CN114795079B - 一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法及装置 - Google Patents

一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法及装置，方法包括使多组摄像模组对分辨率测试图卡成像，获取多个摄像模组的多组分辨率示数，匹配其中分辨率示数相近的两个摄像模组作为待校准模组。使两个待校准模组对样本卡成像，获取两个成像图像，在成像图像中选取若干个位置对应的参考点，获取两组参考点的位置坐标，获取两组位置坐标的坐标差，根据坐标差数值调整两个待校准模组的姿态，直至各个坐标差数值满足预设的区间且分布均匀。装置用于实现上述方法。本公开可确保两个摄像模组具有相近的清晰度，且能保证两个摄像模组具有准确的水平间距、垂直高度差和共面度，有利于提高医用内窥镜双摄模组的成像效果和使用体验。

Description

一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法及装置
技术领域
本公开涉及医用内窥镜校准领域，具体涉及一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法及装置。
背景技术
双摄模组是指带有两个摄像头的摄像模组，医用内窥镜产品中的双摄模组，目前主要采用共基板和共支架两种组装方法，共基板是指将两个摄像头芯片共同放在同一块基板上进行固定，该方法的优点在于两个摄像头芯片可以位于同一平面上，缺点是加工难度大导致其良品率较共支架的方法低。
共支架方法是将两个摄像头芯片安装在同一支架上，校准调节两个摄像头芯片的姿态，使两者的镜头面位于同一平面上，共支架的优点在于加工难度低、良品率较高，是更常采用的双摄模组组装方法，但目前由于缺乏精准的校准方式，多采用目测法对两个摄像头芯片进行校准，这会导致校准的精度不足，难以保证两个摄像头芯片的水平间距、垂直高度差、共面度等参数，这会导致组装的双摄模组的精度不足，影响双摄模组的成像效果和使用，另一方面也会影响医用内窥镜产品品质的稳定性。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的之一在于提供一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，目的之二在于提供一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准装置。本公开可基于共支架方法对摄像模组进行匹配校准，以确保两个摄像模组在景深内具有相近的清晰度，且能保证两个摄像模组具有准确的水平间距、垂直高度差和共面度，有利于提高医用内窥镜双摄模组的成像效果和使用体验，也有利于提高医用内窥镜产品品质的一致性和稳定性。
本公开所述的一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，包括以下步骤：
S01、安装待匹配的摄像模组并调节摄像模组的姿态，使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面；
S02、在所述图卡安装面处安装分辨率测试图卡，调焦使摄像模组对所述分辨率测试图卡成像清晰；
S03、调节摄像模组与所述分辨率测试图卡的间距，获取摄像模组对所述分辨率测试图卡在不同间距处成像画面的若干个分辨率示数，拆下该摄像模组，取下一个待匹配的摄像模组；
S04、重复步骤S01～S03，获取关于多个摄像模组的多组分辨率示数，比对所述多组分辨率示数，匹配分辨率示数相近的两个摄像模组作为待校准模组；
S05、安装两个所述待校准模组，并在两个所述待校准模组的前方安装样本卡，使两个所述待校准模组分别对所述样本卡成像，获取两个所述待校准模组的成像图像；
所述样本卡为黑白间色的矩形方格卡，其卡面设有m行*n列的矩形格；
S06、在所得两个成像图像中分别选取若干个位置相对应的参考点，所述参考点为所述矩形方格卡的所有内部交点，将两个待校准模组的成像图像转换为灰度图，检测获得灰度图中矩形方格卡的所有内部交点的位置坐标，分别记为集合SA和集合SB，其中：
Figure GDA0004080404660000021
集合SA表示所得其中一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
Figure GDA0004080404660000022
集合SB表示所得另一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
S07、将所述集合SA与集合SB相减，获得关于所述集合SA与集合SB的差集SC，其中：
Figure GDA0004080404660000023
Figure GDA0004080404660000024
将两个待校准模组的成像图像做alpha叠加显示，将所述差集SC的各个坐标差标注在叠加图像中对应的内部交点的旁侧；
S08、根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于预设的第一区间ix，所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于预设的第二区间iy，所述差集SC的各个坐标差数值在图像上分布均匀，且集合SA与集合SB中对应行列的坐标点数值分布规律相同时，两个待校准模组校准完成；
其中，根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态具体为：
当所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)中的至少一个不属于所述第一区间ix时，沿水平方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于所述第一区间ix；
当所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)中的至少一个不属于所述第二区间iy时，沿垂直方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于所述第二区间iy；
当所得
Figure GDA0004080404660000031
