[發明專利]一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統快速標定方法

在審

• 申請號: 202310077277.3
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN116128975A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張憲民;蔡偉斌;李海;廖祝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G02B7/04;G02B3/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 黃月瑩

本發明公開了一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統快速標定方法，包括以下步驟：計算單一基準光功率下的主點、焦距；將使用周期圖案標定板，放置于固定平臺上；設置鏡頭輸入為基準光功率，并將相機鏡頭固定在一個聚焦位置；將相機鏡頭從最小光功率到最大光功率逐次等間隔調焦，每次調焦都拍攝一幅標定板的圖像；利用傅里葉變換提取調焦過程中離焦的標定板圖像的特征點位置；假設主點保持不變，相機坐標系固定，焦距、畸變參數與輸入光功率成多項式關系，使用提取特征點位置計算相機姿態、內參多項式函數系數；對得到的結果作為全局優化的初始值，使用得到的所有圖像進行所有輸入光功率的全局優化，并得到平均重投影誤差。

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域，具體而言，涉及一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統快速標定方法。

背景技術

與傳統定焦鏡頭相比，快速發展的變焦鏡頭極大地擴展了光學系統的景深。由于其可快速變焦、易于小型化等優點，在近年來已廣泛應用于三維形貌測量、內窺鏡檢查以及顯微鏡成像等領域。在這些應用中，相機系統的校準是一個巨大的挑戰，因為相機系統參數會隨著焦距的變化而變化。精確的校準結果是變焦鏡頭應用的前提，但目前還沒有通用成熟的變焦鏡頭校準方法，特別是在高放大倍率場景下。

最簡單的校準方法是在多個焦距下分別標定系統內參，而后采用多項式插值擬合，建立焦距或變焦鏡頭輸入值與各個內參之間的多項式函數關系式。這種方法存在諸多問題。一是工作量巨大，通常需要拍攝上百張圖片。二是在高放大倍率下相機系統景深較小，難以滿足傳統二維標定板標定方法的多位姿拍攝要求。三是在變焦后需要移動標定板至聚焦位置，需要使用外加精密微動臺，而在部分場景中難以放置輔助設備。以上多種缺點使得傳統標定方法難以在微視場變焦鏡頭標定中直接使用。

已有變焦鏡頭校準方法提出使用電子屏幕設計互補圓陣列標靶(CN202110941155.5)，利用互補圓陣列標靶的灰度差值作進一步處理得到圓心坐標，并根據投影關系得到多個焦距下的相機內參，再使用多項式插值擬合內參與焦距的函數關系式。該方法簡化了單個位姿下的圓心坐標提取過程，無需移動相機系統或標定板至聚焦位置，但仍需要多個位姿的提取過程，工作量較大，且使用電子屏幕設計標定圖案不適用于微視場應用場景。

發明內容

本發明的目的是提供一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統快速標定方法：在微視場高放大倍率場景下，對于一段焦距范圍內的任何焦距組合設置，固定相機系統及標定板，拍攝每個焦距下一幅離焦標定板模板圖像，解決微視場下變焦鏡頭標定時工作量大、操作繁瑣等問題。大大減少標定工作量，無需在變焦過程中移動標定板或相機系統，無需使用外加輔助設備，能夠解決上述標定方法在微視場變焦視覺系統標定過程中存在的問題。

本發明至少通過如下技術方案之一實現。

一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統快速標定方法，包括以下步驟：

步驟1、計算單一基準光功率下的主點、焦距；

步驟2、將周期圖案標定板放置于固定平臺上；

步驟3、設置液體變焦鏡頭輸入為基準光功率，并將相機鏡頭固定在一個聚焦位置；

步驟4、對于基準光功率左右區間段內的N個光功率，將相機鏡頭從最小光功率到最大光功率逐次等間隔調焦，每次調焦都拍攝一幅標定板的圖像；

步驟5、利用傅里葉變換提取調焦過程中離焦的標定板圖像的特征點位置；

步驟6、假設主點保持不變，相機坐標系固定，焦距、畸變參數與輸入光功率成多項式關系，使用步驟5提取特征點位置計算相機姿態、內參多項式函數系數；

步驟7、對步驟6得到的結果作為全局優化的初始值，使用步驟4得到的所有圖像進行所有輸入光功率的全局優化，并得到平均重投影誤差。

進一步地，使用棋盤格、圓形圖案標定板或方格周期標定板拍攝多張姿態變換的標定板圖像，使用單焦標定方法標定基準光功率下的主點及焦距。