CN218512972U - 一种相机标定装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种相机标定装置。所述相机标定装置包括：平行背光源，用于发射平行光线；待标定的光学镜头，安装于面阵工业相机上，用于接收所述平行光线，且所述待标定的光学镜头位于所述平行背光源的发射范围以内；所述面阵工业相机用于拍摄并产生图像数据；图像处理组件，与所述面阵工业相机电性连接，用于获取所述图像数据，并基于所述图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。采用本方法能够使用平行光源替代积分球，提高相机标定装置的便携性。

Description

一种相机标定装置

技术领域

本申请涉及机器视觉领域，特别是涉及一种相机标定装置。

背景技术

在图像测量以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，需要建立相机成像的几何模型，这些几何模型的参数就是相机参数。然而，由于出厂的相机参数与实际应用中的相机参数有差别，这是因为相机镜头畸变造成。由于每个镜头的畸变程度各不相同，通过相机标定可以校正这种镜头畸变，相机标定的目的就是获取相机的内部参数和外部参数，得到畸变相对较小的图像。

相关技术中，通过积分球对面阵工业相机进行标定，光线通过采样口被积分球收集，在积分球内部经过多次反射后非常均匀地散射在积分球内部，进而采集图像，进行相机标定。但是积分球的体积较大，便携性较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供了一种相机标定装置，可以通过设置平行背光源替代积分球对相机进行标定，提高了相机标定装置的便携性。

第一方面，本申请提供了一种相机标定装置。所述相机标定装置包括：

平行背光源，用于发射平行光线；

待标定的光学镜头，安装于面阵工业相机上，用于接收所述平行光线，且所述待标定的光学镜头位于所述平行背光源的发射范围以内；

所述面阵工业相机用于拍摄并产生图像数据；

图像处理组件，与所述面阵工业相机电性连接，用于获取所述图像数据，并基于所述图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。

在其中一个实施例中，所述相机标定装置还包括稳压电源。

在其中一个实施例中，所述待标定光学镜头的中心与所述平行背光源的中心对齐。

在其中一个实施例中，所述稳压电源与所述平行背光源发光模组之间的元器件包括设置有可拆卸的电阻元件或可变电阻元件，所电阻元件用于调节所述平行背光源的发光亮度。

在其中一个实施例中，所述面阵工业相机包括平场校正组件，所述平常校正组件用于对拍摄的所述图像数据进行自动校正。

在其中一个实施例中，所述平场校正组件与所述图像处理组件电性连接，所述图像处理组件还用于接收所述平场校正组件校正后的图像数据，并基于所述校正后的图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。

在其中一个实施例中，所述平行背光源的发光亮度为18尼特～22尼特。

在其中一个实施例中，所述平行背光源的均一性为95％以上。

在其中一个实施例中，所述面阵工业相机与所述平行背光源发光模组的工作距离为320毫米～340毫米。

在其中一个实施例中，所述待标定光学镜头的光圈系数为6～9。

上述一种相机标定装置，至少包括以下有益效果：

本公开提供的实施例方案，使用平行背光源替代积分球进行标定，由于平行背光源体积小，光线均匀性好，便于提高成像质量，得到易于处理的图像数据。待标定的光学镜头位于平行背光源的发射范围以内，用于接收平行光线。获取到的图像数据传入图像处理组件，用于对待标定的光学镜头参数进行标定。相机标定装置中所使用到的组件便携性较高，易于操作。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中相机标定装置的示意图；

图2为一个实施例中相机标定装置的示意图；

图3为一个实施例中相机标定装置的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的实施方式。但是，本公开可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本公开的公开内容理解得更加透彻全面。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

正如背景技术所述，目前面阵工业相机通常是使用积分球来进行标定的，积分球的体积较大，便携性较低，在组装相机标定装置时增加了时间成本。

为此，本公开提出了一种相机标定装置。参照图1，本实施例提供的相机标定装置包括：

平行背光源202，用于发射平行光线；

待标定的光学镜头204，安装于面阵工业相机上，用于接收所述平行光线，且所述待标定的光学镜头位于所述平行背光源的发射范围以内；

所述面阵工业相机206用于拍摄并产生图像数据；

图像处理组件208，与所述面阵工业相机电性连接，用于获取所述图像数据，并基于所述图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。

在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。通过相机标定可以获得相机的内部参数、外部参数。可以根据获得的相机参数校正镜头畸变，根据图像数据重构三维场景。

