一种校准光学测试工装的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种校准光学测试工装的方法和系统，该方法包括：利用工业相机对准标准模块的圆柱形通孔进行拍照；识别该拍照图片中的内、外圆，并对所述内、外圆的识别圆进行校正，获得校正后所述内、外圆的圆心；根据校正后内、外圆的圆心以及拍照图片的中心，计算所述标准模块与所述工业相机之间的偏差角度；判断该偏差角度是否满足光学测试工装的精度要求，如果不满足，则调整工业相机直至满足光学测试工装的精度要求。本发明的技术方案，能够解决成像装置的光轴与被拍摄装置中心轴存在偏差导致的光学测试工装精度很难达到测试要求的问题。
【专利说明】一种校准光学测试工装的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学测试系统【技术领域】，特别涉及一种校准光学测试工装的方法和系统。
【背景技术】
[0002]头戴显示设备使用高分辨率的液晶LCD屏，通过光学放大，给用户带来无以伦比的视觉体验，在头戴显示设备的装配过程中，光学透镜的组装精度要求非常高，因此对光学测试工装的精度要求更高。
[0003]现有技术中，利用光学成像原理对光学测试工装校准时，由于成像装置的光轴与被拍摄装置中心轴存在偏差，因此，光学测试工装的精度很难达到测试要求。
【发明内容】
[0004]本发明提供的一种校准光学测试工装的方法和系统，以解决成像装置的光轴与被拍摄装置中心轴存在偏差导致的光学测试工装精度很难达到测试要求的问题。
[0005]一方面，本发明实施例提供了一种校准光学测试工装的方法，该方法包括:
[0006]将标准模块、工业相机放置在光学测试工装的相应位置上，所述标准模块用于模拟待测试产品，包括至少一个圆柱形通孔，且该圆柱形通孔的两端所在的平面相互平行；
[0007]将所述工业相机的镜头方向朝向所述标准模块的圆柱形通孔，利用所述工业相机对准所述圆柱形通孔进行拍照，拍照图片中所述圆柱形通孔靠近所述工业相机一端的开孔成像为外圆，另一端的开孔成像为内圆；
[0008]识别所述拍照图片中的外圆和内圆，分别获得所述外圆和内圆的识别圆；
[0009]对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后所述外圆和内圆的圆心；
[0010]根据所述校正后外圆和内圆的圆心以及所述拍照图片的中心，计算所述标准模块与所述工业相机之间的偏差角度；
[0011]判断所述偏差角度是否满足所述光学测试工装的精度要求，如果不满足，则微调所述工业相机直至满足所述光学测试工装的精度要求。
[0012]所述对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后所述外圆和内圆的圆心，包括:
[0013]设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域；
[0014]利用过圆心的211-1条直线将所述内外两侧环状区域N等分，其中外侧环状区域依次划分为A1,...，An,内侧环状区域依次划分为B1,...，BN，N = 2η, η为大于或等于2的整数；
[0015]在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域ApBi内的像素差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I < i < N。
[0016]优选的，所述校准光学测试工装的方法还包括:
[0017]将靶图放置在光学测试工装的相应位置上，且所述标准模块位于所述工业相机和所述靶图之间；
[0018]利用所述工业相机对准所述标准模块的圆柱形通孔对所述靶图进行拍照。
[0019]进一步的，对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后所述外圆和内圆的圆心，包括:
[0020]设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域；
[0021]设定一个正方形框，所述正方形框的中心与所述识别圆的圆心重合，所述正方形框的边长小于所述小同心圆的直径；
[0022]利用所述正方形框将所述外侧环状区域依次划分为Q、C2, C3、C44个区域，将所述内侧环状区域依次划分为Dp D2、D3、D44个区域；
[0023]在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域CpDj内的像素值差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I ^ j ^ 4ο
[0024]另一方面，本发明实施例提供了一种校准光学测试工装的系统，该系统包括:光学测试工装、标准模块、工业相机和校准处理器，所述校准处理器包括图像识别模块、圆心校正模块、偏差计算模块和判断微调模块；其中，
[0025]所述光学测试工装，用于承载标准模块、工业相机；
[0026]所述标准模块用于模拟待测试产品，包括至少一个圆柱形通孔，所述圆柱形通孔的两端所在的平面相互平行；
[0027]所述工业相机的镜头方向朝向所述标准模块的圆柱形通孔，用于对准所述圆柱形通孔进行拍照，拍照图片中所述圆柱形通孔靠近所述工业相机一端的开孔成像为外圆，另一端的开孔成像为内圆；
