CN117119325A - 一种面阵传感器相机及其安装位置调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面阵传感器相机及其安装位置调节方法。属于面阵传感器相机技术领域。包括：测量面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S1；测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S；拟合S₁或S中任一集合所在平面的方程，计算另一集合中每个位置坐标，距离拟合平面方程的距离，得到距离集合D₁；计算距离集合D₁中最大值和最小值的差值，若所述差值大于平行度阈值，则根据所述差值调整所述面阵传感器的安装位置。本发明通过调节面阵传感器和相机前盖之间的平行度、调节面阵传感器感光面和前盖之间的方位偏差量，最终保证传感器的安装位置满足要求、矩形中心一致，进而避免相机成像模糊。

Description

一种面阵传感器相机及其安装位置调节方法

技术领域

本发明涉及面阵传感器相机技术领域，特别涉及一种面阵传感器相机及其安装位置调节方法。

背景技术

工业相机装调过程中，需要保证传感器平面与相机前盖面之间尽量平行，同时，需要保证相机前盖上的矩形开口与传感器所在矩形的中心尽量接近，以避免相机成像模糊，影响对成像目标的分析。上述问题可以分为两个部分：1、调节传感器平面和相机前盖面的平行度，当两者之间的平行度满足要求，相机成像不会模糊；2、调节传感器的方位，包括上下和左右两个部分，使传感器所在矩形的中心和相机前盖上的矩形开口中心尽量接近。为了解决上述问题，本发明提出了一种面阵传感器相机及其安装位置调节方法，利用本发明提出的方法，计算出调节量，并根据调节量进行调整，就可以使传感器的安装位置满足要求、矩形中心一致，进而避免相机成像模糊。

机器视觉领域对于检测效率和精度的不断提高要求前端图像传感器的分辨率也不断地增大。要实现更高分辨率，一方面可以直接采用分辨率更高的图像传感器，但限于工艺，技术更新以及其他竞争限制，大分辨率图像传感器可选余地小且价格特别昂贵；故另一方面在成本以及技术竞争限制下可以采用较低分辨率的图像传感器进行拼接以达到更大的横向分辨率。如两个传感器在横向方向上进行重叠排列以完成检测区域的全覆盖，同时在横向方向上尽可能保持平行以保证成像的一致性。

现有的关于图像传感器平行度的调节方法较少，大多是通过相机实时检测感光面和接口的平行度再通过机械手将其调节到位，对于多对传感器之间的平行度以及整体和接口的平行度，现有技术中大多是基于算法方面进行偏差的修正，如专利CN116156342A和US20170085746A1中，均是针对已经固定好的多传感器相机进行图像的修正，最终获得完整的，由多个传感器拼接在一起的图像。但上述基于算法角度的拼接方案，均要求多个传感器之间的偏差角度在一定的可拼接范围内，若在安装之时，多个传感器之间的偏差过大，则难以从算法角度进行图像的拼接。

发明内容

本发明提出一种面阵传感器相机及其安装位置调节方法，可至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：

一种面阵传感器相机安装位置调节方法，包括：

测量面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S₁；测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S；

拟合S₁或S中任一集合所在平面的方程，计算另一集合中每个位置坐标，距离拟合平面方程的距离，得到距离集合D₁；计算所述距离集合D₁中最大值和最小值的差值，若所述差值大于平行度阈值，则根据所述差值调整所述面阵传感器的安装位置。

进一步地，所述根据所述差值调整所述面阵传感器的安装位置，包括：

根据所述差值，升高相机前盖最小值所在的位置，或

根据所述差值，降低相机前盖最大值所在的位置。

进一步地，设置测量辅助件于所述相机前盖上，所述测量辅助件透明且表面光滑；所述测量辅助件与所述相机前盖配合一致，使用所述测量辅助件与所述相机前盖接触的一面代替所述相机前盖；

其中，所述测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S，为：测量所述测量辅助件与所述相机前盖接触的一面上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S。

进一步地，所述测量面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，和所述测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，包括：

使用光谱共聚焦设备进行空间位置的测量，所述光谱共聚焦设备的测量原点空间位置已知；多次移动所述光谱共聚焦设备的测量原点，测量所述面阵传感器和相机前盖上的点距离所述测量原点的距离，获取面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，和所述测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标。

