CN212624150U

CN212624150U - 光学成像系统的标定靶标

Info

Publication number: CN212624150U
Application number: CN202021215102.2U
Authority: CN
Inventors: 陈涛; 李剑平; 章逸舟
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2020-06-28
Filing date: 2020-06-28
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-06-28

Abstract

本实用新型公开了一种光学成像系统的标定靶标。本实用新型公开的标定靶标包括标定靶标本体，标定靶标本体包括多个沿第一方向依次层叠设置的标定台。本实用新型的标定靶标为三维标定靶标，可同时标定光学成像系统的多个指标，不仅操作简便、简化了标定过程，且结构简单、易于加工。应用本实用新型的标定靶标对光学成像系统的各项指标进行标定可以极大地提高光学成像系统的标定效率。

Description

光学成像系统的标定靶标

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，具体地，涉及一种光学成像系统的标定靶标。

背景技术

光学成像系统可以对目标物体进行光学成像，通过对采集的数字图像进行处理分析，可以得到目标物体的属性信息，例如大小、形态、结构、色彩、密度、身份等。为了准确获取上述属性信息，需要对成像系统的调焦、分辨率、景深、倍率、视场、畸变、白平衡、像差、动态范围、照明器的光照层厚度、照明亮度均匀性等指标进行标定，以便标定光学成像系统的成像性能，并据此对光学成像系统做出合理调整。

通常可以采用靶标等标定产品对光学成像系统的各项指标进行标定。图1是现有技术的USAF 1951分辨率测试板。图2是现有技术的朗奇刻线法测试板。图3是现有技术的星标测试板。图4是现有技术的畸变测试板。现有技术的用于光学成像的标定产品通常只能对单一指标进行标定，例如：图1是现有技术的用于检测光学成像系统的分辨率的USAF 1951测试板，USAF 1951测试板是爱特蒙特光学和索雷博公司用于标定成像系统分辨率的其中一种产品。参照图1所示，USAF 1951测试板由一系列的间距按照一定规律变化的水平和垂直线组成，通过找出成像系统不能识别的最小的线对，计算光学成像系统的分辨率。图2是现有技术用于检测光学成像系统的分辨率的朗奇刻线法测试板，参照图2所示，郎奇刻线法的测试板包括多条具有相同间隔的重复线条，多条线条朝一个方向延伸，并覆盖了测试板的整个表面。图3是现有技术用于检测光学成像系统的分辨率的星标测试板，参照图3所示，星标测试板通过一圈凹凸交替的饼形组成，饼形沿靠近圆心的方向宽度连续发生变化，饼形越靠近圆心的部分宽度越窄。饼形的宽度变化可以在垂直、水平及其他方向测试光学成像系统的分辨率。图4是现有技术的用于检测光学成像系统的畸变的畸变测试板，参照图4所示，畸变测试板由点网格或方形图案组成，能提供理论上未发生畸变的点的位置与实际发生畸变点的位置信息，从而求解畸变模型，校正光学成像系统的畸变。

从上述举例的现有技术的标定产品来看，测试图形都是位于同一平面，属于二维的标定产品，只能检测单一的指标。当检测光学成像系统的其它指标时，需要更换其它类型的标定产品或者需要移动标定产品的位置，检测多个指标时，采用现有技术的标定产品操作十分复杂。

因此，设计一种操作简单、可标定多个指标的标定靶标是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

实用新型内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种操作简单、可标定多个指标的光学成像系统的标定靶标。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

本实用新型公开了一种光学成像系统的标定靶标，所述标定靶标包括：

标定靶标本体，包括多个沿第一方向依次层叠设置的标定台，所述多个标定台的横截面的形状相同；所述多个标定台的横截面的面积沿着所述第一方向依次减小；其中，所述第一方向垂直于所述标定台的横截面；所述标定靶标本体与光学成像系统可拆卸地连接。

进一步地，所述标定靶标还包括连接每个标定台边缘的标尺，所述标尺背离所述标定标靶本体的表面上设置有刻度标记；所述标尺设置有多个，所述多个标尺上的刻度标记的单位刻度值各不相同；

或者，每个标定台面向所述第一方向的标定表面上均设置有多个刻度标记，所述多个刻度标记设置于标定表面未被遮挡的区域上；所述多个刻度标记的单位刻度值各不相同。

进一步地，每个标定台的边缘设置有至少一个辅助点。

进一步地，每个标定台面向所述第一方向的标定表面上设置有标记序号，所述标定序号设置于标定表面未被遮挡的区域上；每个标定台上的标记序号各不相同。

进一步地，每个标定台的面向第一方向的标定表面的颜色为中性色。

进一步地，每个标定台的面向第一方向的标定表面被分为多个成像区域，光学成像系统采集标定靶标的图像时，每个成像区域所成的像区别于相邻成像区域所成的像，每个成像区域所成的像与相邻成像区域所成的像的分界线由标定靶标的图像的中心为起点延伸至标定靶标图像的边缘形成。

进一步地，所述标定靶标还包括固定部，与所述标定靶标本体连接，所述固定部用于与光学成像系统可拆卸地连接。

进一步地，所述标定靶标包括至少两个固定部，所述固定部由最底部的标定台的侧壁沿远离侧壁的方向延伸而成。

进一步地，所述固定部设置有通孔，利用连接件穿过所述通孔后连接所述光学成像系统，从而实现标定靶标与所述光学成像系统可拆卸地连接。

进一步地，所述标定台为圆柱体或者所述标定台为棱柱体。

本实用新型的有益效果：本实用新型的标定靶标包括具有多个标定台的标定靶标本体，结构为三维标定靶标，可同时标定光学成像系统的多个指标，不仅操作简便、简化了标定过程，且结构简单、易于加工。应用本实用新型的标定靶标对光学成像系统的各项指标进行标定可以极大地提高光学成像系统的标定效率。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本实用新型的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是现有技术的USAF 1951分辨率测试板；

