XMax=max(abs(Xi-Xmax))，YMax=max(abs(Yi-Ymax))；
利用所述最大值将其余（Xi-Xmax，Yi -Ymax）归一化到0-1之间，计算出((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax），所述((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax）为总偏移变化趋势。
需要说明的是，知道偏移趋势便可以计算出其余倍率的偏移值，这种计算偏移趋势的方法在数学处理中叫做归一化，也就是说，只关心变化趋势。如数据（1,2,3,4,5,8,10）最大值为10，归一化为（0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.8,1），能完全保留其变化趋势。而计算（Xi-Xmax, Yi -Ymax）(i=1,2,3....Max)则是获取相对偏移数据，也就是上例中的（1,2,3,4,5,8,10），获取Xi-Xmax和Yi -Ymax的绝对值最大值，也就是上例找到10，之后全部数据除以该最大值，就是归一化操作。
步骤108，根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率下的实际偏移像素值。
需要说明的是，获得摄像机在不同倍率下的偏移像素值具体为：
(((Xi-Xmax)/XMax,)*Ax，((Yi-Ymax)/YMax)*Ay)。
为进一步证明本发明的测量效果，选定测试图为分辨率为1280*768，请参阅以下实际测量数据及说明。表1为实测在不同倍率下视场角及光轴偏移数据：
倍率值 视场角（度） 纵坐标值 横坐标值 倍率值 视场角（度） 纵坐标值 横坐标值
14920(最小倍) 57.6227 450 630 656 7.3805 413 620
14288 52.6264 450 629 344 6.8586 410 620
13656 39.1884 449 628 40 6.3746 407 621
13016 49.404 448 628 -224 5.9963 404 621
12384 46.7192 448 627 -472 5.6533 400 621
11744 44.8933 447 625 -704 5.3492 398 621
11112 40.4713 447 622 -1048 4.9328 393 622
10480 38.9844 446 624 -1352 4.5838 388 622
9848 36.0278 446 625 -1632 4.2807 384 623
9216 33.589 445 625 -1840 4.0526 380 624
8568 30.8477 445 623 -2048 3.823 375 624
8024 28.9085 444 625 -2224 3.6229 371 624
7472 26.6713 443 622 -2352 3.4733 367 624
6928 5.8784 445 924 -2480 3.3136 363 625
6376 5.3994 442 952 -2608 3.1444 358 625
5824 20.955 440 622 -2712 2.9981 353 626
5176 18.8708 438 621 -2776 2.9016 349 626
4536 16.8977 436 621 -2840 2.7996 345 627
3928 15.0333 434 621 -2904 2.6915 340 626
3360 13.4858 432 620 -2952 2.6069 336 627
2872 12.1932 429 620 -2984 2.5429 334 628
2456 11.1422 427 622 -3016 2.4818 330 628
2072 10.2412 424 621 -3048 2.3941 326 627
1720 9.4581 422 620 -3080 2.2788 321 628
1352 8.6984 419 621 -3112(最大倍) 2.1644 320 629
976 7.97 416 621  
表1
由表1可以看出，存在错误数据，故需要先对数据进行处理，去除错误数据，或者对数据进行恢复，方法是根据前后的数据进行差值处理，这属于数据处理中的部分，处理后倍率值为6928、6376的横坐标值被修正为622、622，视场角被修正为24.75、22.85。
光轴偏移修正如下：
1、FAmax=57.6227， FAmin=2.1644，则该机芯实际倍率为R=（FAmax/FAmin）=57.6227/2.1644=26.6；
2、计算光轴中心的总偏移值
Ax=(X1-360) -(Xmax-360)/R=(450-360) -(320-360)/26.6=90.5，
