CN113538564A - 相机模块的对位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种相机模块的对位方法。首先，提供具有多个被摄特征点的参考图形，接着，使相机模块对参考图形进行拍摄，再利用相机模块的内部参数矩阵以及外部参数矩阵获得相机模块的安装位置以及安装姿态，其中，当相机模块对参考图形进行拍摄而于相机模块的成像平面上形成图像时，图像中的至少一图像特征点与其相应的被摄特征点之间符合由内部参数矩阵以及外部参数矩阵所构成的标准对应关系。

Description

相机模块的对位方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种相机模块的对位方法。

背景技术

近年来，随着电子工业的演进以及工业技术的蓬勃发展，各种电子装置设计及开发的走向逐渐朝轻便、易于携带的方向开发，以利使用者随时随地应用于移动商务、娱乐或休闲等用途。举例来说，各式各样的相机模块正广泛应用于各种领域，例如智能手机、穿戴式电子装置等便携式电子装置，其具有体积小且方便携带的优点，人们得以于有使用需求时随时取出进行影像获取并存储，或进一步通过移动网络上传至网际网络之中，不仅具有重要的商业价值，更让一般大众的日常生活增添色彩。

再者，随着生活品质的提升，人们对于影像呈现有更多的诉求，举例来说，人们希望所获得的是高分辨率及/或广角的影像，再举例来说，人们希望所获得的影像可为3D立体影像，又举例来说，人们希望便携式电子装置可提供高倍的光学变焦功能，然而，现有仅配置单一相机模块的便携式电子装置并不容易达到上述的诉求，因此配置有多个相机模块的便携式电子装置被提出。

值得注意的是，无论便携式电子装置中所配置的相机模块的数量是单个还是多个，每一相机模块是否被安装至正确的安装位置并处于正确的安装姿态会是影响相机模块的成像品质的重要因素。是以，生产线上的产线人员于安装相机模块前会先进行相机模块的对位程序，现有的作法是利用第三方相机以自动光学检测(Automated OpticalInspection,AOI)的识别方式来进行，而上述作法会因相机模块的机构面的公差而有失精准；另一作法是利用相机模块经由拍摄背光板所获取的光轴中心来调校相机模块的安装姿态，并配合相机模块拍摄参考图形(Test Chart)来进行安装位置的对位，而上述作法是一种不定量的对位方式，可能要经历多次地错误尝试才得以完成对位程序。

根据以上的说明，现有相机模块的对位方法具有改善的空间。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种相机模块的对位方法，特别是一种利用相机模块的内部参数矩阵以及外部参数矩阵而获得相机模块的安装位置以及安装姿态的对位方法。

于一优选实施例中，本发明提供一种相机模块的对位方法，包括：

(S1)提供具有多个被摄特征点的一参考图形；以及

(S2)使一相机模块对该参考图形进行拍摄，并利用该相机模块的一内部参数矩阵以及一外部参数矩阵获得该相机模块的一安装位置以及一安装姿态；其中，当该相机模块对该参考图形进行拍摄而于该相机模块的一成像平面上形成一图像时，该图像中的至少一图像特征点与其相应的该被摄特征点之间符合由该内部参数矩阵以及该外部参数矩阵所构成的一标准对应关系。

于一优选实施例中，每一该被摄特征点具有以一世界坐标系标示的一世界坐标，而且每一该图像特征点具有以一成像平面坐标系标示的一图像坐标。

于一优选实施例中，该标准对应关系满足下列关系式：

q＝K[R|T]Q；

其中，q为以该成像平面坐标系表示的该图像坐标，K为该受测相机模块的一内部参数矩阵，[R|T]为该受测相机模块的一外部参数矩阵，Q为以该世界坐标系表示的该世界坐标。

于一优选实施例中，该内部参数矩阵K表示如下：

其中，f为该受测相机模块的焦距，u₀与v₀为以该成像平面坐标系标示的一图像中心坐标。

于一优选实施例中，该外部参数矩阵[R|T]表示如下：

其中，R为一旋转矩阵，T为平移矩阵。

于一优选实施例中，该步骤(S2)包括：先使该相机模块于一初始位置并以一初始姿态对该参考图形进行拍摄而于该成像平面上形成该图像，再利用该内部参数矩阵、该外部参数矩阵以及每一该图像特征点的该图像坐标而将该初始位置以及该初始姿态校正至该安装位置以及该安装姿态。

