CN209030338U - 双目立体相机对焦设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双目立体相机对焦设备及其对焦控制装置，该设备包括对焦靶标、夹持装置和焦距调整装置；夹持装置包括伸缩缸和与所述伸缩缸的活塞杆固接的机械手，所述机械手在所述活塞杆的驱动下靠近或远离所述双目立体相机，以夹紧或释放双目立体相机的镜头、相机机体和电路板；焦距调整装置为两组，两所述焦距调整装置分别一一对应地作用于两个所述镜头，并分别驱动对应侧的所述镜头以预设方向和步长自转。该双目立体相机的对焦设备能够简化相机对焦操作过程，降低了相机对焦的工作量，提高了对焦精准度。

Description

双目立体相机对焦设备

技术领域

本实用新型涉及立体成像技术领域，特别是涉及一种用于双目立体相机的对焦设备。

背景技术

双目立体视觉是通过设计和模仿人类视觉来活的物体位置信息的技术，其广泛应用在逆向工程、测试测量、视觉导航等领域。从原理上来讲，双目立体视觉利用两台成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，计算出摄像机的内参数和外参数，并通过计算图像对应像素点间的位置偏差(称作“视差disparity”)，来得到物体与成像设备之间的距离，从而得到物体在摄像机坐标系中的三维信息；双目立体视觉的成像设备通常是由并排放置并保持一定间距(称作“基线距离baseline distance”)的两台参数完全一致的摄像机组成，通常被称作双目立体相机(简称“双目相机”)。

为了使双目相机的结构更加稳定，从而保证装配后的双目视觉传感器的相对位置保持严格固定不变，如图1所示的双目相机采用了一体化结构，该一体化结构的双目相机包含两颗光学镜头101、一台一体化结构的机体102和两片带有视觉传感器的电路板103。

对于用于工业、交通、航天、军事等领域固定焦距的成像设备，都需要在设备的装配过程中进行对焦。对焦过程就是通过调节光学镜头与成像平面(视觉传感器所在平面)的距离(通常称为“像距”)，使得某物距范围内的目标能够在成像平面上清晰地成像。通常，在成像设备的装配过程中，通过手动顺时针或逆时针旋动镜头(或对焦环)来调节像距，这种方式不但使装配效率低下，而且依赖人眼对图像清晰度进行判断的准确性欠佳。双目相机由两台固定焦距的成像设备组成，为保证后续的立体匹配顺利进行，需要保证两幅图像的清晰度严格一致，而采用手动对焦的方式会使装配效率与对焦准确性问题变得更加突出。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双目立体相机的对焦设备，以期装置解决上述至少一个问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种双目立体相机对焦设备，包括对焦靶标，还包括夹持装置和焦距调整装置；

所述夹持装置包括伸缩缸和与所述伸缩缸的活塞杆固接的机械手，所述机械手在所述活塞杆的驱动下靠近或远离所述双目立体相机，以夹紧或释放双目立体相机的镜头、相机机体和电路板；

所述焦距调整装置为两组，两所述焦距调整装置分别一一对应地作用于两个所述镜头，并根据所述控制装置的指令分别驱动对应侧的所述镜头以预设方向和步长自转。

进一步地，所述机械手的夹持面的形状与被夹持面的形状相匹配，所述被夹持面为所述镜头的外轮廓面、所述相机机体的外轮廓面和所述电路板的外形面中的至少一者。

进一步地，所述焦距调整装置包括电机、与所述电机的输出轴传动连接的齿轮组，和与所述齿轮组的末级齿轮同轴设置的主动轮，所述主动轮的外缘轮廓与所述镜头的外壁相抵靠并驱动所述镜头自转。

进一步地，所述焦距调整装置还包括可转动地安装于设备工作台的从动轮，所述镜头夹设于所述主动轮与所述从动轮之间。

进一步地，所述从动轮为两个，两所述从动轮形成所述镜头的转动导向面。

本实用新型提供的双目立体相机对焦设备包括对焦靶标、夹持装置和焦距调整装置；其中，夹持装置包括伸缩缸和与所述伸缩缸的活塞杆固接的机械手，所述机械手在所述活塞杆的驱动下靠近或远离所述双目立体相机，以夹紧或释放双目立体相机的镜头、相机机体和电路板；焦距调整装置为两组，两所述焦距调整装置分别一一对应地作用于两个所述镜头，并分别驱动对应侧的所述镜头以预设方向和步长自转。

