CN113359382A - 适用于不同视场角相机镜头测试的装置、调节及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相机或摄像镜头测试的技术领域，具体涉及一种适用于不同视场角相机镜头测试的装置、调节及测试方法。包括高度可调的用于固定待测试相机镜头的结构件和用于放置测试卡的工作平台，所述相机中心轴处设有一垂直于相机靶面的第三旋转轴，所述相机在镜头共轭面上设有一经过镜头中心位置的第一旋转轴，所述工作平台上设有一与所述第一旋转轴平行的第二旋转轴。通过相对旋转来改变测试卡成像在视场中的位置，解决了测试卡在视场中成像位置的定位问题，和视场太大不容易测量的问题，能够在完成测试目的的情况下有效减小所需测试空间。

Description

适用于不同视场角相机镜头测试的装置、调节及测试方法

技术领域

本发明涉及相机或摄像镜头测试的技术领域，具体涉及一种适用于不同视场角相机镜头测试的装置、调节及测试方法。

背景技术

随着现代生活和制造业对成像质量要求的不断提高，相机镜头检测已经成为所有相机和镜头生产和应用上必不可少的环节。镜头测试通常包括分辨率测试、畸变测试、FOV（视场角）测试、暗角测试、色彩还原测试等。现有测试方法通常是将分辨率测试卡或畸变测试卡或其他测试参照物直接对准相机镜头，使测试卡或其他参照物置于相机视野的相应位置。

如图1表示测试卡充满整个视野，其所示镜头FOV较小，测试过程并不困难。如图2表示测试卡未充满整个视野，其所示镜头FOV较大，测试卡并不能充满整个视场，因此只能将测试卡移动到相应待测视场区域。

针对大FOV相机镜头，现有测试方法有：

方法一：找一尺寸足够大的平面，使待测卡在此平面上能够平移到任意位置；

方法二：找一尺寸足够大的平面，使待测卡铺满整个平面。

方法三：将整个平面均印刷满待测图案。

方法一的弊端是：占用场地面积较大，待测卡所在平面的平面度不好保证，待测卡所在的位置不好精确定位。

方法二除了具有方法一的弊端外，还具有需要大量测试卡、费用较高的弊端。

方法三的弊端是：由于面积过大，平面度不好保证，且印刷精度难以保证。

由于以上方法缺点的存在，就需要一种能够满足占用空间相对较小、位置定位方便实现、能够测试整个视场范围内任意位置的装置和测试方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种适用于不同视场角相机镜头测试的装置、调节及测试方法。它通过相对旋转来改变测试卡成像在视场中的位置，解决了测试卡在视场中成像位置的定位问题，和视场太大不容易测量的问题，能够在完成测试目的的情况下有效减小所需测试空间；且同一套装置可以在一定范围内兼容不同FOV和工作距离的镜头。

本发明提供了一种适用于不同视场角相机镜头测试的装置，包括高度可调的用于固定待测试相机镜头的结构件和用于放置测试卡的工作平台，所述相机中心轴处设有一垂直于相机靶面的第三旋转轴，所述相机在镜头共轭面上设有一经过镜头中心位置的第一旋转轴，所述工作平台上设有一与所述第一旋转轴平行的第二旋转轴。

较为优选的，还包括相机固定架，所述相机固定架包括竖直设置的导杆，所述相机能够可锁止的滑动配合连接于所述导杆上。

较为优选的，所述第一旋转轴和第二旋转轴位于同一个竖直平面内。

较为优选的，所述测试卡固定于所述工作平台上，且测试卡中心与相机镜头的光轴重合。

较为优选的，还包括用于驱动相机绕第一旋转轴旋转的第一驱动电机、用于驱动工作平台绕第二旋转轴旋转的第二驱动电机和用于驱动相机绕第三旋转轴旋转的第三驱动电机，所述第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机的控制信号输入端均连接至一控制单元。

