CN112132904B - 一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法及系统，所述方法包括：光学装置向标定相机上投图，标定相机获取投图后，处理模块记录光学装置的位置为第一标记点坐标；对位相机移动并抓取标定相机上的抓取点，处理模块记录对位相机的位置为第二标记点坐标；处理模块根据第一标记点坐标、第二标记点坐标及抓取点与标定相机的中心位置的偏中心坐标，计算出对位相机和光学装置之间的第一位置差坐标。本发明避免了对位相机直接抓取标定相机的芯片轮廓而抓取不到的问题。

Description

一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法及系统
技术领域
本发明涉及一种相机标定技术领域，尤其是涉及一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法及系统。
背景技术
在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提。
光学装置(如数学镜装置DMD，也可以是DMD加透镜的组合)和对位相机(如CCD相机)在工作时，相互位置关系应当保持在预设值上或者预设范围内。但是两者在运动过程中，光学装置和对位相机之间的位置关系可能会发生偏移，发生偏移的原因有多种，如装配零件、传动机构等。因此需要获取光学装置和对位相机之间的位置关系，通过计算位置变化量，根据位置变化量调整光学装置和对位相机的位置关系。
如图1所示，现有光学装置和对位相机之间的位置关系的确定方案中，有先通过光学装置在干膜上曝光出一个标记(Mark)点，得到坐标位置DMD(x1，y1)，再用对位相机去抓取光学装置曝光出的标记点，得到坐标位置CCD(x2，y2)，通过计算两个坐标位置的偏移量(CCD(x2，y2)－DMD(x1，y1))得出光学装置和对位相机之间的位置关系。但是，该方案中，需要在板上曝光图形，无法用于生产过程。
如图2所示，现有也有通过引入标定相机来代替上述板上的标记点来进行光学装置和对位相机之间位置关系的标定的。具体，先通过标定相机抓取光学装置投出的标记点位置，再用对位相机抓取标定相机的矩形芯片轮廓来确定标定相机位置，通过计算偏移量来获取光学装置与对位相机之间的位置关系。在该方案中，为了确保光学装置在标定相机上的投图的可靠性，需要在标定相机上安装光衰减片，但是安装的光衰减片会导致对位相机不易抓取标定相机的矩形芯片轮廓。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法及系统。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，所述对位相机与光学装置的一侧设置有标定相机，所述标定相机上至少设置一个偏移标定相机的中心位置的抓取点，所述对位相机、光学装置和标定相机均连接处理模块，所述确定方法包括：
S100，光学装置向标定相机上投图，标定相机获取投图后，处理模块记录光学装置的位置为第一标记点坐标；
S200，对位相机移动并抓取标定相机上的所述抓取点，处理模块记录对位相机的位置为第二标记点坐标；
S300，处理模块根据所述第一标记点坐标、第二标记点坐标及抓取点与标定相机的中心位置的偏中心坐标，计算出对位相机和光学装置之间的第一位置差坐标。
优选地，所述确定方法还包括：
S400，重复S100～S300，得到表示光学装置位置的第三标记点坐标及表示对位相机位置的第四标记点坐标，处理模块根据所述第三标记点坐标、第四标记点坐标及所述偏中心坐标，计算出对位相机和光学装置之间的第二位置差坐标；
S500，处理模块根据第一位置差坐标和第二位置差坐标，计算出对位相机和光学装置之间的位置偏移量。
优选地，所述标定相机的中心位置安装有光衰减片，所述抓取点设置于标定相机上除所述光衰减片所在位置的其他位置上。
优选地，所述标定相机具有相机边框，所述抓取点设置于所述相机边框上。
优选地，所述标定相机具有相机边框，所述相机边框连接有承载件，所述抓取点设置于所述承载件上。
优选地，所述CCD相机和数学镜装置之间是同时运动的，或是相对运动的。
优选地，所述S300中，所述第一位置差坐标的计算公式为：第一位置差坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－偏中心坐标。
优选地，所述位置偏移量＝第一位置差坐标-第二位置差坐标，所述第一位置差坐标的计算公式为：第一位置差坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－偏中心坐标，所述第二位置差坐标的计算公式为：第二位置差坐标＝第三标记点坐标－第四标记点坐标－偏中心坐标。
