CN117579813B - 一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法及矫正系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法及矫正系统，包括步骤S1：基于至少一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像；S2：基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值；S3：结合参数值和预设的选择条件选取所述待矫正成像芯片的位姿确定方法；S4：基于选择的所述待矫正成像芯片的位姿确定方法确定所述待矫正成像芯片的位姿矫正角度，根据所述位姿矫正角度完成所述待矫正成像芯片的位姿矫正，本发明构建了基准图像库，将待矫正成像芯片的比对图像与基准图像进行匹配，找出与比对图像完成匹配的基准图像，最终根据匹配的基准图像完成待矫正成像芯片的位姿矫正，纠正成像芯片的位姿误差，减小对后续高精度处理的影响。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法及矫正系统。
背景技术
成像芯片（电荷耦合器件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS）是常见的成像装置（相机或摄像机）的感光器件，除了用于可见光波段的成像，也可以用在红外或紫外波段的成像。成像装置中常见的平整度调节方法是，当对焦清楚之后，就认为成像芯片摆放位置合适。
如图1所示，在焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深，即：在被摄主体（对焦点）前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深；景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大；焦深则指在保持影像较为清晰的前提下，焦点（焦平面）沿着镜头光轴所允许移动的距离。
参考图1光路，位于焦深区域内成像芯片沿着镜头光轴移动时，仍然可以较为清晰地成像，此时，我们将成像芯片在焦深区域内不同的位置定义为位姿，成像芯片与光轴的空间夹角定义为位姿夹角。
在焦深区域内，成像芯片的空间位置略有误差仍能清晰成像，但信噪比会略有不同，特别地，位姿夹角的误差对成像的影响大于位姿。然而，成像芯片实际装配时，装配误差是难以避免的，尤其是位姿夹角的误差难以测量，相比常规的成像芯片，超高清成像芯片的尺寸较大，因此位姿角度的微小变化对其感光特性的影响更为显著，同时影响到后续图片信号处理的计算。
因此，有必要提供一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法及矫正系统解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法及矫正系统，在计算出成像芯片在焦深区域内位姿夹角之后，通过计算位姿角的修正值而将位姿夹角误差定量化，为后继高精度ISP处理提供保障。
本发明提供的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，所述矫正方法包括以下步骤：
S1：基于至少一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像；
S2：基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像；
S3：结合参数值和预设的选择条件选取所述待矫正成像芯片的位姿确定方法；
S4：基于选择的所述待矫正成像芯片的位姿确定方法确定所述待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据所述位姿矫正角度完成所述待矫正成像芯片的位姿矫正。
优选的，所述基准图像库的构建，包括：
确定样本成像芯片在Z轴上的焦深，并在焦深的焦点位置根据边缘对称条件确定样本成像芯片的转动角度范围，其中，转动角度范围包括X轴转角范围和Y轴转角范围；
均匀地分割样本成像芯片的X轴转角范围和Y轴转角范围，得到转动角度；
在X轴转角范围的每个转动角度的位置上，依次在Y轴转角范围的每个转动角度下拍摄预先搭建的至少一种类型的矫正板，以获取在X轴转角范围和Y轴转角范围组合下的基准图像。
优选的，所述矫正板的类型包括5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板，其中，5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板分别包含5个色块、9个色块和16个色块。
优选的，所述基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，包括：
基于单一类型或者多种类型的矫正板，将同类型的比对图像的每个色块依次与基准图像库中所有基准图像中位置对应的色块进行匹配，得到每个基准图像中所有色块的匹配值，其中，匹配值/>的计算公式为：
