CN115811653A - 一种成像系统、位置校准方法及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像系统、位置校准方法及成像方法，校准方法包括：在成像系统的相机装置左右两侧对称设置激光光源装置，激光光源装置沿着与相机镜头光轴相平行的方向发射激光光线信号，激光光源装置的出光侧设有十字形透镜；在一台面上放置被测物，将相机装置的镜头朝向被测物，并打开激光光源装置；转动相机装置，直至在台面上以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上重合；平移相机装置，直至在台面上以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点的中点与被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。本发明采用外挂方式轻松实现相机位置校准。

Description

一种成像系统、位置校准方法及成像方法

技术领域

本发明涉及成像领域，尤其涉及一种成像系统、位置校准方法及成像方法。

背景技术

当前存在的工业相机在安装时几乎都存在对准困难的问题，为了解决这个困难，当前行业内靠安装人员本身的经验及多次调试解决安装对准的问题。目前仅有日本基恩士采用在相机的传感器板上安装多个LED，经过镜头后产出多个指示点以取得安装位置。其结构复杂，需要一个单独的镜头使得LED光源聚焦与传感器的同焦平面上，但是这种相机成本过高。

其他相机均无任何指示校准安装位置的方式，仅能依靠人工经验进行调整，费时费力。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以轻松快速找到线阵相机或者面阵相机的中线的采图区域的位置校准解决方案。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种成像系统，包括：

相机装置，其被配置为采集图像信息；

两个激光光源装置，所述两个激光光源装置对称设置在所述相机装置的左右两侧，其被配置为沿着与所述相机装置的镜头光轴相平行的方向发射激光光线信号，每个激光光源装置的出光侧还设有十字形透镜；

控制器及与所述控制器的输出端连接的驱动机构；其中，所述控制器被配置为执行以下步骤以完成所述相机装置与被测物之间的位置校准：

打开所述激光光源装置，以及在所述成像系统与一放置在台面上的被测物相对的前提下，所述控制器触发所述相机装置，以使所述相机装置在当前的第一位置对所述被测物、通过所述十字形透镜后在所述台面上以十字形延伸的激光光线采集第一图像；

所述控制器分析所述第一图像中所述激光光线的方位，生成第一驱动指令，以使所述驱动机构驱动所述相机装置转动，直至所述两个激光光源装置的激光光线在左右延伸方向上重合或形成小于预设的角度阈值的夹角；

所述控制器再次触发所述相机装置，以使所述相机装置在当前的第二位置对所述被测物、在所述台面上延伸的激光光线采集第二图像；

所述控制器分析所述第二图像中所述激光光线的方位，生成第二驱动指令，以使所述驱动机构驱动所述相机装置平移，直至所述两个激光光源装置的激光光线的十字交叉点的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述第一驱动指令被配置为使所述驱动机构驱动所述相机装置绕垂直于所述台面的虚拟轴转动；

所述第二驱动指令被配置为使所述驱动机构驱动所述相机装置在平行于所述台面的虚拟平面内平移。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述激光光源装置和所述相机装置固定设置在同一结构板上。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，利用所述相机装置的螺丝安装孔固定连接所述激光光源装置和结构板，以使所述激光光源装置和所述相机装置的传感器在空间呈平行状态。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述相机装置的传感器所在的电路板上内置有多轴姿态传感器，其与所述控制器的输入端电连接，其被配置为检测所述相机装置的角度信息，并将检测结果发送给所述控制器。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述成像系统还包括远程控制开关，其被配置为远程控制所述激光光源装置的开关状态。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述远程控制开关与所述激光光源装置通过5米以上的屏蔽线缆连接，且所述远程控制开关发出的信号由单端转差分传输。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述角度阈值的设定值介于0°至3°；所述距离阈值的设定值小于所述被测物的最大内切圆的直径的二十分之一。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述相机装置为线阵相机或面阵相机。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述激光光线信号的发射方向和所述相机装置的镜头光轴方向垂直于所述台面，或者，其与所述台面非垂直。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种成像系统的位置校准方法，用于完成相机装置与被测物之间的位置校准，所述位置校准方法包括以下步骤：

在成像系统的相机装置左右两侧对称设置激光光源装置，所述激光光源装置被配置为沿着与所述相机装置的镜头光轴相平行的方向发射激光光线信号，每个激光光源装置的出光侧还设有十字形透镜；