优选地，所述偏中心坐标的计算公式为：偏中心坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－对位相机与光学装置之间的绝对位置差坐标。
优选地，所述绝对位置差坐标的计算过程包括：
光学装置在干膜上曝光出一个第五标记点，处理模块记录光学装置的位置为第五标记点坐标；
对位相机抓取光学装置曝光出的所述第五标记点，处理模块记录对位相机的位置为第六标记点坐标；
通过计算第五标记点坐标和第六标记点坐标之差，得到对位相机与光学装置之间的所述绝对位置差坐标。
本发明还揭示了另外一种技术方案：一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定系统，所述系统包括光学装置、对位相机、标定相机及处理模块，所述标定相机位于对位相机与光学装置的一侧，且所述标定相机上至少设置一个偏移标定相机的中心位置的抓取点，
所述光学装置用于向所述标定相机上投图，标定相机获取投图后，处理模块记录光学装置的位置为第一标记点坐标；
所述对位相机用于移动并抓取标定相机上的所述抓取点，处理模块记录对位相机的位置为第二标记点坐标；
处理模块还用于根据所述第一标记点坐标、第二标记点坐标及抓取点与标定相机的中心位置的偏中心坐标，计算出对位相机和光学装置之间的第一位置差坐标。
优选地，所述处理模块还用于在光学装置重复向标定相机上投图及对位相机重复移动并抓取标定相机上的抓取点后，计算出对位相机和光学装置之间的第二位置差坐标，并根据第一位置差坐标和第二位置差坐标，计算出对位相机和光学装置之间的位置偏移量。
本发明的有益效果是：通过在标定相机上设置偏移标定相机中心的抓取点，对位相机通过抓取该抓取点来确定对位相机和光学装置之间的位置关系，一方面该方案可以用于生产过程，另一方面也避免了直接抓取标定相机的芯片轮廓而抓取不到的问题。
附图说明
图1是现有第一种方案的原理示意图；
图2是现有第二种方案的原理示意图；
图3是本发明确定方法的原理示意图；
图4是本发明标定相机的俯视结构示意图；
图5是本发明标定相机的通孔与中心位置的偏移量示意图；
图6是本发明确定方法的流程示意图；
图7是本发明另一实施例中确定方法的流程示意图。
附图标记：
1、对位相机，2、光学装置，3、干膜，4、吸气平台，5、标定相机，6、抓取点，7、相机边框，8、标定相机的中心位置。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法及系统，通过在标定相机上设置偏移其中心位置的抓取点，对位相机通过抓取该抓取点来确定其和光学装置之间的位置关系，避免了直接抓取标定相机的芯片轮廓而抓取不到的问题。
结合图3和图4所示，本发明所揭示的一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，所述对位相机1与光学装置2的一侧设置有标定相机5，标定相机的中心位置8安装有光衰减片(图未示)，且标定相机5上至少设置一个偏移其中心位置的抓取点6，该抓取点6供对位相机1抓取，对位相机1、光学装置2和标定相机5均连接一处理模块(图未示)。实施时，光学装置2可以是数学镜装置DMD，也可以是DMD加上透镜的组合。对位相机1和标定相机5可以均是CCD相机。
实施时，结合图4和图5所示，抓取点6可以设置于标定相机5除设置光衰减片所在位置的其他任何位置上，其与标定相机的中心位置8的偏移量是一个固定值。标定相机5具有相机边框7，相机边框7连接有承接件(图未示)，抓取点6的设置位置可以是直接设置在标定相机5的相机边框7上，也可以是设置在该承接件上。另外，抓取点6可以是突起、凹坑、通孔等，形状可以是圆形、方形、菱形等，本发明对此不做限定。
结合图6和图7所示，本发明所揭示的一种对位相机1与光学装置2之间位置关系的确定方法，具体包括以下步骤：
S100，光学装置2向标定相机5上投图，标定相机5获取投图后，处理模块记录光学装置2的位置为第一标记点坐标。
本实施例中，光学装置2向标定相机5上投图的位置位于标定相机的中心位置8处。
S200，对位相机1移动并抓取标定相机5上的抓取点6，处理模块记录对位相机1的位置为第二标记点坐标。
实施时，对位相机1和光学装置2之间可以是同时运动的，或是相对运动的。标定相机5与对位相机1之间或者与光学装置2之间也可以是同时运动的，或是相对运动的。
S300，处理模块根据第一标记点坐标、第二标记点坐标及抓取点6与标定相机5的中心位置的偏中心坐标，计算出对位相机1和光学装置2之间的第一位置差坐标。
具体地，抓取点6与标定相机5的中心位置的偏中心坐标是一个固定量，可以通过预先计算得到。具体计算过程包括：
首先，计算出对位相机1与光学装置2之间的绝对位置差坐标；本实施例中，绝对位置差坐标通过现有方案中的第一种方案得到，即：
通过光学装置2在干膜3上曝光出一个第五标记点，处理模块记录光学装置2的位置为第五标记点坐标DMD(x1，y1)，干膜3承载于吸气平台4上；
