专利名称：多功能靶标的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测装置，特别涉及一种用于调整和检测摄像机的位置和性能参数的多功能靶标。
背景技术：
目前，在科学技术和工业生产中广泛使用CCD摄像机，用于进行实时测量和监控；此外，为扩大检测范围，常常采用多台CCD摄像机同时进行工作。对于这些CCD摄像机，除去要逐台进行调试外，还要将所有CCD摄像机的空间位置精确调整好；同时，还希望测定各CCD摄像机的主要性能指标。
在已有技术中，有平行光管调整法、经纬仪调整法、和图像调整法等。
在平行光管调整法中，对于一台CCD摄像机，用带有鉴别率板的小口径平行光管进行测量，通过观察CCD摄像机摄取到的鉴别率板的图像清晰度，可以将CCD摄像机的聚焦状态调整到最佳状态，并测出CCD摄像机的分辨率。对于多台CCD摄像机，则需要采用大口径平行光管和鉴别率板，其口径要大于多台CCD摄像机的受光尺寸，通过观察各台CCD摄像机摄取到的鉴别率板的图像及其清晰度，就可以将各台CCD摄像机的扫描线调整到一条直线上，并且使其聚焦状态调整到最佳状态，同时还能测出各CCD摄像机的分辨率。但是，该设备庞大，价格又高，使用起来也很不方便；更重要的是用它很难将各CCD摄像机的视场中心扫描线调整到一条直线上，也不能定量判断相邻CCD摄像机的视场重叠情况。
在经纬仪调整法中，采用带激光器的经纬仪，将其放置到较远距离处，并让其中的激光扫描各台CCD摄像机，然后观察各CCD摄像机摄取到的激光光斑的位置，就可以将各台CCD摄像机的光轴调整到一条直线上。该方法的缺点是，不能将各CCD摄像机的视场中心扫描线调整到一条直线上，也无法测量CCD摄像机的聚焦状态、传递函数、和畸变量；同时，经纬仪的价格较高，使用起来也很不方便。
在一般图像调整法中，采用一大张图像，并让各CCD摄像机对该图像同时成像，然后再将各CCD摄像机摄取到的局部图像拼合成一幅图像。在调整过程中，逐渐将拼合图像的各处清晰度调整到最好，并且通过调整使各CCD摄像机的局部图像的拼接处连接得最好。这种方法的优点是简单易行，但无法测量各CCD摄像机的主要性能指标。
综上所述，非常需要设计一种多功能靶标，其不需借助其他设备即可精确调整和检测一台或多台CCD摄像机的性能参数。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种方便调整和检测CCD摄像机的位置和性能参数的多功能靶标。该靶标包括附着于承载物之上的多组图形，该多功能靶标包括第一靶标，位于CCD摄像机的视场中心，用于调整CCD摄像机的聚焦状态，该靶标包括一矩形条纹，该矩形条纹的中央为宽2倍分辨率的浅色线条，宽1倍分辨率的相间浅色、深色线条对称分布在上述宽2倍分辨率的浅色线条两边。
第二靶标、第三靶标、和第四靶标是一组靶标，均对称位于视场中心的两边，也均用于调整CCD摄像机的光轴，使其位于一条直线上；但是，调整的精度是依次提高的，第二靶标用于粗调，第三靶标用于中调，第四靶标则用于精调。
其中第二靶标包括长宽比为2/1的深色实心矩形。
第三靶标包括位于上部的深色实心矩形，其高度为长度的1/4；以及直角梯形条纹，该梯形条纹包括相间的宽度均为1倍分辨率的浅色线条和深色线条，并且直角梯形条纹的长直边与底边的长度比为3/4，斜边与短直角边的夹角为90°～150°，优选120°。
第四靶标包括四个位于第四靶标中央，并且中心位于一条直线上的小方块，大小等于CCD摄像机的分辨率尺寸，间距为5倍分辨率；位于第四靶标下方的是正立深色实心三角形，顶角为90°～150°，优选120°，其顶尖与左边/右边第二小方块的中心重合；位于第四靶标上方的倒立深色实心三角形顶角为90°～150°，优选120°，其顶尖与左边/右边第三个小方块的中心重合。
