一种相机像平面垂直光轴方向偏离度检测方法及其装置与流程

本发明属于相机对焦精准度检测技术领域，具体涉及一种操作简便的相机像平面垂直光轴方向偏离度检测方法及其装置。

背景技术：

随着工业相机在机器视觉领域的大批量使用，对相机成像的一致性要求不断提高。在工业相机使用过程中，同款相机成像一致性是非常重要的衡量标准，而相机像平面垂直光轴方向偏离度，即相机图像传感器像平面中心与镜头接口中心的偏移距离是保证相机成像一致性的重要指标之一。目前，这个指标基本靠机械加工精度和装配来确定，多数相机生产厂家并没有对这一指标进行测试，导致同款相机由于这一指标的离散性带来的成像质量有很大偏差。现有的检测方法复杂，需要多个标定环节，例如标定板的样式和规格、相机的定位以及整个检测装置的精度控制；第二是这种方法得到的只是相对结果，即离散程度的检测，如果检测装置调整或发生了改变，需要重新进行标定；第三是附加了影响相机测量结果的因素，例如所使用镜头本身的成像精度。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种操作简便的相机像平面垂直光轴方向偏离度检测方法，第二目的在于提供一种用于检测相机像平面垂直光轴方向偏离度的装置。

本发明的第一目的是这样实现的：包括步骤a、同轴调试，b、光源照射，c、光影采集捕获，d、平行度测算，具体步骤为

a、同轴调试，把被测相机放置于检测夹具上，使被测相机使相机图像传感器对准检测夹具上的检测器，并调整相机图像传感器与检测器同轴；

b、光源照射，打开检测夹具上的光源照射，使光源发出的光线通过检测器照射到被测相机的相机图像传感器上；

c、光影采集捕获，被测相机拍得照片a并上传至分析控制装置，分析控制装置优选为计算机；其次在45～180角度范围内顺时针或逆时针旋转检测夹具上的检测器后，再次启动被测相机拍得照片b并上传至分析控制装置

d、平行度测算，先把照片a、照片b合成为一张图片并建立原始对照坐标系，再根据原始对照坐标系先分别对所取得的照片a、照片b上的光斑进行圆心坐标测算；之后把照片a与照片b两个光斑的圆心坐标连线，最后计算该中点坐标与图像传感器像面中心o点之间的距离，此距离即为相机像平面与镜头接口中心偏离度δ；偏离度结果测算：

式中：δ为偏差值；

x为图像传感器横向尺度；

y为图像传感器纵向尺度；

(xobj，yobj)为光轴中心的坐标。

本发明的第二目的是这样实现的：包括依次设置于机架上的光源、检测器、检测夹具，且三者之间等距或不等距设置，所述光源通过光源调节架设置于机架上，所述检测器通过旋座设置于机架上，检测器与旋座动配合。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明检测方法，采用几何投影和中心对称原理，在被测相机不接镜头的情况下，实现相机像平面与镜头接口中心偏离度指标的绝对测量，并给出高精度的量化指标；

2、本发明检测方法，以提升工业相机产品的成像质量和一致性，能对成品相机进行快速筛选，品级分类，使得对相机一致性要求高的用户能得到所要的产品；第二个是通过对检测结果的统计分析给生产加工及装配环节反馈，找出可以提高产品一致性的工艺环节，提高产品的制造质量；

3、本发明检测方法，在整个检测过程中不需要镜头，避免了由于镜头自身的偏差带来的测量结果的误差；得到的测量结果是对相机自身绝对偏差的检测，得到的检测结果精度高；检测过程快速便捷，在简化传复杂统检测方法的同时，极大提高检测效率和精准度。

附图说明

图1为本发明的检测装置结构示意图；

图2为本发明中检测器的结构示意图；

图3为本发明中旋座的结构示意图；

图4为本发明供偏离度测算用示意图一；

图5为本发明供偏离度测算用示意图二；

图中标号：1～光源，2～光源调节架，3～检测器，3a～旋盘，3b～检测管，4～旋座，4a～底座，4b～调节支杆，4c～旋筒，4d～聚光筒，5～检测夹具，6～机架，7～被测相机，8～相机图像传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1～5所示的相机像平面垂直光轴方向偏离度检测方法，包括步骤a、同轴调试，b、光源照射，c、光影采集捕获，d、偏离度测算，具体步骤为