其中，和/>分别为色块的宽度和高度，/>表示比对图像中的色块，/>表示基准图像的色块，i表示基准图像库中基准图像总数；
计算归属于同一基准图像的所有匹配值的算术平均值，得到比对图像与基准图像的匹配算术平均值/>，其中，匹配算术平均值/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量；
确定匹配最大值，
若比对图像的矫正板为单一类型，将数值最大的匹配算术平均值认定为最大值/>，
若比对图像的矫正板为多种类型，将不同类型矫正板对应的数值最大的匹配算术平均值认定为最大值/>；
计算所有匹配值的标准差/>，其中，标准差/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量。
优选的，所述位姿确定方法包括：
方法一：将匹配最大值所对应的基准图像的位姿角度确定为位姿矫正角度；
或者方法二：根据匹配最大值所对应的基准图像及相邻位置的位姿角度计算得到位姿矫正角度，计算公式为：
其中，为X轴的位姿矫正角度，/>为Y轴的位姿矫正角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在X轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在Y轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>为匹配最大值/>所对应的基准图像位置，/>和/>为/>在X轴的两个相邻位置，为/>在Y轴的两个相邻位置。
优选的，所述结合参数值和预设的选择条件选取所述待矫正成像芯片的位姿确定方法，包括：
计算得到匹配最大值与所有匹配算术平均值/>的算术平均值的差值/>，并取差值/>的绝对值得到/>；
比较与3/>的大小，
若≤3/>，位姿确定方法选取方法一，
若>3/>，位姿确定方法选取方法二。
本发明还提供了一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正系统，包括：
比对图像获取模块，用于基于至少一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像；
参数计算模块，用于基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像；
位姿方法选择模块，用于结合参数值和预设的选择条件选取所述待矫正成像芯片的位姿确定方法；
矫正角度确定模块，用于基于选择的所述待矫正成像芯片的位姿确定方法确定所述待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据所述位姿矫正角度完成所述待矫正成像芯片的位姿矫正。
与相关技术相比较，本发明提供的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法及矫正系统具有如下有益效果：
本发明构建了包含与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像的基准图像库，将待矫正成像芯片的比对图像与基准图像进行匹配，找出与比对图像完成匹配的基准图像，最终通过基准图像得到待矫正成像芯片的位姿矫正角度，以完成待矫正成像芯片的位姿矫正，更好地纠正成像芯片的位姿误差，提高最终成像的质量，减小对后续高精度处理的影响。
附图说明
图1为现有技术关于景深和焦深的示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法的流程图；
图3为本发明的基准图像库构建时拍摄装置示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法的另一种流程图；
图5为本发明实施例三提供的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法的流程图；
图6为本发明实施例四提供的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正系统的模块结构图；
图7为本发明的方法二在X轴相邻位置取值示意图；
图8为本发明的5号矫正板示意图；
图9为本发明的9号矫正板示意图；
图10为本发明的16号矫正板示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一
本发明提供的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，参考图2所示，矫正方法包括以下步骤：
S1：基于至少一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像。