且d不接近于1时，沿前后方向移动其中一个待校准模组，直至d接近于1；
当位于同一行的各个Δx均沿水平方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Y方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各行的Δx的数值均在水平方向上分布均匀；
当位于同一列的各个Δy均沿垂直方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各列的Δy的数值均在垂直方向上分布均匀；
使
Figure GDA0004080404660000032
当所得tanθ不接近于0时，沿Y-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至所得tanθ接近于0。
优选地，所述步骤S01中，使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面具体为：
在所述图卡安装面上安装调焦图卡，所述调焦图卡朝向摄像模组的面上设有至少一组直角边；
使摄像模组对所述调焦图卡成像，在成像画面中设置十字形的辅助线，移动所述摄像模组，使所述辅助线的交点位置与所述调焦图卡的直角边顶点重合，并使所述辅助线的两条交线与分别与两直角边对齐，沿垂直于所述图卡安装面的方向移动所述调焦图卡，观察所述辅助线与所述直角边的重合情况，若所述辅助线与所述直角边始终保持重合，则所述摄像模组的镜头面平行于图卡安装面，否则调整摄像模组的位置，直至使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面。
优选地，所述步骤S02中，所述分辨率测试图卡具体为USAF-1951分辨率测试图卡，其表面设有五个分辨率测试图样，其中四个所述分辨率测试图样分别位于卡面的四角处，另一个所述分辨率测试图样位于卡面的中心位置；
所述调焦使摄像模组对所述分辨率测试图卡成像清晰具体为：
将所述分辨率测试图卡移动至摄像模组的远景深位置，对摄像模组调焦使摄像模组成像清晰，观察成像图像中四角处的四个分辨率测试图样的分辨率示数p，选取其中的最大值pmax和最小值pmin，则四个所述分辨率示数p应满足pmax-pmin≤2。
优选地，所述步骤S03具体为：
在摄像模组的近景深位置到远景深位置之间设置n个成像点，所述n个成像点将近景深位置与远景深位置之间划分为n+1段等距的间隔，将所述分辨率测试图卡分别移动至所述近景深位置、所述远景深位置及各个所述成像点处，并使摄像模组对应成像，获得n+2张摄像模组对分辨率测试图卡的成像图像，分别读取所得n+2张成像图像中心位置的分辨率测试图样的分辨率示数，记为p1、p2...pn+2，以所述近景深位置为起点，记录各个成像点、所述远景深位置与所述近景深位置之间的间距，根据所得分辨率示数和间距，形成关于该摄像模组的间距-分辨率示数曲线，然后拆下该摄像模组，取下一个待匹配的摄像模组。
优选地，所述步骤S04中：
多个摄像模组在成像时采用相同的近景深位置、远景深位置及成像点，获取关于多个摄像模组在相同成像位置的多组分辨率示数，计算各组所述分辨率示数的平均值，分别记为
Figure GDA0004080404660000041
选取其中差值最小的两个摄像模组作为待校准模组。
优选地，所述第一区间ix＝[l-e1，l+e1]，其中l表示两摄像模组的标定水平间距，e1表示水平间距上的允许误差；所述第二区间iy＝[-e2，e2]，其中e2表示垂直高度差上的允许误差。
本公开还提供了一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准装置，包括：
第一固定模块，所述第一固定模块用于安装分辨率测试图卡和待匹配的摄像模组，且用于带动分辨率测试图卡和/或摄像模组移动，以调节摄像模组与所述分辨率测试图卡的间距；
第二固定模块，所述第二固定模块用于安装两个所述待校准模组和样本卡，且用于调整待校准模组的相对姿态；所述样本卡为黑白间色的矩形方格卡，其卡面设有m行*n列的矩形格；
处理模块，所述处理模块与摄像模组信号连接，所述处理模块用于获取摄像模组对所述分辨率测试图卡在不同间距处成像画面的若干个分辨率示数，并在获取关于多个摄像模组的多组分辨率示数，比对所述多组分辨率示数，匹配分辨率相近的两个摄像模组作为待校准模组；
所述处理模块还用于获取两个所述待校准模组的成像图像后，在所得两个成像图像中分别选取若干个位置相对应的参考点，所述参考点为所述矩形方格卡的所有内部交点，将两个待校准模组的成像图像转换为灰度图，检测获得灰度图中矩形方格卡的所有内部交点的位置坐标，分别记为集合SA和集合SB，其中：
Figure GDA0004080404660000051
集合SA表示所得其中一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
Figure GDA0004080404660000052
集合SB表示所得另一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
将两个待校准模组的成像图像做alpha叠加显示，将所述差集SC的各个坐标差标注在叠加图像中对应的内部交点的旁侧；
将所述集合SA与集合SB相减，获得关于所述集合SA与集合SB的差集SC，其中：
Figure GDA0004080404660000053
Figure GDA0004080404660000061
根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于预设的第一区间ix，所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于预设的第二区间iy，所述差集SC的各个坐标差数值在图像上分布均匀，且集合SA与集合SB中对应行列的坐标点数值分布规律相同时，两个待校准模组校准完成；
其中，根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态具体为：
当所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)中的至少一个不属于所述第一区间ix时，沿水平方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于所述第一区间ix；
