CN111260737B - 一种一体化摄像机光学中心调整的方法及装置 - Google Patents

一种一体化摄像机光学中心调整的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一体化摄像机技术领域，具体为一体化摄像机光学中心调整的方法，以及调整一体化摄像机光学中心的装置。本发明通过将传感器安装在可沿X、Y方向移动且在Z方向可旋转的调整平台上，并且在传感器与CHART图之间设置准直仪，通过调节调整平台使传感器的板面与准直仪垂直及使传感器与标定的相机保持相同的水平程度，同时通过在镜头夹具上设置与准直仪垂直的平板玻璃使镜头的安装面与准直仪垂直，在调整光学中心时，识别CHART图中四个小方块在小焦距和大焦距下的中心坐标，分别计算形成的线段的延长线两两间的交点，取各交点的X坐标的平均值及Y坐标的平均值，并以所述平均值作为偏差值校准传感器，可将传感器的偏差校准至小于2个像素。

Description

一种一体化摄像机光学中心调整的方法及装置
技术领域
本发明涉及一体化摄像机技术领域，尤其涉及一种一体化摄像机光学中心调整的方法及调整一体化摄像机光学中心的装置。
背景技术
一体化摄像机在监控领域有着重要的地位，通常安装在球形摄像机里，配合摄像机的Pan、Tilt操作可以实现360度无死角的监控，一体化摄像本身具有的变焦和自动聚焦功能，能够实现对监控目标放大和自动对焦的功能。随着市场对一体化摄像机的监控能力要求越来越高，一体化摄像机的光学放大倍率也越来越大，这对一体化摄像机的安装提出了挑战。目前，传感器板(sensor板)和镜头通常是通过螺丝来固定安装，同时镜头安装面会提供定位柱来确定传感器与镜头的相对位置，如图1所示是典型的镜头安装座示意图，安装孔1、2、3表面是精确的平面，定位柱1、2限制传感器板的位置。
实际设计中，传感器板的孔相对于定位柱和安装孔而言孔径略大，精度通常为0.01，这样会带来安装误差，即使安装时控制得较好的情况下，通常也会存在十几个像素的误差，这样会导致传感器的中心与镜头的光轴不重合，带来最直接的影响是在广角端(小焦距)位于中心的物体当光学变倍到望远端(大焦距)时其不再位于中心，而且这种偏离程度与光轴和传感器中心的差异成正比，同时也与放大率成正比，即同样的偏差，原来22倍或者更低倍率的摄像机，在望远端偏差没那么多，而30倍或者更大倍率的镜头则偏差更大。这种偏差导致的最直观的感受就是变倍的过程中，位于中心的物体跑出了画面，这是不可接受的，同时还对摄像机的隐私遮挡功能造成影响，原本被遮挡住的物体，由于发生了偏移导致其不再被遮挡。
发明内容
本发明针对一体化摄像机因安装误差导致传感器的中心与镜头的光轴不重合，致使在广角端位于中心的物体当光学变倍到望远端时其偏离中心的问题，提供一种一体化摄像机光学中心调整的方法，以及调整一体化摄像机光学中心的装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
本发明的第一方面，提供一种一体化摄像机光学中心调整的方法，包括以下步骤：
S1、将传感器安装于可沿X、Y方向移动且在Z方向可旋转的调整平台上，在CHART图与传感器之间设置准直仪，通过调节调整平台使传感器的板面与准直仪垂直。
S2、在镜头位置使用相机拍摄传感器的定位点区域，然后通过调节调整平台Z方向的旋转角度使传感器与标定的相机保持相同的水平程度。
S3、在用于固定镜头的镜头夹具上设置一块与准直仪垂直的平板玻璃，镜头的安装面紧贴平板玻璃进行安装以使镜头的安装面与准直仪垂直。
S4、将CHART图移入靶面夹具中使CHART图与准直仪垂直；所述CHART图为A、B、C、D四个小方块。
S5、设定CHART图的图像中心点为坐标原点[0,0]。
S6、在小焦距下识别A、B、C、D四个小方块的中心坐标，分别为A[x1,y1]、B[x2,y2]、C[x3,y3]、D[x4,y4]。
