一种摄像头的校准方法及校准装置与流程

本发明涉及摄像设备技术领域，特别涉及一种摄像头的校准方法及校准装置。

背景技术：

随着数码摄像的普及，大量的手持设备，例如手机、播放器以及掌上电脑等终端设备均配备了摄像头，以进行摄影摄像，并在摄影摄像过程中利用摄像头对焦马达完成对焦。

现有技术中，摄像头对焦马达为一体式结构，镜头直接安装在镜头载体内。为保证对焦效果，在安装时，必须严格保持镜头平面与感光平面垂直。从而使得对焦时，像平面可以与感光平面重合，这样才能保证拍摄的效果。但由于生产工艺及组装环境等因素的影响，在实际设计中，很难使镜头平面与感光平面完全垂直，这就导致拍摄图片时，像平面无法与感应单元所在的平面重合，致使拍摄出的图片的某些位置会比较模糊，影响用户的体验。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种摄像头的校准方法及校准装置，使得在镜头平面与感光平面不垂直时，可自行校准，从而保证对焦效果。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种摄像头的校准方法，包括：判断像平面是否与感光单元所在的平面重合；在像平面与感光单元所在的平面不重合时，通过移动机构调整镜头模组的位置，直至像平面与感光单元所在的平面重合；在像平面与感光单元所在的平面重合时，计算物平面与像平面之间夹角β的正切值；在物距发生改变时，根据正切值校准镜头模组的位置。

本发明的实施方式还提供了一种摄像头的校准装置，包括：判断模块、调整模块、计算模块及校准模块；判断模块用于判断像平面是否与感光单元所在的平面重合；调整模块用于在像平面与感光单元所在的平面不重合时，通过移动机构调整镜头模组的位置，直至像平面与所述感光单元所在的平面重合；计算模块用于在像平面与感光单元所在的平面重合时，计算物平面与像平面之间夹角β的正切值；校准模块用于在物距发生改变时，根据正切值校准镜头模组的位置。

本发明实施方式相对于现有技术而言，先通过判断像平面与感光单元所在的平面(即感光平面)是否重合，来判断镜头模组所在的平面(即镜头平面)与感光平面是否垂直。在判定像平面与感光单元所在的平面不重合时，即认定镜头模组所在的平面与感光平面不垂直，此时，本发明实施方式会自行调节移动机构来调整镜头模组的位置，直至像平面与感光单元所在的平面重合。在像平面与感光单元所在的平面重合时，即可计算当前的物平面与像平面之间夹角β的正切值。由于无论物距如何改变，像平面与感光单元所在的平面重合时，该β的正切值均相同。因此，当物距发生改变而需要重新调整镜头模组的位置，以保证像平面与感光单元所在的平面重合时，即可根据该正切值来校准镜头模组的位置。这种方式有利于保证对焦效果，提升用户的拍摄体验。

进一步地，判断像平面是否与感光单元所在的平面重合中，通过判断像平面的中心与四周的清晰度是否一致来判断像平面是否与感光单元所在的平面重合。

进一步地，移动机构包括4个移动模块；4个移动模块均匀分布于镜头模组的周围；每个移动模块均包括万向节及与万向节连接的可伸缩连杆；可伸缩连杆与镜头模组连接；在通过移动机构调整镜头模组的位置，直至像平面与感光单元所在的平面重合中，分组调节移动模块，直至像平面的中心与四周的清晰度一致；其中，在调节移动模块时，保持镜头模组的光学中心所在的位置不变。

进一步地，分组调节移动模块，直至像平面的中心与四周的清晰度一致，具体包括：将相对设置的两个移动模块作为一组，分组移动移动模块，直至像平面的中心与四周的清晰度一致；其中，位于一组的两个移动模块的连线与位于另一组的两个移动模块的连线垂直；且位于相同组的移动模块的移动方向相反。提供一种分组调节的方法。

进一步地，分组调节移动模块，直至像平面的中心与四周的清晰度一致，具体包括：将位于第一端的两个移动模块作为一组，将位于第二端的两个移动模块作为另一组，通过移动第一端的两个移动模块及第二端的两个移动模块调整镜头模组的位置，直至像平面的第一端的中心的清晰度及第二端的中心的清晰度与像平面的中心的清晰度一致；将位于第三端的两个移动模块作为一组，将位于第四端的两个移动模块作为另一组，通过移动第三端的两个移动模块及第四端的两个移动模块调整镜头模组的位置，直至像平面的第三端的中心的清晰度及第四端的中心的清晰度与像平面的中心的清晰度一致；其中，第一端与第二端为两个相对的端，第三端与第四端为两个相对的端，且连接第一端的中心及第二端的中心的直线，与连接第三端的中心及第四端的中心的直线垂直；且位于相同端的的移动模块的移动方向相同，位于相对的端的移动模块的移动方向相反。提供另一种分组调节的方法。