第五靶标位于相邻两台CCD摄像机的视场重叠处，其包括四个宽度为2倍分辨率的深色线条，中间的两个深色线条的间隔为2倍分辨率，左边两深色线条和右边两深色线条的间隔相同，其宽度可按要求的重叠视场大小进行确定。
第六靶标用于检测CCD摄像机的空间传递函数，共有三个，中间的一个位于第一靶标的正下方或正上方，左、右两边的第六靶标也相应位于第一靶标的下方或上方，并均横跨两个基本组靶标图形，其中，每个靶标均包括一矩形条纹，该矩形条纹为包括5组条纹的对称图形，且各组条纹宽度分别对应一归一化的空间频率，f/fN＝0.1，0.2，0.3，0.4，和0.5。(其中f该靶标的空间频率，fNNyquist空间频率)。
第七靶标与第八靶标分别用于检测视场边缘的纵向和横向特征传递函数，第七靶标是一宽2倍分辨率的矩形条纹，并呈横向排列；第八靶标是一宽2倍分辨率的矩形条纹，并呈纵向排列。
第九靶标和第十靶标用于检测CCD摄像机的畸变量，该第九、十靶标均为长方形，其长宽比均为4/3，并且第九靶标的大小是第十靶标大小的80％，其矩心与CCD摄像机的视场中心重合。
利用本发明的多功能靶标的十个图形可以方便、定量、精确、和快速地调整和检测一台和多台CCD摄像机，不仅可以将多台CCD摄像机的位置精确调整好，而且还可以使每台CCD摄像机的性能参数处于最佳状态。
图1所示为本发明的多功能靶标的基本组图形的示意图；图2所示为本发明的多功能靶标的四个基本组图形结合的示意图；图3所示为本发明的多功能靶标的第一靶标示意图；图4所示为本发明的多功能靶标的第二靶标示意图；图5所示为本发明的多功能靶标的第三靶标示意图；图6所示为本发明的多功能靶标的第四靶标示意图；
图7所示为本发明的多功能靶标的第五靶标示意图；图8所示为本发明的多功能靶标的第六靶标示意图；图9所示为本发明的多功能靶标的第七靶标示意图；图10所示为本发明的多功能靶标的第八靶标示意图；图11所示为本发明的多功能靶标的第九靶标示意图；以及图12所示为本发明的多功能靶标的第十靶标示意图。
具体实施例方式
有关本发明的优选实施例将参照附图具体说明如下。
CCD摄像机可用于检测装置中，在进行检测之前需将各CCD摄像机的位置和性能参数调整好，而本发明的靶标可用于调整和检测一台或多台CCD摄像机的位置和性能参数，首先将该多功能靶标放置在承载体上，CCD摄像机也相应放置好，然后将该CCD摄像机摄取到的靶标图形信号输入到计算机或示波器进行观察，进而调整和定量检测CCD摄像机的位置和性能参数。
参照图1，为本发明多功能靶标的基本组图形示意图，该基本组图形附着在一平面或柱面承载物上，如图所示，该多功能靶标在承载物上的排布如下第一靶标1位于基本组图形的中心，也就是CCD摄像机视场的中心。
第二靶标2、第三靶标3、以及第四靶标4是一组靶标，均对称地位于CCD摄像机视场的两边；该三个靶标的间距为16倍分辨率；而第四靶标4与第十靶标10的间隔也为16倍分辨率。
第六靶标6共有三个，其中位于中间的第六靶标6位于第一靶标1的正下方约10～20倍分辨率处，并且两者的中央对称线还位于一条直线上，而位于左右两边的两个第六靶标6也相应位于第一靶标1的下方，并分别横跨两个基本组靶标图形。
第七靶标7、第八靶标8相互垂直分布，并且位于第九靶标9与第十靶标10之间的四个拐角处。
第九靶标9和第十靶标10均为同心矩形框，其矩心位于CCD摄像机的视场中心，并且第九靶标9是第十靶标10大小的80％。
另外，为能够同时调整和检测多台CCD摄像机的位置和性能参数，该多功能靶标可包括多个相互平行的基本组图形，参照图2所示。在该图中有4个基本组图形，在每个基本组图形之间设有第五靶标5，第五靶标5位于相邻两CCD摄像机的视场交汇处，其交汇线位于第五靶标5中间分辨率的白线条的中央。