进一步地，所述相机前盖上设有矩形开口，所述面阵传感器位于该矩形开口内，该方法还包括：

获取所述面阵传感器位于所述矩形开口内的图像，提取所述面阵传感器的四个边缘上像素位置坐标，根据所述位置坐标拟合四个边缘所在的直线方程；

对于面阵传感器上的任一边缘，在该边缘对应的矩形开口的一条边上选取若干个点，计算所有点到所述任一边缘的距离，获取距离集合D₂，计算所述距离集合D₂中最大值和最小值的差值，若所述差值大于方位阈值，则根据所述距离集合D₂中最大值的位置调整所述面阵传感器的安装位置；

所述四个边缘均按上述步骤进行安装位置调整。

进一步地，还包括：

在所述矩形开口的上下两条边上各选取若干点，分别计算所述若干点距离所述面阵传感器上下边缘所在直线的距离的均值，分别为d_u和d_d；

根据d_u和d_d之间的差值，调整所述面阵传感器上下方向的方位偏差；

在所述矩形开口的左右两条边上各选取若干点，分别计算所述若干点距离所述面阵传感器左右边缘所在直线的距离的均值，分别为d_l和d_r；

根据d_l和d_r之间的差值，调整所述面阵传感器左右方向的方位偏差。

进一步地，所述面阵传感器上下方向的方位偏差Δd_y为：

所述面阵传感器左右方向的方位偏差Δd_x为：

进一步地，还包括：

所述获取所述面阵传感器位于所述矩形开口内的正面图像时，在图像范围内放置长度已知的标准量块，根据所述标准量块的图像获取图像中像素距离和实际长度距离之间的对应关系；

根据所述像素距离和实际长度距离之间的对应关系，获取所述d_u、d_d、d_l和d_r的值。

另一方面，还提出一种面阵传感器相机：

所述面阵传感器相机在安装时，包括：

测量面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S₁；测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S；

拟合S₁或S中任一集合所在平面的方程，计算另一集合中每个位置坐标，距离拟合平面方程的距离，得到距离集合D₁；计算所述距离集合D₁中最大值和最小值的差值，若所述差值大于平行度阈值，则根据所述差值调整所述面阵传感器的安装位置。

进一步地，使用安装结构件进行面阵传感器安装位置的调节，所述安装结构件包括与所述相机前盖平行的参考面，以及用于限定面阵传感器排列位置的矩形参考边缘；

使用所述参考面代替所述相机前盖，所述坐标位置集合S通过测量所述参考面上至少三个点的空间位置坐标得到；

获取面阵传感器和所述矩形参考边缘的图像，提取面阵传感器的四个边缘和所述四个参考边缘，判断面阵传感器的四个边缘的位置与所述四个参考边缘的位置之间的关系，是否满足面阵传感器设定的安装位置；若不满足，则根据面阵传感器的四个边缘的位置与所述四个参考边缘的位置之间的关系调整该面阵传感器的安装位置。

本发明为了保证成像的清晰度，需要调节面阵传感器和相机前盖之间的平行度。测量面阵传感器和前盖高度差，计算出传面阵感器和前盖的平行度。根据计算结果来调节传感器和前盖的平行度。为了保证成像的清晰度，需要调节面阵传感器感光面和前盖之间的方位偏差量。采集面阵传感器感光边缘和前盖边缘的图像，提取面阵传感器感光边缘和前盖边缘所在直线，计算面阵传感器感光边缘和前盖边缘上下方向和左右方向的偏差量。根据计算结果，调节面阵传感器和前盖之间的方位偏差量。最终保证传感器的安装位置满足要求、矩形中心一致，进而避免相机成像模糊。

附图说明

图1是本发明的面阵传感器相机示意图；

图2是本发明实施例中的方位偏差计算原理图。

图中：1-面阵传感器；2-相机前盖。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实施例提出了一种面阵传感器1相机安装位置调节方法，通过测量面阵传感器1感光区域和相机前盖2之间的距离，计算面阵传感器1和相机前盖2的平行度，可以通过在相机中增加合适厚度的垫片，调节平行度；通过测量面阵传感器1感光区域边缘和相机前盖2的边缘之间的距离，计算面阵传感器1感光区域边缘和相机前盖2的方位偏差量，并通过工装调节方位偏差量。包括以下步骤：