于一优选实施例中，该参考图形为一棋盘格图形，且该多个被摄特征点分别为棋盘格图形中的多个角点。

于一优选实施例中，该内部参数矩阵以及该外部参数矩阵是经由组装品质合格的一标准相机模块分别于不同位置以及不同角度对该参考图形进行拍摄后而获得。

附图说明

图1：为本发明相机模块的对位方法中所采用的参考图形的一优选概念示意图。

图2：为本发明相机模块的对位方法中的相机模块对参考图形进行拍摄的一优选场景示意图。

图3：为图2所示场景中的世界坐标投影转换为图像坐标的一优选概念示意图。

图4：为本发明相机模块的对位方法的一优选流程方框示意图。

图5：为本发明相机模块的对位方法中的相机模块对参考图形进行拍摄的另一优选场景示意图。

附图标记说明：

1 参考图形 2 相机模块

2’ 相机模块 11’ 被摄特征点

3 图像 11 被摄特征点

20 成像平面 31 图像特征点

D 距离 Q 世界坐标

q 图像坐标 S1 步骤

S2 步骤 u 成像平面坐标系的坐标轴

v 成像平面坐标系的坐标轴 X 世界坐标系的坐标轴

Y 世界坐标系的坐标轴 Z 世界坐标系的坐标轴

具体实施方式

本发明的实施例将通过下文配合相关附图进一步加以解说。尽可能的，于附图与说明书中，相同标号是代表相同或相似构件。于附图中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于附图中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中技术人员所知的形态。本领域的技术人员可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。

请参阅图1～图2，图1为本发明相机模块的对位方法中所采用的参考图形的一优选概念示意图，图2为本发明相机模块的对位方法中的相机模块对参考图形进行拍摄的一优选场景示意图，图3为图2所示场景中的世界坐标投影转换为图像坐标的一优选概念示意图。参考图形1具有多个被摄特征点11，且于本优选实施例中，参考图形1为棋盘格图形，而该些被摄特征点11分别为棋盘格图形中的多个角点(为了清楚示意，图1中仅标示其中两个被摄特征点)，亦即任二相邻黑色方格的交叉点或任二相邻白色方格的交叉点。此外，每一被摄特征点11具有以一世界坐标系(参见图3，坐标轴分别为X、Y、Z的坐标系)标示的世界坐标。

再者，当一相机模块2于一拍摄位置并以一拍摄姿态对参考图形1进行拍摄时，相机模块2的成像平面20上会形成一图像3(参见图3)。其中，图像3中具有分别相应于参考图形1的多个被摄特征点11的多个图像特征点31(为了清楚示意，图3中仅标示一个被摄特征点11及与其相对应的图像特征点31)，且每一图像特征点31具有以一成像平面坐标系(坐标轴分别为u、v的坐标系)标示的图像坐标，而每一图像特征点31与其相应的被摄特征点11之间是符合一标准对应关系。

于一优选实施例中，上述所提的标准对应关系应满足下列关系式：

q＝K[R|T]Q；

其中，q为以成像平面坐标系表示的图像特征点31的图像坐标，K为相机模块2的内部参数矩阵，[R|T]为相机模块2的外部参数矩阵，Q为以世界坐标系表示的被摄特征点11的世界坐标。

优选者，内部参数矩阵K以及外部参数矩阵[R|T]可分别被表示如下：

其中，f为相机模块2的焦距，u₀与v₀为以成像平面坐标系标示的图像中心坐标，而R与T分别为旋转矩阵以及平移矩阵。于一优选实施例中，内部参数矩阵K以及外部参数矩阵[R|T]是经由相机模块2分别于不同位置以及不同角度对参考图形进行数次拍摄并通过最大概似法(maximum likelihood estimation,MLE)估算后而获得，而上述内部参数矩阵K以及外部参数矩阵[R|T]的获得方式为本领域技术人员所知悉，故在此即不再予以赘述，且内部参数矩阵K以及外部参数矩阵[R|T]的获得方式亦不以上述为限。

根据以上的说明可知，对于参考图形1上的同一个被摄特征点11而言，若相机模块2于不同的拍摄位置并以不同的拍摄姿态对参考图形1进行拍摄时，图像3中相应于该同一个被摄特征点11的图像特征点31会呈现在不同的图像坐标上，而在参考图形1为固定的情况下，图像特征点31的图像坐标可利用相机模块2的内部参数矩阵K以及外部参数矩阵[R|T]所构成的标准对应关系而获得。此外，若相机模块2于组装的过程中被精确地对位，即相机模块2处于正确的安装位置以及正确的安装姿态，则当相机模块2对参考图形1进行拍摄时，相机模块2所获得的图像3上的每一图像特征点31应位在特定的图像坐标(以下称正确的图像坐标)上。

接下来说明本公开相机模块的对位方法。请参阅图4，其为本发明相机模块的对位方法的一优选流程方框示意图。首先，执行步骤S1，提供具有多个被摄特征点11的参考图形1；接着，使相机模块2对参考图形1进行拍摄，并利用相机模块1的内部参数矩阵K以及外部参数矩阵[R|T]获得相机模块2的安装位置以及安装姿态。