当所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)中的至少一个不属于所述第二区间iy时，沿垂直方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于所述第二区间iy；
当所得
Figure GDA0004080404660000062
且d不接近于1时，沿前后方向移动其中一个待校准模组，直至d接近于1；
当位于同一行的各个Δx均沿水平方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Y方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各行的Δx的数值均在水平方向上分布均匀；
当位于同一列的各个Δy均沿垂直方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各列的Δy的数值均在垂直方向上分布均匀；
使
Figure GDA0004080404660000063
当所得tanθ不接近于0时，沿Y-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至所得tanθ接近于0。
本公开所述的一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法及装置，其优点在于，本公开通过获取多个摄像模组的分辨率示数，比对多组分辨率示数，匹配选取其中分辨率示数相近的两个摄像模组作为待校准模组，这样可以使得双摄模组的两个摄像模组在景深内具有相近的清晰度，以确保双摄模组的成像效果。
使两个待校准的双摄模组对样本卡成像，依次通过获取参考点、获取参考点坐标点集及两个坐标点集的差集，两个坐标点集的差集可准确地反映两个摄像模组的相对姿态，根据差集的各个坐标差数值及数值分布可调整两个摄像模组的姿态，直至差集的各个坐标差数值均满足预设的区间，且坐标差数值在图像上分布均匀，此时代表两个摄像模组的水平间距、垂直间高度差和共面度均满足标准。本公开通过坐标点差等数据来数值化反映两个摄像模组的相对姿态，可根据具体数值来将两个摄像模组调整至满足标准的姿态，这样可以确保两个摄像模组具有准确的水平间距、垂直高度差和共面度，可确保双摄模组的组装精度，有利于提高医用内窥镜双摄模组的成像效果和使用体验。同时数值化反映两个摄像模组相对姿态的方式，可避免人为目测的主观影响，使各双摄模组产品的合格标准一致，有利于提高医用内窥镜产品品质的一致性和稳定性。
附图说明
图1是本公开所述一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法的步骤流程图。
具体实施方式
如图1所示，本公开所述的一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，包括步骤S01～S08，其中步骤S01～S04为调节匹配过程，目的是获取各个待匹配摄像模组的分辨率示数，并从其中匹配选取出分辨率示数最接近的两个摄像模组作为待校准模组。步骤S05～S08为校准过程，目的是对上述步骤中选取出来的两个待校准模组进行AA校准，以确保两个模组的水平间距、垂直高度差和共面度等参数均能符合标准，以便于后续的点胶固定步骤。各个步骤详细如下：
S01、安装待匹配的摄像模组并调节摄像模组的姿态，使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面，在具体的实施例中，摄像模组通常安装在一个特制的夹具上，夹具设置在一底座上，底座与一六轴行走机构联动，可通过该六轴行走机构带动摄像模组做六自由度运动，以便于调整摄像模组的位置。
底座上通常还设有Y-Z转动机构和X-Z转动机构，夹具通过Y-Z转动机构、X-Z转动机构与底座连接，以使夹具可相对于底座做Y-Z方向和X-Z方向的转动，以便于调整摄像模组的倾斜角度。Y-Z转动机构和X-Z转动机构选用常规的转动连接结构即可，如Y-Z转动机构可包括一个中间座，将夹具与中间座之间的连接面设为沿Y方向延伸的弧形面，弧形面同时沿Z方向向上凸起，这样当推动夹具沿Y方向滑动时，夹具就会沿着该弧形面在Y方向和Z方向同时发生运动，也就使得夹具相对于中间座发生了Y-Z方向的转动，可对摄像模组在Y-Z方向上的转动角度进行微调。X-Z转动结构与Y-Z转动结构的结构相似，中间座与底座之间形成沿X方向延伸的弧形面，其配合过程和转动原理与上述Y-Z转动结构相同，可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。Y-Z转动机构和X-Z转动机构也可采用其他的转动结构，如孔轴配合等，只要实现摄像模组相对于水平面和垂直面的转动即可，在此不做限定。
通过上述的六轴行走机构、Y-Z转动机构和X-Z转动机构。可带动摄像模组做六自由度行走及调整摄像模组的转动姿态，可将摄像模组调节至平行于图卡安装面的姿态。图卡安装面通常为垂直面，图卡通过一夹具垂直夹装。
在上述的步骤S01中，如果通过目测来判断摄像模组的镜头面是否平行于图卡安装面，则容易存在主观误差导致判断不准确的问题，因而在优选的实施例中提出了一种验证方法，具体为：
在图卡安装面上安装调焦图卡，调焦图卡朝向摄像模组的卡面上应设有至少一组直角边，调焦图卡优先是选用黑白间色的矩形方格卡，其卡面内部设有多组直角边，可便于对齐校准。在安装调焦图卡时，为保证成像画面光度充足，需要在调焦图卡的旁侧安装一光源，具体的，如调焦图卡为透射式图卡，则需在调焦图卡的后方安装背光光源，如调焦图卡为反射式图卡，则需在调焦图卡的后方安装白屏，并在白屏靠近摄像模组一方的两侧分别设置两个光源，两个光源应位于白屏所在平面的两侧45°线之外，以确保光源照射均匀充分。
使摄像模组对调焦图卡成像，在成像画面中设十字形的辅助线，辅助线的交点可位于画面的中心位置。使辅助线的交点位置与调焦图卡的其中一个直角边顶点重合，并使辅助线的两条交线分别与两条直角边对齐重合，然后沿垂直于图卡安装面的方向移动，观察辅助线与直角边的重合情况，如摄像模组的镜头面平行于调焦图卡(即平行于图卡安装面)，则在摄像模组的移动过程中，辅助线的交点会始终与直角边顶点重合，且辅助线的两交线会始终与直角边的两边线重合。如在摄像模组的移动过程中，交点与顶点、交线与两边线会出现偏移状态，此时需要调整摄像模组的位置和姿态，直至使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面。