图3到图12所示为第一靶标1到第十靶标10的形状示意图。如图所示，第一靶标1包括一矩形条纹，该矩形条纹宽24倍分辨率，高50倍分辨率，在矩形条纹的中央是一宽2倍分辨率的纵向白色线条，宽1倍分辨率的相间黑白线条对称纵向分布在上述宽2倍分辨率的白条两边。
第二靶标2包括一黑色实心矩形，该矩形宽25倍分辨率，高50倍分辨率。
第三靶标3包括一位于上部的黑色实心矩形，该矩形宽12.5倍分辨率，高50倍分辨率；还包括一位于下部的直角梯形条纹，其底边长54倍分辨率，长直角边长40倍分辨率，斜边与短直角边的夹角为90°～150°，优选120°，并且直角梯形条纹的黑白相间条纹宽度均为2倍分辨率。
第四靶标4包括四个小方块，其四条边长均为1倍分辨率，间隔为5倍分辨率，并位于第四靶标4的中央；另外还包括一正立实心黑色三角形，位于第四靶标4的下方，其顶尖与左边/右边第二个小方块的中心重合；在第四靶标4的上方为一倒立实心黑色三角形，其顶尖与左边/右边第三个小方块的中心重合，两三角形均为内角为60°的正三角形。
第五靶标5具有四个宽度为2倍分辨率的纵向黑色线条，中间两条黑色线条的间隔为2倍分辨率，左边相邻和右边相邻两条黑色线条的间隔均相等，其宽度由要求的重叠视场大小决定。该四个黑色线条的长度均为50倍分辨率。
第六靶标6包括一矩形条纹，该矩形条纹包括5组对称分布的条纹，且各组条纹的宽度分别对应一归一化的空间频率，f/fN＝0.1，0.2，0.3，0.4，和0.5。(其中f该靶标的空间频率，fNNyquist空间频率)。该第六靶标6包括的矩形条纹也可包括10组对称分布的条纹，且各组条纹的宽度分别对应一归一化的空间频率，f/fN＝0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1。
第七靶标7和第八靶标8均包括一矩形条纹，并且矩形条纹的宽度均为26倍分辨率，长度均为100倍分辨率；第七靶标7通常由宽2倍分辨率的黑白条纹组成横向矩形条纹，而第八靶标8通常由宽2倍分辨率的黑白条纹组成纵向矩形条纹。
第九靶标9和第十靶标10均包括矩形框，第九靶标9的矩形框的长度是视场大小的0.72倍，宽度是视场大小的0.54倍，而第十靶标10的矩形框的长度是视场大小的0.9倍，宽度是视场大小的0.67倍，其绝对值可随视场大小而变化。
利用本发明的多功能靶标对CCD摄像机进行调整和测量的步骤如下首先，将各CCD摄像机的视场中央扫描线调整到多功能靶标的基准线上。在该步骤中要用到第二靶标2、第三靶标3、和第四靶标4，其中第二靶标2用于粗调，第三靶标3用于中调，第四靶标4则用于精调。首先进行粗调，观察各CCD摄像机的视场中心的扫描线扫过第二靶标2、第三靶标3、和第四靶标4的情况。通过观察扫描线的波形，可以有以下几种情况出现第二靶标2的波形，说明CCD摄像机的扫描线偏离靶标基准线不太大；出现第三靶标3的上部三角形的波形时，说明CCD摄像机扫描线向上偏离靶标基准线太多；出现第三靶标3下部梯形和第四靶标4下部的波形，并且所述第三靶标3的波形中脉冲的个数为14个，说明CCD摄像机扫描线向下偏离靶标基准线太多；出现第二靶标2、第三靶标3下部梯形条纹和第四靶标的波形，并且所述第三靶标3波形中脉冲个数小于14个，说明CCD摄像机扫描线偏离靶标基准线的量不太大。
根据以上情况调整CCD摄像机的扫描线，就可以使其与靶标的基准线逐渐重合。
接着进行精确调整，其方法是根据扫描波形中第三靶标3的脉冲个数，调整CCD摄像机的扫描线，直至该扫描波形中第三靶标3的脉冲个数等于7为止，此时CCD摄像机视场中心的扫描线与靶标的基准线基本重合；观察CCD摄像机扫描第四靶标4中的4个小方块的波形，精确调整CCD摄像机的扫描线，直至同时出现4个小方块的波形为止；此时CCD摄像机视场中心扫描线偏离靶标基准线的误差小于半个分辨率，即达到了很高的调整精度。