相机固定于检测平台：利用工装、点胶等方式将相机固定于检测平台，确保检测平台运动过程中，相机固定不动；

检测平台运动，在面阵相机的面阵传感器1上取N₁个点，在相机前盖端面取N₂个点，计算两者之间的平行度偏差量：利用光谱共焦设备在面阵传感器1感光区域中取N₁个点，在相机前盖面上取N₂个点，利用感光区域的N₁个点拟合平面P₁，相机前盖面上的N₂个点到平面P₁的距离，并得到平行度的值；

根据计算的平行度偏差量调节面阵传感器1：通过计算出的偏差量，在对应的位置增加合适厚度的垫片，调节平行度；

检测平台运动，用相机采集面阵传感器1和相机前盖2的图像，分别提取面阵传感器1和相机前盖边缘所在直线，计算方位偏差。利用面阵相机采集面阵传感器1和相机前盖面的图像，提取面阵传感器1边缘和相机前盖边缘，计算上下和左右两个部分的偏差量；根据计算的方位偏差量调节面阵传感器1方位偏移：通过计算出的方位偏差量，利用工装调节方位偏差量。

面阵传感器1呈矩形状，本实施例的检测平台使用光谱共聚焦设备。利用光谱共聚焦设备测量面阵传感器1上的不同位置，记录对应的测量结果，可以用于验证面阵传感器1的安装是否水平。但是，光谱共聚焦设备的参考零点是固定的，面阵传感器1如果是倾斜放置的，则光谱共聚焦设备的测量面阵传感器1的结果将包含面阵传感器1的测量值和放置倾斜量两部分，因此，直接使用光谱共聚焦设备的测量结果，测量出的平行度会存在明显的误差。

为了解决上述问题，可以通过在前盖接圈上放置透明、表面光滑的测量辅助件。为了使得光谱共焦传感器测量面阵传感器1和前盖接圈之间的平行度测量更加准确，对该测量辅助件有如下要求：光谱共聚焦设备测量测量辅助件的上下表面(因为该测量辅助件存在一定厚度)，计算测量辅助件上下表面测量结果的差值，测量多个位置，最大的差值和最小的差值要小于预期的阈值，阈值优选为5微米。将测量辅助件放置在前盖接圈上，有如下优点：1、测量辅助件的下表面可以近似代替前盖接圈面，而光谱共聚焦设备测量测量辅助件下表面的精度会更高；2、如果面阵传感器1放置倾斜，测量辅助件会与面阵传感器1呈现一致的倾斜度。光谱共聚焦设备测量面阵传感器1和测量辅助件，计算面阵传感器1测量结果到测量辅助件测量结果之间的距离，可以在一定程度上消除面阵传感器1放置倾斜引起的误差。

具体测量步骤如下：

测量面阵传感器1感光区域：调整光谱共聚焦设备的检测位置，使光谱共聚焦设备在面阵传感器1上呈小的圆斑，并得到对应的峰，该峰的位置对应测量的面阵传感器1距离，记录此时光谱共焦传感器的位置P₁(x₁,y₁,z₁)和光谱共聚焦设备测量的距离d。测量N₁个点，得到面阵传感器1测量对应的位置和测量结果的集合S₁，记作：

本实施例公式中的右上角的角标仅用于标记作用，并非为指数。

测量测量辅助件下表面：调整光谱共焦传感器位置，使光谱共聚焦设备聚焦于测量辅助件下表面(如前所述，测量辅助件下表面可以近似替代前盖接圈面)，其中，光谱共焦传感器的坐标(x,y)可以与面阵传感器1相同。选择测量辅助件下表面对应的峰，记录光谱共聚焦设备测量的距离d。测量N₂个点，得到面阵传感器1测量对应的位置和测量结果的集合S₂，记作：

计算面阵传感器1测量结果到测量辅助件测量结果之间的距离：

为了测量面阵传感器1测量结果到测量辅助件测量结果之间的距离，

1、将集合S₁、S₂进行调整，得到：

上述集合中的x、y、z、d单位已经统一，且z和d都是Z方向上的距离，因此可以相加。同时，S₁中的坐标不共线。

2、拟合集合S′₁所在平面的方程。S′₁是测量面阵传感器1得到的集合，集合S′₁近似在一个平面上，因此，可以利用S′₁的坐标拟合平面，平面方程可以表示为：ax+by+cz+d＝0；计算集合S′₂的点到平面ax+by+cz+d＝0的距离。集合S′₂的点到平面ax+by+cz+d＝0的距离为D₂＝{d_i|i＝1，2，…，N₂}。

