一种车载摄像头的光轴偏转测量装置及方法与流程

本发明涉及设计摄像头标定领域，尤其是涉及一种车载摄像头的光轴偏转测量装置及方法。

背景技术

汽车用摄像头正处于一个高速发展阶段，并且正被越来越广泛用于主动安全领域。此领域的高灵敏性，安全性和时刻激活的产品特点，对摄像头的制造和标定能力提出了极高的要求，而摄像头光轴位置对主动安全领域有着极为重要的影响，现有技术中缺乏一种易于实现的测量光轴偏转角度的装置和方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种车载摄像头的光轴偏转测量装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车载摄像头的光轴偏转测量装置，所述装置包括：

激光发射模块，用于产生进行初始标定或光轴偏转测量的激光；

车载摄像头调节模块，与激光发射模块平行，用于固定车载摄像头并通过激光发射模块的激光；

反光模块，与车载摄像头调节模块平行，用于将车载摄像头和激光的镜像图像反射至车载摄像头，从而实现车载摄像头的光轴偏转测量。

所述激光发射模块包括：

标定激光发射器，用于产生标定光轴偏转测量装置的标定激光束；

自水平激光发射器，位于标定激光发射器的上方，用于产生进行光轴偏转测量的激光束；

第一角度位置调节器，分别与标定激光发射器和自水平激光发射器连接，用于调节标定激光发射器和自水平激光发射器的高度从而实现装置的初始标定。

所述车载摄像头调节模块包括：

夹具，与车载摄像头连接，用于固定车载摄像头；

水平仪，固定于夹具上，用于对车载摄像头进行水平初始化；

分光镜，固定于夹具上，用于通过激光发射模块的激光；

第二角度位置调节器，与夹具连接，用于调节车载摄像头和分光镜的高度从而实现装置的初始标定。

所述反光模块包括：

反光镜，用于将车载摄像头和激光的镜像图像反射至车载摄像头，从而实现车载摄像头的光轴偏转测量；

第三角度位置调节器，与反光镜连接，用于调节反光镜的高度从而实现装置的初始标定。

一种利用如上所述的车载摄像头的光轴偏转测量装置实现的光轴偏转测量方法，所述方法包括下列步骤：

1)激光发射模块发射进行初始标定的激光，根据激光路径调节激光发射模块、车载摄像头调节模块和反光模块实现光轴偏转测量装置的初始标定；

2)激光发射模块发射进行光轴偏转测量的激光，车载摄像头根据接收到的自身镜像位置和激光的反射光线位置进行计算，得到光轴的偏转数据。

所述步骤1)具体为：

11)激光发射模块发射进行初始标定的激光；

12)车载摄像头调节模块对进行初始标定的激光分别进行反射和折射，得到第一反射光线和第一折射光线；

13)第一折射光线通过反光模块进行反射，得到第二反射光线；

14)调节激光发射模块、车载摄像头调节模块和反光模块的位置，实现激光、第一反射光线、第一折射光线和第二反射光线的重合，完成光轴偏转测量装置的初始标定。

所述光轴的偏转数据包括竖直方向偏转角度、水平方向偏转角度和水平方向转动角度。

所述步骤2)具体为：

21)激光发射模块发生进行光轴偏转测量的激光；

22)反射模块分别反射进行光轴偏转测量的激光和车载摄像头本身的图像至车载摄像头；

23)车载摄像头根据接收的车载摄像头的镜像图像的坐标位置进行计算，得到光轴的竖直方向偏转角度和水平方向偏转角度；

24)车载摄像头根据接收的激光的反射光坐标位置进行计算，得到光轴的水平方向转动角度。

所述步骤23)具体为：

231)计算车载摄像头的镜像图像坐标与车载摄像头画面的中心坐标之间的第一像素坐标差，包括第一像素横坐标差和第一像素纵坐标差；

232)分别计算步骤231)中第一像素横坐标差和第一像素纵坐标差与像素值的商，得到光轴的竖直方向偏转角度和水平方向偏转角度。

所述步骤24)具体为：

241)计算激光的反射光两个端点值之间的第二像素坐标差，包括第二像素横坐标差和第二像素纵坐标差；

242)计算第二像素横坐标差与第二像素纵坐标差的绝对值的商，得到光轴的水平方向转动角度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)装置结构简单，通过平行设置的激光发射模块、车载摄像头调节模块和反光模块，根据光的反射原理和摄像头本身的拍摄性能即可实现对摄像头光轴偏转角度的测量，装置结构简单，一方面便于实现，另一方面也大大节省了测量成本，实用性能强。