在本实施例中，为了获取成像芯片的位姿矫正角度，需要利用包含成像芯片的拍摄装置进行图像拍摄，以获得一与成像芯片对应的比对图像，具体，参考图3所示，搭建一包括矫正板和均匀光源的场景，利用包含成像芯片的拍摄对矫正板进行拍摄，其中，矫正板可以是5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板其中任意一个；也可以是5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板三者的集合，对集合的矫正板进行图像拍摄后，可以获得与三个不同类型矫正板对应的三个比对图像。
需要说明，参考图7至图9所示，5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板分别包含均匀分布的5个色块、9个色块和16个色块，且每个色块均具有24种颜色。
S2：基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像。
在本实施例中，基准图像库的构建步骤包括：
首先，确定样本成像芯片在Z轴上的焦深，并在焦深的焦点位置根据边缘对称条件确定样本成像芯片的转动角度范围，其中，转动角度范围包括X轴转角范围和Y轴转角范围。
在本实施例中，参考图3所示，同样需搭建一包括矫正板和均匀光源的场景，同时矫正板上打印有棋盘格图像，使用时，将样本成像芯片放在三自由度移动装置上，三个自由度分别为沿Z轴前后移动、绕X轴方向转动和绕Y轴方向转动。
搭建好场景后，先确定样本成像芯片在Z轴上焦深，具体操作为：从前焦深位置开始，沿着Z轴方向将样本成像芯片移动到后焦深位置，在此过程中，确保棋盘格充满整个图像，且图像的最上边和最下边都要能有清晰的像，并将焦深中心位置定为Z轴的中心位置。
再根据焦深确定样本成像芯片在X轴上的转角范围，具体操作为：将样本成像芯片放到位置，将样本成像芯片中心绕X轴转动，转动过程中需使图像的上下边处在对称位置，继而获得在X轴上的转角范围/>，其范围中间值为/>，如果图像上下边不对称，则调节Y轴上下位置而使得图像的上下边对称。
最后根据焦深确定样本成像芯片在Y轴上的转角范围，具体操作为：将样本成像芯片放到位置，将样本成像芯片中心绕Y轴转动，转动过程中需使图像的左右边处在对称位置，继而获得在Y轴上的转角范围/>，其范围中间值为/>，如果图像上下边不对称，则调节X轴左右位置而使得图像的左右边对称。
其次，均匀地分割样本成像芯片的X轴转角范围和Y轴转角范围，得到转动角度。
在本实施例中，确定好焦深的焦点位置、X轴上的转角范围/>和Y轴上的转角范围后，将焦深、转角范围/>和转角范围/>按照相同方式等分，以在X轴和Y轴上形成若干转动角度，分别记作/>和/>。
最后，在X轴转角范围的每个转动角度的位置上，依次在Y轴转角范围的每个转动角度下拍摄预先搭建的至少一种类型的矫正板，以获取在X轴转角范围和Y轴转角范围组合下的基准图像。
在本实施例中，基准图像库的构建过程中，矫正板同样可以是5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板其中任意一个；也可以是5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板三者的集合，若是集合，则基准图像库中则包括与5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板分别对应的子库，子库中的基准图像属于同一类型的矫正板。
在构建过程中，将样本成像芯片放置在位置，在Y轴的转角范围的每个转动角度位置，依次绕X轴转动样本成像芯片，在每一个/>角，都利用样本成像芯片拍摄一张矫正板照片，持续拍摄直至完成了所有的（/>，/>，/>）位置对矫正板的拍摄，获取的所有矫正板图像则形成了基准图像库，相对于理想位姿（/>，/>，/>），基准图像库中所有的矫正板图像都具有一位姿角度（/>，/>），后续对成像芯片增加一个位姿角度（/>，/>）即可完成矫正。
S3：结合参数值和预设的选择条件选取待矫正成像芯片的位姿确定方法。
在本实施例中，相关参数的计算步骤，包括：
首先，基于单一类型或者多种类型的矫正板，将同类型的比对图像的每个色块依次与基准图像库中所有基准图像中位置对应的色块进行匹配，得到每个基准图像中所有色块的匹配值，其中，匹配值/>的计算公式为：
其中，和/>分别为色块的宽度和高度，/>表示比对图像中的色块，/>表示基准图像的色块，i表示基准图像库中基准图像总数；
计算归属于同一基准图像的所有匹配值的算术平均值，得到比对图像与基准图像的匹配算术平均值/>，其中，匹配算术平均值/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量；
其次，确定匹配最大值，
若比对图像的矫正板为单一类型，将数值最大的匹配算术平均值认定为最大值/>，
若比对图像的矫正板为多种类型，将不同类型矫正板对应的数值最大的匹配算术平均值认定为最大值/>；
最后，计算所有匹配值的标准差/>，其中，标准差/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量。
在得到匹配最大值、标准差/>、匹配算术平均值/>和匹配值/>后，需根据下述选择条件选取一种待矫正成像芯片的位姿确定方法，位姿确定方法分为方法一和方法二。
其中，方法一是将匹配最大值所对应的基准图像的位姿角度确定为位姿矫正角度。