计算平行度。选择计算距离集合D₂最大值的差d_max，d_max＝max D₂，由于距离集合D₂表示集合S′₂的点到平面ax+by+cz+d＝0的距离，那么集合S′₂最大值的差d_max是距离平面最远的位置。调节平行度可以通过增加合适的垫片完成的，所以，待调节平行度偏差量为D_a＝d_max-D₂。

随后用相机采集面阵传感器1和相机前盖2的图像，分别提取面阵传感器1和相机前盖边缘所在直线，计算方位偏差量：

在本发明中，由于面阵相机成像区域较小，无法采集到面阵传感器1和面阵相机前盖的完整图像，所以，本发明利用面阵相机采集面阵传感器1的感光区域边缘和面阵相机前盖边缘的图像，并计算出方位向的偏移量。

采集面阵传感器1边缘上下左右四个方位的图像，采集相机前盖边缘上下左右四个方位的图像。

对于面阵传感器1边缘的图像，截取面阵传感器1边缘所在的区域。利用边缘提取算法提取面阵传感器1边缘所在直线。提取面阵传感器1边缘的坐标值，根据坐标值进行直线拟合，拟合的直线方程形如y＝kx+b。按照上述方法依次拟合出上下左右四个方位上，面阵传感器1边缘和相机前盖边缘所在的直线。为了计算面阵传感器1和相机前盖2之间的方位偏差量，需要分别计算面阵传感器1边缘到相机前盖边缘上方、下方、左侧、右侧的距离。以面阵传感器1边缘到相机前盖边缘上方的距离为例，在相机前盖边缘所在直线随机选择M个点，计算M个点到面阵传感器1边缘所在直线距离的均值。注意，这里计算的距离的单位是像素，需要其转化为微米。采集图像的面阵相机的像元大小为s，长度为l的标准量块，在图像中总共包含p个像素，那么，可以计算出采集图像的面阵相机每个像素表示s×p/l微米，或者l/s×p微米表示一个像素，根据如上计算关系，可以计算出面阵传感器1边缘到相机前盖边缘上方的距离为d_u微米，同理，可以计算出面阵传感器1边缘到相机前盖边缘下方、左侧、右侧的距离为d_d、d_l、d_r微米。那么，可以计算出面阵传感器1和相机前盖2之间的方位偏差为：

方位偏差的计算示意图如图2所示，内矩形表示面阵传感器1所在矩形，外矩形表示相机前盖的矩形开口。其中d_x表示面阵传感器横向尺寸；d_y表示面阵传感器纵向尺寸。水平方向上，面阵传感器1中心的位置为相机前盖中心的位置为/>所以，水平方向的偏差量计算公式为：/>同理，可以得到：

通过计算出的方位偏差量，调节方位偏差量。其中，Δd_x＞0说明左侧的偏差量大于右侧的偏差量，应当向左调节面阵传感器1；Δd_x＜0说明左侧的偏差量小于右侧的偏差量，应当向右调节面阵传感器1；Δd_y＞0说明上方的偏差量大于下方的偏差量，应当向上调节面阵传感器1；Δd_y＜0说明上方的偏差量小于下方的偏差量，应当向下调节面阵传感器1。

本实施例还提出了一种面阵传感器相机，该面阵传感器相机在安装时使用上述方法进行。进一步地，本实施例使用安装结构件进行面阵传感器1安装位置的调节，安装结构件包括与相机前盖平行的参考面，以及用于限定面阵传感器1排列位置的矩形参考边缘。使用参考面代替相机前盖，坐标位置集合S通过测量参考面上至少三个点的空间位置坐标得到；获取面阵传感器1和矩形参考边缘的图像，提取面阵传感器1的四个边缘和所述四个参考边缘，判断面阵传感器1的四个边缘的位置与四个参考边缘的位置之间的关系，是否满足面阵传感器1设定的安装位置；若不满足，则根据面阵传感器1的四个边缘的位置与四个参考边缘的位置之间的关系调整该面阵传感器1的安装位置。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种面阵传感器相机安装位置调节方法，其特征在于，包括：

测量面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S₁；测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S；

拟合S₁或S中任一集合所在平面的方程，计算另一集合中每个位置坐标，距离拟合平面方程的距离，得到距离集合D₁；计算所述距离集合D₁中最大值和最小值的差值，若所述差值大于平行度阈值，则根据所述差值调整所述面阵传感器的安装位置。

