CN110971791B - 一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪 - Google Patents

一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪，在摄像机的变焦距光学镜头与图像传感器组装时，辅助进行长短焦的光轴与图像传感器的图像中心重合性调整，通过在原图像上叠加图标直接显示需调整的位置，可以大幅度地提高光轴一致性调整的装调效率。

Description

一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪
技术领域
本发明涉及光电成像领域，特别涉及一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪。
背景技术
光电成像设备中，如果光学镜头的光学中心称为光轴,图像传感器的图像中心称视轴.由于加工和装调等原因,变焦距镜头的光学中心往往不一致.,使所摄图像的视场中心在变焦过程中将产生偏移，影响对目标的观测和瞄准。对于光电测量定位设备，这样会引入测量误差，从而影响到整个设备的精度。对于大变倍比的摄像机，如果偏差大时甚至可能使原来在短焦大视场瞄准在视场中心的目标，在长焦小视场时，偏离出视场，造成目标丢失。因此在变焦距摄像机的变焦距光学镜头与图像传感器组装时需要保证长短焦的光轴与图像传感器的视轴重合性，尤其在用于光电测量和定位等对位置有较高要求的设备中，必须在使用前对其光轴的一致性进行精密的装调和固定。
目前，主要采用以下两种办法来实现光轴和视轴的一致性的测量和调整。其中，方法一，调试的示意图如图1和2所示,整套装置由装有十字丝的平行光管1、需要调试的变焦距光学镜头2、图像传感器3、监视器4、以及视频电缆5组成。通过观察监视器上图像6中的长短焦时光轴7与视轴8的相对位置，人工调整图像传感器的位置，经反复调整。使光轴和视轴的一致性达到技术要求。这种方法是目前广为使用的方法,但是由于需人工反复凑试,目视观察,存在结果效率低，不客观等不足。方法二，与方法一的不同是通过调整图像传感器输出图像在整个图像传感器像元阵列中的位置，使输出图像的视场中心与光轴重合。这种方法的调节范围需要专门设计可用于调节视频输出区域的摄像机,没有通用性,并且对于输出为固定制式的数字和模拟摄像机并不适用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪，可以大幅度地提高光轴一致性调整的装调效率。
第一方面，本发明提供一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法，所述方法包括：
在图像成像清晰的情况下，获取变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量；
获取所述变焦距光学系统在短焦端的第二垂轴放大率和第二中心偏移量；
获取图案对应的像高值，所述图案设置在平行光管中；
利用所述第一垂轴放大率、所述第二垂轴放大率、所述第一中心偏移量、所述第二中心偏移量、所述像高值和预设偏移量对应关系确定待调整偏移量。
作为一种可选的方案，所述方法还包括：
将所述待调整偏移量作为图标合成显示在图像成像的画面中。
作为一种可选的方案，所述在图像成像清晰的情况下，获取变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量之前，所述方法还包括:
调整所述变焦距光学系统的位置直至长焦端和短焦端对平行光管的成像清晰，固定所述变焦距光学系统的位置。
作为一种可选的方案，预设偏移量关系为：q'l＝y(βl-βs)+(pl-ps),其中，所述第一垂轴放大率βl、所述第二垂轴放大率βs、所述第一中心偏移量pl、所述第二中心偏移量ps、所述待调整偏移量q′l。
作为一种可选的方案，所述图案为十字丝靶板。
作为一种可选的方案，所述方法还包括：
通过横向调整镜头与摄像机的位置改变像高值y。
第二方面，本发明提供一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪，所述显示仪包括：
图像采集单元，用于在图像成像清晰的情况下，获取变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量；获取所述变焦距光学系统在短焦端的第二垂轴放大率和第二中心偏移量；获取图像对应的像高值，所述图案设置在平行光管中；
数字图像处理单元，用于利用所述第一垂轴放大率、所述第二垂轴放大率、所述第一中心偏移量、所述第二中心偏移量、所述像高值和预设偏移量对应关系确定待调整偏移量。
作为一种可选的方案，所述显示仪还包括：
显示器，用于将所述待调整偏移量作为图标合成显示在图像成像的画面中。
作为一种可选的方案，所述图像采集单元采用图像采集卡，所述数字图像处理单元采用计算机。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供了一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪，在摄像机的变焦距光学镜头与图像传感器组装时，辅助进行长短焦的光轴与图像传感器的图像中心重合性调整，通过在原图像上叠加图标直接显示需调整的位置，可以大幅度地提高光轴一致性调整的装调效率。