通过上述的验证方法，可避免人为主观判断影响，确保摄像模组的镜头面平行于图卡安装面，以确保后续获取的分辨率示数准确。
S02、在图卡安装面处安装分辨率测试图卡，调焦使摄像模组对分辨率测试图卡成像清晰。具体的，分辨率测试图卡具体为USAF-1951分辨率测试图卡，其表面设有五个分辨率测试图样，其中四个分辨率测试图样分别位于卡面的四角处，另一个分辨率测试图样位于卡面的中心位置。分辨率测试图卡的大小应满足在摄像模组的远景深位置时，整张分辨率测试图卡能恰好填满设备的视场。
调焦使摄像模组对分辨率测试图卡成像清晰具体为：
将分辨率测试图卡移动至摄像模组的远景深位置，调焦使摄像模组对分辨率测试图卡成像清晰，然后观察成像图像中四角处的四个分辨率测试图样的分辨率示数p，选取其中的最大值值pmax和最小值pmin，则四个所述分辨率示数p应满足pmax-pmin≤2。上述步骤主要为判断摄像模组是否对分辨率测试图卡成像均匀，以确保后续获取的分辨率示数准确。通过判断四角处的四个分辨率测试图样的分辨率示数p的最大差值是否大于2，当大于2时表示摄像模组对分辨率测试图卡成像不均匀，需对摄像模组的位置进行调整，当该最大差值小于等于2时则表示摄像模组对分辨率测试图卡成像均匀，可进行下一步骤。
S03、调节摄像模组与分辨率测试图卡之间的间距，获取摄像模组对分辨率测试图卡在不同间距处成像画面的若干分辨率示数，拆下该摄像模组，取下一个待匹配的摄像模组待用。
具体的，步骤S03目的是获取摄像模组在近景深位置与远景深位置之间多个位置的成像画面的分辨率示数，以确保分辨率示数的均匀性和准确性。步骤S03具体为：
在摄像模组的近景深位置到远景深位置之间设置n个成像点，近景深位置和远景深位置根据摄像模组的标定景深位置设置，n个成像点将近景深位置与远景深位置之间划分为n+1段等距的间隔，将分辨率测试图卡分别移动至近景深位置、远景深位置和各个成像点处，并使摄像模组对应成像，获得n+2张摄像模组对分辨率测试图卡的成像图像，分别读取所得n+2张成像图像中心位置的分辨率测试图样的分辨率示数，记为p1、p2...pn+2。具体的，可将分辨率测试图卡先移动至近景深位置，使摄像模组对分辨率测试图卡成像，然后移动分辨率测试图卡，将其移动至下一个成像点处，使摄像模组对分辨率测试图卡再次成像，以此类推，直至将分辨率测试图卡移动至远景深位置处，使摄像模组对分辨率测试图卡成像，这样就获得了n+2张摄像模组对于分辨率测试图卡在不同位置处的成像图像，分别读取这n+2张成像图像中心位置的分辨率测试图样的分辨率示数，记为p1、p2...pn+2，以近景深位置为起点，记录各个成像点、远景深位置与近景深位置之间的间距，将该间距作为横坐标，将各间距对应的分辨率示数作为纵坐标，构建关于该摄像模组的间距-分辨率示数曲线，这样可以直观地反映摄像模组对不同间距处的成像分辨率，以便于后续的数值比对和匹配过程。
在获取该摄像模组的间距和分辨率示数数据后，拆下该摄像模组，取下一个待匹配的摄像模组。
S04、重复上述步骤S01～S03，获取关于多个摄像模组的多组分辨率示数，比对多组分辨率示数，匹配其中分辨率示数相近的两个摄像模组作为待校准模组。
具体的，重复上述步骤S01～S03，将待匹配的多个摄像模组依次安装到夹具上，并获取该摄像模组的分辨率示数。具体的，多组摄像模组在成像时采用相同的近景深位置、远景深位置及成像点，以确保分辨率示数比对时的准确性。获取多个摄像模组在相同成像位置的多组分辨率示数，即可获得关于多个摄像模组的间距-分辨率示数曲线，多个摄像模组的间距分辨率示数曲线的横坐标相同，纵坐标为该摄像模组在对应的间距处的分辨率示数，计算各组分辨率示数的平均值，分别记为
Figure GDA0004080404660000101
对所得的各个平均值与其他平均值做差后取绝对值，将所得各个绝对值进行比对，选取其中绝对值最小的两个分辨率示数所对应的摄像模组作为待校准模组。通过计算平均值，可以获得该摄像模组在近景深与远景深位置之间的分辨率示数平均值，这可以大致反映该摄像模组在常规成像距离内的分辨率示数，选取其中差值最小的两个摄像模组作为待校准模组，可以使得选取的两个摄像模组在常规成像距离内的清晰度和分辨率示数相近，以确保双摄模组的成像效果清晰。
S05、安装两个待校准模组，具体的，待校准模组与样本卡可安装在与步骤S01中所用相似结构的测试装置上，区别在于夹具的数量为两个，以便于安装两个待校准模组，具体结构可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。安装时目测观察两个待校准模组的相对位置，对两个待校准模组的位置进行粗调，以使两个待校准模组水平间距、垂直高度差、共面度各个参数接近于标准值，然后在待校准模组的前方安装样本卡，安装时注意样本卡的中心位置应位于两个待校准模组中心连线的中点线上，以使两个待校准模组对样本卡的成像图像对称，使两个待校准模组分别对样本卡成像，获取两个待校准模组对样本卡的成像图像；具体的，样本卡为黑白间色的矩形方格卡，其卡面上设有m行*n列的矩形格，且相邻两个矩形格之间的颜色不同，使得摄像模组对该样本卡的成像图像中有(m-1)*(n-1)个内部交点，且上述多个内部交点呈矩形阵列分布。
S06、在所得两个成像图像中分别选取若干个位置相对应的参考点，具体的，选取矩形方格卡的所有内部交点作为参考点，以使选取的参考点具有均匀性。
获取两组参考点在其所在图像中的位置坐标，分别记为集合SA和集合SB，其中：
Figure GDA0004080404660000111
集合SA表示所得其中一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
Figure GDA0004080404660000112
集合SB表示所得另一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
以便于进行后续运算。
其中，获取两组参考点在其所在图像中的位置坐标具体为：
将两个待校准模组的成像图像转换为灰度图；
通过OpenCV库现有的内角点检测算法检测获得灰度图中矩形方格卡的所有内部交点的位置坐标。
S07、将所得集合SA与集合SB相减，获得关于所述集合SA与集合SB的差集SC，其中：