a、同轴调试，把被测相机7放置于检测夹具5上，使被测相机7使相机图像传感器8对机架6上的检测器3的检测管3b，并调整相机图像传感器8接近检测器3的检测管3b；

b、光源1照射，打开机架6上的光源1照射，使光源1发出的光线通过检测器3的检测管3b照射到被测相机7的相机图像传感器8上；

c、光影采集捕获，被测相机7拍得照片a并上传至分析控制装置，分析控制装置优选为计算机；其次在45～180°角度范围内顺时针或逆时针旋转检测器3的旋盘3a后，再次启动被测相机7拍得照片b并上传至分析控制装置；

d、偏离度测算，先把照片a、照片b合成为一张图片并建立原始对照坐标系，再根据原始对照坐标系先分别对所取得的照片a、照片b上的光斑进行圆心坐标测算；之后把照片a与照片b两个光斑的圆心坐标连线，最后计算该中点坐标与图像传感器像面中心o点之间的距离，此距离即为相机像平面与镜头接口中心偏离度δ；偏离度结果测算：

式中：δ为偏差值；

x为图像传感器横向尺度；

y为图像传感器纵向尺度；

(xobj，yobj)为光轴中心的坐标。

所述的步骤d中的原始对照坐标系的o点为照片的中心点。

所述的步骤d中原始对照坐标的单位长度为像素，一长度单位即为一个像素。

所述的步骤c中检测器3的旋转角度为在45～180±0.1度。

所述的步骤d中分析控制装置把照片a、照片b处理叠合成一张图片，使照片a、照片b上的光斑a、光斑b都显示在同一张图片上。

所述的步骤c中被测相机7所拍摄的照片尺寸大小一致。

一种用于检测相机像平面垂直光轴方向偏离度的装置，包括依次设置于机架6上的光源1、检测器3、检测夹具5，且所述光源1、检测器3、检测夹具5三者之间等距或不等距设置，所述光源1通过光源调节架2设置于机架6上，所述检测器3通过旋座4设置于机架6上，检测器3与旋座4动配合。

所述的检测器3由旋盘3a和检测管3b组合呈“t”字形结构，所述检测管3b联通旋盘3a。

所述的光源1为平行光源、面光源或点光源，所述光源1发出的光线为彩色光线。

所述的旋座4包括底座4a、调节支杆4b、旋筒4c和聚光筒4d，所述调节支杆4b的下端连接底座4a，上端连接旋筒4c，所述旋筒4c的后端同轴设置聚光筒4d。

所述的光源调节架2为伸缩杆。

所述的调节支杆4b为伸缩杆。

本发明工作原理和工作过程：

步骤1：把被测相机7放置于检测夹具5上，使被测相机7的相机图像传感器8对准检测器3上的检测管3b，并使被测相机7的相机图像传感器8的玻璃窗口贴近检测器3，但不可接触，以避免划伤相机图像传感器8，调整被测相机7使相机图像传感器8的轴心与检测器3的检测管3b轴心高度一致；

步骤2：启动放置于检测夹具5的另一侧的光源1，光源1是平行光源、面光源或点光源，使光源1发出的光线穿过检测器3的检测管3b照射相机图像传感器8；

步骤3：被测相机7拍得照片a并上传至分析控制装置，分析控制装置优选为计算机；其次旋转检测器3的旋盘3a顺时针或逆时针至一定角度后，再次启动被测相机7拍得照片b并上传至分析控制装置；

步骤4：先分析控制装置把照片a、照片b处理叠合成一张图片，使照片a、照片b上的光斑a、光斑b都显示在图片上，并在该图片的中心点建立原始对照坐标系，

步骤5：分析控制装置根据原始对照坐标系先分别对所取得的光斑a、光斑b进行圆心坐标测算；之后把光斑a、光斑b的圆心坐标连线，并计算这两个圆心坐标连线中点的坐标，该中点坐标即为相机接口中心轴(光轴)与像平面的交点，最后根据公式：

计算该中点坐标与图像传感器像面中心o点之间的距离，此距离即为相机像平面与镜头接口中心偏离度δ；中心偏离度δ越大则表明相机像平面与镜头接口中心偏离度越大，相机对焦精准度低，反之则小，相机对焦精准度高。