附图说明
图1是现有技术中采用方法一进行光轴一致性调整的结构图；
图2是现有技术中采用方法一进行光轴一致性调整的成像示意图；
图3是本发明实施例中提供的摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法的流程图；
图4是本发明实施例中提供的摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪的流程图；
图5是本发明实施例中提供的摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪成像的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图3所示，本发明提供一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法，所述方法包括：
S101、在图像成像清晰的情况下，获取摄像机变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量。
变焦距光学系统在本实施例中可以对应为可变焦的光学镜头，在图像成像清晰之前，可以通过调整所述变焦距光学系统的位置直至长焦端和短焦端对平行光管的成像清晰，固定所述变焦距光学系统的位置。
S102、获取所述变焦距光学系统在短焦端的第二垂轴放大率和第二中心偏移量。
S103、获取图案对应的像高值，所述图案设置在平行光管中。
所述图案为十字丝靶板，
S104、利用所述第一垂轴放大率、所述第二垂轴放大率、所述第一中心偏移量、所述第二中心偏移量、所述像高值和预设偏移量对应关系确定待调整偏移量。
具体地，预设偏移量关系为：q'l＝y(βl-βs)+(pl-ps),其中，所述第一垂轴放大率βl、所述第二垂轴放大率βs、所述第一中心偏移量pl、所述第二中心偏移量ps、所述待调整偏移量q′l，通过横向调整镜头与摄像机的位置改变像高值y，长短焦时的垂轴放大率，即第一垂轴放大率βl、所述第二垂轴放大率βs为已知参数通过手动输入，由短焦变到长焦时的像点的偏移量q'l＝0，则像点在长焦段相对于短焦端没有移动，这就是本方案中进行光轴视轴一致性调试的依据。
S105、将所述待调整偏移量作为图标13合成显示在图像成像的画面中。
将偏移量结合光学镜头的变倍比，计算出光学镜头的变倍时的需要的调整量，并以图形的方式叠加到图像上，由于长焦时，图像较大，调试精度高，在长焦时进行调整，只需操作者根据光轴一致性调整显示仪的显示图像将图像传感器的视轴调整到调整量的图标处，即可一次性完成摄像机的光轴一致性调整。
本发明实施例提供了一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法，在摄像机的变焦距光学镜头与图像传感器组装时，辅助进行长短焦的光轴与图像传感器的图像中心重合性调整，通过在原图像上叠加图标直接显示需调整的位置，可以大幅度地提高光轴一致性调整的装调效率。
结合图4和5所示，相应地，本发明提供一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪，所述显示仪包括：
图像采集单元，用于在图像成像清晰的情况下，获取变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量；获取所述变焦距光学系统在短焦端的第二垂轴放大率和第二中心偏移量；获取图像对应的像高值，所述图案设置在平行光管中，图案可以为十字丝靶板7。
数字图像处理单元11，用于利用所述第一垂轴放大率、所述第二垂轴放大率、所述第一中心偏移量、所述第二中心偏移量、所述像高值和预设偏移量对应关系确定待调整偏移量。
显示器12，用于将所述待调整偏移量作为图标13合成显示在图像成像的画面中，图像6中的长短焦时光轴7与视轴8。
作为一种可选的方案，所述图像采集单元采用图像采集卡10，所述数字图像处理单元11采用计算机，通过计算机通过安装在其扩展接口上的图像采集卡，采集视频图像，通过软件处理后，送显示器12显示。软件计算所需的参数通过键盘和鼠标输入，图像处理软件由视频采集软件、偏差计算软件和显示软件三部分组成，三部分将装有十字丝靶板的平行光管、光学镜头固定在一个稳定的调试平台上，并保证光学镜头在长短焦时，均可以清晰观测到十字丝的像。
图像采集卡10用于采集图像传感器输出的图像信号，根据图像信号类型的不同，采用与之匹配的图像采集电路类型，数字图像处理单元11用于计算长短焦光轴一致性的偏移量，并将长短焦光轴偏差为零的位置通过图标13叠加在数字视频图像上，在显示器12上显示，供调试者将图像传感器的图形中心调整到该点,一次性地完成光学镜头与图像采集单元的光轴一致性调整。采用计算机根据长短焦时镜头光轴在图像传感器靶面的位置，计算出偏移量y，并通过显示器12用光标显示出靶面中心需要调整到的位置，偏移量y为：
Figure BDA0001817148540000061
摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪的一种实施例的操作方法包括：
S1、将图像采集卡固定在光学镜头的后焦面上。