进一步地，正切值有2个，分别为第一正切值和第二正切值；其中，第一正切值为β的正切值在连接第一端的中心及第二端的中线的直线上的映射值；第二正切值为β的正切值在所述连接第三端的中心及第四端的中心的直线上的映射值。

进一步地，第一正切值tanβ_X通过以下公式计算：tanβ_X＝(u+v)/(v*tanα_X-w/2)＝(vf/(v-f)+v)/(v*△h/w-w/2)；其中，u为物距、v为像距、f为焦距、w为感光单元的宽度、△h为第一端的两个移动模块与第二端的两个移动模块的移动距离之和、tanα_X为镜头模组平面与像平面之间的夹角α的正切值在连接第一端的中心及第二端的中心的直线上的映射值。

进一步地，判断模块通过判断像平面的中心与四周的清晰度是否一致来判断像平面是否与感光单元所在的平面重合。

进一步地，调整模块还用于分组调节移动模块，直至像平面与感光单元所在在平面重合；其中，在分组调节移动模块时，保持镜头模组的光学中心所在的位置不变；移动机构包括4个移动模块；4个移动模块均匀分布于镜头模组的周围；每个移动模块均包括万向节及与万向节连接的可伸缩连杆；可伸缩连杆与镜头模组连接。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的摄像头的校准方法的流程图；

图2是根据本发明第二实施方式的移动机构的俯视图；

图3是根据本发明第二实施方式的移动模块的结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式的通过移动模块调整镜头模组的流程图；

图5是根据本发明第二实施方式的像平面与感光单元所在的平面重合时，物平面、镜头平面及像平面的示意图；

图6是根据本发明第三实施方式的另一种移动机构的俯视图；

图7是根据本发明第四实施方式的摄像头的校准装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种摄像头的校准方法。具体流程如图1所示。

步骤101：判断像平面是否与感光单元所在的平面重合，若是，则退出本流程；若否，则进入步骤102。

感光单元位于摄像头的底部，正常情况下，镜头模组所在的平面(即镜头平面)应与感光单元所在的平面(即感光平面)互相垂直，拍摄时，像平面会与感光单元所在的平面重合。因此，本实施方式可通过判断像平面与感光单元所在的平面是否重合，来判断镜头平面是否与感光平面垂直，从而判断是否需要进行校准。

本实施方式中，可通过判断像平面的中心与四周的清晰度是否一致来判断像平面是否与感光单元所在的平面重合。若像平面的中心与四周的清晰度一致，则可判定像平面与感光单元所在的平面重合，说明镜头平面与感光平面垂直，不需要对镜头模组的位置进行调整；反之，则说明镜头平面与感光平面不垂直，需要对镜头模组的位置进行调整。

步骤102：通过移动机构调整镜头模组的位置，直至像平面与感光单元所在的平面重合。

本实施方式中，该移动机构与镜头模组可拆卸式连接，且镜头模组可在移动机构的带动下在拍摄方向上往复移动。因此，本步骤中，可通过该移动机构来调整镜头模组的位置，直至像平面的中心与四周的清晰度一致。值得一提的是，在通过该移动机构来调整镜头模组的位置时，应保持镜头模组的光学中心所在的位置不变，这样才能保证像平面中心的清晰度不变。

步骤103：计算物平面与像平面之间夹角β的正切值。

在步骤104：在物距发生改变时，用正切值校准镜头模组的位置。

在像平面与感光单元所在的平面重合时，可计算物平面与像平面之间夹角β的正切值。值得一提的是，无论是近距离拍摄，还是远距离拍摄，即无论物距如何变化，像平面与感光单元所在的平面重合时，该β的正切值均相同，因此，即使物距发生改变，步骤102中所做的调节已不能使像平面与感光单元所在的平面重合，也可根据步骤103计算出的β的正切值，来重新调整镜头模组的位置，以使像平面与感光单元所在的平面再次重合。

