CN112985265A - 线阵相机及其精度补偿方法、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线阵相机及其精度补偿方法、存储介质，线阵相机包括N个感光单元，N个感光单元划分为m个补偿块，N、m均为正整数，且N＞m，方法包括以下步骤：利用线阵相机对点阵标定板进行图像采集，得到每个补偿块对应的第一标定板图像和每对相邻两补偿块对应的第二标定板图像；根据第一标定板图像对对应补偿块中每个感光单元进行块内线性精度补偿，得到第一补偿结果；根据第一补偿结果对对应补偿块进行块内相对精度补偿，得到第二补偿结果；根据第二标定板图像、对应的第二补偿结果对对应补偿块进行m‑1次块间精度补偿，得到第三补偿结果；根据第三补偿结果对线阵相机进行精度补偿。由此，可提高线阵相机的检测精度。

Description

线阵相机及其精度补偿方法、存储介质

技术领域

本发明涉及相机技术领域，尤其涉及一种线阵相机及其精度补偿方法、存储介质。

背景技术

CIS(Contact Image Sensor，接触式图像传感器)通常运用在扫描仪中，其包括紧密排列多个感光单元，用于收集被扫描物体反射的光线信息。由于接触式图像传感器本身造价低廉，又无需透镜组，所以可以制作出结构更为紧凑的视觉系统，成本也较低。

目前，宽幅接触式图像传感器线阵相机广泛应用于PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）验孔机上。当将此宽幅线阵相机运用于视觉精度检测领域，比如PCB孔位精度检测机，其检测精度需要达到±5μm的级别，由于相机本身是由多个CIS感光单元拼接而成，感光单元的排列精度为100μm，会严重影响检测精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种线阵相机的精度补偿方法，以提高线阵相机的检测精度。

本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第三个目的在于提出一种线阵相机。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种线阵相机的精度补偿方法，所述线阵相机包括N个感光单元，所述N个感光单元划分为m个补偿块，N、m均为正整数，且N＞m，所述方法包括以下步骤：利用所述线阵相机对点阵标定板进行图像采集，得到每个所述补偿块对应的第一标定板图像和每对相邻两补偿块对应的第二标定板图像；根据所述第一标定板图像对对应补偿块中每个感光单元进行块内线性精度补偿，得到第一补偿结果；根据所述第一补偿结果对对应补偿块进行块内相对精度补偿，得到第二补偿结果；根据所述第二标定板图像、对应的第二补偿结果对对应补偿块进行m-1次块间精度补偿，得到第三补偿结果；根据所述第三补偿结果对所述线阵相机进行精度补偿。

本发明实施例的线阵相机的精度补偿方法，通过将感光单元进行补偿块划分，并对各补偿块依次进行块内线性精度补偿、块内相对精度补偿和块间精度补偿，可提高线阵相机的检测精度，从而可达到将线阵相机运用于精度检测领域，比如PCB孔位精度检测机上。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的线阵相机的精度补偿方法。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种线阵相机，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的线阵相机的精度补偿方法。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一个实施例的线阵相机中感应单元的排列示意图；

图2是本发明一个实施例的线阵相机中感应单元之间的便宜情况的示意图；

图3是本发明实施例的线阵相机的精度补偿方法的流程图；

图4是本发明一个实施例的点阵标定板与感应单元的位置示意图；

图5是本发明另一个实施例的点阵标定板与感应单元的位置示意图；

图6是本发明一个实施例的步骤S2的具体流程图；

图7是本发明一个实施例的步骤S3的具体流程图；

图8是本发明一个实施例的步骤S4的具体流程图；

图9是本发明一个实施了的精度补偿效果的示意图；

图10是本发明实施例的线阵相机的结构框图。

具体实施方式

线阵相机（即宽幅相机）中感光单元的实际排列方式如图1所示；感光单元之间的最大偏移误差如图2所示，X方向+75μm，Y方向±25μm。参见图1、图2，由于感光单元生产装配或者本身误差导致的不一致性，最终会导致成像变形，从而影响检测精度。并且，由于线阵相机长度比较长，制作相应的标定板难度较大，且精度无法保证。

基于以上原因，本发明提出一种线阵相机及其精度补偿方法、存储介质、电子设备，以实现通过点阵标定板线阵相机进行精度补偿，从而提高检测精度。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图3-10描述本发明实施例的线阵相机及其精度补偿方法、存储介质。

图3是本发明实施例的线阵相机的精度补偿方法的流程图。

在该实施例中，如图4、图5所示，线阵相机包括N个感光单元，N个感光单元划分为m个补偿块，N、m均为正整数，且N＞m。其中，每个补偿块中可均包含n个感光单元（如图4、图5中的CIS芯片）。每个补偿块内可包含相同或不同数量的感光单元，N=∑^m _i=1n_i，n_i为正整数。

