一種光軸垂直度調(diào)整裝置及其調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視覺(jué)測(cè)量技術(shù)，尤其涉及一種光軸垂直度調(diào)整裝置及其調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在用光學(xué)鏡頭攝像機(jī)采集圖像時(shí)，如果鏡頭光軸和被拍攝目標(biāo)沒(méi)有垂直，目標(biāo)物 體的成像會(huì)產(chǎn)生幾何變形，導(dǎo)致圖像與物體之間失去對(duì)應(yīng)的位置與形狀關(guān)系，使像對(duì)物產(chǎn) 生失真，直接影響成像測(cè)量的準(zhǔn)確度。尤其在高精度、小目標(biāo)、長(zhǎng)距離的二維成像測(cè)量中，系 統(tǒng)光軸與被測(cè)物平面的不垂直會(huì)引起測(cè)量結(jié)果的誤差，微小的偏角所引起的誤差都是不容 忽視的。
[0003] 目前常用的光軸垂直度誤差校正方法有：（1)制造精密的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，使得相機(jī) 安裝后能保持較高的垂直度。但是由于加工精密的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)笨重，而且成本 較高。（2)拍攝標(biāo)定板，如棋盤格，對(duì)比成像結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的形狀或位置誤差，計(jì)算相機(jī) 與棋盤格的旋轉(zhuǎn)平移參數(shù)，再利用標(biāo)定板的旋轉(zhuǎn)平移參數(shù)對(duì)其他拍攝目標(biāo)進(jìn)行透視畸變校 正。由于每次成像都要用旋轉(zhuǎn)平移參數(shù)校正，需要插值重建新圖像，會(huì)增加圖像處理的時(shí)間 成本，另外由于旋轉(zhuǎn)矩陣的運(yùn)算，會(huì)導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算的不穩(wěn)定，降低校正精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種光軸垂直度調(diào)整裝 置及其調(diào)整方法。解決了攝像機(jī)光軸與被測(cè)物平面的不垂直，而引起測(cè)量結(jié)果誤差大的技 術(shù)問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種光軸垂直度調(diào)整裝置，包括圖像處理系統(tǒng)4、固定在電動(dòng)角位臺(tái)1上的圖像采 集模塊2、設(shè)置在圖像采集模塊2下方的工作臺(tái)；
[0007] 所述電動(dòng)角位臺(tái)1和圖像采集模塊2分別連接圖像處理系統(tǒng)4 ;圖像處理系統(tǒng)4對(duì) 圖像采集模塊2采集的圖像進(jìn)行處理，并控制電動(dòng)角位臺(tái)1的移動(dòng)角度。
[0008] 所述圖像處理系統(tǒng)4包括依次連接的濾波模塊、二值化模塊、徑向畸變校正模塊、 邊緣提取模塊和形心擬合模塊；所述濾波模塊是去除圖像噪聲；所述二值化模塊對(duì)圖像進(jìn) 行二值化處理；所述徑向畸變校正模塊對(duì)是校正攝像機(jī)的鏡頭固有的徑向畸變；所述邊緣 提取模塊對(duì)圖像上圓孔的邊緣坐標(biāo)進(jìn)行提取；所述形心擬合模塊對(duì)邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行圓形 擬合，得到圓心的坐標(biāo)，并根據(jù)圓心坐標(biāo)計(jì)算攝像機(jī)的光軸垂直度。
[0009] 所述圖像采集模塊2為攝像機(jī)。
[0010] 光軸垂直度調(diào)整方法如下：將圓孔標(biāo)靶3置于工作臺(tái)上，由圖像采集模塊2獲取圓 孔標(biāo)靶3上由四個(gè)圓點(diǎn)連線構(gòu)成的矩形的圖像，經(jīng)過(guò)濾波模塊、二值化模塊預(yù)處理后得到 二值圖像，再經(jīng)過(guò)徑向畸變校正模塊、邊緣提取模塊和形心擬合模塊處理，得到所述矩形的 各圓孔的中心坐標(biāo)，最后由圓心坐標(biāo)計(jì)算攝像機(jī)光軸相對(duì)于該矩形的垂直度，并給出電動(dòng) 角位臺(tái)1調(diào)整的角度。 toon] 攝像機(jī)光軸相對(duì)于該矩形的垂直度的具體調(diào)整步驟如下：
[0012] 步驟A:將圓孔標(biāo)靶3緊密貼合在工作臺(tái)上，調(diào)整圓孔標(biāo)靶3在工作臺(tái)上的位置， 初步使圓孔標(biāo)靶3上至少有四個(gè)對(duì)稱分布的圓孔經(jīng)過(guò)連線并構(gòu)成一個(gè)矩形能夠被攝像機(jī)2 成像，然后攝像機(jī)對(duì)其進(jìn)行拍照并獲取圖像；
[0013] 步驟B:對(duì)所拍攝的矩形進(jìn)行圖像處理，并確定構(gòu)成該矩形的四個(gè)對(duì)稱分布的圓 孔的各中心坐]
[0014] 步驟C:計(jì)算構(gòu)成該矩形的橫向兩個(gè)圓孔的間距 _ .......