较为优选的，所述测试卡采用粘贴或夹持的方式固定于所述工作平台上。

较为优选的，所述第一旋转轴为阻尼旋转器，所述阻尼旋转器通过锁紧卡环套设于所述导杆上，并通过拧紧螺栓固定。

本发明还提供一种适用于不同视场角相机镜头测试的装置的调节方法，其技术方案为：

将相机靶面对角线映射到物面；

调节第三旋转轴，使相机靶面对角线位于与第一旋转轴垂直的平面内；

同步调节第一旋转轴和第二旋转轴，使所述第二旋转轴位于物方空间中的测试点位置处；

调节相机高度，使第二旋转轴位于所述测试点位置处时视野清晰。

较为优选的，所述调节方法还包括：

调节相机，使所述第二旋转轴位于镜头中心；

调节相机高度，若第二旋转轴在镜头视野中的位置发生变化，则沿着镜头光轴方向对相机位置进行调整，直至调节相机高度时，第二旋转轴在镜头视野中的位置保持不变。

本发明还提供一种测试方法，其技术方案为：

所述测试方法用于相机靶面对角线对应的镜头场曲测试，所述测试方法包括如上所述的调节方法，所述测试方法还包括：

获取各个测试点的工作距离；

根据各个测试点的工作距离拟合出相机靶面对角线处的场曲。

本发明还提供一种测试方法，其技术方案为：

所述测试方法用于镜头分辨率测试，所述测试方法包括如上所述的调节方法，所述测试方法还包括：

采集图像，得到各个所述测试点的分辨率；

计算各测试点的分辨率中最大值与最小值的差值，若所述差值小于预设值，则判断镜头分辨率满足要求。

本发明的有益效果为：

1、本装置在镜头共轭面上设有一经过镜头中心位置的第一旋转轴，在相机中心轴处设置垂直于相机靶面的第三旋转轴，在工作台设置第二旋转轴。能根据待测试相机的视场角大小，实现相机倾角、相机绕光轴旋转角度，工作平台俯仰角度、相机高度调节，从而使测试卡能出现在相机视野任意位置。使同一套装置可以在一定范围内兼容不同FOV和工作距离的镜头，同时在完成测试目的的情况下有效减小所需测试空间。

2、本装置调节时，将相机靶面对角线映射到物面，并调节第三旋转轴，使相机靶面对角线位于与第一旋转轴垂直的平面内，同步调节第一旋转轴和第二旋转轴，可以使所述第二旋转轴位于对角线上任意测试点位置。该调节方式能使测试卡出现在相机视野任意位置，从而实现一个装置兼容不同FOV和工作距离的镜头测试。

3、在测试前，或更换相机后，通过调节相机，使第二旋转轴位于镜头中心，并沿着镜头光轴方向对相机位置进行调整，使调节相机高度时，第二旋转轴在镜头视野中的位置保持不变。该调节方式能实现相机初始位的校准，保证相机测试数据的准确性。

附图说明

图1为现有小视场角相机测试时测试卡充满整个视野示意图；

图2为现有大视场角相机测试时测试卡未充满整个视野示意图；

图3为本发明相机与工作平台初始位置示意图；

图4为本发明相机与工作平台调节示意图；

图5为本发明测试点在相机靶面对角线上的分布示意图；

图6为本发明测试点与镜头视场角的分割示意图；

图7为本发明测试视场坐标（100，100）处分辨率的相机靶面示意图；

图8为本发明对装置进行校准的目标位置示意图。

图中：1-相机，2-工作平台，3-测试卡，4-绕旋转轴O1，5-旋转轴O2，6-旋转轴O3，7-导杆，8-相机靶面，9-相机靶面对角线，10-测试点。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本方案提供了一种适用于不同视场角相机镜头测试的装置，包括高度可调的用于固定待测试相机镜头的结构件和用于放置测试卡3的工作平台2，所述相机1中心轴处设有一垂直于相机1靶面的旋转轴O3 6（即第三旋转轴），该旋转轴位于XOY平面内。所述相机1在镜头共轭面上设有一经过镜头中心位置的旋转轴O1 4（即第一旋转轴），所述工作平台2上设有一与所述旋转轴O1 4平行的旋转轴O2 5（即第二旋转轴）。