[0028]所述图像识别模块，用于识别所述拍照图片中的外圆和内圆，分别获得所述外圆和内圆的识别圆；
[0029]所述圆心校正模块，用于校正所述图像识别模块中每个识别圆的圆心，分别获得校正后所述外圆和内圆的圆心；
[0030]所述偏差计算模块，用于根据所述圆心校正模块获得的所述校正后的外圆和内圆的圆心以及所述拍照图片的中心，计算所述标准模块与所述工业相机之间的偏差角度；
[0031]所述判断微调模块，用于判断所述偏差计算模块计算得到的所述偏差角度是否满足所述光学测试工装的精度要求，如果不满足，则微调所述工业相机直至满足所述光学测试工装的精度要求。
[0032]所述圆心校正模块包括:
[0033]第一设定单元，用于设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域；
[0034]第一划分单元，用于利用过圆心的211-1条直线将所述内外两侧环状区域N等分，夕卜侧环状区域依次划分为A1,...，An，将内侧环状区域依次划分为B1,...，Bn，其中N = 2η，η为大于或等于2的整数；
[0035]第一圆心确定单元，用于在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域Ap Bi内的像素差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I彡i彡N。
[0036]优选的，该校准光学测试工装的系统还包括靶图；
[0037]所述光学测试工装，用于承载标准模块、工业相机和靶图；
[0038]所述靶图，用于所述工业相机透过所述标准模块的圆柱形通孔进行拍照时对准。
[0039]所述圆心校正模块包括:
[0040]第一设定单元，用于设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域；
[0041]第二设定单元，用于设定一个正方形框，所述正方形框的中心与所述识别圆的圆心重合，所述正方形框的边长小于所述小同心圆的直径；
[0042]第二划分单元，用于利用所述正方形框将所述外侧环状区域依次划分为CpC2AyC44个区域，将所述内侧环状区域依次划分为Dp D2、D3、D44个区域；
[0043]第二圆心确定单元，用于在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域Dj内的像素值差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I彡j彡4。
[0044]本发明实施例的有益效果是:本发明公开了一种校准光学测试工装的方法和系统，一方面由于识别圆的圆心存在误差，因此针对此误差，本发明通过对拍照图片的外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，然后再利用校正后的外圆和内圆的圆心来计算标准模块与工业相机之间的偏差角度，保证了偏差角度的真实数据，可以做到零误差，从而依据该反映真实数据的偏差角度校准光学测试工装，解决了由于成像装置的光轴与被拍摄装置中心轴存在偏差导致的光学测试工装精度很难达到测试要求的问题，取得了光学测试工装达到整个测试系统的精度要求的技术效果；另一方面本发明对光学测试工装是否满足精度的分析和判断，可以全部由软件来完成，提高了稳定性和再现性；再一方面本发明可通过更换工业相机，实现不同精度要求的测试工装的校准，使得该校准光学测试工装的方法和系统具有很好的通用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1为本发明实施例提供的一种校准光学测试工装的方法流程图；
[0046]图2为利用Opencv软件识别外圆和内圆的结果示意图；
[0047]图3为利用本发明实施例提供的校正方法对图2中内圆的识别圆进行校正的示意图；
[0048]图4-a为利用Opencv识别标准图片中标准圆的结果示意图；
[0049]图4_b为利用本发明实施例提供的校正方法对图4_a中的识别圆进行校正后的结果示意图；
[0050]图5-a为利用Opencv识别实测图片中圆的结果示意图；
[0051]图5-b为利用本发明实施例提供的校正方法对图图5-a中的识别圆进行校正后的结果示意图；
[0052]图6为采用Opencv软件识别外圆和内圆的结果示意图；
[0053]图7为利用本发明实施例提供的校正方法对图6中的内圆的识别圆进行校正的示意图；
[0054]图8为本发明实施例提供的一种校准光学测试工装的系统结构示意图；
[0055]图9为标准模块与工业相机的相对位置示意图。
【具体实施方式】
[0056]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实施方式作进一步地详细描述。
[0057]图1为本发明实施例提供的一种校准光学测试工装的方法流程图，该方法包括:
[0058]S100，将标准模块、工业相机放置在光学测试工装的相应位置上，所述标准模块用于模拟待测试产品，包括至少一个圆柱形通孔，且该圆柱形通孔的两端所在的平面相互平行。
[0059]S101，将所述工业相机的镜头方向朝向所述标准模块的圆柱形通孔，利用所述工业相机对准所述圆柱形通孔进行拍照，拍照图片中所述圆柱形通孔靠近所述工业相机一端的开孔成像为外圆，另一端的开孔成像为内圆。