(2)激光发射模块包括标定激光发射器、自水平激光发射器和第一角度位置调节器，标定激光发射器实现装置的标定，保证了装置工作的精度，自水平激光发射器实现光轴偏转角度的测量，与标定激光发射器分开从而便于调试和检修。

(3)车载摄像头调节模块包括水平仪、夹具和分光镜，夹具与车载摄像头相匹配实现车载摄像头的固定，该夹具与车载摄像头的形状相匹配，因此如果需要对不同的摄像头进行光轴偏转测量，只需更换夹具即可实现，实用性能强，水平仪可以在装置标定前对车载摄像头进行水平初始化，进一步提高了装置的工作精度，分光镜作为中间媒介，一方面保证了激光发射器与车载摄像头调节模块平行，另一方面也保证了车载摄像头调节模块和反光模块平行，根据光的直线性和平行原理，可以确保标定后的装置三个模块之间保证平行，提高精确度。

(4)本发明提出的光轴偏转测量方法，首先时对光轴偏转测量装置进行校准和初始标定，继而再根据光的反射原理和摄像头本身可以拍摄的性能来进行光轴偏转的测量，在标定后进行测量，可以最大程度保证测量的准确性。

(5)在对光轴偏转测量装置进行标定时，首先得到车载摄像头调节模块对激光的第一反射光线，调节装置使激光和第一反射光线重合，可以保证车载摄像头调节模块和激光发射模块平行，继而利用折射得到的第一折射光线和反光模块发射得到的第二反射光线重合保证了车载摄像头调节模块和反光模块平行，根据平行原理可知三个模块均平行，继而保证了后续测量光轴偏转角度的准确性，原理简单且便于实现，实用性能强。

(6)对光轴的偏转测量最终得到的数据包括光轴的竖直方向偏转角度，水平方向偏转角度和水平方向转动角度，此三个角度涵盖了空间的x、y、z三个方向，可以充分测量光轴在三维空间的偏转，测量全面。

(7)进行偏转测量时，首先通过摄像头镜像位置相对中心点的偏移量可以确定光轴在水平面即x和y两个方向的偏转角度，再通过激光的反射光线的两个端点之间的偏移量确定光轴在空间z轴上的偏转角度，从而实现三维空间上的偏转角度测量，测量方法简单且可靠性高，实用性能强。

附图说明

图1为车载摄像头的光轴偏转测量装置的结构示意图；

图2为车载摄像头的光轴偏转测量装置在进行标定时的光线示意图；

图3为车载摄像头拍摄到的画面；

其中，1为标定激光发射器，2为分光镜，3为反光镜，4为第一角度位置调节器，5为第二角度位置调节器，6为第三角度位置调节器，7为水平仪，8为自水平激光发射器，9为夹具，10为车载摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例中提供了一种车载摄像头的光轴偏转测量装置，包括：激光发射模块，用于产生进行初始标定或光轴偏转测量的激光；车载摄像头调节模块，与激光发射模块平行，用于固定车载摄像头并通过激光发射模块的激光；反光模块，与车载摄像头调节模块平行，用于将车载摄像头和激光的镜像图像反射至车载摄像头，从而实现车载摄像头的光轴偏转测量。

其中，激光发射模块包括：标定激光发射器，用于产生标定光轴偏转测量装置的标定激光束；自水平激光发射器，位于标定激光发射器的上方，用于产生进行光轴偏转测量的激光束；第一角度位置调节器，分别与标定激光发射器和自水平激光发射器连接，用于调节标定激光发射器和自水平激光发射器的高度从而实现装置的初始标定。车载摄像头调节模块包括：夹具，与车载摄像头连接，用于固定车载摄像头，该夹具与车载摄像头的结构和形状相适应，普通摄像头由于体积过大，因而不易通过夹具固定，因此本装置适用于车载摄像头；水平仪，固定于夹具上，用于对车载摄像头进行水平初始化；分光镜，固定于夹具上，用于通过激光发射模块的激光；第二角度位置调节器，与夹具连接，用于调节车载摄像头和分光镜的高度从而实现装置的初始标定。反光模块包括：反光镜，用于将车载摄像头和激光的镜像图像反射至车载摄像头，从而实现车载摄像头的光轴偏转测量；第三角度位置调节器，与反光镜连接，用于调节反光镜的高度从而实现装置的初始标定。