然后进行第二步骤将各CCD摄像机的重叠视场调整到要求的范围，并测出各个重叠视场的大小。其中采用第五靶标5进行判断。在完成所述第一步骤后，CCD摄像机视场中心扫描线会扫描第五靶标5，根据相邻两CCD摄像机的视场中心扫描线输出的扫描波形，便可以判断两CCD摄像机的视场重叠情况，并且读出视场重叠的大小。
第三步骤中调整各CCD摄像机的聚焦状态。采用第一靶标1进行判别。在完成所述第一步骤后，CCD摄像机视场中心扫描线会扫过第一靶标1，其输出波形中的多个脉冲波形的尖锐状况，便能反映CCD摄像机的聚焦状况。当CCD摄像机处于最佳状态时，所输出的第一靶标的脉冲波形最尖锐。
经过上述三个调整步骤后，已经将CCD摄像机调整到最佳状态，下面的步骤是检测CCD摄像机的主要性能参数。
接着进行第四步骤，测量各CCD摄像机的传递函数。在该步骤中，采用第六靶标6通过已有方法测量CCD摄像机的传递函数。第六靶标6的中间靶标用于测量CCD摄像机接近视场中心的传递函数，第六靶标6的左右两边靶标用于测量CCD摄像机接近视场边缘的传递函数。根据所述CCD摄像机的中央及左右两边缘视场的传递函数值，还可复核以上各调整步骤的调整情况，并最终判断CCD摄像机的质量。
在第五步骤中，测量各CCD摄像机的边缘视场的特征传递函数；这是面阵CCD摄像机需要检测的内容，采用第七靶标7和第八靶标8通过已有方法测出CCD摄像机的特征传递函数，其中第七靶标7用于测量面阵CCD摄像机视场边缘的纵向特征传递函数值，而第八靶标8则用于测量面阵CCD摄像机视场边缘的横向特征传递函数值。根据该两特征传递函数值，可以复核CCD摄像机的调试情况，也能够最终判断CCD摄像机的边缘视场质量。
在第六步骤中，测量各CCD摄像机的畸变量，采用第九靶标9和第十靶标10通过传统方法，测出CCD摄像机的畸变量。其中第九靶标9用于测量CCD摄像机在80％视场处的畸变量，而第十靶标10则用于测量CCD摄像机边缘视场的畸变量。
显然，第一靶标1和第八靶标8中的黑色实心图形也可以用相间黑白条形成的相同形状来代替，但其制作加工过程较复杂；另外，所有十个靶标图形的颜色除黑、白色之外，也可按特定要求采用其他的颜色，但黑、白色的对比度最大。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种附着在一承载物上，用于调整CCD摄像机位置的多功能靶标，其特征在于所述多功能靶标至少包括一基本组图形，所述基本组靶标图形包括第一靶标，位于所述CCD摄像机的视场中心；以及第二、三、四靶标，所述三个靶标成一直线，并且在所述CCD摄像机的视场两边对称布置。
2.根据权利要求1所述的多功能靶标，其特征在于为能够同时检测所述CCD摄像机的性能参数，所述基本组靶标图形还包括第六靶标，位于所述第一靶标的下方或上方；第七靶标和第八靶标，位于所述CCD摄像机的视场边角处；以及第九靶标和第十靶标，所述第九靶标和所述第十靶标的矩心均位于所述CCD摄像机的视场中心。
3.根据权利要求1或2所述的多功能靶标，其特征在于为能够同时调整和检测多台所述CCD摄像机的位置和性能参数，所述承载物上附着有相互平行排布的多个基本组靶标图形，并且在每个基本组靶标图形之间布置有第五靶标。
4.一种用于调整所述CCD摄像机的聚焦状态的第一靶标，其特征在于所述第一靶标包括一矩形条纹，所述矩形条纹包括宽2倍分辨率的浅色线条，其位于所述矩形条纹的中央；宽1倍分辨率的相间深色、浅色线条，其对称位于所述宽2倍分辨率的浅色线条两边。
5.一种用于调整所述CCD摄像机的视场中央扫描线的第二靶标，其特征在于所述第二靶标包括长宽比为2/1的深色实心矩形。
6.一种用于调整所述CCD摄像机的视场中央扫描线的第三靶标，其特征在于所述第三靶标包括位于上部的深色矩形，其高度为长度的1/4；以及位于下部的直角梯形条纹，所述梯形条纹包括宽度均为1倍分辨率的浅色线条和深色线条，并且所述直角梯形条纹的长直边与底边的长度比为3/4，斜边与短直角边的夹角为90°～150°。