在一台面上放置被测物，将所述相机装置的镜头朝向所述被测物，并打开所述激光光源装置；

观测在所述台面上以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上是否重合，若是，则继续执行下一步，若否，则转动所述相机装置，直至左右两侧的激光光源装置的激光光线在左右延伸方向上重合或形成小于预设的角度阈值的夹角，并继续执行下一步；

观测在所述台面上以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点的中点是否与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值，若否，则平移所述相机装置，直至左右两侧的激光光源装置的激光光线的两个十字交叉点的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，通过所述相机装置采集第一图像，由所述成像系统中配置的控制器分析所述第一图像中以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上是否重合；

和/或，通过所述相机装置采集第二图像，由所述控制器分析所述第二图像中以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点的中点是否与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，若所述控制器分析所述第一图像中以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上未重合，则向所述成像系统中配置的驱动装置发送第一驱动指令以驱动所述相机装置绕垂直于所述台面的虚拟轴转动；

和/或，若所述控制器分析所述第二图像中以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距大于或等于预设的距离阈值，则向所述驱动装置发送第二驱动指令以驱动所述相机装置在平行于所述台面的虚拟平面内平移。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种成像系统的成像方法，包括以下步骤：

利用如上所述的成像系统完成相机装置与被测物之间的位置校准；或者，利用如上所述的位置校准方法成像系统完成相机装置与被测物之间的位置校准；

启动成像系统的线阵扫描或面阵扫描；

将线阵扫描或面阵扫描得到的子图像按序拼接，得到成像结果。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

本发明通过对相机外挂用于位置校准的装置，可以通过改变结构件以兼容各种工业相机，降低整体成像系统的方案成本；

精准校准相机与观测区的位置，尤其在相机中心轴与观测区非垂直的情况下，效果尤其明显；

仅需要通过多个螺丝固定工业相机的螺丝孔即可安装，安装简单，方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个示例性实施例提供的成像系统位置校准的状态示意图；

图2为本发明的一个示例性实施例提供的成像系统在结构板上的安装示意图；

图3为本发明的一个示例性实施例提供的成像系统位置校准方法的流程示意图；

图4为本发明的一个示例性实施例提供的成像系统成像方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

以线阵相机为例，利用线阵相机对一被测物进行线扫成像之前，首先需要对线阵相机进行位置校正，位置校正的目的是让线阵相机的镜头光轴尽量与被测区域的中心靠近。尤其是镜头光轴并非垂直于被测物所在平面的情况下，光是靠肉眼很难精准地将相机的中心对准被测区域的中心。

在本发明的一个实施例中，提供了一种成像系统，如图1所示，所述系统包括：

相机装置100，其被配置为采集图像信息，可以为线阵相机或面阵相机；

两个激光光源装置200，所述两个激光光源装置200对称设置在所述相机装置100的左右两侧，其被配置为沿着与所述相机装置100的镜头110的光轴相平行的方向发射激光光线信号，每个激光光源装置200的出光侧还设有十字形透镜（未图示）；十字形透镜可以使得激光光线信号透过十字形透镜后呈十字形。

所述系统还包括控制器（未图示）及与所述控制器的输出端连接的驱动机构（未图示）；其中，所述控制器被配置为执行以下步骤以完成所述相机装置100与被测物400之间的位置校准：

打开所述激光光源装置200，以及在所述成像系统100与一放置在台面上的被测物400相对的前提下，所述控制器触发所述相机装置100，以使所述相机装置100在当前的第一位置对所述被测物、通过所述十字形透镜后在所述台面上以十字形延伸的激光光线采集第一图像；

所述控制器分析所述第一图像中所述激光光线的方位，生成第一驱动指令，以使所述驱动机构驱动所述相机装置100转动，具体为驱动其绕垂直于所述台面的虚拟轴转动，直至所述两个激光光源装置200的激光光线在左右延伸方向上重合或形成小于预设的角度阈值（比如2°）的夹角；

所述控制器再次触发所述相机装置100，以使所述相机装置100在当前的第二位置对所述被测物、在所述台面上延伸的激光光线采集第二图像；

所述控制器分析所述第二图像中所述激光光线的方位，生成第二驱动指令，以使所述驱动机构驱动所述相机装置100平移，具体为驱动所述相机装置100在平行于所述台面的虚拟平面内平移，直至所述两个激光光源装置200的激光光线的十字交叉点210的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值（比如被测物的最大内切圆的直径的二十分之一或者小于此距离的任意值）。