图2是现有技术的朗奇刻线法测试板；

图3是现有技术的星标测试板；

图4是现有技术的畸变测试板；

图5a是本实用新型的第一实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图；

图5b是本实用新型的第一实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图；

图6a是本实用新型的第二实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图；

图6b是本实用新型的第二实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图；

图7a是本实用新型的第三实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图；

图7b是本实用新型的第三实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图；

图8a是本实用新型的第四实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图；

图8b是本实用新型的第四实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图；

图9a是本实用新型的第五实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图；

图9b是本实用新型的第五实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图；

图10是本实用新型的第六实施例的光学成像系统的标定方法的流程示意图；

图11是本实用新型的第六实施例的标定靶标在标定时与光学成像系统的位置关系示意图；

图12是图11的侧视图；

图13是本实用新型的第七实施例的光学成像系统采集的测试图像；

图14是本实用新型的第七实施例的测试图像中像素点的灰度值与像素点的位置的关系图；

图15是本实用新型的第七实施例的测试图像中像素点的局部对比度与像素点的位置的关系图。

附图中：100、标定靶标；10、标定靶标本体；11、标定台；12、标尺；13、辅助点；14、标记序号；20、固定部，21、通孔；200、光学成像系统，210、成像子系统；220、照明器；A1、无光照区域；A2、离焦模糊区域；A3、景深区域；Z、第一方向；X、第二方向；Y、第三方向；O、标定靶标的半高面；O’、照明区域的半高面；B、标定靶标的中心轴；B’、成像子系统的光轴；h、标定台的高度。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本实用新型的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本实用新型，并且本实用新型不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本实用新型的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本实用新型的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。

从上述背景技术的记载中可知，现有技术的标定靶标通常只能对单一指标进行标定，若需要标定多个指标，则需要采用多个不同类型的标定靶标进行多次测试，或者需要多次调整标定靶标的位置，不仅费时、操作复杂且成本较高。此外，有些光学成像系统应用于水下环境，而水下环境照明光线不足，环境恶劣，进行各项指标的标定时难度更大。为了提高标定光学成像系统各项指标的检测效率，本实用新型提供了一种操作简单、可标定多个指标的标定靶标，并提供采用该标定靶标对光学成像系统各项指标进行同时标定的方法，下面将进行具体阐述。

实施例一

图5a是本实用新型的第一实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图。图5b是本实用新型的第一实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图。

具体参照图5a、图5b所示，本实用新型的第一实施例的标定靶标100包括：标定靶标本体10，标定靶标本体10与光学成像系统可拆卸地连接。具体地，标定靶标本体10包括多个沿第一方向Z依次层叠设置的标定台11，多个标定台11的横截面的形状相同。且多个标定台11的横截面的面积沿着第一方向Z依次递减，即每个标定台11的横截面的面积大于层叠于其上的标定台11的横截面的面积，其中第一方向Z垂直于标定台11的横截面。进行标定时，光学成像系统采集包含标定标靶本体的图像，然后利用图像分析技术实现对光学成像系统的多个指标进行标定。

作为本实用新型的一种实施方式，标定靶标100还包括固定部20，固定部20与标定靶标本体10连接，固定部用于与光学成像系统可拆卸地连接，从而连接标定靶标本体10与光学成像系统。

具体地，固定部20用于与光学成像系统可拆卸地连接。作为本实用新型的一种优选地实施方式，标定靶标100包括至少两个固定部20。固定部20由最底部的标定台11的侧壁沿远离侧壁的方向延伸形成。固定部20可以设置两个或者多个，两个或多个固定部20由最底部的标定台11的侧壁的不同部位分别沿远离侧壁的方向延伸形成，固定部20用于与光学成像系统可拆卸地连接，固定部20的位置设置和数量设置可以根据实际需要进行选择，本发明对此不作限制。固定部20与光学成像系统可拆卸地连接，从而连接标定靶标本体与光学成像系统。进一步地，可以在固定部20的末端开设通孔21，利用连接件穿过通孔后连接所述光学成像系统，从而实现标定靶标100与光学成像系统可拆卸地连接。作为本实用新型的一种实施方式，连接件为螺丝。当然，本实用新型并不限制于此，还可以采用其他可拆卸地连接方式连接固定部20和光学成像系统200。

参照图5a、5b所示，在本实用新型的实施例中，本实用新型的实施例还设置第二方向X和第三方向Y，其中第二方向X与第一方向Z互相垂直，第三方向Y与第一方向Z互相垂直，第三方向Y与第二方向X互相垂直。以第一方向X与第二方向Y、第三方向Z构建三维直角坐标系，以便更好地描述本实用新型的实施例的标定靶标100中各个结构的位置关系。

在本实用新型的实施例中，多个标定台11位于不同的平面，因此本实用新型的标定靶标是三维的标定产品，光学成像系统采集的图像中包括多个位于不同平面的标定台11的成像图像，利用图像分析技术获得光学成像系统的多个指标，例如放大倍率、视场、照明光层厚度、景深等。