对位相机1抓取光学装置2曝光出的所述第五标记点，处理模块记录对位相机1的位置为第六标记点坐标CCD(x2，y2)；
通过计算第五标记点坐标和第六标记点坐标之差：CCD(x1，y1)－DMD(x2，y2)，得到对位相机1与光学装置2之间的绝对位置差坐标。
其次，通过上述步骤S100中得到的第一标记点坐标、步骤S200中得到的第二标记点坐标及上述绝对位置差坐标，计算得到抓取点6与标定相机的中心位置8的偏中心坐标，具体计算公式为：偏中心坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－对位相机1与光学装置2之间的绝对位置差坐标。也就是说，抓取点6与标定相机的中心位置8的偏移量通过光学装置2的位置坐标(即第一标记点坐标)减去对位相机1的位置坐标(即第二标记点坐标)，及减去对位相机1与光学装置2之间的绝对位置差坐标计算得到。
抓取点6与标定相机的中心位置8的偏移量已知后，处理模块可以根据步骤S100得到的第一标记点坐标，步骤S200得到的第二标记点坐标及该偏中心坐标，计算出对位相机1和光学装置2之间的第一位置差坐标。具体计算公式为：第一位置差坐标的计算公式为：第一位置差坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－偏中心坐标。也就是说，光学装置2的位置坐标减去对位相机1的位置坐标，及减去抓取点6与标定相机5的中心位置的偏中心坐标，可以得到光学装置2与对位相机1之间的位置关系。
若在经过上述步骤S100～S300，测量得到光学装置2与对位相机1之间的位置关系后，还需进一步测量对位相机1与光学装置2之间是否发生了位置偏移，则需要对对位相机1与光学装置2之间的位置关系再重复进行至少一次的测量。所以，本发明所揭示的一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，还可进一步包括以下步骤：
S400，重复上述S100～S300，处理模块计算出对位相机1和光学装置2之间的第二位置差坐标。
具体地，重复上述S100，处理模块记录得到光学装置2的位置为第三标记点坐标，重复上述S200，处理模块记录得到对位相机1的位置为第四标记点坐标，重复上述S300，处理模块根据第三标记点坐标、第四标记点坐标和抓取点6与标定相机5的中心位置的偏中心坐标，计算出对位相机1和光学装置2之间的第二位置差坐标。第二位置差坐标的计算公式为：第二位置差坐标＝第三标记点坐标-第四标记点坐标-偏中心坐标。也就是说，第二次测量得到的光学装置2与对位相机1之间的位置关系，可以通过第二次测量得到的光学装置2的位置坐标(即第三标记点坐标)减去第二次测量得到的对位相机1的位置坐标(即第四标记点坐标)，及减去抓取点6与标定相机的中心位置8的偏中心坐标计算得到。
S500，处理模块根据第一位置差坐标和第二位置差坐标，计算出对位相机1和光学装置2之间的位置偏移量。
具体地，因抓取点6与标定相机的中心位置8的偏中心坐标是固定不变的，所以两次测量得到的各标记点坐标相减就是对位相机1和光学装置2之间的位置偏移量。即，位置偏移量的计算公式为：位置偏移量＝第二位置差坐标-第一位置差坐标。其中，第一位置差坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－偏中心坐标，第二位置差坐标＝第三标记点坐标-第四标记点坐标-偏中心坐标。也就是说，位置偏移量＝(第一标记点坐标－第二标记点坐标－偏中心坐标)－(第三标记点坐标-第四标记点坐标-偏中心坐标)＝(第一标记点坐标－第二标记点坐标)－(第三标记点坐标-第四标记点坐标)。
记第一次测的第一标记点坐标为(X11，Y11)，第一次测的第二标记点坐标为(X21，Y21)，偏中心坐标为(X，Y)，第二次测的第三标记点坐标为(X12，Y12)，第二次测的第四标记点坐标为(X22，Y22)，位置偏移量为(ΔX，ΔY)。所以，位置偏移量(ΔX，ΔY)＝((X11，Y11)—(X21，Y21)—(X，Y))—((X12，Y12)—(X22，Y22)—(X，Y))＝((X11，Y11)—(X21，Y21))—((X12，Y12)—(X22，Y22))。
根据计算出的所述位置偏移量的大小，即可判断出对位相机1和光学装置2之间的位置关系的变化，若为0，则表示对位相机1和光学装置2之间的位置并未发生偏移，反之，若不为0，则表示对位相机1和光学装置2之间的位置发生了偏移，则可以根据该位置偏移量调整对位相机1和光学装置2之间的位置。
与上述方法相对应的，本发明所揭示的一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定系统，包括上述光学装置2、对位相机1、标定相机5及处理模块，其中，对于光学装置2、对位相机1和标定相机5之间的位置关系，及标定相机5的结构设计可参照上述方法中的描述，这里不做赘述。