Figure GDA0004080404660000113
Figure GDA0004080404660000114
在获得差集SC后，将两个待校准模组的成像图像做alpha叠加显示，将所得差集SC的各个坐标差标准在叠加图像中对应的内部交点的旁侧，在具体的实施例中，横坐标与纵坐标可采用不同颜色的字体标注，如蓝色和红色，以便于操作者直观地观察到各个内部交点处的坐标差数值。
S08、根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于预设的第一区间ix，所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于预设的第二区间iy，所述差集SC的各个坐标差数值在图像上分布均匀，且集合SA与集合SB中对应行列的坐标点数值分布规律相同时，两个待校准模组校准完成。
进一步的，上述步骤S08具体为：
当所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)中的至少一个不属于所述第一区间ix时，沿水平方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于所述第一区间ix；具体的，第一区间ix＝[l-e1，l+e1]，其中l表示两摄像模组的标定水平间距，e1表示水平间距上的允许误差，可根据具体产品的精度要求进行设计。
Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)可反映两个待校准模组的水平间距，各个数值由于成像误差等围绕实际水平间距上下波动个位数的误差。第一区间ix根据双摄模组的两摄像模组的标定水平间距及可允许误差来设计，因而在校准两摄像模组的水平间距时，通过判断各个Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)是否属于第一区间ix内，当各个Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于第一区间ix内时，即可判断两待校准模组的实际水平间距满足标定水平间距的精度要求，水平间距校准合格，否则水平移动其中一个待校准模组，直至水平间距校准合格。
当所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)中的至少一个不属于所述第二区间iy时，沿垂直方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于所述第二区间iy；具体的，第二区间iy＝[-e2，e2]，其中e2表示垂直高度差上的允许误差。双摄模组的两摄像模组在校准时，通常要求两摄像模组处于相同的垂直高度上，即两摄像模组的垂直高度差为零，因而第二区间iy＝[-e2，e2]。
Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)可反映两个待校准模组的垂直高度差，各个数值由于成像误差等围绕实际垂直高度差上下波动个位数的误差。第二区间iy根据双摄模组的两摄像模组的允许误差来设计，因而在校准两摄像模组的垂直高度差时，通过判断Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)是否属于第二区间iy内，当各个Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于第二区间iy时，即可判断两待校准模组的实际垂直高度差满足垂直高度差要求，垂直高度差校准合格，否则沿垂直方向移动其中一个待校准模组，直至垂直高度差校准合格。
当所得
Figure GDA0004080404660000131
且d不接近于1时，沿前后方向移动其中一个待校准模组，直至d接近于1。具体的，当两待校准模组的镜头面相对平行但不共面，即两镜头面之间存在前后间距时，两组成像图像中，同一行的相邻两个坐标点的横坐标差之比约等于一个常数，由于两镜头面相对平行，则各个横坐标差之比的数值接近，用d表示。当两镜头面共面时，d应当趋近于1，所以通过判断上述d是否接近于1，即可判断两镜头面是否处于共面状态，在具体判断时，可判断d是否属于区间[0.9,1.1]，如是则判断d接近于1，否则判断d不接近于1，需要前后移动其中一个待校准模组，直至d属于上述区间，两待校准模组的前后间距校准合格。
当位于同一行的各个Δx均沿水平方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Y方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各行的Δx的数值均在水平方向上分布均匀；具体的，此处主要评估两待校准模组的同轴度，即两待校准模组的轴线的平行度，具体到空间直角坐标系中，主要评估两待校准模组的轴线在X-Y方向上是否存在夹角。
当两待校准模组的轴线相互平行时，两待校准模组的轴线不存在相对夹角，同一行的各个Δx数值沿水平方向分布均匀，Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(1,n)和Δx(2,1)、Δx(2,2)...Δx(2,n)等均沿水平方向分布均匀，即由于成像误差等因素，Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(1,n)的数值在水平方向围绕第一区间ix的中位数，即l的数值上下波动，各个数值之间在水平方向上无明显的递增或递减趋势，其他行的各个Δx数值也具有相同的分布状态。
当两镜头面之间存在X-Y方向的相对夹角时，即其中一个待校准模组的镜头面平行于样本卡卡面，另一个待校准模组的镜头面在X-Y方向倾斜于样本卡卡面，此时倾斜的待校准模组对样本卡的成像图像也会发生倾斜，即成像图像中的各个内部交点坐标也会发生变化，如，未倾斜的待校准模组所成图像中，其中一个内部交点的横坐标为x，则在倾斜的待校准模组的所成图像中，对应位置的内部交点的横坐标应为cos a x，a为两待校准模组镜头面的相对夹角，则Δx＝x-cos a x＝(1-cos a)x，由于x在水平方向上为递增或递减趋势，则Δx对应成递增或递减趋势。因此当同一行的各个Δx均沿水平方向具有相同的递增或递减趋势时，判断两个待校准模组的镜头面存在X-Y方向的相对夹角，此时沿X-Y方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各行的Δx的数值均在水平方向上均匀分布时，判断两待校准模组镜头面在X-Y方向的相对夹角校准合格。