为了使得标定靶标100可以标定光学成像系统的更多指标，可以对标定靶标100进行进一步的改进。作为本实用新型的一种实施方式，标定靶标100还包括连接每个标定台11边缘的标尺12。具体地，标尺背离标定标靶本体10的标定表面上设置有刻度标记，从而采集图像时，可以获得包含刻度标记的图像。其中，标尺12设置有多个，多个标尺12上的刻度标记上的单位刻度值各不相同，通过光学成像系统可识别的最小的单位刻度值进而判断光学成像系统的分辨率。

作为本实用新型的另一种实施方式，还可以直接在标定台11面向第一方向Z的标定表面上设置刻度标记，具体地，每个标定台的标定表面上均设置有多个刻度标记。刻度标记设置于标定表面未被遮挡的区域上。其中，多个刻度标记的单位刻度值各不相同，通过光学成像系统可识别的最小的单位刻度值进而判断光学成像系统的分辨率。

具体地，设置刻度标记的方式有多种，作为本实用新型的一种实施方式，可以在标定靶标本体10的侧面设置多条标尺12，例如可以设置四条相同长度但单位刻度值不同即分辨率不同的标尺12。标尺12的一端与标定靶标本体10的最底部的标定台11的边缘连接，标尺12的另一端经过每一层标定台11的侧壁并与标定靶标本体10的最顶部的标定台11的边缘连接。优选地，多条标尺12可以等间隔分布设置，可以是呈90度等间隔分布又或者是呈45°等间隔分布，本实用新型对此不做限制。可以理解的是，还可以采用其它设置刻度标记的方式，例如可以采用光刻技术或者3D打印技术在标定台11的面向第一方向Z的标定表面上光刻或者打印刻度标记，本实用新型对此不做限制。

设置刻度标记可以用于判断光学成像系统的分辨率，但是需要设置多个不同单位刻度值的刻度标记，若仅通过设置刻度标记来检测分辨率，检测范围十分有限。

为了进一步提高检测分辨率的范围和精确度，作为本实用新型的一种实施方式，还可以将标定台11的面向第一方向Z的标定表面分为多个成像区域。光学成像系统采集包含标定靶标的图像时，每个成像区域所成的像区别于相邻区域所成的像，每个成像区域所成的像与相邻成像区域所成的像的分界线由标定标靶图像的中心为起点延伸至标定靶标图像的边缘形成。优选地，可以用不同的颜色区分不同的区域，相邻区域的颜色设置不同。还可以采用不同的加工方法区分不同的区域，例如其中一个区域的表面为平面，相邻区域的表面设置为连接标定台11顶面和底面的曲面，以平面和曲面交替设置。优选地，每个标定台的标定表面上成像区域之间的分界线与层叠于其上的标定台的标定表面上成像区域之间的分界线共线，如此，可以实现更大的宽度变化范围。可以理解的是，成像区域的宽度设置可以根据实际的测试需要进行设置，本实用新型对此不作限制。此外，只要可以在成像时，使得标定台11的表面可以区分为多个成像不同的区域的方式均可用于本实用新型的实施例中，本实用新型对此不做限制。通过这样设置，每个成像区域从标定表面的边缘到标定表面的中心，宽度连续减小，类似于现有技术的星标测试板，可以检测更大范围的光学成像系统的分辨率。

应当说明的是，本实用新型的实施例可以采用单独设置刻度标记的实施方式，也可以采用单独设置多个成像区域的实施方式，还可以采用设置刻度标记的同时设置多个成像区域的实施方式，两种方式的灵活结合使得标定靶标100可以标定更大倍率范围的光学成像系统的分辨率。

进一步地，为了检测光学成像系统的放大倍率，需要检测标定靶标100上的某一测试线在标定靶标100上的实际长度以及在光学成像系统中成像的像的长度。测试线的像的长度可以通过分析采集到的包含标定靶标100的图像获得，而测试线的实际长度可以通过直接在标定靶标100上测量得到。为了便于图像分析，通常采用标定台11的外边缘作为测试线，标定台11的外边缘的实际长度即周长可以事先测量好。为了方便快速获得标定台11的周长，作为本实用新型的一种实施方式，还可以在每个标定台11面向第一方向Z的标定表面上设置标定序号14。标定序号14设置于标定表面未被遮挡的区域上。每个标定台11上的标记序号14各不相同以区分各个标定台11。事先测量好各个标定台的实际长度，并与标记序号匹配，采集图像时，通过标定序号可以快速找到标定序号对应的标定台的实际长度。或者当标定台11为圆柱体时，还可以采用标定台11的标定表面的直径作为测试线，本实用新型对此不作限制。

进一步地，为了在采集到的标定靶标100的图像中快速识别出标定台11的边缘，作为本实用新型的一种实施方式，可以在标定台11的边缘设置至少一个辅助点13。在采集到的标定靶标100的图像中通过辅助点13可以方便快速地识别出标定台11的边缘。辅助点13可以通过光刻或者3D打印或者其他方式在标定靶标100上进行加工，本实用新型对此不作限制。作为本实用新型的一种实施方式，辅助点13可以分布在以标定表面中心为起点，且与第二方向X呈不同夹角的线段上，可以例如在45度或135度的线段上。

应当说明的是，本实用新型的实施例的标定靶标100，可以将多个标定台11的高度h设置为相同高度。或者将多个标定台11的高度h设置为不同高度。例如，可以设置多个标定台11的高度沿第一方向Z递减，又或者可以沿第一方向Z递增。递减的变化率可以是固定值，也可以是变值。递增的变化率可以是固定值，也可以是变值。多个标定台11的高度可以任意组合，从而使得标定靶标100可以用于标定不同倍率范围的光学成像系统。