如图2所示，所述激光光源装置200和所述相机装置100固定设置在同一结构板300上，并利用所述相机装置100的螺丝安装孔310固定连接所述激光光源装置200和结构板300，以使所述激光光源装置200和所述相机装置100的传感器120（具体可以是PCBA板）在空间呈平行状态，此可以被定义为如图2所示在相机装置100的镜头110竖直向下的情况下，两个激光光源装置200与水平的传感器120处于同一高度。

在一个实施例中，所述相机装置100的传感器120所在的电路板上内置有多轴姿态传感器（未图示），其与所述控制器的输入端电连接，其被配置为检测所述相机装置100的角度信息，并将检测结果发送给所述控制器，根据所述多轴姿态传感器的检测结果，所述控制器可以在确定到达驱动终点时控制所述驱动装置停止动作。

在一个实施例中，所述成像系统还包括远程控制开关，其被配置为远程控制所述激光光源装置的开关状态。所述远程控制开关与所述激光光源装置通过5米以上的屏蔽线缆连接，且所述远程控制开关发出的信号由单端转差分传输，可有效提高传输距离。线缆采用易插拔航空插头，且支持热插拔使用。

本实施例的方案可以应用在所述激光光线信号的发射方向和所述相机装置的镜头100光轴方向垂直于所述台面的场景，在镜头100光轴方向与所述台面非垂直的场景下，本实施例的快速位置校准的优势尤其明显，且精确度高。

本发明实施例使用至少两个激光二极管，经过十字透镜后产生十字光线，用以指示当前相机的CMOS或CCD传感器的感光位置；同时，可使用3轴、6轴或9轴传感器取得当前姿态，并传出数据给其他处理平台（包括但不限于电脑、FPGA处理器、ARM处理器、DSP等），比如可以通过上位机将姿态传感器的检测结果（包括相机位置和各轴角度信息）显示出来，并且利用上位机完成与控制器之间的人机交互。采用外挂方式且集成姿态传感器，使安装人员可以轻松找到位置并且取得当前相机的角度姿态等信息。

参见图3，本发明实施例提供了一种成像系统的位置校准方法，用于完成相机装置与被测物之间的位置校准，所述位置校准方法包括以下步骤：

在成像系统的相机装置左右两侧对称设置激光光源装置，所述激光光源装置被配置为沿着与所述相机装置的镜头光轴相平行的方向发射激光光线信号，每个激光光源装置的出光侧还设有十字形透镜；

在一台面上放置被测物，将所述相机装置的镜头朝向所述被测物，并打开所述激光光源装置；

观测在所述台面上以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上是否重合，若是，则继续执行下一步，若否，则转动所述相机装置，直至左右两侧的激光光源装置的激光光线在左右延伸方向上重合或形成小于预设的角度阈值的夹角，并继续执行下一步；

观测在所述台面上以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点210的中点是否与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值，若否，则平移所述相机装置，直至左右两侧的激光光源装置的激光光线的两个十字交叉210点的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。

具体地，通过所述相机装置采集第一图像，由所述成像系统中配置的控制器分析所述第一图像中以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上是否重合；若所述控制器分析所述第一图像中以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上未重合，则向所述成像系统中配置的驱动装置发送第一驱动指令以驱动所述相机装置绕垂直于所述台面的虚拟轴转动；

通过所述相机装置采集第二图像，由所述控制器分析所述第二图像中以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点210的中点是否与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值；若所述控制器分析所述第二图像中以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点210的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距大于或等于预设的距离阈值，则向所述驱动装置发送第二驱动指令以驱动所述相机装置在平行于所述台面的虚拟平面内平移。

在本发明的一个实施例中，本发明提供了一种成像系统的成像方法，参见图4，成像方法包括以下步骤：

利用如上所述的成像系统完成相机装置与被测物之间的位置校准；或者，利用如上所述的位置校准方法成像系统完成相机装置与被测物之间的位置校准；

启动成像系统的线阵扫描或面阵扫描；

将线阵扫描或面阵扫描得到的子图像按序拼接，得到成像结果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种成像系统，其特征在于，包括：

相机装置，其被配置为采集图像信息；

两个激光光源装置，所述两个激光光源装置对称设置在所述相机装置的左右两侧，其被配置为沿着与所述相机装置的镜头光轴相平行的方向发射激光光线信号，每个激光光源装置的出光侧还设有十字形透镜；