如图3所示，线阵相机的精度补偿方法，包括以下步骤：

S1，利用线阵相机对点阵标定板进行图像采集，得到每个补偿块对应的第一标定板图像和每对相邻两补偿块对应的第二标定板图像。

在该实施例中，如图4、图5所示，点阵标定板可以是包含一排标定点的标定板，其长度可大于或等于最长补偿块的长度，两相邻标定点之间的距离可以是第一预设间距Dx。举例而言，参见图4、图5，点阵标定板上的标定点可刚好覆盖补偿块中的感光单元，该点阵标定板长度较小，制作难度小，且可保证标定点的标定精度。

具体地，在对点阵标定板进行图像采集时，可使用第二预设间距Dy产生的脉冲触发线阵相机进行图像采集。以点阵标定板上的标定点可刚好覆盖补偿块中的感光单元为例，参见图4，可通过对应每个补偿块放置点阵标定板进行图像采集，得到m个第一标定板图像；参见图5，可通过对应每两相邻补偿块放置点阵标定板进行图像采集，得到m-1个第二标定板图像。

S2，根据第一标定板图像对对应补偿块中每个感光单元进行块内线性精度补偿，得到第一补偿结果。

作为一个示例，如图6所示，根据第一标定板图像对对应补偿块中每个感光单元进行块内线性精度补偿，得到第一补偿结果，可包括：

S201，根据第一标定板图像，计算对应补偿块中每个感光单元所采集的点阵标定板上标定点的实际图像坐标。

S202，选取第一标定板图像上共行且实际间距为第一预设间距的一排标定点作为参考点集，其中，点阵标定板中任意相邻两标定点的间距为第一预设间距。

S203，根据参考点集和实际图像坐标，得到对应补偿块中每个感光单元所采集的标定点的第一实际坐标，并将第一实际坐标作为第一补偿结果。

具体地，参见图4，以补偿块1为例，其对应的第一标定板图像记为第一标定板图像1，对于补偿块1中的每个感光单元，通过第一标定板图像1计算其所采集的点阵标定板上标定点的实际图像坐标P_i(X_i,Y_i)，i≥0。同时，可选取第一标定板图像1上共行且实际间距为Dx的一排点作为参考点集Q{P_i|i≥0}。

进一步地，可根据如下公式得到第一实际坐标：

X’=i*Dx+Dx*(X-X_i)/(X_i+1-X_i)+Dx*X₀/(X₁-X₀)+Sx*25.4/dpi

Y’=Dy*Y-Dy*{(X-X_i)*(Y_i+1-Y_i)/(X_i+1-X_i)+Y₁-Y₀}

其中，(X,Y)为对应第一标定板图像中任一像素点的实际图像坐标，(X’,Y’)为所述任一像素点的第一实际坐标（具体可为相较于对应感光单元所采集的起始标定点的实际物理坐标），Sx为对应感光单元的原始像素长度，dpi为线阵相机的分辨率，Dx为第一预设间距，Dy为线阵相机的触发脉冲间距，(X_i,Y_i)为参考点集中第i个点的实际图像坐标。

由此，可得到补偿块1中的各感光单元所采集的标定点的第一实际坐标，对应的坐标集为{Q_n’{P_i’|i≥0}n≥0}。

S3，根据第一补偿结果对对应补偿块进行块内相对精度补偿，得到第二补偿结果。

作为一个示例，如图7所示，根据第一补偿结果对对应补偿块进行块内相对精度补偿，得到第二补偿结果，可包括：

S301，从第一补偿结果对应的补偿块中选择一个感光单元作为基准单元；

S302，分别计算对应的补偿块中各感光单元相对基准单元的第一变换矩阵；

S303，根据第一变换矩阵得到对应第一标定板图像中的标定点相对于基准单元的第二实际坐标，并将第二实际坐标作为第二补偿结果。

具体地，参见图4，在得到补偿块1的第一补偿结果之后，可选择补偿块1中的一个感光单元为基准单元，进而可根据各感光单元的第一补偿结果计算出补偿块1中各感光单元相对于该基准单元的变换矩阵，得到n个第一变换矩阵

，该矩阵为3*3矩阵，dx为感光单元相对于基准单元在x轴方向上的平移长度，dy为感光单元相对于基准单元在y轴方向上的平移长度，θ为感光单元相对于基准单元的旋转角度。