Ay=(Y1-640)-(Ymax-640)/R=(630-640)-(629-640)/26.6=-9.6；
3、计算像素偏移趋势，首先计算出在不同倍率下的（Xi-Xmax，Yi-Ymax）(i=1,2,3....Max)，如表2所示:
倍率值 纵偏移值 横偏移值 倍率值 纵偏移值 横偏移值
14920 130 1 656 93 -9
14288 130 0 344 90 -9
13656 129 -1 40 87 -8
13016 128 -1 -224 84 -8
12384 128 -2 -472 80 -8
11744 127 -4 -704 78 -8
11112 127 -7 -1048 73 -7
10480 126 -5 -1352 68 -7
9848 126 -4 -1632 64 -6
9216 125 -4 -1840 60 -5
8568 125 -6 -2048 55 -5
8024 124 -4 -2224 51 -5
7472 123 -7 -2352 47 -5
6928 125 -7 -2480 43 -4
6376 122 -7 -2608 38 -4
5824 120 -7 -2712 33 -3
5176 118 -8 -2776 29 -3
4536 116 -8 -2840 25 -2
3928 114 -8 -2904 20 -3
3360 112 -9 -2952 16 -2
2872 109 -9 -2984 14 -1
2456 107 -7 -3016 10 -1
2072 104 -8 -3048 6 -2
1720 102 -9 -3080 1 -1
1352 99 -8 -3112 0 0
976 96 -8  
表2
XMax=max(abs(Xi- Xmax))=130，
YMax=max(abs(Yi- Ymax))=-9，利用此最大值将其余的（Xi- Xmax, Yi - Ymax）归一化到0-1之间，即计算出((Xi- Xmax)/XMax, (Yi- Ymax)/YMax），从而得到变化趋势表如表3：
倍率值 纵趋势 横趋势 倍率值 纵趋势 横趋势
14920 1 0 656 0.715385 1
14288 1 0 344 0.692308 1
13656 0.992308 0.111111 40 0.669231 0.888889
13016 0.984615 0.111111 -224 0.646154 0.888889
12384 0.984615 0.222222 -472 0.615385 0.888889
11744 0.976923 0.444444 -704 0.6 0.888889
11112 0.976923 0.777778 -1048 0.561538 0.777778
10480 0.969231 0.555556 -1352 0.523077 0.777778
9848 0.969231 0.444444 -1632 0.492308 0.666667
9216 0.961538 0.444444 -1840 0.461538 0.555556
8568 0.961538 0.666667 -2048 0.423077 0.555556
8024 0.953846 0.444444 -2224 0.392308 0.555556
7472 0.946154 0.777778 -2352 0.361538 0.555556
6928 0.961538 0.777778 -2480 0.330769 0.444444
6376 0.938462 0.777778 -2608 0.292308 0.444444
5824 0.923077 0.777778 -2712 0.253846 0.333333
5176 0.907692 0.888889 -2776 0.223077 0.333333
4536 0.892308 0.888889 -2840 0.192308 0.222222
3928 0.876923 0.888889 -2904 0.153846 0.333333
3360 0.861538 1 -2952 0.123077 0.222222
2872 0.838462 1 -2984 0.107692 0.111111
2456 0.823077 0.777778 -3016 0.076923 0.111111
2072 0.8 0.888889 -3048 0.046154 0.222222
1720 0.784615 1 -3080 0.007692 0.111111
1352 0.761538 0.888889 -3112 0 0
976 0.738462 0.888889  
表3
4、最后，计算出偏移像素值((((Xi- Xmax)/XMax, )* Ax ,((Yi- Ymax)/YMax) * Ay)，完成本发明目的，将该数据上传至机芯待用，如表4所示：
倍率值 纵偏移值 横偏移值 倍率值 纵偏移值 横偏移值