[0060]S102,识别所述拍照图片中的外圆和内圆，分别获得所述外圆和内圆的识别圆。
[0061]优选的，利用Opencv识别所述图片中的内、外圆的识别圆。图2为采用Opencv软件识别图片中的外圆和内圆的结果示意图，图中20为外圆的识别圆，22为其圆心，21为内圆的识别圆，23为其圆心，两识别圆之间的部分为标准模块圆柱形通孔的内壁。
[0062]需要说明的是，识别圆具有对称性；但利用Opencv软件识别圆的边缘时，存在圆心偏上和偏左的问题。
[0063]S103，对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后所述外圆和内圆的圆心。
[0064]具体的，识别圆的内外两侧环状区域内，像素平均值的差越大，校正后的圆也越精确；以识别的圆为基准，在一个范围内逐个像素移动圆心的位置，计算圆内外两侧像素值的差异，差异最大的圆心位置即为最精确的圆的位置；使用类似于计算方差的方法，计算内外两侧像素值的差异。基于上述对识别圆的校正思想，所述对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后外圆和内圆的圆心，包括如下步骤:
[0065]图3为采用本发明实施例提供的校正方法对图2中的内圆的识别圆进行校正的示意图，图中30为识别圆，对应于图2中的内圆21，31为圆心移动范围，32为校正识别圆30圆心的大同心圆，33为校正识别圆30圆心的小同心圆。
[0066]步骤一，设定与需校正的识别圆30同心的大小两个同心圆，使所述识别圆30处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆30的内外两侧环状区域，其中，两个同心圆的直径可根据理论计算或者经验设定；
[0067]步骤二，利用过圆心的211-1条直线将所述内外两侧环状区域N等分，其中外侧环状区域依次划分为A1,...，An,将内侧环状区域依次划分为B1,...，BN，N = 2η, η为大于或等于2的整数；
[0068]需要说明的是，所述Ai与Bi是相邻两条直线与内外两侧圆环围城的同心扇环，其中 I < i < N。
[0069]步骤三，在一个范围内逐个像素移动所述识别圆30的圆心位置，计算并记录所述区域ApBi内的像素差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆30校正后的圆心,其中I≤i≤N。
[0070]具体的，当所述识别圆30的圆心处于某一个像素时，遍历此时区域ApBi内的所有像素点，分别计算ApBi区域内像素值，将其分别记为;并根据公式
【权利要求】
1.一种校准光学测试工装的方法，其特征在于，所述方法包括: 将标准模块、工业相机放置在光学测试工装的相应位置上，所述标准模块用于模拟待测试产品，包括至少一个圆柱形通孔，且该圆柱形通孔的两端所在的平面相互平行； 将所述工业相机的镜头方向朝向所述标准模块的圆柱形通孔，利用所述工业相机对准所述圆柱形通孔进行拍照，拍照图片中所述圆柱形通孔靠近所述工业相机一端的开孔成像为外圆，另一端的开孔成像为内圆； 识别所述拍照图片中的外圆和内圆，分别获得所述外圆和内圆的识别圆； 对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后所述外圆和内圆的圆心; 根据所述校正后外圆和内圆的圆心以及所述拍照图片的中心，计算所述标准模块与所述工业相机之间的偏差角度； 判断所述偏差角度是否满足所述光学测试工装的精度要求，如果不满足，则微调所述工业相机直至满足所述光学测试工装的精度要求。
2.根据权利要求1所示的方法，其特征在于，所述方法进一步包括: 将靶图放置在光学测试工装的相应位置上，且所述标准模块位于所述工业相机和所述靶图之间； 利用所述工业相机透过所述标准模块的圆柱形通孔对准所述靶图进行拍照。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后所述外圆和内圆的圆心，包括: 设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域； 利用过圆心的211-1条直线将所述内外两侧环状区域N等分，其中外侧环状区域依次划分为A1,...，An,内侧环状区域依次划分为B1,...，BN，N = 2η, η为大于或等于2的整数；在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域ApBi内的像素差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I < i < N。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述外圆和内圆的识别圆的圆心分别进行校正，获得校正后外圆和内圆的圆心，包括: 设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域； 设定一个正方形框，所述正方形框的中心与所述识别圆的圆心重合，所述正方形框的边长小于所述小同心圆的直径； 利用所述正方形框将所述外侧环状区域依次划分为Cp C2, C3、C44个区域，将所述内侧环状区域依次划分为D1、D2、D3、D44个区域； 在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域CpDj内的像素值差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I ^ j ^ 4ο