所述光学装置2用于向所述标定相机5上投图，标定相机5获取投图后，处理模块记录光学装置2的位置为第一标记点坐标；
所述对位相机1用于移动并抓取标定相机5上的抓取点6，处理模块记录对位相机1的位置为第二标记点坐标；
处理模块还用于根据所述第一标记点坐标、第二标记点坐标及抓取点6与标定相机的中心位置8的偏中心坐标，计算出对位相机1和光学装置2之间的第一位置差坐标。
处理模块的具体计算过程可参照上述步骤S100～500中的描述，这里不做赘述。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述对位相机与光学装置的一侧设置有标定相机，所述标定相机上至少设置一个偏移标定相机的中心位置的抓取点，所述对位相机、光学装置和标定相机均连接处理模块，所述确定方法包括：
S100，光学装置向标定相机上投图，标定相机获取投图后，处理模块记录光学装置的位置为第一标记点坐标；
S200，对位相机移动并抓取标定相机上的所述抓取点，处理模块记录对位相机的位置为第二标记点坐标；
S300，处理模块根据所述第一标记点坐标、第二标记点坐标及抓取点与标定相机的中心位置的偏中心坐标，计算出对位相机和光学装置之间的第一位置差坐标。
2.根据权利要求1所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：
S400，重复S100～S300，得到表示光学装置位置的第三标记点坐标及表示对位相机位置的第四标记点坐标，处理模块根据所述第三标记点坐标、第四标记点坐标及所述偏中心坐标，计算出对位相机和光学装置之间的第二位置差坐标；
S500，处理模块根据第一位置差坐标和第二位置差坐标，计算出对位相机和光学装置之间的位置偏移量。
3.根据权利要求1所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述标定相机的中心位置安装有光衰减片，所述抓取点设置于标定相机上除所述光衰减片所在位置的其他位置上。
4.根据权利要求3所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述标定相机具有相机边框，所述抓取点设置于所述相机边框上。
5.根据权利要求3所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述标定相机具有相机边框，所述相机边框连接有承载件，所述抓取点设置于所述承载件上。
6.根据权利要求1所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述S300中，所述第一位置差坐标的计算公式为：第一位置差坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－偏中心坐标。
7.根据权利要求2所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述位置偏移量＝第一位置差坐标-第二位置差坐标，所述第一位置差坐标的计算公式为：第一位置差坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－偏中心坐标，所述第二位置差坐标的计算公式为：第二位置差坐标＝第三标记点坐标－第四标记点坐标－偏中心坐标。
8.根据权利要求6所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定方法，其特征在于，所述偏中心坐标的计算公式为：偏中心坐标＝第一标记点坐标－第二标记点坐标－对位相机与光学装置之间的绝对位置差坐标。
9.一种对位相机与光学装置之间位置关系的确定系统，其特征在于，所述系统包括光学装置、对位相机、标定相机及处理模块，所述标定相机位于对位相机与光学装置的一侧，且所述标定相机上至少设置一个偏移标定相机的中心位置的抓取点，
所述光学装置用于向所述标定相机上投图，标定相机获取投图后，处理模块记录光学装置的位置为第一标记点坐标；
所述对位相机用于移动并抓取标定相机上的所述抓取点，处理模块记录对位相机的位置为第二标记点坐标；
处理模块还用于根据所述第一标记点坐标、第二标记点坐标及抓取点与标定相机的中心位置的偏中心坐标，计算出对位相机和光学装置之间的第一位置差坐标。
10.根据权利要求9所述的对位相机与光学装置之间位置关系的确定系统，其特征在于，所述处理模块还用于在光学装置重复向标定相机上投图及对位相机重复移动并抓取标定相机上的抓取点后，计算出对位相机和光学装置之间的第二位置差坐标，并根据第一位置差坐标和第二位置差坐标，计算出对位相机和光学装置之间的位置偏移量。
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