或者方法二是根据匹配最大值所对应的基准图像及相邻位置的位姿角度计算得到位姿矫正角度，计算公式为：
其中，为X轴的位姿矫正角度，/>为Y轴的位姿矫正角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在X轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在Y轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>为匹配最大值/>所对应的基准图像位置，/>和/>为/>在X轴的两个相邻位置，为/>在Y轴的两个相邻位置。
具体的选择条件为：
首先，计算得到匹配最大值与所有匹配算术平均值/>的算术平均值的差值/>，并取差值/>的绝对值得到/>；
其次，比较与3/>的大小，
若≤3/>，位姿确定方法选取方法一，
若>3/>，位姿确定方法选取方法二。
S4：基于选择的待矫正成像芯片的位姿确定方法确定待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据位姿矫正角度完成待矫正成像芯片的位姿矫正。
实施例二
在实施例二中，参考图4所示，无论是基准图像库的构建还是待矫正成像芯片的拍摄，矫正板的类型为5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板其中任意一个。
实施例二的矫正方法包括：
首先，基于某一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像。
实施例二中，为了获取成像芯片的位姿矫正角度，需要利用包含成像芯片的拍摄装置进行图像拍摄，以获得一与成像芯片对应的比对图像，具体，参考图3所示，搭建一包括矫正板和均匀光源的场景，利用包含成像芯片的拍摄对矫正板进行拍摄，其中，矫正板为5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板其中任意一个。
需要说明，参考图7至图9所示，5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板分别包含均匀分布的5个色块、9个色块和16个色块，且每个色块均具有24种颜色。
其次，基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像。
实施例二中，基准图像库的构建步骤包括：
首先，确定样本成像芯片在Z轴上的焦深，并在焦深的焦点位置根据边缘对称条件确定样本成像芯片的转动角度范围，其中，转动角度范围包括X轴转角范围和Y轴转角范围。
在本实施例中，参考图3所示，同样需搭建一包括矫正板和均匀光源的场景，同时矫正板上打印有棋盘格图像，使用时，将样本成像芯片放在三自由度移动装置上，三个自由度分别为沿Z轴前后移动、绕X轴方向转动和绕Y轴方向转动。
搭建好场景后，先确定样本成像芯片在Z轴上焦深，具体操作为：从前焦深位置开始，沿着Z轴方向将样本成像芯片移动到后焦深位置，在此过程中，确保棋盘格充满整个图像，且图像的最上边和最下边都要能有清晰的像，并将焦深中心位置定为Z轴的中心位置。
再根据焦深确定样本成像芯片在X轴上的转角范围，具体操作为：将样本成像芯片放到位置，将样本成像芯片中心绕X轴转动，转动过程中需使图像的上下边处在对称位置，继而获得在X轴上的转角范围/>，其范围中间值为/>，如果图像上下边不对称，则调节Y轴上下位置而使得图像的上下边对称。
最后根据焦深确定样本成像芯片在Y轴上的转角范围，具体操作为：将样本成像芯片放到位置，将样本成像芯片中心绕Y轴转动，转动过程中需使图像的左右边处在对称位置，继而获得在Y轴上的转角范围/>，其范围中间值为/>，如果图像上下边不对称，则调节X轴左右位置而使得图像的左右边对称。
其次，均匀地分割样本成像芯片的X轴转角范围和Y轴转角范围，得到转动角度。
在本实施例中，确定好焦深的焦点位置、X轴上的转角范围/>和Y轴上的转角范围后，将焦深、转角范围/>和转角范围/>按照相同方式等分，以在X轴和Y轴上形成若干转动角度，分别记作/>和/>。
最后，在X轴转角范围的每个转动角度的位置上，依次在Y轴转角范围的每个转动角度下拍摄预先搭建的任意一种类型的矫正板，以获取在X轴转角范围和Y轴转角范围组合下的基准图像。
在构建过程中，将样本成像芯片放置在位置，在Y轴的转角范围的每个转动角度位置，依次绕X轴转动样本成像芯片，在每一个/>角，都利用样本成像芯片拍摄一张矫正板照片，持续拍摄直至完成了所有的（/>，/>，/>）位置对矫正板的拍摄，获取的所有矫正板图像则形成了基准图像库，相对于理想位姿（/>，/>，/>），基准图像库中所有的矫正板图像都具有一位姿角度（/>，/>），后续对成像芯片增加一个位姿角度（/>，/>）即可完成矫正。
接着，结合参数值和预设的选择条件选取待矫正成像芯片的位姿确定方法。
实施例二中，相关参数的计算，包括：
首先，基于单一类型的矫正板，将比对图像的每个色块依次与基准图像库中所有基准图像中位置对应的色块进行匹配，得到每个基准图像中所有色块的匹配值，其中，匹配值/>的计算公式为：