相机的内部参数可以是与相机自身特性相关的参数，例如相机的焦距、像素大小等。相机的外部参数是在世界坐标系中的参数，例如相机的位置、旋转方向等。

背光源是位于液晶显示器背后的一种光源，背光源的发光效果可以影响到液晶显示模块视觉效果。平行光源可以用于发射平行光线，并且发出的光线方向一致，接收设备在远处接收平行背光源发出的平行光线时，不论是距离平行背光源较远或较近，所接收到的光斑大小和形状都相同。平行光线的线束可以包括多个，多束光线共处于一个平面并且相互平行。

镜头的基本功能就是实现光束变换，在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标显示在图像传感器的光敏面上，光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，可以直接影响成像质量的优劣。工业相机可以分为面阵相机与线阵相机两种，工业相机可以具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等。其中，面阵相机是以面为单位来进行图像采集，可以一次性获取完整的目标图像，并能及时进行图像采集的相机。

图像处理组件可以对图像数据加伪彩或高斯滤波，用于判断图像的异常点。伪彩是把灰度值与颜色之间做一个映射，增强图像的对比，突出变化。高斯滤波可以滤除不正常的信号，对信号做平滑处理。采集到的图像数据可能因为待标定的光学镜头本身的参数不准确导致成像质量差，在实际操作过程中，图像数据在提取或传输时还可能因为收到随机信号的干扰产生图像噪声。在本实施例中，图像处理组件基于所述图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定具体方式属于公知技术的内容，在这里不做赘述。

在本公开的一些实施例中，平行背光源可以用于发射平行光线，待标定的光学镜头可以位于所述平行背光源的发射范围以内，可以便于平行光线进入待标定的光学镜头内。待标定的光学镜头安装于面阵工业相机上，进而平行光线进入待标定的光学镜头，将成像显示在面阵工业相机的图像传感器上，面阵工业相机可以对接收到的图像进行拍摄并产生图像数据。由于待标定的光学镜头的部分参数不准确，因此获得的图像可能会产生畸变或存在干扰等情况，将图像数据传入图像处理组件，图像组件可以去除异常数据或干扰数据，并根据所述图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。

上述一种相机标定装置，可以包括平行背光源、待标定的光学镜头、面阵工业相机、图像处理组件。由于平行背光源体积小，光线均匀性好，便于提高成像质量，得到易于处理的图像数据。相机标定装置中所使用到的组件便携性较高，易于操作。

在本公开的一个实施例中，所述相机标定装置还包括稳压电源。

稳压电源是可以为负载提供稳定的交流电或直流电的电子装置，当电网电压或负载出现瞬间波动时，稳压电源会快速地对电压幅值进行补偿。在本公开的实施例中，稳压电源可以精准保持电压不变，控制平行背光源在标定时所需的电流，可以通过控制电流大小来控制平行背光源发光亮度。

在本公开的一个实施例中，所述待标定光学镜头的中心与所述平行背光源的中心对齐。

一切方向的光线通过透镜时都会产生偏折，使光线传播方向发生变化，但光线通过光学镜头的中心时光线的传播方向不变，即出射方向和入射方向相互平行。平行背光源可以发射平行的光线，因此保证待标定的光学镜头位于所述平行背光源的发射范围以内可以获取质量较好的图像数据。如果待标定光学镜头的中心与所述平行背光源的中心对齐，可以减少光线明暗不一致的影响。

如图2所示，在本公开的一个实施例中，所述稳压电源402与所述平行背光源之间的元器件包括设置有可拆卸的电阻元件404或可变电阻元件，所电阻元件用于调节所述平行背光源的发光亮度。

相机标定装置可以包括稳压电源，因此平行背光源的两端电压保持不变。为了保证成像质量达到最佳，需要调节平行背光源的发光亮度，可以在稳压电源与平行背光源之间的元器件包括设置有可拆卸的电阻元件或可变电阻元件，电阻元件用于调节所述平行背光源的发光亮度。

在本公开的一个实施例中，所述面阵工业相机包括平场校正组件，所述平常校正组件用于对拍摄的所述图像数据进行自动校正。

实际相机采集图像，得到的图像中各像素的灰度值往往会有较大差异，一般是由以下几个原因造成:光照不均匀、镜片中心和镜片边缘的响应不一致、成像器件各像元响应不一致、固定的图像背景噪声等等。平场校正组件可以用于对拍摄的所述图像数据进行自动校正，得到图像均一性提高的图像。在图像优化前，图像的均一性一般在90％～94％，通过平场校正组件优化后，图像的均一性可以达到98％以上。