在工作过程中，夹持结构可夹持固定双目立体的相机、两镜头以及其两片电路板，以保证机体、镜头和电路板在对焦时保持相对位置不变；夹紧完成后，焦距调整装置带动双目立体相机相应侧的镜头在视觉传感器所在的平面上顺时针或逆时针转动适当步长，直至两镜头相对于靶标拍摄到的像距落入允许的阈值范围之内，此时，靶标能够在成像平面上清晰地成像，对焦结束。

这样，该双目立体相机的对焦设备能够在夹持装置的作用下固定位置，避免了在对焦过程中设备发生移动，从而实现较为准确的对焦，且无需工作人员手动对焦，从而简化了相机对焦操作过程，降低了相机对焦的工作量；同时，由于采用机械设备替代手工对焦，使得对焦精度容易保证，在设定好参数后，同批次产品的对焦精度相同，从而提高了对焦精度，保证两幅图像的清晰度严格一致。

附图说明

图1为一种典型的双目立体相机的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的对焦设备一种具体实施方式的装置框图；

图3为图2所示对焦设备中焦距调整装置一种具体实施方式的结构示意图；

图4为图3所示焦距调整装置的局部分解图；

图5为图4所示焦距调整装置的传动机构示意图。

附图标记说明：

在图1中：

101-光学镜头

102-机体

103-电路板

在图2-图5中：

1-对焦靶标

2-夹持装置

3-焦距调整装置

4-双目立体相机

21-伸缩缸

22-机械手

31-电机

32-齿轮组

33-主动轮

34-从动轮

35-减速器

41-机体

42-镜头

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在一种具体实施方式中，本实用新型提供一种双目立体相机对焦设备，该实施例中涉及到的双目立体相机4与现有技术中描述的图1所示的双目相机的结构相同，该双目立体相机4包含两颗光学镜头42、一台一体化结构的机体41和两片带有视觉传感器的电路板(图中未示出)。

在设计对焦设备之初，首先需要明确的是双目立体相机4的对焦概念和对焦原理。对焦过程就是通过调节光学镜头与成像平面(即视觉传感器所在平面)的距离(通常称为“像距”)，使得某物距范围内的目标能够在成像平面上清晰地成像。

请参考图2，图2为本实用新型所提供的对焦设备一种具体实施方式的装置框图。

在该具体实施方式中，对焦设备包括对焦靶标1、控制装置、夹持装置2和焦距调整装置3；所述夹持装置2根据所述控制装置的指令夹紧或释放双目立体相机4的机体41、镜头42和电路板；所述焦距调整装置3 为两组，两所述焦距调整装置3分别一一对应地作用于两个镜头42，并根据所述控制装置的指令分别驱动对应侧的镜头42以预设方向和步长自转；所述控制装置根据两镜头42拍摄到的所述对焦靶标1的图像位置信号，控制所述夹持装置2和/或所述焦距调整装置3的动作。在对焦过程中，镜头42通过拍摄对焦靶标1的图像得到用于对比的图像位置数据，电路板上的两个视觉传感器分别采集该对焦靶标1的位置信息，并将位置信息均传输至控制装置内进行比对，根据两个图像位置的差值，来确定焦距调整装置3的旋转方向和步长。

具体地，上述夹持装置2包括伸缩缸21和与所述伸缩缸21的活塞杆固接的机械手22，所述机械手22在所述活塞杆的驱动下靠近或远离所述双目立体相机4；在进行对焦操作之前，控制装置会向伸缩缸21发出动作指令，从而通知伸缩缸21控制机械手22对相机的机体41、两镜头 41和两电路板进行夹持和定位，从而保证每次对焦操作之前，机体41、镜头42与电路板位置的是唯一的、固定的、不变的，进而保证对焦精度。该伸缩缸21可以为气缸、油缸或电缸等具体形式。