其中，和/>分别为色块的宽度和高度，/>表示比对图像中的色块，/>表示基准图像的色块，i表示基准图像库中基准图像总数；
计算归属于同一基准图像的所有匹配值的算术平均值，得到比对图像与基准图像的匹配算术平均值/>，其中，匹配算术平均值/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量；
其次，确定匹配最大值，
将数值最大的匹配算术平均值认定为最大值/>；
最后，计算所有匹配值的标准差/>，其中，标准差/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量。
在得到匹配最大值、标准差/>、匹配算术平均值/>和匹配值/>后，需根据下述选择条件选取一种待矫正成像芯片的位姿确定方法，位姿确定方法分为方法一和方法二。
其中，方法一是将匹配最大值所对应的基准图像的位姿角度确定为位姿矫正角度。
或者方法二是根据匹配最大值所对应的基准图像及相邻位置的位姿角度计算得到位姿矫正角度，计算公式为：
其中，为X轴的位姿矫正角度，/>为Y轴的位姿矫正角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在X轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在Y轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>为匹配最大值/>所对应的基准图像位置，/>和/>为/>在X轴的两个相邻位置，为/>在Y轴的两个相邻位置。
具体的选择条件为：
首先，计算得到匹配最大值与所有匹配算术平均值/>的算术平均值的差值/>，并取差值/>的绝对值得到/>；
其次，比较与3/>的大小，
若≤3/>，位姿确定方法选取方法一，
若>3/>，位姿确定方法选取方法二。
最后，基于选择的待矫正成像芯片的位姿确定方法确定待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据位姿矫正角度完成待矫正成像芯片的位姿矫正。
实施例三
实施例三中，参考图5所示，无论是基准图像库的构建还是待矫正成像芯片的拍摄，矫正板的类型为5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板的集合。
实施例二的矫正方法包括：
首先，基于多种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像。
实施例二中，为了获取成像芯片的位姿矫正角度，需要利用包含成像芯片的拍摄装置进行图像拍摄，以获得一与成像芯片对应的比对图像，具体，参考图3所示，搭建一包括矫正板和均匀光源的场景，利用包含成像芯片的拍摄对矫正板进行拍摄，其中，矫正板为5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板的集合，对集合的矫正板进行图像拍摄后，可以获得与三个不同类型矫正板对应的三个比对图像。
需要说明，参考图7至图9所示，5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板分别包含均匀分布的5个色块、9个色块和16个色块，且每个色块均具有24种颜色。
其次，基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像。
实施例三中，基准图像库的构建步骤包括：
首先，确定样本成像芯片在Z轴上的焦深，并在焦深的焦点位置根据边缘对称条件确定样本成像芯片的转动角度范围，其中，转动角度范围包括X轴转角范围和Y轴转角范围。
在本实施例中，参考图3所示，同样需搭建一包括矫正板和均匀光源的场景，同时矫正板上打印有棋盘格图像，使用时，将样本成像芯片放在三自由度移动装置上，三个自由度分别为沿Z轴前后移动、绕X轴方向转动和绕Y轴方向转动。
搭建好场景后，先确定样本成像芯片在Z轴上焦深，具体操作为：从前焦深位置开始，沿着Z轴方向将样本成像芯片移动到后焦深位置，在此过程中，确保棋盘格充满整个图像，且图像的最上边和最下边都要能有清晰的像，并将焦深中心位置定为Z轴的中心位置。
再根据焦深确定样本成像芯片在X轴上的转角范围，具体操作为：将样本成像芯片放到位置，将样本成像芯片中心绕X轴转动，转动过程中需使图像的上下边处在对称位置，继而获得在X轴上的转角范围/>，其范围中间值为/>，如果图像上下边不对称，则调节Y轴上下位置而使得图像的上下边对称。
最后根据焦深确定样本成像芯片在Y轴上的转角范围，具体操作为：将样本成像芯片放到位置，将样本成像芯片中心绕Y轴转动，转动过程中需使图像的左右边处在对称位置，继而获得在Y轴上的转角范围/>，其范围中间值为/>，如果图像上下边不对称，则调节X轴左右位置而使得图像的左右边对称。
其次，均匀地分割样本成像芯片的X轴转角范围和Y轴转角范围，得到转动角度。
在本实施例中，确定好焦深的焦点位置、X轴上的转角范围/>和Y轴上的转角范围后，将焦深、转角范围/>和转角范围/>按照相同方式等分，以在X轴和Y轴上形成若干转动角度，分别记作/>和/>。