应当说明的是，本实用新型的实施例的标定靶标100，标定台11的横截面的面积大于层叠于其上的标定台11的横截面的面积。也就是说沿着第一方向Z，标定台11的横截面的面积依次减小。进一步地，横截面的面积减小的变化率可以是固定值，也可以是变值。多个标定台11的横截面在满足横截面面积沿第一方向Z减小的前提下可以任意组合，从而使得标定靶标100可以用于标定不同倍率范围的光学成像系统。

通过结合标定台11的高度及标定台11的横截面的面积，标定靶标100可以灵活地进行多种组合，从而可以适用于更多不同倍率范围的光学成像系统中。

进一步地，为了校正光学成像系统的白平衡指标，作为本实用新型的一种实施方式，标定台11的面向第一方向Z的标定表面的颜色设置为中性色，即在任何照明条件下标定表面都呈现出黑、白或灰色。优选地，可以采用中性色油漆对标定表面进行喷涂，以使标定表面呈现中性色，用于光学成像系统的白平衡校正。

作为本实用新型的一种实施方式，标定台11可以选择圆柱体或者棱柱体。

为了标定光学成像系统的畸变，标定台11选用棱柱体。标定台11采用棱柱体，成像时可以通过提取多个角点位置，能提供理论上未发生畸变的点的位置与实际发生畸变点的位置信息，利用张正友相机标定法原理对光学成像系统的畸变进行标定以及对相差进行校正。

本实用新型的实施例的标定靶标100可以在常规照明环境下使用，也可以用于暗场成像系统的标定。并且本实用新型的实施例的标定靶标100还可以在水下暗场环境下使用。为了适应海水等恶劣水下环境，进一步地，标定靶标100采用尼龙或POM(聚甲醛)等材料制成，可以理解的是本实用新型的实施例的标定靶标100还可以采用其它热稳定性和化学稳定性较好的材料制成，从而使得标定靶标100具有较强的抗腐蚀能力，延长标定靶标在海水等恶劣环境中的使用寿命。

本实用新型的标定靶标100可以检测光学成像系统的多个指标，且可以灵活地组合，适用范围更广，易于存放、携带，方便使用，且容易制作，还可以适用于海水等恶劣环境，使用寿命长，从而有效地解决现有技术中标定产品存在的技术难题。

下面将通过具体的实施例对本实用新型的标定靶标的结构进行详细阐述。

实施例二

图6a是本实用新型的第二实施例的光学成像系统标定靶标的正视图。图6b是本实用新型的第二实施例的光学成像系统标定靶标的俯视图。

参照图6a、图6b所示，本实用新型的第二实施例提供了标定靶标的一种实施方式。在本实施例中，标定靶标100设置有6个沿第一方向Z层叠设置的标定台11。具体地，标定台11的形状采用圆柱体，且6个标定台11的高度相同。沿第一方向Z，标定台11的横截面的面积逐渐减小，且每一层标定台11的横截面的半径都比上一层标定台11的横截面的半径减小Δr，即横截面的面积减小的变化率是固定值。

进一步地，在本实施例中，标定靶标100还设置四条标尺12，四条标尺12呈90°等间隔分布，每条标尺12上的单位刻度值各不相同。在每一层标定台11的边缘设置有两个辅助点13。并且在本实施例中每一层的标定台11的两个辅助点13的连接线经过标定表面的圆心。在每一层标定台11的标定表面上还设置有标记序号14，在本实施例中，沿第一方向Z依次采用标记序号“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”来区分不同的标定台11。

进一步地，本实施例的标定靶标100还包括两个固定部20，两个固定部20由最底部的标定台11的侧壁沿远离侧壁的方向延伸而成，固定部20设置有通孔21，通过螺丝连接标定靶标100和光学成像系统。

实施例三

图7a是本实用新型的第三实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图。图7b是本实用新型的第三实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图。

参照图7a、图7b所示，本实用新型的第三实施例提供了标定靶标的另一种实施方式。在本实施例中，标定靶标100设置有6个沿第一方向Z层叠设置的标定台11。具体地，标定台11的形状采用圆柱体，且6个标定台11的高度沿第一方向Z依次递增。沿第一方向Z，标定台11的横截面逐渐减小，且每一层标定台11的横截面的半径都比上一层标定台11的横截面的半径减小Δr，即横截面的面积减小的变化率是固定值。

进一步地，在本实施例中，标定台11的表面被均分为24个交替的区域，通过黑色和白色交替设置，将标定台11的表面均分为24个交替的区域，分界线是以标定表面的圆心为起点向标定表面的边缘延伸而成。

实施例四

图8a是本实用新型的第四实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图。图8b是本实用新型的第四实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图。

参照图8a、图8b所示，本实用新型的第二实施例提供了标定标靶的一种实施方式。在本实施例中，标定靶标100设置有6个沿第一方向Z层叠设置的标定台11。具体地，标定台11的形状采用四棱柱体，且6个标定台11的高度相同。标定台11的横截面的形状为正方形，沿第一方向Z，标定台11的横截面逐渐减小，且横截面的面积减小的变化率是固定值。

进一步地，在本实施例中，标定靶标100还设置四条标尺12，四条标尺12呈90°等间隔分布，每条标尺12上的单位刻度值各不相同。在每一层标定台11的边缘设置有两个辅助点13。每一层的标定台11的两个辅助点13的连接线经过标定表面的圆心。在每一层标定台11的标定表面上还设置有标记序号，在本实施例中，沿第一方向Z依次采用标记序号“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”来区分不同的标定台11。