所述相机1固定架包括竖直设置的导杆7，所述相机1能够可锁止的滑动配合连接于所述导杆7上，导杆7的方向沿Y轴方向。

所述旋转轴O2 5、旋转轴O1 4位于YOZ平面内，其中，YOZ平面为与XOY平面垂直的竖直平面，即两个旋转轴具有相同的X坐标。除了YOZ平面，旋转轴O2 5、旋转轴O1 4还可以在任意一个竖直面内，只要保证在同一个竖直平面，一上一下布置即可。

该实施例中，相机绕旋转轴O1 4、旋转轴O3 6以及沿导杆7滑动的高度、工作平台2绕旋转轴O2 5的旋转角度均通过手动调节。

该实施例中，所述测试卡3固定于所述工作平台2上，且测试卡3的中心与相机镜头的光轴重合。为实现测试卡3的固定，可将测试卡3采用粘贴的方式设置在工作平台2上，并在粘贴时保证测试卡3的中心与相机镜头的光轴重合。测试卡还可通过夹具夹持固定于工作平台2上，方便更换。

测试卡3除固定于以上位置，还可根据测试卡大小等参数，将其固定于其它位置。其中，测试卡3可以是分辨率卡，也可以是棋盘格、菲琳卡、平板电脑。一切可用于相机及镜头测试的载体均可作为本方案中的测试卡3使用。

本方案还提供了一种相机与相机固定架的固定方式。

相机固定架设有一竖直导杆7，相机1的旋转轴O1 4采用阻尼旋转器连接相机，实现相机2绕旋转轴O1 4阻尼旋转。阻尼旋转器通过锁紧卡环套设于导杆7上，并通过拧紧螺栓拧紧。通过调节拧紧螺栓的松紧，能实现相机2在导杆7上的高度。

本方案除了采用导杆7的形式，还可以采用其余方式固定相机1，只要能实现相机1的高度可调即可。该高度可调根据具体的连接结构，可以是电驱动，也可以手动调节。

本方案还提供了一种电驱动调节形式，其中，相机绕旋转轴O1 4、旋转轴O3 6以及相机的高度调节、工作平台2绕旋转轴O2 5的旋转角度均通过驱动电机进行调节。

为实现电机驱动，本实施例还包括用于驱动相机1绕旋转轴O1 4旋转的第一驱动电机、用于驱动工作平台2绕旋转轴O2 5旋转的第二驱动电机和用于驱动相机1绕旋转轴O36旋转的第三驱动电机，所述第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机的控制信号输入端均连接至一控制单元。

本方案中，相机的工作距离wd=Hz*cosθ，工作距离指在此特指镜头工作的物方距离，文中提到的工作距离皆是如此。θ为O1轴旋转的角度，在工作距离下进行测试，相机具有清晰的视野。相机测试前，位于初始位置，此时θ为0，旋转轴O2 5位于相机光轴与工作平台的交点处。当θ=α时，相机镜头的视场边缘恰好位于旋转轴O2上。同样的，通过调节θ、Hz以及O3的旋转角度，可以在一定工作距离下，使O2轴位置处于视场中的任意位置。

实施例一

本实施例提供了一种用于测试一款未知镜头在1000mm工作距下的最大视野的方法，该方法包括：

在镜头光轴竖直状态下，调节镜头的高度，使Hz=1000mm，如图3所示；

调节对焦环使镜头处于最佳成像状态；

缓慢转动O1轴角度θ（O2轴同步转动θ），同时调节调节镜头的高度，使Hz =1000/cosθ，直至O2轴恰好离开视场，记录θ值，此时θ=α，如图4所示，即2θ即为视场全角。