最后，在X轴转角范围的每个转动角度的位置上，依次在Y轴转角范围的每个转动角度下拍摄预先搭建的多种类型的矫正板，以获取在X轴转角范围和Y轴转角范围组合下的基准图像，其中，基准图像分为三大类，分别与三种类型的矫正板对应。
在构建过程中，将样本成像芯片放置在位置，在Y轴的转角范围的每个转动角度位置，依次绕X轴转动样本成像芯片，在每一个/>角，都利用样本成像芯片拍摄一张矫正板照片，持续拍摄直至完成了所有的（/>，/>，/>）位置对矫正板的拍摄，获取的所有矫正板图像则形成了基准图像库，相对于理想位姿（/>，/>，/>），基准图像库中所有的矫正板图像都具有一位姿角度（/>，/>），后续对成像芯片增加一个位姿角度（/>，/>）即可完成矫正。
接着，结合参数值和预设的选择条件选取待矫正成像芯片的位姿确定方法。
实施例二中，相关参数的计算，包括：
首先，基于多种的矫正板，将比对图像的每个色块依次与基准图像库中所有基准图像中位置对应的色块进行匹配，得到每个基准图像中所有色块的匹配值，其中，匹配值的计算公式为：
其中，和/>分别为色块的宽度和高度，/>表示比对图像中的色块，/>表示基准图像的色块，i表示基准图像库中基准图像总数；/>
计算归属于同一基准图像的所有匹配值的算术平均值，得到比对图像与基准图像的匹配算术平均值/>，其中，匹配算术平均值/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量；
其次，确定匹配最大值，
将不同类型矫正板对应的数值最大的匹配算术平均值认定为最大值/>；
最后，计算所有匹配值的标准差/>，其中，标准差/>的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量。
在得到匹配最大值、标准差/>、匹配算术平均值/>和匹配值/>后，需根据下述选择条件选取一种待矫正成像芯片的位姿确定方法，位姿确定方法分为方法一和方法二。
其中，方法一是将匹配最大值所对应的基准图像的位姿角度确定为位姿矫正角度。
或者方法二是根据匹配最大值所对应的基准图像及相邻位置的位姿角度计算得到位姿矫正角度，计算公式为：
其中，为X轴的位姿矫正角度，/>为Y轴的位姿矫正角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在X轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>和/>分别为匹配最大值/>所对应的基准图像在Y轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，/>为匹配最大值/>所对应的基准图像位置，/>和/>为/>在X轴的两个相邻位置，为/>在Y轴的两个相邻位置。
具体的选择条件为：
首先，计算得到匹配最大值与所有匹配算术平均值/>的算术平均值的差值/>，并取差值/>的绝对值得到/>；
其次，比较与3/>的大小，
若≤3/>，位姿确定方法选取方法一，
若>3/>，位姿确定方法选取方法二。
最后，基于选择的待矫正成像芯片的位姿确定方法确定待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据位姿矫正角度完成待矫正成像芯片的位姿矫正。
实施例四
本发明还提供了一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正系统，参考图6所示，包括：
比对图像获取模块100，用于基于至少一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像；
参数计算模块200，用于基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像；
位姿方法选择模块300，用于结合参数值和预设的选择条件选取待矫正成像芯片的位姿确定方法；
矫正角度确定模块400，用于基于选择的待矫正成像芯片的位姿确定方法确定待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据位姿矫正角度完成待矫正成像芯片的位姿矫正。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框，以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器，或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
还需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (7)
1.一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，其特征在于，所述矫正方法包括以下步骤：
S1：基于至少一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像；
S2：基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像；