S7、变焦至大焦距使A、B、C、D四个小方块变大，变大后分别对应为大方块A'、B'、C'、D'，然后识别大方块A'、B'、C'、D'的中心坐标，分别为A'[x1',y1']、B'[x2',y2']、C'[x3',y3']、D'[x4',y4']。
S8、识别AA'、BB'、CC'、DD'任意两根线段的延长线的交点，取各交点的X坐标的平均值及Y坐标的平均值，以X坐标的平均值和Y坐标的平均值相应作为光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值。
进一步地，所述AA'和BB'两根线段的延长线的交点为[dx1,dy1]；
Figure BDA0002375190610000031
Figure BDA0002375190610000032
其中，
Figure BDA0002375190610000033
进一步地，所述BB'与CC'两根线段的延长线的交点为[dx2,dy2]，所述CC'与DD'两根线段的延长线的交点为[dx3,dy3]，所述DD'与AA'两根线段的延长线的交点为[dx4,dy4]；
dx2、dx3、dx4的计算方法与dx2的相同，dy2、dy3、dy4的计算方法与dy1的相同；
所述各交点的X坐标的平均值为dx，各交点的Y坐标的平均值为dy；
dx＝(dx1+dx2+dx3+dx4)/4；
dy＝(dy1+dy2+dy3+dy4)/4。
S9、根据光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值，分别在X轴方向和Y轴方向校准传感器。
进一步地，根据光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值，分别在X轴方向和Y轴方向校准传感器至偏差小于2个像素。
本发明的另一方面，提供一种调整一体化摄像机光学中心的装置，包括底板，所述底板上设置有相互平行的第一导轨、第二导轨和第三导轨；
所述第一导轨上安装有一可沿X、Y方向移动且在Z方向可旋转的调整平台，传感器安装于调整平台上；
所述第二导轨上安装有并列设置的一准直仪和一镜头夹具；所述镜头夹具上设置一块与准直仪垂直的平板玻璃，镜头的安装面紧贴平板玻璃安装；
所述第三导轨上安装有一靶面夹具，靶面夹具夹持固定CHART图。
进一步地，所述调整平台包括用于固定传感器的固定爪和一端与固定爪连接的调节杆，调节杆的另一端与一旋转滑台连接，所述旋转滑台上设置有一驱使调节杆前后移动的Z轴伸缩旋钮，所述旋转滑台设在一可沿第一轨道滑动的安装底座上。
进一步地，所述旋转滑台上设有一贯穿的螺纹孔，所述Z轴伸缩旋钮为一螺栓，所述调节杆穿过螺纹孔与Z轴伸缩旋钮的端部连接。
进一步地，所述旋转滑台上设有一用于驱使旋转滑台转动的Z轴调节旋钮。
进一步地，所述靶面夹具包括由两平行设置的固定杆构成的玻璃固定架和夹层玻璃，所述固定杆上设有螺栓孔及与之匹配的螺栓，夹层玻璃上设有与所述螺栓匹配的螺栓固定孔；夹层玻璃通过螺栓和螺栓固定孔的配合固定在玻璃固定架上。
进一步地，所述夹层玻璃包括第一玻璃板和第二玻璃板，所述第一玻璃板上设有与所述螺栓匹配的螺栓固定孔，通过U型夹将第一玻璃板和第二玻璃板叠合固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过将传感器安装在可沿X、Y方向移动且在Z方向可旋转的调整平台上，并且在传感器与CHART图之间设置准直仪，通过调节调整平台使传感器的板面与准直仪垂直及使传感器与标定的相机保持相同的水平程度，同时通过在镜头夹具上设置与准直仪垂直的平板玻璃使镜头的安装面与准直仪垂直，在调整光学中心时，识别CHART图中四个小方块在小焦距和大焦距下的中心坐标，分别计算形成的线段的延长线两两间的交点，取各交点的X坐标的平均值及Y坐标的平均值，并以所述平均值作为偏差值校准传感器，可将传感器的偏差校准至小于2个像素，从而解决了一体化摄像机因安装误差导致传感器的中心与镜头的光轴不重合，致使在广角端位于中心的物体当光学变倍到望远端时其严重偏离中心的问题。
附图说明
图1为典型的镜头安装座示意图；
图2为实施例中所述装置的俯视图；