实施例五

图9a是本实用新型的第五实施例的光学成像系统的标定靶标的正视图。图9b是本实用新型的第五实施例的光学成像系统的标定靶标的俯视图。

参照图9a、图9b所示，本实用新型的第三实施例提供了标定靶标100的另一种实施方式。在本实施例中，标定靶标100设置有6个沿第一方向Z层叠设置的标定台11。具体地，标定台11的形状采用四棱柱体，且6个标定台11的高度沿第一方向Z依次递减。沿第一方向Z，标定台11的横截面逐渐减小，且横截面的面积减小的变化率是固定值。

进一步地，在本实施例中，标定台11的表面被均分为16个成像区域，通过黑色和白色交替设置，将标定台11的表面均分为16个成像区域，分界线是以标定表面的中心为起点向标定表面的边缘延伸而成。

实施例六

图10是本实用新型的第六实施例的光学成像系统的标定方法的流程示意图。

本实用新型的第六实施例公开了一种光学成像系统的标定方法，参照图10所示，本实用新型的标定方法包括：

步骤S100、将上述的标定靶标100设置于光学成像系统200的成像区域内，且标定靶标100与光学成像系统200可拆卸地连接。

作为本实用新型的一种实施方式，光学成像系统200包括用于采集图像的成像子系统210。在一些缺乏照明光线的使用场景下，光学成像系统200还包括照明器220。在本实施例中，光学成像系统200包括成像子系统210和照明器220。下面将具体阐述标定靶标100工作时与光学成像系统200的位置关系。具体地，标定靶标100设置于光学成像系统200的成像区域内，并且标定靶标100设置于照明器220的照明区域内。作为本实用新型的一种实施方式，标定靶标100通过固定部20与照明器200连接。其中，将标定靶标设置于光学成像系统的成像区域内时，最顶部的标定台11面向成像子系统210。优选地，最底部的标定台11的横截面的面积小于照明区域垂直于第一方向Z的横截面的面积。从而在标定靶标100安装进照明器220时，标定靶标100与照明器220之间存在一定的空隙，当光学成像系统200应用于水下环境时，空隙可以便于水体的流动。

图11是本实用新型的第六实施例的标定靶标在标定时与光学成像系统的位置关系示意图。图12是图11的侧视图。

进一步地，为了获得便于图像分析的测试图像，如图11、图12所示，安装标定靶标100时，将标定靶标100的半高面O与照明器220的照明区域的半高面O’重合且标定靶标100的中心轴B与成像子系统210的光轴B’共轴。标定靶标100的半高面O是指将标定靶标100完整位于成像区域内的部分沿第一方向Z的二分之一高度所在的平面。照明区域的半高面O’是指照明区域沿第一方向Z二分之一高度所在的平面。

为了确保标定靶标100的半高面所在的标定台11成像完整，参照图11所示，作为本实用新型的一种实施方式，标定靶标100的半高面所在的标定台11的横截面要完全落于光学成像系统200的视场范围内。

步骤S200、获取光学成像系统200采集的测试图像。

具体地，获取光学成像系统200采集的测试图像的方法包括：

首先，将光学成像系统200的焦面调节至成像位置，获取光学成像系统采集的整个成像区域内的图像作为测试图像。可以理解的是，由于标定靶标100位于光学成像系统的成像区域内，所以光学成像系统200采集的测试图像必然包含标定靶标100的图像。

光学成像系统200在焦面由初始位置沿第一方向或者沿着第一方向的反向调节时，焦面位于不同位置时采集的图像的清晰度不同。成像位置为光学成像系统采集图像的清晰度最高时焦面所处的位置。具体地，通过按预设步距调节焦面的位置，比较焦面位于不同位置时光学成像系统采集的图像的清晰度，获取采集图像的清晰度最高时焦面所处的位置作为成像位置。

即当光学成像系统200的焦面在成像位置处沿第一方向Z调节预设步距所采集的图像清晰度变低。并且光学成像系统200的焦面在成像位置处沿第一方向Z的反方向调节预设步距所采集的图像的清晰度也变低。

获取成像位置的方法有多种，通过不断调整光学成像系统200的焦面的位置和比较焦面在不同位置时光学成像系统200采集的图像的清晰度来找寻成像位置。例如可以在光学成像系统200的焦面从初始位置可以往第一方向Z或第一方向Z的相反方向按预设步距调节，采集图像并比较图像的清晰度，如果采集图像清晰度变高则继续往相同方向按预设步距调节焦面的位置，并重复采集图像和比较图像的清晰度，直到采集的图像清晰度变小，则上一焦面的位置为采集图像的清晰度最高时焦面所处的位置即成像位置。当然还可以采取其他获取成像位置的方法，本实用新型对此不作限制。

作为本实用新型的一种实施方式，提供了一种清晰度评价的方法，所述方法包括：

a、利用Sobel(索贝尔)算子提取采集图像的梯度或利用Laplacian(拉普拉斯)算子提取采集图像的高频分量。

b、计算采集图像的梯度的平方和或者所有高频分量的和。

c、梯度的平方和或者高频分量的和越大，则采集的图像越清晰。

可以理解的是预设步距越小，检测精度越高，但相应花费的时间也越多。因此，预定间距可以在实际检测时结合精度和效率的需求进行设定。

步骤S300、对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标。

光学成像系统200的成像指标包括多个，下面将分别对每个的成像指标的具体标定过程进行详细阐述。

【放大倍率】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标包括放大倍率，通过检测具体测试线的实际长度以及像的长度来标定光学成像系统200的放大倍率。