上述夹持装置2只要能够实现相机机体41、镜头42和电路板的夹持定位即可，不局限于上述具体结构，例如，也可采用蜗轮蜗杆等结构替代伸缩缸21，蜗轮与电机31输出轴传动连接，蜗杆与机械手22固定，将电机31的转动通过蜗杆与蜗轮的啮合转化为直线运动，从而驱动机械手22直线运动实现夹紧和释放动作。

为了提高夹持定位效果，避免机械手22对相机机体41或电路板产生磨损，可令机械手22的夹持面的形状与被夹持面的形状相匹配，所述被夹持面为所述机体41的外轮廓面、镜头42的外轮廓面或所述电路板的外形面，即机械手22的夹持面可根据夹持对象的外形设置为与之相匹配的外形形状。机械手22也可以为简单的弧形或者板式结构，以降低加工难度和成本。

在该具体实施方式中，如图3-5所示，上述焦距调整装置3包括电机31、与所述电机31的输出轴传动连接的齿轮组32，和与所述齿轮组 32的末级齿轮同轴设置的主动轮33，所述主动轮33的外缘轮廓与所述镜头42的外壁相抵靠并驱动所述镜头42自转。在工作过程中，电机31 接收到控制装置发出的开启指令后，带动齿轮组32的首级齿轮转动，从而依次驱动各级齿轮转动，进而带动末级齿轮上安装的主动轮33随该末级齿轮同步转动，通过主动轮33与镜头42外轮廓之间的摩擦力来驱动镜头42转动，从而通过镜头旋转来实现镜头对焦的目的。

上述电机31优选为伺服电机，该伺服电机可以根据控制装置的指令按照指定的步长运动，从而实现精确调整。同时，为了提高传动效果，还可以在伺服电机与齿轮组32之间安装减速器35，工作过程中，伺服电机接收控制装置发送的转动方向与转动步长的控制命令，并根据控制命令驱动减速器35转动，减速器35按照一定速比进行调速后驱动齿轮组 32转动，齿轮组32传动从而带动主动轮33旋转，并驱动镜头42按预定方向和步长自转，最终达到对焦目的。

为了保证直线运动的方向准确性，该焦距调整装置3还包括可转动地安装于设备工作台的从动轮34，所述镜头42夹设于所述主动轮33与所述从动轮34之间；所述从动轮34为两个，两所述从动轮34形成所述镜头42的转动导向面，设置从动轮34的主要作用是为镜头42提供转动导向。

需要指出的是，文中所述的控制系统为本领域常规使用的控制系统，例如可编程的单片机、PC或其他形式，其可根据预存的程序发出指令，但本申请只希望保护能够实现对焦的结构，对于控制策略和控制系统不在本申请保护范围以内，在此不作赘述。

应当理解的是，该对焦设备应具有支撑固定结构的工作台，伺服电机、减速器35、从动轮34等部件被固定在工作台上保持不动。

本实用新型提供的双目立体相机对焦设备包括对焦靶标1、控制装置、夹持装置2和焦距调整装置3；其中，控制装置根据双目立体相机4 的两个镜头(即两个视觉传感器)拍摄到的所述对焦靶标1的图像位置信号，控制所述夹持装置2和/或所述焦距调整装置3的动作；夹持装置 2根据所述控制装置的指令夹紧或释放双目立体相机4的机体41、镜头 42和电路板；焦距调整装置3为两组，两所述焦距调整装置3分别一一对应地与两镜头42相接触并驱动镜头42旋转，且根据所述控制装置的指令分别驱动对应侧的镜头42顺时针或者逆时针转动预设步长。