_ " ...與縱向兩個(gè)圓孔的 間距
[0015] 步驟D:計(jì)算步驟C中橫向兩個(gè)圓孔間距的差：ΔX=dl2-d34;以及兩個(gè)圓孔縱向 間距的差：Δy=dl3-d24 ;
[0016] 步驟E:將步驟D獲得的橫向和縱向兩個(gè)圓孔的間距差代入函數(shù)：s +句 計(jì)算結(jié)果；
[0017] 步驟F:當(dāng)步驟E所得計(jì)算結(jié)果小于閾值ε時(shí)，認(rèn)為光軸垂直度符合要求，結(jié)束調(diào) 整；當(dāng)所得計(jì)算結(jié)果大于閾值ε時(shí)，根據(jù)距離差計(jì)算電動(dòng)角位臺(tái)1所需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并換算 成圖像采集裝置的步進(jìn)電機(jī)的脈沖，X軸脈沖：Χ=αXΔX，Υ軸脈沖：Υ=βXΔy，α和 β是脈沖換算系數(shù)；
[0018] 步驟G:重復(fù)Α至F，直至所得計(jì)算結(jié)果小于閾值ε。
[0019] 本發(fā)明能夠有效減小光軸的垂直度誤差，采用的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，成本低，易于 安裝和測(cè)試，適用多種應(yīng)用場(chǎng)合。
[0020] 本發(fā)明技術(shù)手段簡(jiǎn)便易行，其從成像原理上調(diào)整光軸垂直度，運(yùn)算量小，效率高， 精度高。一次調(diào)整后，圖像采集與處理不需要再進(jìn)行畸變校正。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明光軸垂直度調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)方框圖。
[0022] 圖2為圓孔標(biāo)靶的圓孔圖案分布示意圖。
[0023] 圖3為圖2圓孔標(biāo)靶的各組中相互對(duì)稱的一個(gè)圓孔相互連線后形成的矩形（直 角），矩形的面積并從圓孔標(biāo)靶中心向外依次擴(kuò)展、增大。圖中僅用虛線示意性畫出一個(gè)矩 形。
[0024] 圖4為攝像機(jī)鏡頭光軸垂直度調(diào)整流程圖。
[0025] 圖5為圖1光軸垂直度調(diào)整裝置的圖像處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0027] 實(shí)施例
[0028] 如圖1至5所示。本發(fā)明光軸垂直度調(diào)整裝置，包括圖像處理系統(tǒng)4、固定在電動(dòng) 角位臺(tái)1上的圖像采集模塊2(攝像機(jī)）、設(shè)置在圖像采集模塊2下方的工作臺(tái)；所述電動(dòng)角 位臺(tái)1和圖像采集模塊2分別連接圖像處理系統(tǒng)4 ;圖像處理系統(tǒng)4對(duì)圖像采集模塊2采 集的圖像進(jìn)行處理，并控制電動(dòng)角位臺(tái)1的移動(dòng)角度。
[0029]工作臺(tái)用于放置圓孔標(biāo)靶3,圓孔標(biāo)靶3基體材料采用光學(xué)平板玻璃，圓孔采用鍍 膜方式制造出圓孔圖案，圓孔圖案透光，基體材料反光。平面度小于5um，圓孔圖案位置精度 小于2um，圓孔圖案的圓度小于2um〇
[0030] 電動(dòng)角位臺(tái)1是兩個(gè)電動(dòng)角位臺(tái)1的組合，電動(dòng)角位臺(tái)1之間以內(nèi)六角螺釘固定， 兩個(gè)電動(dòng)角位臺(tái)1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互垂直，攝像機(jī)光軸的垂直度誤差可以分解為X軸夾角和Y 軸夾角，一個(gè)電動(dòng)角位臺(tái)1調(diào)整X軸的垂直度，另一個(gè)調(diào)整Y軸的垂直度。電動(dòng)角位臺(tái)1的 步進(jìn)分辨率為18"，較高的分辨率，有助于提高光軸垂直度的準(zhǔn)確度。
[0031]所述圖像處理系統(tǒng)4包括依次連接的濾波模塊、二值化模塊、徑向畸變校正模塊、 邊緣提取模塊和形心擬合模塊；所述濾波模塊是去除圖像噪聲；所述二值化模塊對(duì)圖像進(jìn) 行二值化處理；所述徑向畸變校正模塊對(duì)是校正攝像機(jī)的鏡頭固有的徑向畸變；所述邊緣 提取模塊對(duì)圖像上圓孔的邊緣坐