相关参数的计算步骤，包括：基于单一类型或者多种类型的矫正板，将同类型的比对图像的每个色块依次与基准图像库中所有基准图像中位置对应的色块进行匹配，得到每个基准图像中所有色块的匹配值；
S3：结合参数值和预设的选择条件选取所述待矫正成像芯片的位姿确定方法；
S4：基于选择的所述待矫正成像芯片的位姿确定方法确定所述待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据所述位姿矫正角度完成所述待矫正成像芯片的位姿矫正。
2.根据权利要求1所述的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，其特征在于，所述基准图像库的构建，包括：
确定样本成像芯片在Z轴上的焦深，并在焦深的焦点位置根据边缘对称条件确定样本成像芯片的转动角度范围，其中，转动角度范围包括X轴转角范围和Y轴转角范围；
均匀地分割样本成像芯片的X轴转角范围和Y轴转角范围，得到转动角度；
在X轴转角范围的每个转动角度的位置上，依次在Y轴转角范围的每个转动角度下拍摄预先搭建的至少一种类型的矫正板，以获取在X轴转角范围和Y轴转角范围组合下的基准图像。
3.根据权利要求2所述的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，其特征在于，所述矫正板的类型包括5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板，其中，5号矫正板、9号矫正板和16号矫正板分别包含5个色块、9个色块和16个色块。
4.根据权利要求3所述的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，其特征在于，所述基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，包括：
匹配值Mi的计算公式为：
其中，w和h分别为色块的宽度和高度，imgn表示比对图像中的色块，pgi表示基准图像的色块，i表示基准图像库中基准图像总数；
计算归属于同一基准图像的所有匹配值Mi的算术平均值，得到比对图像与基准图像的匹配算术平均值Mmean，其中，匹配算术平均值Mmean的计算公式为：
其中，式中n为矫正板的色块数量；
确定匹配最大值Mmax，
若比对图像的矫正板为单一类型，将数值最大的匹配算术平均值Mmean认定为最大值Mmax，
若比对图像的矫正板为多种类型，将不同类型矫正板对应的数值最大的匹配算术平均值Mmean认定为最大值Mmax；
计算所有匹配值Mi的标准差σ，其中，标准差σ的计算公式为：
5.根据权利要求4所述的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，其特征在于，所述位姿确定方法包括：
方法一：将匹配最大值Mmax所对应的基准图像的位姿角度确定为位姿矫正角度；
或者方法二：根据匹配最大值Mmax所对应的基准图像及相邻位置的位姿角度计算得到位姿矫正角度，计算公式为：
其中，αd为X轴的位姿矫正角度，βd为Y轴的位姿矫正角度，αi-1和αi+1分别为匹配最大值Mmax所对应的基准图像在X轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，βj+1和βi-1分别为匹配最大值Mmax所对应的基准图像在Y轴上两个相邻位置基准图像的位姿角度，Δd为匹配最大值Mmax所对应的基准图像位置，Δi+1和Δi-1为Δd在X轴的两个相邻位置，Δj+1和Δj-1为Δd在Y轴的两个相邻位置。
6.根据权利要求5所述的一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正方法，其特征在于，所述结合参数值和预设的选择条件选取所述待矫正成像芯片的位姿确定方法，包括：
计算得到匹配最大值Mmax与所有匹配算术平均值Mmean的算术平均值的差值ΔM，并取差值ΔM的绝对值得到lΔMl；
比较lΔMl与3σ的大小，
若lΔMl≤3σ，位姿确定方法选取方法一，
若lΔMl>3σ，位姿确定方法选取方法二。
7.一种焦深区域成像芯片位姿角度矫正系统，其特征在于，包括：
比对图像获取模块，用于基于至少一种类型的矫正板获取待矫正成像芯片的比对图像；
参数计算模块，用于基于构建的基准图像库对比对图像进行参数计算，得到参数值，其中，基准图像库是基于不同位姿角度下的样本成像芯片构建的，包括与样本成像芯片的位姿角度一一对应的基准图像；
相关参数的计算步骤，包括：基于单一类型或者多种类型的矫正板，将同类型的比对图像的每个色块依次与基准图像库中所有基准图像中位置对应的色块进行匹配，得到每个基准图像中所有色块的匹配值；
位姿方法选择模块，用于结合参数值和预设的选择条件选取所述待矫正成像芯片的位姿确定方法；
矫正角度确定模块，用于基于选择的所述待矫正成像芯片的位姿确定方法确定所述待矫正成像芯片的位姿矫正角度，并根据所述位姿矫正角度完成所述待矫正成像芯片的位姿矫正。
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