控制器及与所述控制器的输出端连接的驱动机构；其中，所述控制器被配置为执行以下步骤以完成所述相机装置与被测物之间的位置校准：

打开所述激光光源装置，以及在所述成像系统与一放置在台面上的被测物相对的前提下，所述控制器触发所述相机装置，以使所述相机装置在当前的第一位置对所述被测物、通过所述十字形透镜后在所述台面上以十字形延伸的激光光线采集第一图像；

所述控制器分析所述第一图像中所述激光光线的方位，生成第一驱动指令，以使所述驱动机构驱动所述相机装置转动，直至所述两个激光光源装置的激光光线在左右延伸方向上重合或形成小于预设的角度阈值的夹角；

所述控制器再次触发所述相机装置，以使所述相机装置在当前的第二位置对所述被测物、在所述台面上延伸的激光光线采集第二图像；

所述控制器分析所述第二图像中所述激光光线的方位，生成第二驱动指令，以使所述驱动机构驱动所述相机装置平移，直至所述两个激光光源装置的激光光线的十字交叉点的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一驱动指令被配置为使所述驱动机构驱动所述相机装置绕垂直于所述台面的虚拟轴转动；

所述第二驱动指令被配置为使所述驱动机构驱动所述相机装置在平行于所述台面的虚拟平面内平移。

3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述激光光源装置和所述相机装置固定设置在同一结构板上。

4.根据权利要求3所述的成像系统，其特征在于，利用所述相机装置的螺丝安装孔固定连接所述激光光源装置和结构板，以使所述激光光源装置和所述相机装置的传感器在空间呈平行状态。

5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述相机装置的传感器所在的电路板上内置有多轴姿态传感器，其与所述控制器的输入端电连接，其被配置为检测所述相机装置的角度信息，并将检测结果发送给所述控制器。

6.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，还包括远程控制开关，其被配置为远程控制所述激光光源装置的开关状态。

7.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，所述远程控制开关与所述激光光源装置通过5米以上的屏蔽线缆连接，且所述远程控制开关发出的信号由单端转差分传输。

8.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述角度阈值的设定值介于0°至3°；所述距离阈值的设定值小于所述被测物的最大内切圆的直径的二十分之一。

9.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述相机装置为线阵相机或面阵相机。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的成像系统，其特征在于，所述激光光线信号的发射方向和所述相机装置的镜头光轴方向垂直于所述台面，或者，其与所述台面非垂直。

11.一种成像系统的位置校准方法，用于完成相机装置与被测物之间的位置校准，其特征在于，所述位置校准方法包括以下步骤：

在成像系统的相机装置左右两侧对称设置激光光源装置，所述激光光源装置被配置为沿着与所述相机装置的镜头光轴相平行的方向发射激光光线信号，每个激光光源装置的出光侧还设有十字形透镜；

在一台面上放置被测物，将所述相机装置的镜头朝向所述被测物，并打开所述激光光源装置；

观测在所述台面上以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上是否重合，若是，则继续执行下一步，若否，则转动所述相机装置，直至左右两侧的激光光源装置的激光光线在左右延伸方向上重合或形成小于预设的角度阈值的夹角，并继续执行下一步；

观测在所述台面上以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点的中点是否与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值，若否，则平移所述相机装置，直至左右两侧的激光光源装置的激光光线的两个十字交叉点的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。

12.根据权利要求11所述的位置校准方法，其特征在于，通过所述相机装置采集第一图像，由所述成像系统中配置的控制器分析所述第一图像中以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上是否重合；

和/或，通过所述相机装置采集第二图像，由所述控制器分析所述第二图像中以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点的中点是否与所述被测物的预设中心位置之间的间距小于预设的距离阈值。

13.根据权利要求12所述的位置校准方法，其特征在于，若所述控制器分析所述第一图像中以十字形延伸的激光光线在左右延伸方向上未重合，则向所述成像系统中配置的驱动装置发送第一驱动指令以驱动所述相机装置绕垂直于所述台面的虚拟轴转动；

和/或，若所述控制器分析所述第二图像中以十字形延伸的激光光线的两个十字交叉点的中点与所述被测物的预设中心位置之间的间距大于或等于预设的距离阈值，则向所述驱动装置发送第二驱动指令以驱动所述相机装置在平行于所述台面的虚拟平面内平移。

14.一种成像系统的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用如权利要求1至10中任一项所述的成像系统完成相机装置与被测物之间的位置校准；或者，利用如权利要求11至13中任一项所述的位置校准方法成像系统完成相机装置与被测物之间的位置校准；

启动成像系统的线阵扫描或面阵扫描；

将线阵扫描或面阵扫描得到的子图像按序拼接，得到成像结果。

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