本实施方式，先通过判断像平面与感光单元所在的平面(即感光平面)是否重合，来判断镜头模组所在的平面(即镜头平面)与感光平面是否垂直。在判定像平面与感光单元所在的平面不重合时，即认定镜头模组所在的平面与感光平面不垂直，此时，本发明实施方式会自行调节移动机构来调整镜头模组的位置，直至像平面与感光单元所在的平面重合。在像平面与感光单元所在的平面重合时，即可计算当前的物平面与像平面之间夹角β的正切值。由于无论物距如何改变，像平面与感光单元所在的平面重合时，该β的正切值均相同。因此，当物距发生改变而需要重新调整镜头模组的位置，以保证像平面与感光单元所在的平面重合时，即可根据该正切值来校准镜头模组的位置。这种方式有利于保证对焦效果，提升用户的拍摄体验。

本发明的第二实施方式涉及一种摄像头的校准方法。第二实施方式是在第一实施方式的基础上做的进一步改进，主要改进之处在于：第二实施方式进一步限定了通过移动机构调整镜头模组的方法。

如图2所示，本实施方式中，该移动机构可包括4个移动模块3，该移动模块3可设置于载体1上，并均匀分布于镜头模组2的周围。移动模块3镜头模组2可拆卸式连接，且镜头模组2可以在移动模块3的带动下在拍摄方向上往复移动。

具体地，如图3所示，每个移动模块3包含基座33、滑动块32、缓冲垫片39、磁石35以及线圈34、电磁屏蔽层31、绝缘垫片36、万向节37、连接杆38等。滑动块32设置于基座33内部，基座33内底面设置导轨，导轨的设置方向与镜头模组2的拍摄方向一致，滑动块32在基座33内可以沿导轨往复移动。通过滑动块32带动镜头模组2的移动，可以有效简化镜头模组2移动的技术效果。技术人员在具体实现时，可以通过其他方式将滑动块32设置于基座33内部，并且保证滑动块32可以在基座33内往复移动，本实施方式对此不作特殊限定，例如活塞运行方式。

缓冲垫片39设置于基座33和滑动块32之间，可避免滑动块32在基座33内往复移动时发生硬碰撞，保证滑动块32和基座33的耐用寿命。

为驱动滑动块32在基座33内做往复移动，本实施方式中的滑动块32上设有磁石35，基座33设有配合磁石35的线圈34。本领域技术人员应当知悉，如果给放置在磁场中的线圈通电，这个线圈就会受到力的驱动，会产生不同的驱动力，即驱动滑动块32在基座33内移动。值得说明的是，技术人员在设置线圈34的具体匝数以及磁石35的具体大小时，可以根据实际情况自行设定，本实施方式在此不作相关限定。

在摄像头对焦过程中，为了实现镜头组进行角度调整时能留有余量，不被硬损坏，本实施方式中的移动模块3还包含万向节37、连接杆38(可为可伸缩连杆)。具体地说，万向节37设置在滑动块32内部，并且通过连接杆38与镜头组2相连，即连接杆38的一端与万向节37连接，另一端与镜头组2连接。滑动块32沿基座33往复移动，即可通过万向节37以及连接杆38带动镜头组2在镜头组2拍摄方向上往复移动，进而实现摄像头的精准对焦。

电磁屏蔽层31设置在基座33外侧，一方面可以有效避免滑动块32上的磁石35产生的磁场对基座33以外的其他元件产生影响；另一方面可以有效保护基座33的内部元件不受外部元件产生的电磁场的影响，进一步确保镜头组2角度调整过程中的可控性。电磁屏蔽层31可以选择醋酸胶布、导电泡棉等，在具体实现时，技术人员可以根据实际情况自行选择屏蔽材料，本实施方式在此不做特殊限定。

绝缘垫片36可以在移动模块3处于通电状态时，避免因移动模块3接地效果不好或者发生漏电现象而对用户的人身安全造成威胁；还可以有效保护终端设备，避免移动模块3发生漏电事故而对终端内部其他元件产生影响。

在摄像头对焦过程中，4个移动模块3能分别控制镜头模组2在不同方向上移动，提高镜头模组的可调整角度与调节精确度，有效地提高摄像效果。此外，需要说明的是，本实施方式是以移动机构包括4个移动模块，且4个移动模块分别位于载体的四个对角处为例进行说明的，但技术人员在具体实现时，可以根据实际情况自行设定移动模块3的数量以及具体设定位置，本实施方式对此不作特殊限定。