2.根据权利要求1所述的面阵传感器安装位置调节方法，其特征在于，所述根据所述差值调整所述面阵传感器的安装位置，包括：

根据所述差值，升高相机前盖最小值所在的位置，或

根据所述差值，降低相机前盖最大值所在的位置。

3.根据权利要求1所述的面阵传感器安装位置调节方法，其特征在于，设置测量辅助件于所述相机前盖上，所述测量辅助件透明且表面光滑；所述测量辅助件与所述相机前盖配合一致，使用所述测量辅助件与所述相机前盖接触的一面代替所述相机前盖；

其中，所述测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S，为：测量所述测量辅助件与所述相机前盖接触的一面上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S。

4.根据权利要求1所述的面阵传感器安装位置调节方法，其特征在于，所述测量面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，和所述测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，包括：使用光谱共聚焦设备进行空间位置的测量，所述光谱共聚焦设备的测量原点空间位置已知；多次移动所述光谱共聚焦设备的测量原点，测量所述面阵传感器和相机前盖上的点距离所述测量原点的距离，获取面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，和所述测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标。

5.根据权利要求1所述的面阵传感器安装位置调节方法，其特征在于，所述相机前盖上设有矩形开口，所述面阵传感器位于该矩形开口内，该方法还包括：

获取所述面阵传感器位于所述矩形开口内的图像，提取所述面阵传感器的四个边缘上像素位置坐标，根据所述位置坐标拟合四个边缘所在的直线方程；

对于面阵传感器上的任一边缘，在该边缘对应的矩形开口的一条边上选取若干个点，计算所有点到所述任一边缘的距离，获取距离集合D₂，计算所述距离集合D₂中最大值和最小值的差值，若所述差值大于方位阈值，则根据所述距离集合D₂中最大值的位置调整所述面阵传感器的安装位置；

所述四个边缘均按上述步骤进行安装位置调整。

6.根据权利要求5所述的面阵传感器安装位置调节方法，其特征在于，还包括：

在所述矩形开口的上下两条边上各选取若干点，分别计算所述若干点距离所述面阵传感器上下边缘所在直线的距离的均值，分别为d_u和d_d；

根据d_u和d_d之间的差值，调整所述面阵传感器上下方向的方位偏差；

在所述矩形开口的左右两条边上各选取若干点，分别计算所述若干点距离所述面阵传感器左右边缘所在直线的距离的均值，分别为d_l和d_r；

根据d_l和d_r之间的差值，调整所述面阵传感器左右方向的方位偏差。

7.根据权利要求6所述的面阵传感器安装位置调节方法，其特征在于，所述面阵传感器上下方向的方位偏差Δd_y为：

所述面阵传感器左右方向的方位偏差Δd_x为：

8.根据权利要求6所述的面阵传感器安装位置调节方法，其特征在于，还包括：

所述获取所述面阵传感器位于所述矩形开口内的正面图像时，在图像范围内放置长度已知的标准量块，根据所述标准量块的图像获取图像中像素距离和实际长度距离之间的对应关系；根据所述像素距离和实际长度距离之间的对应关系，获取所述d_u、d_d、d_l和d_r的值。

9.一种面阵传感器相机，其特征在于：

所述面阵传感器相机在安装时，包括：

测量面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S₁；测量相机前盖上至少三个点的空间位置坐标，得到坐标位置集合S；

拟合S₁或S中任一集合所在平面的方程，计算另一集合中每个位置坐标，距离拟合平面方程的距离，得到距离集合D₁；计算所述距离集合D₁中最大值和最小值的差值，若所述差值大于平行度阈值，则根据所述差值调整所述面阵传感器的安装位置。

10.根据权利要求9所述的面阵传感器相机，其特征在于，使用安装结构件进行面阵传感器安装位置的调节，所述安装结构件包括与所述相机前盖平行的参考面，以及用于限定面阵传感器排列位置的矩形参考边缘；

使用所述参考面代替所述相机前盖，所述坐标位置集合S通过测量所述参考面上至少三个点的空间位置坐标得到；

获取面阵传感器和所述矩形参考边缘的图像，提取面阵传感器的四个边缘和所述四个参考边缘，判断面阵传感器的四个边缘的位置与所述四个参考边缘的位置之间的关系，是否满足面阵传感器设定的安装位置；若不满足，则根据面阵传感器的四个边缘的位置与所述四个参考边缘的位置之间的关系调整该面阵传感器的安装位置。