14920 90 0 656 64 -9
14288 90 0 344 62 -9
13656 89 -1 40 60 -8
13016 89 -1 -224 58 -8
12384 89 -2 -472 55 -8
11744 88 -4 -704 54 -8
11112 88 -7 -1048 50 -7
10480 87 -5 -1352 47 -7
9848 87 -4 -1632 44 -6
9216 87 -4 -1840 41 -5
8568 87 -6 -2048 38 -5
8024 86 -4 -2224 35 -5
7472 85 -7 -2352 32 -5
6928 87 -7 -2480 29 -4
6376 84 -7 -2608 26 -4
5824 83 -7 -2712 22 -3
5176 82 -8 -2776 20 -3
4536 80 -8 -2840 17 -2
3928 79 -8 -2904 13 -3
3360 77 -9 -2952 11 -2
2872 75 -9 -2984 9 -1
2456 74 -7 -3016 6 -1
2072 72 -8 -3048 4 -2
1720 71 -9 -3080 0 -1
1352 68 -8 -3112 0 0
976 66 -8  
表4
如图3、图4为光轴中心横坐标、纵坐标随视场角偏移的趋势。
根据上述对摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法可知，本技术方案通过设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，测试中包含有固定中心的目标图案，通过测试图的分辨率、目标图案的相应像素值、摄像机与测试图之间的物距，通过三角函数计算当前倍率的视场角，以该视场角为基数，计算目标图案的固定中心在不同倍率下的坐标集，通过比对该坐标集相对于测试图中心的总偏移值，计算光轴中心的偏移趋势，根据该趋势进一步计算摄像机的光轴中心的偏移。根据本发明实施例的测量方法具有以下优点：
能够同时测量视场角和光轴偏移情况，不用重复测量，节约时间；
自动完成图案对准；
图案对准精度不需要太高，只要保证每个倍率下画面中均存在测试图案即可，通过光轴偏移纠正的计算方法对数据进行纠正。
实施例2
图5为本实施例结构示意图，一种摄像机机芯视场角和光轴中心的测量系统，包括，
测量预备单元201，用于建立及获取测量摄像机机芯视场角和光轴中心的数据；
视场角测量单元202，用于测量摄像机机芯视场角；
光轴中心测量单元203，用于测量摄像机机芯光轴中心偏移。
实施例3
图6为本实施例结构示意图，一种摄像机机芯视场角和光轴中心的测量装置，包括，
测量预备单元301，用于建立及获取测量摄像机机芯视场角和光轴中心的数据；
测试图设计模块3011，用于设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，所述测试图中含有目标图案，所述目标图案有固定的中心点P，并测量出目标图案的水平长度l；
分辨率获取模块3012，用于设置或者获取当前摄像机的分辨率为L*W；
坐标系建立模块3013，用于以所述测试图左上顶点为原点、向右建立水平X轴、向下建立垂直Y轴建立平面直角坐标系，可知所述测试图中心点的坐标为O（X0，Y0），其中，X0=L/2，Y0=W/2；
物距确定模块3014，用于调整所述摄像机至摄像机最大倍率ZOOMmax,获取清晰图像,并调整摄像机位置,使得所述目标图案的水平距离l完全处于画面中即可，获取所述摄像机与所述测试图之间的物距D；
视场角测量单元302，用于测量摄像机机芯视场角；
第一计算模块3021，
计算所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mmax，所述目标图案的固定中心点P的坐标(Xmax,Ymax)，利用公式：FAmax=2*arctan((l*L)/(2*D*Mmax))，计算出当前视场角FAmax；
第二计算模块3022，用于移动所述摄像机到下一个倍率值ZOOMj,等待聚焦清晰获得摄像机的清晰图片，按照步骤5计算出视场角FAj，其中，j=1,2,3....max-1；
光轴中心测量单元303，用于测量摄像机机芯光轴中心偏移，具体包括：
偏移趋势计算模块3031，用于计算在不同倍率下偏移所述目标图案的固定中心点的坐标为O（Xi，Yi）的总偏移像素值(Ax，Ay)，其中，
Ax =[(X1-L/2)-(Xmax-L/2)] /R，
Ay =[(Y1-W/2)-(Ymax- W/2)]/R，
R为所述摄像机的倍率,R=max(FAi)/min(FAi)，
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势；
实际偏移计算模块3032，用于根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率下的实际偏移像素值。
