[發(fā)明專利]一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統(tǒng)快速標定方法

在審

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• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN116128975A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)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(fā)明公開了一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統(tǒng)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(diào)焦，每次調(diào)焦都拍攝一幅標定板的圖像；利用傅里葉變換提取調(diào)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(shù)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(tài)、內(nèi)參多項式函數(shù)系數(shù)；對得到的結果作為全局優(yōu)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(yōu)化，并得到平均重投影誤差。

技術領域

本發(fā)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(tǒng)快速標定方法。

背景技術

與傳統(tǒng)定焦鏡頭相比，快速發(fā)展的變焦鏡頭極大地擴展了光學系統(tǒng)的景深。由于其可快速變焦、易于小型化等優(yōu)點，在近年來已廣泛應用于三維形貌測量、內(nèi)窺鏡檢查以及顯微鏡成像等領域。在這些應用中，相機系統(tǒng)的校準是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為相機系統(tǒng)參數(shù)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(tǒng)內(nèi)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(nèi)參之間的多項式函數(shù)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(tǒng)景深較小，難以滿足傳統(tǒng)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(tǒng)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(jù)投影關系得到多個焦距下的相機內(nèi)參，再使用多項式插值擬合內(nèi)參與焦距的函數(shù)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(tǒng)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統(tǒng)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(nèi)的任何焦距組合設置，固定相機系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)標定過程中存在的問題。

本發(fā)明至少通過如下技術方案之一實現(xiàn)。

一種含液體變焦鏡頭的微視覺系統(tǒng)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(qū)間段內(nèi)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(diào)焦，每次調(diào)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(diào)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(shù)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(tài)、內(nèi)參多項式函數(shù)系數(shù)；

步驟7、對步驟6得到的結果作為全局優(yōu)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(yōu)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(tài)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。