于一优选实施例中，上述步骤S2包括：使相机模块2于一初始位置并以一初始姿态对参考图形1进行拍摄而于其成像平面20上形成图像3，若图像3中的图像特征点31的图像坐标为正确的图像坐标，则相机模块2的初始位置以及初始姿态分别为正确的安装位置以及正确的安装姿态，而倘若图像3中的图像特征点31的图像坐标并非是正确的图像坐标，则可利用相机模块2的内部参数矩阵K、外部参数矩阵[R|T]以及图像特征点31的图像坐标与其正确的图像坐标的相对位置关系而将初始位置以及初始姿态分别校正至正确的安装位置以及正确的安装姿态。

当然，本公开相机模块的对位方法不仅局限在单一相机模块2的安装对位上，也可应用于多个相机模块2、2’的安装对位，亦即每一相机模块2、2’可分别经由上述相机模块的对位方法而被安装后至正确的安装位置并处于正确的安装姿态，其安装对位情境如图5所示，进而该些相机模块2、2’彼此之间亦具有正确的相对距离D。此外，任二被对位的相机模块2、2’不限定为同一类的相机模块，亦即不同的相机模块2、2’可能因搭配不同的光学元件而各自具有不同的光学视角、内部参数矩阵以及外部参数矩阵。

于另一优选实施例中，参考图形1中还包括位在特定位置的被摄特征点11’，当图5所示的两个相机模块2、2’拍摄参考图形1后，相机模块2可经由其内部参数矩阵以及外部参数矩阵获得成像在其成像平面上的图像中相应于被摄特征点11’的图像特征点的图像坐标q1，而相机模块2’亦可经由其内部参数矩阵以及外部参数矩阵获得成像在其成像平面上的图像中相应于被摄特征点11’的图像特征点的图像坐标q2；其中，通过计算图像坐标q1以及图像坐标q2的差异可获得相机模块2、2’彼此之间的相对位置关系，进而据以将相机模块2、2’安装后至正确的安装位置并处于正确的安装姿态。此外，虽然上述被摄特征点11’是位在参考图形1中心处，但不比上述为限，本领域技术人员可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用以限定本发明的权利要求，因此凡其它未脱离本发明所公开的构思下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本公开的权利要求内。

Claims (8)

1.一种相机模块的对位方法，包括：

(S1)提供具有多个被摄特征点的一参考图形；以及

(S2)使一相机模块对该参考图形进行拍摄，并利用该相机模块的一内部参数矩阵以及一外部参数矩阵获得该相机模块的一安装位置以及一安装姿态；其中，当该相机模块对该参考图形进行拍摄而于该相机模块的一成像平面上形成一图像时，该图像中的至少一图像特征点与其相应的该被摄特征点之间符合由该内部参数矩阵以及该外部参数矩阵所构成的一标准对应关系。

2.如权利要求1所述的相机模块的对位方法，其中每一该被摄特征点具有以一世界坐标系标示的一世界坐标，而且每一该图像特征点具有以一成像平面坐标系标示的一图像坐标。

3.如权利要求2所述的相机模块的对位方法，其中该标准对应关系满足下列关系式：

q＝K[R|T]Q；

其中，q为以该成像平面坐标系表示的该图像坐标，K为该内部参数矩阵，[R|T]为该外部参数矩阵，Q为以该世界坐标系表示的该世界坐标。

4.如权利要求3所述的相机模块的对位方法，其中该内部参数矩阵K表示如下：

其中，f为该相机模块的焦距，u₀与v₀为以该成像平面坐标系标示的一图像中心坐标。

5.如权利要求3所述的相机模块的对位方法，其中该外部参数矩阵[R|T]表示如下：

其中，R为一旋转矩阵，T为平移矩阵。

6.如权利要求2所述的相机模块的对位方法，其中该步骤(S2)包括：

使该相机模块于一初始位置并以一初始姿态对该参考图形进行拍摄而于该成像平面上形成该图像；以及

利用该内部参数矩阵、该外部参数矩阵以及每一该图像特征点的该图像坐标而将该初始位置以及该初始姿态校正至该安装位置以及该安装姿态。

7.如权利要求1所述的相机模块的对位方法，其中该参考图形为一棋盘格图形，且所述多个被摄特征点分别为棋盘格图形中的多个角点。

8.如权利要求1所述的相机模块的对位方法，其中该内部参数矩阵以及该外部参数矩阵是经由组装品质合格的一标准相机模块分别于不同位置以及不同角度对该参考图形进行拍摄后而获得。

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