具体地，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标的方法包括：

首先，选择位于测试图像景深区域内的其中一个标定台作为测试标定台，取测试标定台的面向第一方向Z上的标定表面上设置第一测试线。景深区域即测试图像上成像清晰的区域。优选地，第一测试线可以选择标定台的外边缘，也可以选择其他合适的线。

其次，计算第一测试线在测试图像中的像的长度；

最后，通过第一测试线的像的长度以及第一测试线的实际长度得到光学成像系统200的放大倍率。

【视场】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括视场。具体地，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标的方法还包括：

首先，获取测试图像的高度。

其次，获取测试图像的宽度。

进一步地，通过测试图像的高度和放大倍率得到光学成像系统200的视场的宽度。

进一步地，通过测试图像的宽度和放大倍率得到光学成像系统200的视场的长度。

【白平衡校正系数】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括白平衡校正系数。为了标定白平衡校正系数，标定靶标100的标定台11的面向第一方向Z的表面设置为中性色。

具体地，对测试图像进行图像分析以获得个光学成像系统200的成像指标的方法还包括：

首先，选择位于测试图像景深区域内的图像作为待分析图像；

其次，分别计算待分析图像的红通道像素均值、绿通道像素均值以及蓝通道像素均值；

接着，取红通道像素均值、绿通道像素均值、蓝通道像素均值中的最大值作为通道最大值；

从而，通过通道最大值和红通道像素均值获得红通道增益校正系数；

从而，通过通道最大值和蓝通道像素均值获得蓝通道增益校正系数；

从而，通过通道最大值和绿通道像素均值获得绿通道增益校正系数。

【分辨率】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括分辨率。为了标定分辨率，标定靶标100还包括连接多个标定台边缘的标尺12。标尺12面向第一方向Z的标定表面上设置有刻度标记。标尺设置有多个，多个标尺上的刻度标记的单位刻度值各不相同。

又或者，每个标定台11面向第一方向Z的标定表面上均设置有多个刻度标记。多个刻度标记设置于标定表面未被遮挡的区域上。多个刻度标记的单位刻度值各不相同。

计算测试图像上多个刻度标记位于景深区域的部分所对应的像素点的局部对比度；

在局部对比度大于预设对比度的刻度标记中，单位刻度值最小的刻度标记对应的分辨率为光学成像系统200的分辨率。

【照明器均匀性】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括照明器均匀性。

具体地，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标的方法还包括：

首先，将测试图像转化为灰度图像；

其次，将灰度图像在景深区域内的均分为多个部分；

接着，计算每一部分图像的灰度值均值；

接着，计算多个部分图像的灰度值均值的标准差；

最后，通过求出的标准差评价光学成像系统200的照明器均匀性，光学成像系统200的照明器均匀性的优劣与标准差的大小成负相关，即标准差越小，光学成像系统200的照明器均匀性越好。

【动态范围】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括动态范围。

首先，调节照明器220驱动电流，计算光学成像系统采集的测试图像的像素均值。

接着，当像素均值等于第一预设阈值时，获取照明器220的驱动电流作为第一驱动电流。

再者，调节照明器驱动电流，计算光学成像系统采集的每一张测试图像中景深区域内饱和像素的比例。

然后，当饱和像素的比例大于第二预设阈值时，获取照明器220的驱动电流作为第二驱动电流。

进一步地，设置照明器220驱动电流为第一驱动电流，测量照明区域中心位置的第一照度。

进一步地，设置照明器220驱动电流为第二驱动电流，测量照明区域中心位置的第二照度；

最后，通过所述第一照度和所述第二照度获得光学成像系统200的动态范围。

【照明光层厚度】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括照明光层厚度。具体地，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标的方法还包括：

首先，在测试图像上设置第二测试线。第二测试线为测试图像上经过测试图像中心且两端延伸至测试图像的边缘的线段。

其次，将测试图像进行灰度化处理获得灰度图像。

进一步地，提取测试图像中第二测试线上的像素点的灰度值相对于像素点位置的分布。

进一步地，对像素点的灰度值分布进行滤波处理获得滤波图像；

最后，通过滤波图像和放大倍率获得所述光学成像系统的照明光层厚度。

【景深】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括景深。具体地，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标的方法还包括：

首先，通过上述像素点灰度值的分布和滤波图像对第二测试线上的像素点的光强分布进行校正，获得获得校正图像；

计算校正图像上像素点的局部对比度；

通过像素点的局部对比度和放大倍率获得光学成像系统200的景深。

【畸变】

作为本实用新型的一种实施方式，成像指标还包括畸变。为了标定畸变，标定靶标100的标定台11选用棱柱体。

首先，在测试图像中提取多个发生畸变的角点的畸变位置信息；

其次，计算多个发生畸变的角点的理论位置信息。

接着，通过畸变位置信息和理论位置信息获得畸变模型。

最后，通过畸变模型获得光学成像系统200的畸变。

下面将结合具体实施例阐述本实用新型的实施例的光学成像系统200的标定方法。

实施例七

本实施例采用第二实施例的标定靶标100对光学成像系统200的各项指标进行标定。标定靶标100的具体结构参照实施例二的阐述，在本实施例中不再进行赘述。下面将对光学成像系统200的标定方法进行具体阐述。

步骤S100、将实施例二的标定靶标100设置于光学成像系统200的成像区域内，并通过固定部20使标定靶标100与光学成像系统200连接。

在本实施例中，光学成像系统200包括成像子系统210和照明器220。标定靶标100设置于光学成像系统200的成像区域内，并且标定靶标100设置于照明器220的照明区域内。标定靶标100通过固定部20与照明器200连接。