在工作过程中，控制装置向夹持装置2发出动作指令，使得夹持装置2夹持固定住待夹持的结构，即夹持结构夹持固定双目立体相机4的机体41、两个镜头42以及其两片电路板，以保证双目立体相机4的机体 41、镜头42和电路板在对焦时保持相对位置不变，在该具体实施方式中，气缸接收到指令后驱动机械手22伸出并夹持住机体41、镜头42和电路板；夹紧完成后，控制装置向焦距调整装置3发出动作指令，使得焦距调整装置3带动双目立体相机4相应侧的镜头42在视觉传感器所在的平面上顺时针或逆时针转动适当步长，直至两镜头相对于靶标拍摄到的像距落入允许的阈值范围之内，此时，靶标能够在成像平面上清晰地成像，对焦结束；焦距调整装置带动镜头的旋转方向和步长，应根据控制装置计算和判断出的像距为依据。在该具体实施方式中，控制装置向伺服电机发送指令，伺服电机接收控制装置发送的转动方向与转动步长的控制命令，并根据控制命令驱动减速器35转动，减速器35按照一定速比进行调速后驱动齿轮组32的首级齿轮随其输出轴转动，从而依次驱动各级齿轮转动，进而带动末级齿轮上安装的主动轮随该末级齿轮同步转动，从而实现对焦。当每台双目相机的两个镜头完成对焦旋动后，操作人员需要在镜头与机体间进行点胶固定(或在镜头旋入前，于螺纹处点胶)，从而保证镜头42与机体41间不再发生相对旋动，最终完成一台双目相机的对焦。

本实用新型提供的双目立体相机对焦设备包括对焦靶标、夹持装置和焦距调整装置；其中，夹持装置包括伸缩缸和与所述伸缩缸的活塞杆固接的机械手，所述机械手在所述活塞杆的驱动下靠近或远离所述双目立体相机，以夹紧或释放双目立体相机的镜头、相机机体和电路板；焦距调整装置为两组，两所述焦距调整装置分别一一对应地作用于两个所述镜头，并分别驱动对应侧的所述镜头以预设方向和步长自转。

在工作过程中，夹持结构可夹持固定双目立体的相机、两镜头以及其两片电路板，以保证机体、镜头和电路板在对焦时保持相对位置不变；夹紧完成后，焦距调整装置带动双目立体相机相应侧的镜头在视觉传感器所在的平面上顺时针或逆时针转动适当步长，直至两镜头相对于靶标拍摄到的像距落入允许的阈值范围之内，此时，靶标能够在成像平面上清晰地成像，对焦结束。

这样，该双目立体相机的对焦设备能够在夹持装置的作用下固定位置，避免了在对焦过程中设备发生移动，从而实现较为准确的对焦，且无需工作人员手动对焦，从而简化了相机对焦操作过程，降低了相机对焦的工作量；同时，由于采用机械设备替代手工对焦，使得对焦精度容易保证，在设定好参数后，同批次产品的对焦精度相同，从而提高了对焦精度，保证两幅图像的清晰度严格一致。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种双目立体相机对焦设备，包括对焦靶标(1)，其特征在于，还包括夹持装置(2)和焦距调整装置(3)；

所述夹持装置(2)包括伸缩缸(21)和与所述伸缩缸(21)的活塞杆固接的机械手(22)，所述机械手(22)在所述活塞杆的驱动下靠近或远离所述双目立体相机(4)，以夹紧或释放双目立体相机(4)的镜头(42)、机体(41)和电路板；

所述焦距调整装置(3)为两组，两所述焦距调整装置(3)分别一一对应地作用于两个所述镜头(42)，并分别驱动对应侧的所述镜头(42)以预设方向和步长自转。

2.根据权利要求1所述的双目立体相机对焦设备，其特征在于，所述机械手(22)的夹持面的形状与被夹持面的形状相匹配，所述被夹持面为所述镜头(42)的外轮廓面、所述机体(41)的外轮廓面和所述电路板的外形面中的至少一者。

3.根据权利要求1或2所述的双目立体相机对焦设备，其特征在于，所述焦距调整装置(3)包括电机(31)、与所述电机(31)的输出轴传动连接的齿轮组(32)和与所述齿轮组(32)的末级齿轮同轴设置的主动轮(33)，所述主动轮(33)的外缘轮廓与所述镜头(42)的外壁相抵靠并驱动所述镜头(42)自转。

4.根据权利要求3所述的双目立体相机对焦设备，其特征在于，所述焦距调整装置(3)还包括可转动地安装于设备工作台的从动轮(34)，所述镜头(42)夹设于所述主动轮(33)与所述从动轮(34)之间。

5.根据权利要求4所述的双目立体相机对焦设备，其特征在于，所述从动轮(34)为两个，两所述从动轮(34)形成所述镜头(42)的转动导向面。