本实施方式，可通过以方式调整镜头模组的位置，以使像平面与感光单元所在的平面重合，其具体流程如图4所示。

步骤1021：将位于第一端的两个移动模块作为一组，将位于第二端的两个移动模块作为另一组，移动两组移动模块，直至像平面的第一端的中心的清晰度及第二端的中心的清晰度与像平面的中心的清晰度一致。

步骤1022：将位于第三端的两个移动模块作为一组，将位于第四端的两个移动模块作为另一组，移动两组移动模块，直至像平面的第三端的中心的清晰度及第四端的中心的清晰度与像平面的中心的清晰度一致。

本实施方式中，步骤1021中的第一端与第二端为两个相对的端，步骤1022中的第三端及第四端为两个相对的端，连接第一端的中心及第二端的中心的直线，与连接第三端的中心及第四端的中心的直线垂直。且位于相同端的移动模块的移动方向相同，位于相对的端的移动模块的移动方向相反。

结合图2对步骤1021、1022进行说明。以图2中的左端作为第一端、右端作为第二端、上端作为第三端、下端作为第四端。

在步骤1021中，可控制左端的两个移动模块带动镜头模组向远离拍摄的方向移动，同时控制右端的两个移动模块带动镜头模组向靠近拍摄的方向移动，两者的移动步调要保持一致，以保证镜头模组的光学中心所在的位置不变。

在移动过程中，判断像平面左、右端中心的清晰度与像平面中心的清晰度之间的差距是否在缩小。若是，则继续移动左、右端的移动模块，直至像平面左、右端中心的清晰度与像平面中心的清晰度一致；否则，则转换左、右两端移动模块的移动方向，即使左端的两个移动模块带动镜头模组向靠近拍摄的方向移动，而使右端的两个移动模块带动镜头模组向远离拍摄的方向移动。转换移动方向后，仍要保持移动步调一致，直至像平面左、右端中心的清晰度与像平面中心的清晰度一致。

类似的，在步骤1022中，可先控制上端的两个移动模块带动镜头模组向远离拍摄的方向移动，同时控制下端的两个移动模块带动镜头模组向靠近拍摄的方向移动，两者的移动步调保持一致。在移动过程中，判断像平面上、下端中心的清晰度与像平面中心的清晰度之间的差距是否在缩小。若是，则继续移动上、下端的移动模块，直至像平面上、下端中心的清晰度与像平面中心的清晰度一致；否则，则转换上、下两端移动模块的移动方向。

当像平面左、右端中心的清晰及上、下端中心的清晰度均与像平面中心的清晰度一致时，则判定此时像平面与感光单元所在的平面重合。

值得一提的是，本实施方式中，在像平面与感光单元所在的平面重合时，计算出的物平面与像平面之间的夹角β的正切值有两个，分别为第一正切值和第二正切值。其中，第一正切值为β的正切值在连接左端的中心及右端的中线的直线上的映射值；第二正切值为β的正切值在连接上端的中心及下端的中心的直线上的映射值。

以连接左端的中心及右端的中心的直线为X轴，以连接上端的中心及下端的中心的直线为Y轴，以像平面的中心点为原点，建立坐标系。第一正切值即是β的正切值在X轴上的映射值tanβ_X，第二正切值即是β的正切值在Y轴上的映射值tanβ_y。两者的计算方法相同，本实施方式将以tanβ_X的计算方法为例进行说明。

如图5所示，tanβ_X＝(u+v)/(v*tanα_X-w/2)＝(vf/(v-f)+v)/(v*△h/w-w/2)；其中，标号51为物平面、52为镜头平面、53为像平面；u为物距、v为像距、f为焦距、w为感光单元的宽度、△h为左端的两个移动模块与右端的两个移动模块的移动距离之和(如左端的两个移动模块向远离拍摄的方向移动了5mm，则右端的两个移动模一定会向靠近拍摄的方向移动5mm，此时，△h为10mm)、tanα_X为镜头模组平面与像平面之间的夹角α的正切值在连接左端的中心及右端的中心的直线上的映射值(即tanα在X轴上的映射值)。

本实施方式中，移动机构包括四个均匀设置于镜头模组周围的移动模块，只需要通过该移动模块，即可轻松调整镜头模组的位置，使得镜头模组的调整更加便利。在摄像头对焦过程中，4个移动模块能分别控制镜头模组在不同方向上的移动，有利于提高镜头模组的可调整角度与调节精确度，提升摄像效果。