步骤S200、获取光学成像系统200采集的测试图像。

具体地，焦面的初始位置可以任意选择，并采集图像并进行清晰度评价，然后按照预设步距，沿光轴向第一方向Z或第一方向Z的反方向调节光学成像系统200的焦面，再次采集图像进行清晰度评价。

若评价结果变得更清晰，则继续保持上一步的步距和相同的方向进行调焦；若评价结果变的更模糊，则减小步距，并沿反方向进行调焦，直至评价结果再一次改变。

反复执行上述步骤，直至找到以预设步距调焦时，无论向那个方向调节都会导致评价结果变小的位置作为成像位置，成像位置则为采集图像的清晰度最高时焦面所处的位置，在成像位置采集的整个成像区域内的图像作为测试图像。图13是本实用新型的第七实施例的光学成像系统200采集的测试图像。参照图13所示，测试图像被分为在光照范围之外的无光照区域A1、成像模糊的离焦模糊区域A2以及成像清晰的景深区域A3。

【放大倍率】

在本实施例中，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的放大倍率的方法包括：

首先，选择位于测试图像景深区域内的其中一个标定台作为测试标定台，通过测试标定台上的辅助点13，画出并测量圆台的直径。圆台的直径在图像中用线段p₁p₂表示，线段p₁p₂作为第一测试线。根据读出标定台11上的标定序号14，在本实施例中，测定标定台上的标定序号为“4”，根据预先测量的数据找出标定台11的实际直径d_real。

则光学成像系统200的放大倍率为

其中d_pixel表示圆台的直径的像的尺寸，d_pixel＝n×t，n为测试线在测试图像中的像的像素点数，t为像素点尺寸。

【视场】

在本实施例中，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的视场的方法还包括：

首先，获取测试图像的高度H_pixel。

其次，获取测试图像的宽度W_pixel。

光学成像系统200的视场的宽度

光学成像系统200的视场的长度

【白平衡校正系数】

在本实施例中，对测试图像进行图像分析以获得白平衡校正系数的方法包括：

首先，选择位于测试图像景深区域内的图像作为待分析图像g(i)。

其次，分别计算待分析图像的红通道像素均值M_red、绿通道像素均值M_green以及蓝通道像素均值M_blue；

接着，取红通道像素均值、绿通道像素均值、蓝通道像素均值中的最大值作为通道最大值M_max＝max{M_red,M_green,M_blue}；

从而，通过通道最大值和红通道像素均值获得红通道增益校正系数

从而，通过通道最大值和蓝通道像素均值获得蓝通道增益校正系数

从而，通过通道最大值和绿通道像素均值获得绿通道增益校正系数

【分辨率】

在本实施例中，对测试图像进行图像分析以获得畸变的方法包括：

计算测试图像上多个刻度标记位于景深区域的部分所对应的像素点的局部对比度，在本实施例中，多个刻度标记位于景深区域的部分为线段a₁a₂、a₃a₄、a₅a₆和a₇a₈，分别计算线段a₁a₂、a₃a₄、a₅a₆和a₇a₈上像素处的局部对比度为C(i)，C(i)的计算方法与景深定标中对比度的计算方法相同，不同的是，此处邻域

Δu为每个标尺12的最小刻度。

分别计算出每条线段的局部对比度之后，对每条线段的局部对比度与预设对比度进行比较，在局部对比度大于预设对比度的刻度标记中，单位刻度值最小的刻度标记对应的分辨率为光学成像系统200的分辨率。优选地，本实施例的预设对比度为0.3，在局部对比度大于等于0.3的标尺12中，单位刻度值最小的标尺12所对应的分辨率即为光学成像系统200的分辨率。

【动态范围】

在本实施例中，对测试图像进行图像分析以获得动态范围的方法包括：

首先，调节照明器220驱动电流，计算光学成像系统采集的测试图像的像素均值M_pixcel。

接着，当像素均值M_pixcel等于第一预设阈值时，获取照明器220的驱动电流作为第一驱动电流I₁。此时，等于无光照调节下光学成像系统200采集的图像的均值，图像中标定靶标100的像与背景无法分辨。

再者，调节照明器驱动电流，计算光学成像系统采集的测试图像中景深区域内饱和像素的比例P(K)。其中，

K为采集的第K张图像，N_s(K)为第K张图像中景深区域内饱和像素的像素数，N_total(K)表示第K张图像中景深区域内总的像素数。

然后，当饱和像素的比例P(K)大于第二预设阈值时，获取照明器220的驱动电流作为第二驱动电流I₂。此时，图像过度曝光。

进一步地，设置照明器220的驱动电流为第一驱动电流I₁，采用照度计测量照明器220在照明区域中心位置的第一照度B₁。

进一步地，设置照明器220的驱动电流为第二驱动电流I₂，测量照明区域中心位置的第二照度B₂；

最后，通过所述第一照度和所述第二照度获得光学成像系统200的动态范围，光学成像系统200的动态范围为

【照明光层厚度】

在本实施例中，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的照明光层厚度的方法包括：

首先，将测试标定台的直径p₁p₂表示两端延长至测试图像的边缘获得第二测线o₁o₂。

其次，将测试图像进行灰度化处理获得灰度图像。

进一步地，提取第二测试线o₁o₂上的像素点的灰度值分布。

进一步地，沿o₁o₂方向对灰度值分布进行高斯低通滤波。

对像素点的灰度值分布进行滤波处理获得滤波图像。图14是本实用新型的第七实施例的测试图像中像素点的灰度值与像素点的位置的关系图。参照图14所示，沿o₁o₂方向，第二测试线上像素点的灰度值具有两个波峰，两个波峰的半高度分别为d3和d4，取两者的均值T_pixel，即