图3为实施例中所述装置的结构示意图；
图4为实施例中所述装置另一视角的结构示意图；
图5为实施例中所述装置再另一视角的结构示意图；
图6为实施例中所述装置的主视图；
图7为实施例中所述装置的后视图；
图8为实施例中所述装置的右视图；
图9为一体化摄像机的组装部件与场景的示意图；
图10为CHART图中的四个小方块在小焦距和大焦距下的示意图。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例
本实施例提供一种调整一体化摄像机光学中心的装置，以及一体化摄像机光学中心调整的方法。
一种调整一体化摄像机光学中心的装置，如图2-8所示，包括底板10,、第一导轨11、第二导轨12、第三导轨13、传感器20、准直仪30、镜头40、调整平台50、靶面夹具60和镜头夹具70。
第一导轨11、第二导轨12和第三导轨13设置在底板10上，且三者相互平行。
在第一导轨11上安装有可沿X、Y方向移动且在Z方向可旋转的调整平台50，传感器20安装于调整平台50上。具体的，调整平台50包括用于固定传感器20的固定爪51和一端与固定爪51连接的调节杆52，调节杆52的另一端与一旋转滑台53连接，旋转滑台53上设置有一驱使调节杆52前后移动的Z轴伸缩旋钮54。Z轴伸缩旋钮54为一螺栓，在旋转滑台53上设有一贯穿的螺纹孔，调节杆52穿过螺纹孔与Z轴伸缩旋钮54的端部连接。此外，旋转滑台53上还设有一用于驱使旋转滑台53转动的Z轴调节旋钮55。旋转滑台53设在可沿第一轨道11滑动的安装底座56上。
第二导轨12上安装有并列设置的一准直仪30和一镜头夹具70；镜头夹具70上设置一块与准直仪30垂直的平板玻璃(图中未示出)，镜头40的安装面紧贴平板玻璃安装。
第三导轨13上安装有一靶面夹具60，靶面夹具60夹持固定CHART图。靶面夹具60包括由两平行设置的固定杆61构成的玻璃固定架和夹层玻璃。所述固定杆61上设有螺栓孔及与之匹配的螺栓62，夹层玻璃上设有与所述螺栓62匹配的螺栓固定孔63；夹层玻璃通过螺栓62和螺栓固定孔63的配合固定在玻璃固定架上。更具体的，夹层玻璃包括第一玻璃板64和第二玻璃板65，第一玻璃板64上设有与螺栓62匹配的螺栓固定孔63，通过U型夹65将第一玻璃板64和第二玻璃板65叠合固定。
一体化摄像机的组装部件与场景如图9所示，一体化摄像机光学中心调整的方法，包括以下步骤：
S1、将传感器安装于可沿X、Y方向移动且在Z方向可旋转的调整平台上，在CHART图与传感器之间设置准直仪，通过调节调整平台使传感器的板面与准直仪垂直。
S2、在镜头位置使用相机拍摄传感器的定位点区域，然后通过调节调整平台Z方向的旋转角度使传感器与标定的相机保持相同的水平程度。
S3、在用于固定镜头的镜头夹具上设置一块与准直仪垂直的平板玻璃，镜头的安装面紧贴平板玻璃进行安装以使镜头的安装面与准直仪垂直。
S4、将CHART图移入靶面夹具中使CHART图与准直仪垂直；所述CHART图为A、B、C、D四个小方块。
S5、设定CHART图的图像中心点为坐标原点[0,0]。
S6、在小焦距下识别A、B、C、D四个小方块的中心坐标，分别为A[x1,y1]、B[x2,y2]、C[x3,y3]、D[x4,y4]。
S7、变焦至大焦距使A、B、C、D四个小方块变大，变大后分别对应为大方块A'、B'、C'、D'，然后识别大方块A'、B'、C'、D'的中心坐标，分别为A'[x1',y1']、B'[x2',y2']、C'[x3',y3']、D'[x4',y4']。在小焦距和大焦距下，CHART图中的四个小方块如图10所示。
S8、识别AA'、BB'、CC'、DD'任意两根线段的延长线的交点，取各交点的X坐标的平均值及Y坐标的平均值，以X坐标的平均值和Y坐标的平均值相应作为光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值。
AA'和BB'两根线段的延长线的交点为[dx1,dy1]，计算方法如下：
Figure BDA0002375190610000081