利用上所述装置实现的光轴偏转测量方法包括下列步骤：

1)激光发射模块发射进行初始标定的激光，根据激光路径调节激光发射模块、车载摄像头调节模块和反光模块实现光轴偏转测量装置的初始标定，具体为：

11)激光发射模块发射进行初始标定的激光；

12)车载摄像头调节模块对进行初始标定的激光分别进行反射和折射，得到第一反射光线和第一折射光线；

13)第一折射光线通过反光模块进行反射，得到第二反射光线；

14)调节激光发射模块、车载摄像头调节模块和反光模块的位置，实现激光、第一反射光线、第一折射光线和第二反射光线的重合，完成光轴偏转测量装置的初始标定；

2)激光发射模块发射进行光轴偏转测量的激光，车载摄像头根据接收到的自身镜像位置和激光的反射光线位置进行计算，得到光轴的偏转数据，具体为：

21)激光发射模块发生进行光轴偏转测量的激光；

22)反射模块分别反射进行光轴偏转测量的激光和车载摄像头本身的图像至车载摄像头；

23)车载摄像头根据接收的车载摄像头的镜像图像的坐标位置进行计算，得到光轴的竖直方向偏转角度和水平方向偏转角度，具体为：

231)计算车载摄像头的镜像图像坐标与车载摄像头画面的中心坐标之间的第一像素坐标差，包括第一像素横坐标差和第一像素纵坐标差；

232)分别计算步骤231)中第一像素横坐标差和第一像素纵坐标差与像素值的商，得到光轴的竖直方向偏转角度和水平方向偏转角度；

24)车载摄像头根据接收的激光的反射光坐标位置进行计算，得到光轴的水平方向转动角度，具体为：

241)计算激光的反射光两个端点值之间的第二像素坐标差，包括第二像素横坐标差和第二像素纵坐标差；

242)计算第二像素横坐标差与第二像素纵坐标差的绝对值的商，得到光轴的水平方向转动角度。

根据上述方法对如图1所示的光轴偏转测量装置进行标定，过程如下：

将该装置放在水平台面上，通过以下步骤可完成该标定方式的初始化，从而使得激光部分，摄像头部分和反光镜部分在空间三维坐标的角度相对归零。

a、将分光镜2、水平仪7和车载摄像头10放在夹具9上固定，然后放在第二角度位置调节器5上；

b、调节第二角度位置调节器5，使得夹具9上的水平仪7显示角度为0，从而使得车载摄像头10部分水平初始化；

c、打开标定激光发射器1，使得激光穿过分光镜2和反光镜3，如图2所示，将会产生光线ad、de、dc和be；

d、调节第一角度位置调节器4、第二角度位置调节器5和第三角度位置调节器6，使得ad、de、dc和be光线在任何方向重合；

e、打开自水平激光发射器8；

通过以上方式，初始化完成设置。

继而利用已完成初始化设置的装置进行光轴偏转的测量，过程如下：图3是摄像头读取反光镜所抓取的图片，由于摄像头的分辨率为1280x960，水平可垂直可视角度分别为52度和38度，因此每一角度对应的像素点为25。在理论设计时，摄像头镜头本身的位置应在图片中心(上图中心实线矩形，坐标为640x480)，并且水平边与水平激光线mn平行。然而由于实际的装配和制造误差，镜头的位置即光轴将发生偏转，如图3中的a’、b’、c’。

以位置a’为例，该位置的坐标为632×470，那么相对于理论设计产生的偏转像素为(-8，-10)，那么在竖直方向偏转的角度为：-8/25＝-0.32度，在水平方向偏转的角度为-10/25＝-0.4度，同时在摄像头抓取图片中，也可读取点m和n的坐标。图中m坐标为(940，0)，n坐标为(950，1280)，那么通过计算得出，摄像头水平方向转动角度为(940-950)/1280＝-0.45度，通过上述方法，摄像头光轴在空间三个方向的偏转角度均可测量和计算出来。