由于相机靶面一般情况下为方形，对于方形的相机靶面，还包括对O3轴旋转一定角度，使相机靶面对角线方向沿着X轴方向。

本方案还提供了一种调节方法，该方法包括：

将相机靶面对角线映射到物面，得到测试点在物方空间的分布坐标；

调节第三旋转轴，使相机靶面对角线位于与第一旋转轴垂直的平面内；

同步调节第一旋转轴和第二旋转轴，使所述第二旋转轴位于所述测试点位置处；

调节相机高度，使第二旋转轴位于所述测试点位置处时视野清晰。

本方案还提供了一种对相机靶面对角线场曲进行测试的方法，该方法包括：

在相机靶面对角线上设置若干个测试点；

计算相机在工作距离下的像面对角线在物面对应的长度；

以所述成像对角线与所述相机靶面对角线重合为目标，得到测试点在视野中的分布坐标；

调节旋转轴O3，使相机靶面对角线位于与旋转轴O1垂直的平面内；

根据各测试点在视野中的分布坐标，同步调节旋转轴O1和旋转轴O2，使所述旋转轴O2依次与各个分布坐标重合；

调节相机高度，使旋转轴O2与所述分布坐标重合时具有清晰的视野，得到各个测试点的工作距离；

根据各个测试点的工作距离拟合出相机靶面对角线处的场曲。

实施例二

为对相机靶面对角线对应的镜头场曲测试进行说明，本实施例提供了一种测试已知最大视场角为60°的镜头在1000mm工作距下的场曲（测成像对角线五个点即可）的方法，其包括：

在相机靶面对角线上设置5个测试点，其中，第三个点位于中心，如图5所示；

计算相机在工作距离下的像面对角线在物面对应的长度，最大视场角为60°的镜头在1000mm工作距下像面对角线在物面对应的长度为2*1000*tan30°=1154mm；

将靶面对角线上的五个点映射到物面上，则共轭面中心（即O1点）与物面上五个测试点的连线，可将视场角等分为4个大小为e°的角度，如图6所示；

调节旋转轴O3，使相机靶面对角线位于与旋转轴O1垂直的平面内，即使相机靶面对角线与X轴重合；

根据各测试点在视野中的分布坐标，同步调节旋转轴O1和旋转轴O2，使所述旋转轴O2依次与各个分布坐标重合，即使旋转轴O2分别处于5个测试点位置；

调节相机高度，使旋转轴O2与所述分布坐标重合时具有清晰的视野，得到各个测试点的工作距离；在每一个测试点处，将视野最清晰时对应的相机的高度分别即为Hz1、Hz2、Hz3、Hz4、 Hz5，则在各个测试点出可以通过公式wd=Hz*cosθ计算出当前测试位置的工作距离。其中，θ分别为2e°、e°、0°、e°、2 e°，5个测位置的工作距离分别为wd1、wd2、wd3、wd4、wd5；