S2、将显示仪接正常后通电，并通过显示器观察十字丝靶板7是否清晰，可以通过调焦组件调整光学镜头的位置使得平行光管发出的图像可以清晰成像。
S3、将光学镜头的长短焦时的垂直放大率值率存入显示仪。
S4、将光学镜头分别调至最长和最短焦距，分别将这两点的光轴和视轴的上下、左右两维的偏移量存入显示仪。
S5、显示仪将上述偏移量结合光学镜头的变倍比，计算出光学镜头的变倍时的需要的调整量，并以图形的方式叠加到图像上。由于长焦时，图像较大，调试精度高，因此在长焦时进行调整，只需操作者根据光轴一致性调整显示仪的显示图像将图像传感器的视轴调整到调整量的图标处，即可一次性完成相机的光轴一致性调整。
本发明实施例提供了一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪，在相机的变焦距光学镜头与图像传感器组装时，辅助进行长短焦的光轴与图像传感器的图像中心重合性调整，通过在原图像上叠加图标直接显示需调整的位置，可以大幅度地提高光轴一致性调整的装调效率。
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，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，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，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明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。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法及显示仪进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性调整方法，其特征在于，所述方法包括：
在图像成像清晰的情况下，获取变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量；
获取所述变焦距光学系统在短焦端的第二垂轴放大率和第二中心偏移量；
获取图案对应的像高值，所述图案设置在平行光管中；
利用所述第一垂轴放大率、所述第二垂轴放大率、所述第一中心偏移量、所述第二中心偏移量、所述像高值和预设偏移量对应关系确定待调整偏移量。
2.根据权利要求1所述的变焦距光学系统光轴一致性调整方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述待调整偏移量作为图标合成显示在图像成像的画面中。
3.根据权利要求1所述的变焦距光学系统光轴一致性调整方法，其特征在于，所述在图像成像清晰的情况下，获取变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量之前，所述方法还包括:
调整所述变焦距光学系统的位置直至长焦端和短焦端对平行光管的成像清晰，固定所述变焦距光学系统的位置。
4.根据权利要求1所述的变焦距光学系统光轴一致性调整方法，其特征在于，预设偏移量关系为：q'l＝y(βl-βs)+(pl-ps),其中，所述第一垂轴放大率
Figure 875465DEST_PATH_IMAGE002
、所述第二垂轴放大率
Figure 154653DEST_PATH_IMAGE003
、所述第一中心偏移量
Figure 673884DEST_PATH_IMAGE004
、所述第二中心偏移量
Figure 243756DEST_PATH_IMAGE005
、所述待调整偏移量
Figure 909705DEST_PATH_IMAGE006
，y为像高值。
5.根据权利要求1所述的变焦距光学系统光轴一致性调整方法，其特征在于，所述图案为十字丝靶板。
6.根据权利要求1所述的变焦距光学系统光轴一致性调整方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过横向调整镜头与图像传感器的位置改变像高值y。
7.一种摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪，其特征在于，所述显示仪包括：
图像采集单元，用于在图像成像清晰的情况下，获取变焦距光学系统在长焦端时第一垂轴放大率和第一中心偏移量；获取所述变焦距光学系统在短焦端的第二垂轴放大率和第二中心偏移量；获取图像对应的像高值，所述图像设置在平行光管中；
数字图像处理单元，用于利用所述第一垂轴放大率、所述第二垂轴放大率、所述第一中心偏移量、所述第二中心偏移量、所述像高值和预设偏移量对应关系确定待调整偏移量。
8.根据权利要求7所述的摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪，其特征在于，所述显示仪还包括：
显示器，用于将所述待调整偏移量作为图标合成显示在图像成像的画面中。
9.根据权利要求7所述的摄像机变焦距光学系统光轴一致性显示仪，其特征在于，所述图像采集单元采用图像采集卡，所述数字图像处理单元采用计算机。
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