当位于同一列的各个Δy均沿垂直方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各列的Δy的数值均在垂直方向上分布均匀；具体的，此处主要评估两待校准模组镜头面在X-Z方向上的夹角。
当两待校准模组的镜头面共面时，两镜头面之间不存在X-Z方向的相对夹角，同一列的各个Δy均沿垂直方向分布均匀，即Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(1,n)和Δy(2,1)、Δy(2,2)...Δy(2,n)等的数值在垂直方向上分布均匀，即由于成像误差等因素，Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(1,n)的数值在垂直方向围绕第二区间iy的中位数，一般为零上下波动，各个数值之间在垂直方向上无明显的递增或递减趋势，其他列的Δy数值也具有相同的分布状态。
当两镜头面之间存在X-Z方向的相对夹角时，即其中一个待校准模组的镜头面平行于样本卡卡面，另一个待校准模组的镜头面在X-Z方向倾斜于样本卡卡面，此时倾斜的待校准模组对样本卡的成像图像也会发生倾斜，即成像图像中的各个内部交点坐标也会发生变化，如，未倾斜的待校准模组所成图像中，其中一个内部交点的纵坐标为y，则在倾斜的待校准模组的所成图像中，对应位置的内部交点的纵坐标应为cos a y，a为两待校准模组镜头面的相对夹角，则Δy＝y-cos a y＝(1-cos a)y，由于y在垂直方向上为递增或递减趋势，则Δy对应成递增或递减趋势。因此当同一列的各个Δy沿垂直方向递增或递减时，判断两个待校准模组的镜头面存在X-Z方向的相对夹角，此时沿X-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各列的Δy的数值均在垂直方向上分布均匀时，判断两待校准模组镜头面在X-Z方向的相对夹角校准合格。
使
Figure GDA0004080404660000141
设两待校准模组的镜头面之间在Y-Z方向所成夹角为θ，则
Figure GDA0004080404660000151
当所得tanθ不接近于0时，沿Y-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至所得tanθ接近于0。具体的，tanθ可反映两待校准模组镜头面在Y-Z方向上的相对夹角，当tanθ接近于0时，表示两镜头面在Y-Z方向上的相对夹角接近于0°，在具体判断时，可判断tanθ的数值是否属于区间[0,0.1]，如是则判断tanθ的数值接近于0，否则判断为不接近于0，需要沿Y-Z方向转动其中一个待校准模组，直至tanθ的数值接近于0。
上述过程中，通过两组成像图像的坐标点数值、对应位置的坐标点数值差以及坐标点数值差在图像上的分布趋势，来反映两个待校准模组的镜头面在六个空间维度上的相对姿态，可准确判断两个镜头面的水平间距、垂直高度差和共面度等相对参数，并根据具体的数据对待校准模组的姿态进行针对性调整。
本公开通过获取多个摄像模组的分辨率示数，比对多组分辨率示数，匹配选取其中分辨率示数相近的两个摄像模组作为待校准模组，这样可以使得双摄模组的两个摄像模组在景深内具有相近的清晰度，以确保双摄模组的成像效果。
使两个待校准的双摄模组对样本卡成像，依次通过获取参考点、获取参考点坐标点集及两个坐标点集的差集，两个坐标点集的差集可准确地反映两个摄像模组的相对姿态，根据差集的各个坐标差数值及数值分布可调整两个摄像模组的姿态，直至差集的各个坐标差数值均满足预设的区间，且坐标差数值在图像上分布均匀，此时代表两个摄像模组的水平间距、垂直间高度差和共面度均满足标准。本公开通过坐标点差等数据来数值化反映两个摄像模组的相对姿态，可根据具体数值来将两个摄像模组调整至满足标准的姿态，这样可以确保两个摄像模组具有准确的水平间距、垂直高度差和共面度，可确保双摄模组的组装精度，有利于提高医用内窥镜双摄模组的成像效果和使用体验。同时数值化反映两个摄像模组相对姿态的方式，可避免人为目测的主观影响，使各双摄模组产品的合格标准一致，有利于提高医用内窥镜产品品质的一致性和稳定性，还可据具体的数据对待校准模组的姿态进行针对性调整，有助于提高双摄模组的匹配校准效率。
本实施例还提供了一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准装置，包括：
第一固定模块，所述第一固定模块用于安装分辨率测试图卡和待匹配的摄像模组，且用于带动分辨率测试图卡和/或摄像模组移动，以调节摄像模组与所述分辨率测试图卡的间距；
第二固定模块，所述第二固定模块用于安装两个所述待校准模组和样本卡，且用于调整待校准模组的相对姿态；
处理模块，所述处理模块与摄像模组信号连接，所述处理模块用于获取摄像模组对所述分辨率测试图卡在不同间距处成像画面的若干个分辨率示数，并在获取关于多个摄像模组的多组分辨率示数，比对所述多组分辨率示数，匹配分辨率相近的两个摄像模组作为待校准模组；
所述处理模块还用于获取两个所述待校准模组的成像图像后，在所得两个成像图像中分别选取若干个位置相对应的参考点，获取两组参考点在其所在图像中的位置坐标，分别记为集合SA和集合SB，其中：
Figure GDA0004080404660000161
集合SA表示所得其中一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
Figure GDA0004080404660000162
集合SB表示所得另一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
将所述集合SA与集合SB相减，获得关于所述集合SA与集合SB的差集SC，其中：
Figure GDA0004080404660000163
Figure GDA0004080404660000164