Figure BDA0002375190610000091
其中，
Figure BDA0002375190610000092
以此类推，以同样的方法分别计算出BB'与CC'的交点[dx2,dy2]，CC'与DD'的交点[dx3,dy3]，DD'与AA'的交点[dx4,dy4]。
上述四个交点的X坐标的平均值为dx，四个交点的Y坐标的平均值为dy，计算方法如下：
dx＝(dx1+dx2+dx3+dx4)/4；
dy＝(dy1+dy2+dy3+dy4)/4。
S9、根据光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值，分别在X轴方向和Y轴方向校准传感器至偏差小于2个像素。这样即可完成x、y轴方向的偏移及Z轴旋转方向的偏移的校正。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (4)

1.一种一体化摄像机光学中心调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将传感器安装于可沿X、Y方向移动且在Z方向可旋转的调整平台上，在CHART图与传感器之间设置准直仪，通过调节调整平台使传感器的板面与准直仪垂直；
S2、在镜头位置使用相机拍摄传感器的定位点区域，然后通过调节调整平台Z方向的旋转角度使传感器与标定的相机保持相同的水平程度；
S3、在用于固定镜头的镜头夹具上设置一块与准直仪垂直的平板玻璃，镜头的安装面紧贴平板玻璃进行安装以使镜头的安装面与准直仪垂直；
S4、将CHART图移入靶面夹具中使CHART图与准直仪垂直；所述CHART图为A、B、C、D四个小方块；
S5、设定CHART图的图像中心点为坐标原点[0,0]；
S6、在小焦距下识别A、B、C、D四个小方块的中心坐标，分别为A[x1,y1]、B[x2,y2]、C[x3,y3]、D[x4,y4]；
S7、变焦至大焦距使A、B、C、D四个小方块变大，变大后分别对应为大方块A'、B'、C'、D'，然后识别大方块A'、B'、C'、D'的中心坐标，分别为A'[x1',y1']、B'[x2',y2']、C'[x3',y3']、D'[x4',y4']；
S8、识别AA'、BB'、CC'、DD'任意两根线段的延长线的交点，取各交点的X坐标的平均值及Y坐标的平均值，以X坐标的平均值和Y坐标的平均值相应作为光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值；
S9、根据光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值，分别在X轴方向和Y轴方向校准传感器。
2.根据权利要求1所述的一体化摄像机光学中心调整的方法，其特征在于，所述AA'和BB'两根线段的延长线的交点为[dx1,dy1]；
Figure FDA0004043838320000021
Figure FDA0004043838320000022
其中，
Figure FDA0004043838320000023
3.根据权利要求2所述的一体化摄像机光学中心调整的方法，其特征在于，所述BB'与CC'两根线段的延长线的交点为[dx2,dy2]，所述CC'与DD'两根线段的延长线的交点为[dx3,dy3]，所述DD'与AA'两根线段的延长线的交点为[dx4,dy4]；
dx2、dx3、dx4的计算方法与dx2的相同，dy2、dy3、dy4的计算方法与dy1的相同；
所述各交点的X坐标的平均值为dx，各交点的Y坐标的平均值为dy；
dx＝(dx1+dx2+dx3+dx4)/4；
dy＝(dy1+dy2+dy3+dy4)/4。
4.根据权利要求3所述的一体化摄像机光学中心调整的方法，其特征在于，根据光轴中心与当前图像中心在X方向的偏差值和在Y方向的偏差值，分别在X轴方向和Y轴方向校准传感器至偏差小于2个像素。
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