如图3所示，在本公开的一个实施例中，所述平场校正组件602与所述图像处理组件电性连接，所述图像处理组件还用于接收所述平场校正组件校正后的图像数据，并基于所述校正后的图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。

图像处理组件可以用于获取所述图像数据，并基于所述图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。平场校正组件可以与所述图像处理组件连接，所述图像处理组件用于接收所述平场校正组件传输的图像，接收的图像的均一性达到98％以上，可以用于提取图像数据对相机进行标定工作。

在本公开的一个实施例中，所述平行背光源的发光亮度为18尼特～22尼特。

平行背光源的发光亮度可以影响图像的质量，平行背光源用于发射平行光线，可以将平行背光源的发光亮度设置为18尼特～22尼特。当平行背光源的发光亮度为20尼特时，可以获得对比鲜明、质量较高的图像，图像的感兴趣部分和其他部分的灰度值差异加大，利于图像处理，减少因照射角度对成像的影响，便于在采集到图像数据时首先去除因为信号干扰而产生的图像噪声，有利于后期的标定工作。

在本公开的一个实施例中，所述平行背光源的均一性为95％以上。

不均匀的光可能造成不均匀的反射。采集到的图像中部分区域较亮，部分区域较暗，而图像中暗的区域可能是缺少反射光，亮的区域可能反射较强。图像成像的均匀度可能会影响到后期的标定工作，对于黑白底片会产生四周暗角、边缘影像无法再现的不良影响，对于彩色底片会引起色彩失真。在本公开的一些实施例中，可以平行背光源的均一性为95％以上，不会因为均一性较差导致图像数据难以处理。

在本公开的一个实施例中，所述面阵工业相机与所述平行背光源的工作距离为320毫米～340毫米。

面阵工业相机与所述平行背光源的工作距离可以根据所述光学镜头的镜头参数确定，选定最佳的成像距离。在本公开的实施例中，可以将面阵工业相机与所述平行背光源的工作距离设置为320毫米～340毫米。

在本公开的一个实施例中，所述待标定光学镜头的光圈系数为6～9。

光圈的主要作用是通过控制镜头光量的大小满足成像所需的合适照度。光圈越大，获得图像的亮度越大。光圈可以控制镜头的进光量，也就是光照度，还可以调节景深，以及确定分辨率下系统成像的对比度，从而影响成像质量。光圈系数的确定可以根据想要标定的光圈确定，在本公开的一些实施例中，可以将待标定光学镜头的光圈系数设置为8，在光圈系数为8的情况下，采集图像数据，对相机进行标定。

以上所述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。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种相机标定装置，其特征在于，所述相机标定装置包括：

平行背光源，用于发射平行光线；

待标定的光学镜头，安装于面阵工业相机上，用于接收所述平行光线，且所述待标定的光学镜头位于所述平行背光源的发射范围以内；

所述面阵工业相机用于拍摄并产生图像数据；

图像处理组件，与所述面阵工业相机电性连接，用于获取所述图像数据，并基于所述图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。

2.根据权利要求1所述的相机标定装置，其特征在于，所述相机标定装置还包括稳压电源。

3.根据权利要求1所述的相机标定装置，其特征在于，所述待标定的光学镜头的中心与所述平行背光源的中心对齐。

4.根据权利要求2所述的相机标定装置，其特征在于，所述稳压电源与所述平行背光源之间的元器件包括设置有可拆卸的电阻元件或可变电阻元件，所述电阻元件用于调节所述平行背光源的发光亮度。

5.根据权利要求1所述的相机标定装置，其特征在于，所述面阵工业相机包括平场校正组件，所述平场校正组件用于对拍摄的所述图像数据进行自动校正。

6.根据权利要求5所述的相机标定装置，所述平场校正组件与所述图像处理组件电性连接，所述图像处理组件还用于接收所述平场校正组件校正后的图像数据，并基于所述校正后的图像数据对所述待标定的光学镜头的参数进行标定。

7.根据权利要求1所述的相机标定装置，其特征在于，所述平行背光源的发光亮度为18尼特～22尼特。

8.根据权利要求1所述的相机标定装置，其特征在于，所述平行背光源的均一性为95％以上。

9.根据权利要求1所述的相机标定装置，其特征在于，所述面阵工业相机与所述平行背光源的工作距离为320毫米～340毫米。

10.根据权利要求1所述的相机标定装置，其特征在于，所述待标定的光学镜头的光圈系数为6～9。

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