7.根据权利要求6所述的第三靶标，其特征在于所述第三靶标的所述直角梯形条纹的斜边与短直角边的夹角为120°。
8.一种用于调整所述CCD摄像机的视场中央扫描线的第四靶标，其特征在于所述第四靶标包括四个小方块，位于所述第四靶标的中央，其中心位于一条直线上，大小等于所述CCD摄像机的分辨率尺寸，间距为5倍分辨率；正立深色实心三角形，位于所述第四靶标的下方，顶角为90°～150°，其顶尖与所述左边/右边第二小方块的中心重合；倒立深色实心三角形，位于所述第四靶标的上方，顶角为90°～150°，其顶尖与所述左边/右边第三小方块的中心重合。
9.根据权利要求8所述的第四靶标，其特征在于所述第四靶标的所述正立三角形与所述倒立三角形的顶角均为120°。
10.一种用于调整相邻所述CCD摄像机视场重叠区域的第五靶标，其特征在于，所述第五靶标包括四个宽度为2倍分辨率的深色线条，所述中间的两个深色线条的间隔为2倍分辨率，所述左边两深色线条和所述右边两深色线条之间的间隔相同。
11.一种用于调整所述CCD摄像机的空间传递函数的第六靶标，其特征在于所述第六靶标包括一矩形条纹，所述矩形条纹包括5组对称条纹，且所述各组条纹的宽度分别对应归一化的空间频率，f/fN＝0.1，0.2，0.3，0.4，和0.5。
12.根据权利要求11所述的第六靶标，其特征在于所述第六靶标的所述矩形条纹包括10组对称条纹，且所述各组条纹的宽度分别对应归一化的空间频率，f/fN＝0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，和1。
13.一种用于检测所述CCD摄像机的纵向特征传递函数的第七靶标，其特征在于所述第七靶标包括一矩形条纹，所述矩形条纹宽2倍分辨率，并呈横向排列。
14.一种用于检测所述CCD摄像机的横向特征传递函数的第八靶标，其特征在于所述第八靶标包括一矩形条纹，所述矩形条纹宽2倍分辨率，并呈纵向排列。
15.一种用于检测所述CCD摄像机的畸变量的第九靶标和第十靶标，其特征在于所述第九靶标和所述第十靶标均包括一矩形框，其长宽比均为4/3；所述第九靶标包括的所述矩形的大小是所述第十靶标包括的所述矩形大小的80％。
16.根据权利要求5～9中任一权利要求所述的靶标，其特征在于所述实心深色部分可以采用相间深色、浅色线条形成的相同形状来代替。
17.根据权利要求4～15中任一权利要求所述的靶标，其特征在于所述浅色线条可为白色线条；所述深色线条可为黑色线条。
18.根据权利要求4～15中任一权利要求所述的靶标，其特征在于所述第一到所述第十靶标在所述承载物上的排布如下所述第一靶标位于所述CCD摄像机的视场中央；所述第二靶标、第三靶标、和第四靶标间隔相同的距离，对称位于所述CCD摄像机的视场中心两边；所述第五靶标位于相邻两基本组靶标图形之间；所述第六靶标共有三个，中间的一个位于所述第一靶标的正下方或正上方，左边的所述第六靶标和右边的所述第六靶标也相应位于所述第一靶标的上方或下方，并均横跨两个基本组靶标图形；所述第七靶标与所述第八靶标相互垂直，并位于所述第九靶标和所述第十靶标之间的四个边角处；所述第九靶标与所述第十靶标同心排布，其矩心均位于所述CCD摄像机的视场中心。
全文摘要
本发明公开了一种多功能靶标，其包括一个或多个基本组图形，该多功能靶标附着在一平面或柱面承载物上，利用本发明的多功能靶标可方便、快速、精确地调整和检测各CCD摄像机的位置和性能参数。
文档编号G01B11/00GK1620112SQ20031011376
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月21日 优先权日2003年11月21日
发明者周仁忠, 杨艺 申请人:中国印钞造币总公司