本发明的第三实施方式涉及一种摄像头的校准方法。第三实施方式与第二实施方式大致相同，主要区别之处在于：第二实施方式中，分为一组的移动模块处于同一端；而第三实施方式中，分为一组的移动模块为相对设置的两个移动模块，即位于一组的两个移动模块的连线与位于另一组的两个移动模块的连线垂直。

本实施方式将处于对角线上两个移动模块分为一组，在调节时，需一组调节完成后，再调节另一组。其中，位于相同组的移动模块的移动方向相反。

结合图2，本实施方式可先调节左上角的移动模块及右下角的移动模块，在调节时，可使左上角的移动模块带动镜头模组向远离拍摄的方向移动，同时控制右下角的移动模块向靠近拍摄的方向移动，两者的移动步调要保持一致，以保证镜头模组的光学中心所在的位置不变。

在移动过程中，判断像平面对应左上角的移动模块及右下角的移动模块的部位的清晰度与像平面中心的清晰度之间的差距是否在缩小。

若是，则继续移动两个移动模块，直至像平面对应左上角的移动模块及右下角的移动模块的部位的清晰度与像平面中心的清晰度一致；否则，则转换两个移动模块的移动方向，转换移动方向后，仍要保持移动步调一致，直至像平面对应左上角的移动模块及右下角的移动模块的部位的清晰度与像平面中心的清晰度一致。

此后，可依据类似的方法控制左下角的移动模块及右上角的移动模块的移动，直至像平面对应左下角的移动模块及右上角的移动模块的部位的清晰度与像平面中心的清晰度一致。

按上述方式调控移动模块时，计算出的物平面与像平面之间的夹角β的正切值也有两个，一个正切值为tanβ在连接左上角的移动模块的中心及右下角的移动模块的中心的直线上的映射值；另一个正切值为tanβ在连接左下角的移动模块的中心及右上角的移动模块的中心的直线上的映射值。两个正切值的具体计算方法与第二实施方式中的tanβ_X的计算方法类似，本实施方式不再赘述。

此外，值得一提的是，本实施方式中，移动模块的还可按如图6所示的方式进行设置。仍可将相对设置的两个移动模块分为一组，一组调节完毕后，再调节另一组，本实施方式不再赘述。

本实施方式提供了另一种调控移动模块的方法、及移动模块的设置方式，有利于进一步提升本实施方式的灵活性及实用性。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本实施方式的第四实施方式涉及一种摄像头的校准装置。如图7所示，该校准装置包括：判断模块71、调整模块72、计算模块73及校准模块74。

其中，判断模块71用于判断像平面是否与感光单元所在的平面重合。本实施方式中，判断模块可通过判断像平面的中心与四周的清晰度是否一致来判断像平面是否与感光单元所在的平面重合。

调整模块72用于在像平面与感光单元所在的平面不重合时，通过移动机构调整镜头模组的位置，直至像平面与所述感光单元所在的平面重合。

计算模块73用于在像平面与感光单元所在的平面重合时，计算物平面与像平面之间夹角β的正切值。

校准模块74用于在物距发生改变时，用正切值校准镜头模组的位置。

本实施方式，先通过判断像平面与感光单元所在的平面(即感光平面)是否重合，来判断镜头模组所在的平面(即镜头平面)与感光平面是否垂直。在判定像平面与感光单元所在的平面不重合时，即认定镜头模组所在的平面与感光平面不垂直，此时，本发明实施方式会自行调节移动机构来调整镜头模组的位置，直至像平面与感光单元所在的平面重合。在像平面与感光单元所在的平面重合时，即可计算当前的物平面与像平面之间夹角β的正切值。由于无论物距如何改变，像平面与感光单元所在的平面重合时，该β的正切值均相同。因此，当物距发生改变而需要重新调整镜头模组的位置，以保证像平面与感光单元所在的平面重合时，即可根据该正切值来校准镜头模组的位置。这种方式有利于保证对焦效果，提升用户的拍摄体验。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本实施方式的第五实施方式涉及一种摄像头的校准装置。第五实施方式是在第四实施方式的基础上做的进一步改进，主要改进之处在于：第五实施方式进一步限定了通过移动机构调整镜头模组的方法。

本实施方式中，移动机构包括4个移动模块；4个移动模块均匀分布于镜头模组的周围；每个移动模块均包括万向节及与万向节连接的可伸缩连杆；可伸缩连杆与镜头模组连接。

调整模块在像平面与感光单元所在的平面不重合时，通过分组调节移动模块来调整镜头模组的位置，直至像平面与感光单元所在的平面重合。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。