根据5个工作距离可以拟合出相机靶面对角线处的场曲。

本发明还提供一种测试方法，其技术方案为：

所述测试方法用于镜头分辨率测试，所述测试方法包括如上所述的调节方法，所述测试方法还包括：

采集图像，得到各个所述测试点的分辨率；

计算各测试点的分辨率中最大值与最小值的差值，若所述差值小于预设值，则判断镜头分辨率满足要求。

其中，此处的满足要求根据不同的应用场景，可以是指满足镜头理论分辨率，也可指满足镜头的使用需求。

实施例三

如图7所示，本实施例提供了一种测试已知在1000mm工作距下，成像画面尺寸为400*400的相机镜头，测试视场坐标（100，100）处的分辨率的方法，其包括：

调节旋转轴O3旋转45°，使相机靶面对角线位于与旋转轴O1垂直的平面内，即使相机靶面对角线与X轴重合；

同步调节旋转轴O1和旋转轴O2，使所述旋转轴O2位于测试点处；

其中，θ=tan^-1（100√2/1000）；

然后调节Hz（即调节相机高度，此时O2轴仍然处于坐标（100，100）处），使Wd=1000，此时即可测出（100，100）点处的分辨率。

本方案还提供了一种在进行测试前，或更换相机、镜头后，对装置进行校准的方法，其包括：

调节相机，使所述第二旋转轴位于镜头中心；

调节相机高度，若第二旋转轴在镜头视野中的位置发生变化，则沿着镜头光轴方向对相机位置进行调整，直至调节相机高度时，第二旋转轴在镜头视野中的位置保持不变。

实施例四

该实施例提供了一种对装置进行校准的方法，该校准的目的为：

1、保证初始位置时，O2轴能成像在镜头中心处。

2、保证在O1轴旋转一定角度后，镜头沿Y轴上下移动时，O2轴在相机视野内成像的位置不变。

针对第一个目的，可在镜头光轴垂直向下时，通过边调节相机位置边观察成像的方式来进行校准。

针对第二个目的，可通过以下方式进行校准：

首先在视野中找到参照点，例如把O2点成像在视野的边界上某一处；

然后沿Y轴上下移动相机，观察O2点在镜头视野中位置是否发生变化；

如果发生变化，则沿着镜头光轴方向对相机镜头进行移动调整，直至沿Y轴上下移动时O2轴在相机视野内成像的位置不变时，完成校准，如图8所示。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述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，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于不同视场角相机镜头测试的装置，其特征在于：包括高度可调的用于固定待测试相机镜头的结构件和用于放置测试卡（3）的工作平台（2），相机（1）中心轴处设有一垂直于相机（1）靶面的第三旋转轴（6），所述相机（1）在镜头共轭面上设有一经过镜头中心位置的第一旋转轴（4），所述工作平台（2）上设有一与所述第一旋转轴（4）平行的第二旋转轴（5）。

2.根据权利要求1所述的适用于不同视场角相机镜头测试的装置，其特征在于：还包括相机固定架，所述相机固定架包括竖直设置的导杆（7），所述相机（1）能够可锁止的滑动配合连接于所述导杆（7）上。

3.根据权利要求1所述的适用于不同视场角相机镜头测试的装置，其特征在于：所述第一旋转轴（4）和第二旋转轴（5）位于同一个竖直平面内。

4.根据权利要求1所述的适用于不同视场角相机镜头测试的装置，其特征在于：所述测试卡（3）固定于所述工作平台（2）上，且测试卡（3）中心与相机镜头的光轴重合。

5.根据权利要求1所述的适用于不同视场角相机镜头测试的装置，其特征在于：还包括用于驱动相机（1）绕第一旋转轴（4）旋转的第一驱动电机、用于驱动工作平台（2）绕第二旋转轴（5）旋转的第二驱动电机和用于驱动相机（1）绕第三旋转轴（6）旋转的第三驱动电机，所述第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机的控制信号输入端均连接至一控制单元。

6.根据权利要求2所述的适用于不同视场角相机镜头测试的装置，其特征在于：所述第一旋转轴（4）为阻尼旋转器，所述阻尼旋转器通过锁紧卡环套设于所述导杆（7）上，并通过拧紧螺栓固定。

7.一种如权利要求1所述装置的调节方法，其特征在于，所述调节方法包括：

将相机靶面对角线映射到物面；

调节第三旋转轴，使相机靶面对角线位于与第一旋转轴垂直的平面内；

同步调节第一旋转轴和第二旋转轴，使所述第二旋转轴位于物方空间中的测试点位置处；

调节相机高度，使第二旋转轴位于所述测试点位置处时视野清晰。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调节方法还包括：

调节相机，使所述第二旋转轴位于镜头中心；

调节相机高度，若第二旋转轴在镜头视野中的位置发生变化，则沿着镜头光轴方向对相机位置进行调整，直至调节相机高度时，第二旋转轴在镜头视野中的位置保持不变。

9.一种相机镜头测试方法，其特征在于，所述测试方法用于相机靶面对角线对应的镜头场曲测试，所述测试方法包括如权利要求7所述的调节方法，所述测试方法还包括：

获取各个测试点的工作距离；

根据各个测试点的工作距离拟合出相机靶面对角线处的场曲。

10.一种相机镜头测试方法，其特征在于，所述测试方法用于镜头分辨率测试，所述测试方法包括如权利要求7所述的调节方法，所述测试方法还包括：

采集图像，得到各个所述测试点的分辨率；

计算各测试点的分辨率中最大值与最小值的差值，若所述差值小于预设值，则判断镜头分辨率满足要求。

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