根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于预设的第一区间ii，所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于预设的第二区间iy，所述差集SC的各个坐标差数值在图像上分布均匀，且集合SA与集合SB中对应行列的坐标点数值分布规律相同时，两个待校准模组校准完成。
具体的，第一固定模块和第二固定模块的具体结构可分别参照上文步骤S01、步骤S05的描述，处理模块具体可选用处理器等具有逻辑运算功能的电子元件，如MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。匹配校准装置主要用于实现上述的匹配校准方法，可参照本实施例中关于匹配校准方法相关的描述进行理解，在此不再赘述。
本公开的匹配校准装置可基于共支架方法对两个摄像模组进行匹配校准，以确保两个摄像模组在景深内具有相近的清晰度，且能保证两个摄像模组具有准确的水平间距、垂直高度差和共面度，有利于提高医用内窥镜双摄模组的成像效果和使用体验，也有利于提高医用内窥镜产品品质的一致性和稳定性。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、安装待匹配的摄像模组并调节摄像模组的姿态，使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面；
S02、在所述图卡安装面处安装分辨率测试图卡，调焦使摄像模组对所述分辨率测试图卡成像清晰；
S03、调节摄像模组与所述分辨率测试图卡的间距，获取摄像模组对所述分辨率测试图卡在不同间距处成像画面的若干个分辨率示数，拆下该摄像模组，取下一个待匹配的摄像模组；
S04、重复步骤S01～S03，获取关于多个摄像模组的多组分辨率示数，比对所述多组分辨率示数，匹配分辨率示数相近的两个摄像模组作为待校准模组；
S05、安装两个所述待校准模组，并在两个所述待校准模组的前方安装样本卡，使两个所述待校准模组分别对所述样本卡成像，获取两个所述待校准模组的成像图像；
所述样本卡为黑白间色的矩形方格卡，其卡面设有m行*n列的矩形格；
S06、在所得两个成像图像中分别选取若干个位置相对应的参考点，所述参考点为所述矩形方格卡的所有内部交点，将两个待校准模组的成像图像转换为灰度图，检测获得灰度图中矩形方格卡的所有内部交点的位置坐标，分别记为集合SA和集合SB，其中：
Figure FDA0004106438630000011
集合SA表示所得其中一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
Figure FDA0004106438630000012
集合SB表示所得另一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
S07、将所述集合SA与集合SB相减，获得关于所述集合SA与集合SB的差集SC，其中：
Figure FDA0004106438630000021
Figure FDA0004106438630000022
将两个待校准模组的成像图像做alpha叠加显示，将所述差集SC的各个坐标差标注在叠加图像中对应的内部交点的旁侧；
S08、根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于预设的第一区间ix，所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于预设的第二区间iy，所述差集SC的各个坐标差数值在图像上分布均匀，且集合SA与集合SB中对应行列的坐标点数值分布规律相同时，两个待校准模组校准完成；
其中，根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态具体为：
当所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)中的至少一个不属于所述第一区间ix时，沿水平方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于所述第一区间ix；
当所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)中的至少一个不属于所述第二区间iy时，沿垂直方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于所述第二区间iy；
当所得
Figure FDA0004106438630000023
且d不接近于1时，沿前后方向移动其中一个待校准模组，直至d接近于1；
当位于同一行的各个Δx均沿水平方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Y方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各行的Δx的数值均在水平方向上分布均匀；
当位于同一列的各个Δy均沿垂直方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各列的Δy的数值均在垂直方向上分布均匀；
使
Figure FDA0004106438630000031
当所得tanθ不接近于0时，沿Y-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至所得tanθ接近于0。
2.根据权利要求1所述医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，其特征在于，所述步骤S01中，使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面具体为：
在所述图卡安装面上安装调焦图卡，所述调焦图卡朝向摄像模组的面上设有至少一组直角边；
使摄像模组对所述调焦图卡成像，在成像画面中设置十字形的辅助线，移动所述摄像模组，使所述辅助线的交点位置与所述调焦图卡的直角边顶点重合，并使所述辅助线的两条交线与分别与两直角边对齐，沿垂直于所述图卡安装面的方向移动所述调焦图卡，观察所述辅助线与所述直角边的重合情况，若所述辅助线与所述直角边始终保持重合，则所述摄像模组的镜头面平行于图卡安装面，否则调整摄像模组的位置，直至使摄像模组的镜头面平行于图卡安装面。