作为本实施例的一种实现方式，偏移趋势计算模块3031计算偏移趋势可以包括：
偏移数据获取，用于计算（Xi-Xmax, Yi -Ymax）(i=1,2,3....max)，
最大值获取，用于获取Xi-Xmax、Yi-Ymax的绝对值最大值：
XMax=max(abs(Xi-Xmax))，YMax=max(abs(Yi-Ymax))；
偏移趋势归一，用于利用所述最大值将其余（Xi-Xmax，Yi -Ymax）归一化到0-1之间，计算出((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax），所述((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax）为总偏移变化趋势。
作为本实施例的一种实现方式，实际偏移计算模块3032计算偏移趋势可以包括：
摄像机在不同倍率下的偏移像素值具体为：(((Xi-Xmax)/XMax,)*Ax，((Yi-Ymax)/YMax)*Ay)。
实施例4
一种摄像机，摄像机机芯包含本发明测量机芯视场角和光轴中心的测量方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的测量系统和摄像机的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所披露的方法、系统、摄像机，可以通过其它的方式实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，其特征在于，包括，
步骤1，设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，所述测试图中含有目标图案，所述目标图案有固定的中心点P，并测量出目标图案的水平长度l；
步骤2，设置或者获取当前摄像机的分辨率为L*W；
步骤3，以所述测试图左上顶点为原点、水平向右为X轴、垂直向下为Y轴建立平面直角坐标系，所述测试图中心点O的坐标为（X0，Y0），其中，X0=L/2，Y0=W/2；
步骤4，调整所述摄像机至摄像机最大倍率值ZOOMmax,获取清晰图片,并调整摄像机位置,使得所述水平长度l的目标图案完全处于画面中，获取所述摄像机与所述测试图之间的物距D；
步骤5，计算所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mmax，所述目标图案的固定中心点P的坐标(Xmax,Ymax)，利用公式：FAmax=2*arctan((l*L)/(2*D*Mmax))，计算出当前视场角FAmax；
步骤6，移动所述摄像机到下一个倍率值ZOOMj,等待聚焦清晰获得摄像机的清晰图片，利用FAj=2*arctan((l*L)/(2*D*Mj))计算出视场角FAj，其中，Mj为所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mj,j=1,2,3......max-1；
步骤7，计算在不同倍率值下所述目标图案的固定中心点P的坐标（Xi，Yi）的总偏移像素值(Ax，Ay)，其中，i=1,2,3.....max，
Ax =[(X1-L/2)-(Xmax-L/2)] /R，Xmax表示最大倍率值时目标图案的中心横坐标，
Ay =[(Y1-W/2)-(Ymax- W/2)]/R，Ymax表示最大倍率值时目标图案的中心纵坐标，
R为所述摄像机的倍率值,R=max(FAi)/min(FAi)，
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势；
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势具体包括，
计算（Xi-Xmax, Yi -Ymax）其中，i=1,2,3....max，
获取Xi-Xmax、Yi-Ymax的绝对值最大值：
XMax=max(abs(Xi-Xmax))，YMax=max(abs(Yi-Ymax))；
利用所述最大值将（Xi-Xmax，Yi -Ymax）归一化到0-1之间，计算出((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax）作为偏移变化趋势；
步骤8，根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率值下的实际偏移像素值。
2.根据权利要求1所述的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，其特征在于，所述测试图中的目标图案为轴对称图形或中心对称图形。
3.根据权利要求2所述的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，其特征在于，所述测试图中的目标图案为圆形或长方形。