进一步地，可通过如下公式得到补偿块1中各感光单元所采集的标定点相对于基准单元的第二实际坐标：

其中，(X’’,Y’’)为对应第一标定图像中任一像素点相对于基准单元的第二实际坐标，

为补偿块中各感光单元相对于基准单元的第一变换矩阵，X₀’对应补偿块的参考点集中第一个点经过块内线性精度补偿后的X轴坐标。

补偿块1的块内相对精度补偿结束后，可对补偿块2进行块内相对精度补偿，方法与对补偿块1的块内相对精度补偿方法相同，依次类推，直至m个补偿块的块内相对精度补偿均完成。

由此，得到m个补偿块中包含的标定板相较于各自的基准单元第一变换矩阵，最终得到m*n个第一变换矩阵，并可计算得到相应的第二实际坐标。

S4，根据第二标定板图像、对应的第二补偿结果对对应补偿块进行m-1次块间精度补偿，得到第三补偿结果。

作为一个示例，如图8所示，根据第二标定板图像、对应的第二补偿结果对对应补偿块进行m-1次块间精度补偿，得到第三补偿结果，可包括：

S401，从任意两相邻补偿块中选取一个补偿块作为基准块；

S402，根据第二标定板图像计算对应的两相邻补偿块相对于基准块的第二变换矩阵：

S403，根据第二变换矩阵得到对应补偿块所采集的标定点相对于基准块的第三实际坐标，并将第三实际坐标作为第三补偿结果。

具体地，参见图5，以相邻的补偿块1和补偿块2为例。在得到补偿块1和补偿块2的第二补偿结果之后，可将补偿块1作为基准块，并可计算出补偿块2相对于基准块的第二变换矩阵

，dx’为补偿块2相对于基准块在x轴方向上的平移长度，dy’为补偿块2相对于基准块在y轴方向上的平移长度，θ’为补偿块2相对于基准块的旋转角度。

进一步地，可通过如下公式得到对应补偿块所采集的标定点相对于基准块的第三实际坐标：

其中，(X’’’,Y’’’)为对应第二标定图像中任一像素点的第三实际坐标，(X’’,Y’’)为所述任一点像素的第二实际坐标，X₀’’为对应补偿块的参考点集中第一个点经过所述块内相对精度补偿后的X轴坐标。

需要说明的是，在进行块间精度补偿时，两相邻的补偿块1、补偿块2和两相邻的补偿块2、补偿块3，共用补偿块2，故若选择补偿块1作为基准块，则可计算出补偿块2相对于补偿块1的第二变换矩阵1，类似地，可计算出补偿块3相对于补偿块2的第二变换矩阵2。基于第二变换矩阵1和第二变换矩阵2，可得到补偿块3相对于补偿块1的第二变换矩阵。由此，可得到任意补偿块相对于补偿块1的第二变换矩阵。因此，对于m个补偿块，实质可认为是选择一个补偿块作为基准块。

S5，根据第三补偿结果对线阵相机进行精度补偿。

具体地，通过块内线性精度补偿公式计算出P’,再通过块内相对精度补偿公式计算出P’’，最后通过块间精度补偿公式计算得出图像上任意一个标定点所对应的实际的物理坐标值P’’’，达到最终的高精度测量的目的。最终实现的补偿效果可如图9所示，原始排列有偏差的感光单元经补偿后，可排列成一条直线。

综上所述，本发明实施例的线阵相机的精度补偿方法，通过将感光单元进行补偿块划分，并对各补偿块依次进行块内线性精度补偿、块内相对精度补偿和块间精度补偿，可提高线阵相机的检测精度，从而可达到将线阵相机运用于精度检测领域，比如PCB孔位精度检测机上。同时，通过小长度的标定板进行图像采集，降低了标定板的制作难度，且能够保证标定板上标定点的标定精度，有利于实现线阵相机精度补偿的准确性。

本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述的线阵相机的精度补偿方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述线阵相机的精度补偿方法对应的计算机程序被处理器执行时，可提高线阵相机的检测精度。

图10是本发明实施例的线阵相机的结构框图。

如图10所示，线阵相机100包括存储器10、处理器20和存储在存储器10上的计算机程序30，计算机程序30被处理器20执行时，实现上述的线阵相机的精度补偿方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，在其存储器存储的与上述线阵相机的精度补偿方法对应的计算机程序被处理器执行时，可提高线阵相机的检测精度，从而可达到将线阵相机运用于精度检测领域，比如PCB孔位精度检测机上。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，所述线阵相机包括N个感光单元，所述N个感光单元划分为m个补偿块，N、m均为正整数，且N＞m，所述方法包括以下步骤：