最后，通过滤波图像和放大倍率获得照明器220的照明光层厚度，即：

其中，参照图6a所示，θ是多个标定台11的侧面连线的夹角。

【景深】

在本实施例中，对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标的方法包括：

首先，通过上述像素点灰度值的分布f_old(i)和滤波图像f_low(i)对第二测试线上的像素点的光强分布进行校正，获得获得校正图像

其中i表示像素点。

计算校正图像上像素点的局部对比度

其中f_max(i)表示像素点i所处邻域中灰度的最大值，f_min(i)表示像素点i所处邻域中灰度的最小值。

其中，

j局部对比度的领域的大小，

图15是本实用新型的第七实施例的测试图像中灰度值与像素点的位置的关系图。由图15可知，C(i)的图形上有两个波峰，波峰下对应图像中清晰的区域，分别提取两个波峰的半高度

则光学成像系统200的视场的景深

实施例八

本实施例采用第四实施例的标定靶标100对光学成像系统200的各项指标进行标定。标定靶标100的具体结构参照实施例四的阐述，在本实施例中不再进行赘述。下面将对光学成像系统200的标定方法进行具体阐述。

步骤S100、将实施例四的标定靶标100设置于光学成像系统200的成像区域内，并通过固定部20使标定靶标100与光学成像系统200连接。

在本实施例中，光学成像系统200包括成像子系统210和照明器200。标定靶标100设置于光学成像系统200的成像区域内，并且标定靶标100设置于照明器220的照明区域内。标定靶标100通过固定部20与照明器220连接。

步骤S200、获取光学成像系统200采集的标定靶标100的测试图像。

具体地，焦面的初始位置可以任意选择，并采集图像并进行清晰度评价，然后按照预设步距，沿成像光轴向第一方向Z或第一方向Z的反方向调节光学成像系统200的焦面，再次采集标定靶标100的图像进行清晰度评价。

反复执行上述步骤，直至找到以预设步距调焦时，无论向那个方向调节都会导致评价结果变小的位置作为成像位置，成像位置则为采集图像的清晰度最高时焦面所处的位置，在成像位置采集的整个成像区域内的图像作为测试图像。步骤S300、对测试图像进行图像分析以获得光学成像系统200的成像指标。

在本实施例中，标定台11的形状为四棱柱体，因此可以对光学成像系统200的畸变进行标定和校正。具体地：

【畸变】

首先，在测试图像中提取多个发生畸变的角点的畸变位置信息。

其次，计算多个发生畸变的角点的理论位置信息。

接着，通过畸变位置信息和理论位置信息获得畸变模型。

最后，通过畸变模型获得光学成像系统200的畸变。

优选地，本实用新型的实施例采用张正友相机标定法计算光学成像系统200的畸变，并对相差进行校正。

本实施例主要阐述畸变的标定过程，其它成像指标的标定过程可以参照实施例7的阐述，在此不再进行赘述。

综上，结合多个具体的实施方式对本实用新型公开的光学成像系统的标定靶标和标定方法进行了详细阐述，结合上述说明，我们可以知道本实用新型的标定靶标为三维标定靶标，可同时标定光学成像系统的多个指标，不仅操作简便、简化了标定过程，且结构简单、易于加工。应用本实用新型的标定靶标和标定方法对光学成像系统的各项指标进行标定可以极大地提高光学成像系统的标定效率。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本实用新型，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims

1.一种光学成像系统的标定靶标，其特征在于，所述标定靶标包括：

2.根据权利要求1所述的标定靶标，其特征在于，所述标定靶标还包括连接每个标定台边缘的标尺，所述标尺背离所述标定靶标本体的表面上设置有刻度标记；所述标尺设置有多个，所述多个标尺上的刻度标记的单位刻度值各不相同；

3.根据权利要求1所述的标定靶标，其特征在于，每个标定台的边缘设置有至少一个辅助点。

4.根据权利要求1所述的标定靶标，其特征在于，每个标定台面向所述第一方向的标定表面上设置有标记序号，所述标记序号设置于标定表面未被遮挡的区域上；每个标定台上的标记序号各不相同。

5.根据权利要求1所述的标定靶标，其特征在于，每个标定台的面向第一方向的标定表面的颜色为中性色。

6.根据权利要求1所述的标定靶标，其特征在于，每个标定台的面向第一方向的标定表面被分为多个成像区域，光学成像系统采集标定靶标的图像时，每个成像区域所成的像区别于相邻成像区域所成的像，每个成像区域所成的像与相邻成像区域所成的像的分界线由标定靶标的图像的中心为起点延伸至标定靶标图像的边缘形成。

7.根据权利要求1所述的标定靶标，其特征在于，所述标定靶标还包括固定部，与所述标定靶标本体连接，所述固定部用于与光学成像系统可拆卸地连接。

8.根据权利要求1所述的标定靶标，其特征在于，所述标定靶标包括至少两个固定部，所述固定部由最底部的标定台的侧壁沿远离侧壁的方向延伸而成。

9.根据权利要求7或8任一项所述的标定靶标，其特征在于，所述固定部设置有通孔，利用连接件穿过所述通孔后连接所述光学成像系统，从而实现标定靶标与所述光学成像系统可拆卸地连接。

10.根据权利要求1至8任一项所述的标定靶标，其特征在于，所述标定台为圆柱体或者所述标定台为棱柱体。