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，根据所述校正后外圆和内圆的圆心以及所述拍照图片的中心，计算所述标准模块与所述工业相机之间的偏差角度，包括: +R4P圆心的误差(像素)通孔中心偏离误差(um)八口士冋、ST,&山+ 根据圆的直径(^)=通孔直径(um)分别.所__通孔两一心偏离标准光轴的误差，其中圆心的误差为校正后识别圆的圆心与图片中心的像素误差，所述标准光轴为所述工业相机中心所在的轴线；+B+E+ 两端通孔中心偏离误差的矢量和的长度(um) ,/|3S||FKP++i根据tan?=->aST, |x ^.---得到所述标准検块与所述
通孔长度(um)工业相机之间的偏差角度α，其中，两端通孔中心偏离误差的矢量和为:若通孔两端中心偏离标准光轴的方向一致，则将通孔两端中心偏离标准光轴的误差求差，若通孔两端中心偏离标准光轴的方向相反，则将通孔两端中心偏离标准光轴的误差求和。
6.一种校准光学测试工装的系统，其特征在于，所述系统包括:光学测试工装、标准模块、工业相机和校准处理器，所述校准处理器包括图像识别模块、圆心校正模块、偏差计算模块和判断微调模块；其中，所述光学测试工装，用于承载标准模块、工业相机； 所述标准模块用于模拟待测试产品，包括至少一个圆柱形通孔，所述圆柱形通孔的两端所在的平面相互平行； 所述工业相机的镜头方向朝向所述标准模块的圆柱形通孔，用于对准所述圆柱形通孔进行拍照，拍照图片中所述圆柱形通孔靠近所述工业相机一端的开孔成像为外圆，另一端的开孔成像为内圆； 所述图像识别模块，用于识别所述拍照图片中的外圆和内圆，分别获得所述外圆和内圆的识别圆； 所述圆心校正模块，用于校正所述图像识别模块中每个识别圆的圆心，分别获得校正后所述外圆和内圆的圆心； 所述偏差计算模块，用于根据所述圆心校正模块获得的所述校正后的外圆和内圆的圆心以及所述拍照图片的中心，计算所述标准模块与所述工业相机之间的偏差角度； 所述判断微调模块，用于判断所述偏差计算模块计算得到的所述偏差角度是否满足所述光学测试工装的精度要求，如果不满足，则微调所述工业相机直至满足所述光学测试工装的精度要求。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括靶图；所述光学测试工装，用于承载标准模块、工业相机和靶图；所述靶图，用于所述工业相机透过所述标准模块的圆柱形通孔进行拍照时对准。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述圆心校正模块包括: 第一设定单元，用于设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域； 第一划分单元，用于利用过圆心的211-1条直线将所述内外两侧环状区域N等分，外侧环状区域依次划分为A1,...，An，将内侧环状区域依次划分为B1,...，Bn，其中N = 2η，η为大于或等于2的整数；第一圆心确定单元，用于在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域A1、Bi内的像素差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I≤i≤N。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述圆心校正模块包括: 第一设定单元，用于设定与需校正的识别圆同心的大小两个同心圆，使所述识别圆处于这两个同心圆之间，得到所述识别圆的内外两侧环状区域； 第二设定单元，用于设定一个正方形框，所述正方形框的中心与所述识别圆的圆心重合，所述正方形框的边长小于所述小同心圆的直径； 第二划分单元，用于利用所述正方形框将所述外侧环状区域依次划分为Cp C2, C3, C44个区域，将所述内侧环状区域依次划分为Dp D2、D3、D44个区域； 第二圆心确定单元，用于在一个范围内逐个像素移动所述识别圆的圆心位置，计算并记录所述区域(V Dj内的像素值差的平方和，平方和最大值对应的圆心位置为所述识别圆校正后的圆心，其中I≤j≤4。
10.根据权利要求6-9任一项所述的系统，其特征在于，所述偏差计算模块包括:
述圆柱形通孔两端中心偏离标准光轴的误差，其中圆心的误差为校正后识别圆的圆心与图片中心的像素误差，所述标准光轴为所述工业相机中心所在的轴线；
标准模块与所述工业相机之间的偏差角度a，其中，两端通孔中心偏离误差的矢量和为:若通孔两端中心偏离标准光轴的方向一致，则将通孔两端中心偏离标准光轴的误差求差，若通孔两端中心偏离标准光轴的方向相反，则将通孔两端中心偏离标准光轴的误差求和。
【文档编号】G01B11/26GK104197830SQ201410384372
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】徐建军, 牛锡亮, 陈兴仪, 王仲楼 申请人:青岛歌尔声学科技有限公司