利用所述线阵相机对点阵标定板进行图像采集，得到每个所述补偿块对应的第一标定板图像和每对相邻两补偿块对应的第二标定板图像；

根据所述第一标定板图像对对应补偿块中每个感光单元进行块内线性精度补偿，得到第一补偿结果；

根据所述第一补偿结果对对应补偿块进行块内相对精度补偿，得到第二补偿结果；

根据所述第二标定板图像、对应的第二补偿结果对对应补偿块进行m-1次块间精度补偿，得到第三补偿结果；

根据所述第三补偿结果对所述线阵相机进行精度补偿。

2.如权利要求1所述的线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，所述根据所述第一标定板图像对对应补偿块中每个感光单元进行块内线性精度补偿，得到第一补偿结果，包括：

根据所述第一标定板图像，计算对应补偿块中每个感光单元所采集的所述点阵标定板上标定点的实际图像坐标；

选取所述第一标定板图像上共行且实际间距为第一预设间距的一排标定点作为参考点集，其中，所述点阵标定板中任意相邻两标定点的间距为所述第一预设间距；

根据所述参考点集和所述实际图像坐标，得到对应补偿块中每个所述感光单元所采集的标定点的第一实际坐标，并将所述第一实际坐标作为所述第一补偿结果。

3.如权利要求2所述的线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，根据如下公式得到所述第一实际坐标：

X’=i*Dx+Dx*(X-X_i)/(X_i+1-X_i)+Dx*X₀/(X₁-X₀)+Sx*25.4/dpi,

Y’=Dy*Y-Dy*{(X-X_i)*(Y_i+1-Y_i)/(X_i+1-X_i)+Y₁-Y₀},

其中，(X,Y)为对应第一标定板图像中任一像素点的实际图像坐标，(X’,Y’)为所述任一像素点的第一实际坐标，Sx为所述对应感光单元的原始像素长度，dpi为所述线阵相机的分辨率，Dx为所述第一预设间距，Dy为所述线阵相机的触发脉冲间距，(X_i,Y_i)为所述参考点集中第i个点的实际图像坐标。

4.如权利要求1所述的线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，所述根据所述第一补偿结果对对应补偿块进行块内相对精度补偿，得到第二补偿结果，包括：

从所述第一补偿结果对应的补偿块中选择一个感光单元作为基准单元；

分别计算所述对应的补偿块中各感光单元相对所述基准单元的第一变换矩阵；

根据所述第一变换矩阵得到对应第一标定板图像中的标定点相对于所述基准单元的第二实际坐标，并将所述第二实际坐标作为所述第二补偿结果。

5.如权利要求4所述的线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，通过如下公式得到所述实际坐标：

，

其中，(X’’,Y’’)为对应第一标定图像中任一像素点的第二实际坐标，

为相应感光单元相对于所述基准单元的变换矩阵，dx为所述相应感光单元相对于所述基准单元在x轴方向上的平移长度，dy为所述相应感光单元相对于所述基准单元在y轴方向上的平移长度，θ为所述相应感光单元相对于所述基准单元的旋转角度，X₀’为对应补偿块的参考点集中第一个点经过所述块内线性精度补偿后的X轴坐标。

6.如权利要求1所述的线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，所述根据所述第二标定板图像、对应的第二补偿结果对对应补偿块进行m-1次块间精度补偿，得到第三补偿结果，包括：

从任意两相邻补偿块中选取一个补偿块作为基准块；

根据所述第二标定板图像计算对应的两相邻补偿块相对于所述基准块的第二变换矩阵：

根据所述第二变换矩阵得到对应补偿块所采集的标定点相对于所述基准块的第三实际坐标，并将所述第三实际坐标作为所述第二补偿结果。

7.如权利要求6所述的线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，通过如下公式得到所述对应补偿块所采集的标定点相对于所述基准块的第三实际坐标：

，

其中，(X’’’,Y’’’)为对应第二标定图像中任一像素点的所述第三实际坐标，

为对应补偿块相对于所述基准块的变换矩阵，dx’为所述对应补偿块相对于所述基准块在x轴方向上的平移长度，dy’为所述对应补偿块相对于所述基准块在y轴方向上的平移长度，θ’为所述对应补偿块相对于所述基准块的旋转角度，X₀’’为对应补偿块的参考点集中第一个点经过所述块内相对精度补偿后的X轴坐标。

8.如权利要求1-7中任一项所述的线阵相机的精度补偿方法，其特征在于，所述点阵标定板的长度与最长补偿块的长度相当。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的线阵相机的精度补偿方法。

10.一种线阵相机，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的线阵相机的精度补偿方法。

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