3.根据权利要求1所述医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，其特征在于，所述步骤S02中，所述分辨率测试图卡具体为USAF-1951分辨率测试图卡，其表面设有五个分辨率测试图样，其中四个所述分辨率测试图样分别位于卡面的四角处，另一个所述分辨率测试图样位于卡面的中心位置；
所述调焦使摄像模组对所述分辨率测试图卡成像清晰具体为：
将所述分辨率测试图卡移动至摄像模组的远景深位置，对摄像模组调焦使摄像模组成像清晰，观察成像图像中四角处的四个分辨率测试图样的分辨率示数p，选取其中的最大值pmax和最小值pmin，则四个所述分辨率示数p应满足pmax-pmin≤2。
4.根据权利要求1所述医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，其特征在于，所述步骤S03具体为：
在摄像模组的近景深位置到远景深位置之间设置n个成像点，所述n个成像点将近景深位置与远景深位置之间划分为n+1段等距的间隔，将所述分辨率测试图卡分别移动至所述近景深位置、所述远景深位置及各个所述成像点处，并使摄像模组对应成像，获得n+2张摄像模组对分辨率测试图卡的成像图像，分别读取所得n+2张成像图像中心位置的分辨率测试图样的分辨率示数，记为p1、p2...pn+2，以所述近景深位置为起点，记录各个成像点、所述远景深位置与所述近景深位置之间的间距，根据所得分辨率示数和间距，形成关于该摄像模组的间距-分辨率示数曲线，然后拆下该摄像模组，取下一个待匹配的摄像模组。
5.根据权利要求4所述医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，其特征在于，所述步骤S04中：
多个摄像模组在成像时采用相同的近景深位置、远景深位置及成像点，获取关于多个摄像模组在相同成像位置的多组分辨率示数，计算各组所述分辨率示数的平均值，分别记为
Figure FDA0004106438630000041
选取其中差值最小的两个摄像模组作为待校准模组。
6.根据权利要求1所述医用内窥镜双摄模组的匹配校准方法，其特征在于，所述第一区间ix＝[l-e1，l+e1]，其中l表示两摄像模组的标定水平间距，e1表示水平间距上的允许误差；所述第二区间iy＝[-e2，e2]，其中e2表示垂直高度差上的允许误差。
7.一种医用内窥镜双摄模组的匹配校准装置，其特征在于，包括：
第一固定模块，所述第一固定模块用于安装分辨率测试图卡和待匹配的摄像模组，且用于带动分辨率测试图卡和/或摄像模组移动，以调节摄像模组与所述分辨率测试图卡的间距；
第二固定模块，所述第二固定模块用于安装两个待校准模组和样本卡，且用于调整待校准模组的相对姿态；所述样本卡为黑白间色的矩形方格卡，其卡面设有m行*n列的矩形格；
处理模块，所述处理模块与摄像模组信号连接，所述处理模块用于获取摄像模组对所述分辨率测试图卡在不同间距处成像画面的若干个分辨率示数，并在获取关于多个摄像模组的多组分辨率示数，比对所述多组分辨率示数，匹配分辨率相近的两个摄像模组作为待校准模组；
所述处理模块还用于获取两个所述待校准模组的成像图像后，在所得两个成像图像中分别选取若干个位置相对应的参考点，所述参考点为所述矩形方格卡的所有内部交点，将两个待校准模组的成像图像转换为灰度图，检测获得灰度图中矩形方格卡的所有内部交点的位置坐标，分别记为集合SA和集合SB，其中：
Figure FDA0004106438630000051
集合SA表示所得其中一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
Figure FDA0004106438630000052
集合SB表示所得另一组成像图像中所有参考点的坐标点集；
将所述集合SA与集合SB相减，获得关于所述集合SA与集合SB的差集SC，其中：
Figure FDA0004106438630000053
Figure FDA0004106438630000054
将两个待校准模组的成像图像做alpha叠加显示，将所述差集SC的各个坐标差标注在叠加图像中对应的内部交点的旁侧；
根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于预设的第一区间ix，所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于预设的第二区间iy，所述差集SC的各个坐标差数值在图像上分布均匀，且集合SA与集合SB中对应行列的坐标点数值分布规律相同时，两个待校准模组校准完成；
其中，根据所得集合SA、集合SB和差集SC调整两个所述待校准模组的姿态具体为：
当所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)中的至少一个不属于所述第一区间ix时，沿水平方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δx(1,1)、Δx(1,2)...Δx(m,n)均属于所述第一区间ix；
当所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)中的至少一个不属于所述第二区间iy时，沿垂直方向移动其中一个待校准模组，直至所得Δy(1,1)、Δy(1,2)...Δy(m,n)均属于所述第二区间iy；
当所得
Figure FDA0004106438630000061
且d不接近于1时，沿前后方向移动其中一个待校准模组，直至d接近于1；
当位于同一行的各个Δx均沿水平方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Y方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各行的Δx的数值均在水平方向上分布均匀；
当位于同一列的各个Δy均沿垂直方向具有相同的递增或递减趋势时，沿X-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至各列的Δy的数值均在垂直方向上分布均匀；
使
Figure FDA0004106438630000062
当所得tanθ不接近于0时，沿Y-Z方向转动其中一个待校准模组，使该待校准模组向另一待校准模组的所在平面转动，直至所得tanθ接近于0。
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