4.根据权利要求1所述的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，其特征在于，所述步骤8，根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率值下的实际偏移像素值具体为：
(((Xi-Xmax)/XMax,)*Ax，((Yi-Ymax)/YMax)*Ay)。
5.根据权利要求1所述的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，其特征在于，所述步骤7，摄像机的倍率值R的计算方式具体包括，
将摄像机倍率值调整至最小，计算所述摄像机在最小倍率值下的视场角max(FAi)；
将摄像机倍率值调整至最大，计算所述摄像机在最大倍率值下的视场角min(FAi)；
R=max(FAi)/min(FAi)，其中i=1,2,3......max。
6.根据权利要求1-5任一所述的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法，其特征在于，
步骤2，设置或者获取当前摄像机的分辨率为1280*720；
步骤3，以所述测试图左上顶点为原点、水平向右为X轴、垂直向下为Y轴建立平面直角坐标系，所述测试图中心点O的坐标为（X0，Y0），其中，X0=640，Y0=360。
7.一种摄像机机芯视场角和光轴中心的测量系统，其特征在于，包括测量预备单元、视场角测量单元和光轴中心测量单元，
所述测量预备单元，具体包括：
测试图设计模块，用于设计用于测量摄像机机芯视场角和光轴中心的测试图，所述测试图中含有目标图案，所述目标图案有固定的中心点P，并测量出目标图案的水平长度l；
分辨率获取模块，用于设置或者获取当前摄像机的分辨率为L*W；
坐标系建立模块，用于以所述测试图左上顶点为原点、水平向右为X轴、垂直向下为Y轴建立平面直角坐标系，所述测试图中心点O的坐标为（X0，Y0），其中，X0=L/2，Y0=W/2；
物距确定模块，用于调整所述摄像机至摄像机最大倍率值ZOOMmax,获取清晰图片,并调整摄像机位置,使得所述水平长度l的目标图案完全处于画面中，获取所述摄像机与所述测试图之间的物距D；
所述视场角测量单元，用于测量摄像机机芯视场角具体包括：
第一计算模块，用于调整摄像机至摄像机最大倍率值ZOOMmax时，计算所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mmax，所述目标图案的固定中心点P的坐标(Xmax,Ymax)，利用公式：FAmax=2*arctan((l*L)/(2*D*Mmax))，计算出当前视场角FAmax；
第二计算模块，用于移动所述摄像机到下一个倍率值ZOOMj,等待聚焦清晰获得摄像机的清晰图片，利用FAj=2*arctan((l*L)/(2*D*Mj))计算出视场角FAj，其中，Mj为所述测试图中的目标图案在X轴方向所占的像素个数Mj ,j=1,2,3......max-1；
所述光轴中心测量单元，用于测量摄像机机芯光轴中心偏移具体包括：
偏移趋势计算模块，用于计算在不同倍率值下所述目标图案的固定中心点P的坐标（Xi，Yi）的总偏移像素值(Ax，Ay)，其中，i=1,2,3......max，
Ax =[(X1-L/2)-(Xmax-L/2)] /R，Xmax表示最大倍率值时目标图案的中心横坐标，
Ay =[(Y1-W/2)-(Ymax- W/2)]/R，Ymax表示最大倍率值时目标图案的中心纵坐标，
R为所述摄像机的倍率值,R=max(FAi)/min(FAi)，
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势；
根据所述总偏移像素值计算偏移趋势具体包括，
计算（Xi-Xmax, Yi -Ymax）其中，i=1,2,3....max，
获取Xi-Xmax、Yi-Ymax的绝对值最大值：
XMax=max(abs(Xi-Xmax))，YMax=max(abs(Yi-Ymax))；
利用所述最大值将（Xi-Xmax，Yi -Ymax）归一化到0-1之间，计算出((Xi-Xmax)/XMax,(Yi-Ymax)/YMax）作为偏移变化趋势；
实际偏移计算模块，用于根据偏移趋势和总偏移像素值(Ax，Ay)计算出摄像机在不同倍率值下的实际偏移像素值。
8.如权利要求7所述的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量系统，其特征在于，
所述实际偏移计算模块具体包括，摄像机在不同倍率值下的偏移像素值具体为：(((Xi-Xmax)/XMax,)*Ax，((Yi-Ymax)/YMax)*Ay)。
9.一种摄像机，其特征在于，包括摄像机机芯，所述摄像机机芯用于实现所权利要求1-5任一所述的摄像机机芯视场角和光轴中心的测量方法。
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