一种多面阵传感器相机及其安装位置调节方法和调节装置

技术领域

本发明涉及多传感器相机技术领域，特别涉及一种多面阵传感器相机及其安装位置调节方法和调节装置。

背景技术

多面阵传感器相机根据面阵传感器的排列方式，可以分为横向排列多面阵传感器相机、纵向排列多面阵相机、M行N列排列多面阵传感器相机，如图1、图2和图3所示。不失一般性，主要介绍M行N列排列多面阵传感器相机。

工业相机装调过程中，多面阵传感器相机需要考虑单个面阵传感器的调节指标和多个面阵传感器之间的调节指标。单个面阵传感器需要保证传感器平面与相机前盖端面之间尽量平行。多个面阵传感器之间则需要参考更多的调节指标：1、多个面阵传感器之间水平方向的夹角要小于阈值θ

发明内容

本发明提出的一种多面阵传感器相机及其安装位置调节方法和调节装置，可至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：

一种多面阵传感器相机安装位置调节方法，多个面阵传感器按照设定的排列方式排列在同一相机上，包括：

测量每个面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，得到每个面阵传感器对应的坐标位置集合S

拟合集合S所在平面的方程，计算集合S

进一步地，还包括多面阵传感器之间平整度的调节：

取距离集合D

若所述差值大于平整度阈值，则根据所述差值调整对应面阵传感器的安装位置，以使所有面阵传感器的感光面在同一平面上。

进一步地，还包括多面阵传感器之间夹角的调节：

所述多面阵传感器相机包括M行、N列面阵传感器；

获取多个面阵传感器的图像，提取每个面阵传感器边缘像素位置，拟合每个面阵传感器边缘所在的直线方程；

以第一行第一列的面阵传感器为基准面阵传感器，取其一条纵向边缘为纵向参考线，计算第一列的其他面阵传感器的一条纵向边缘与纵向参考线的夹角，若所述夹角超过纵向夹角阈值，则根据所述夹角调节所述第一列的其他面阵传感器相对基准面阵传感器的位置；

取每一行的第一个面阵传感器的一条横向边缘为横向参考线，计算每一行的其他面阵传感器的一条横向边缘与横向参考线之间的夹角，若所述夹角超过横向夹角阈值，则根据所述每一行的其他面阵传感器相对所述每一行的第一个面阵传感器的位置。

进一步地，还包括多面阵传感器之间距离的调节：

调节多个面阵传感器之间水平距离：计算水平方向上相邻的两个面阵传感器之间的距离，包括：提取水平方向上相邻的两个面阵传感器中间的两条边缘，在一条边缘上提取若干点，计算所述若干点到另一条边缘的距离的均值；调整其中一个面阵传感器的位置，以使所述均值等于预设的标准水平距离；

调节多个面阵传感器之间垂直距离：计算垂直方向上相邻的两个面阵传感器之间的距离，包括：提取垂直方向上相邻的两个面阵传感器中间的两条边缘，在一条边缘上提取若干点，计算所述若干点到另一条边缘的距离的均值；调整其中一个面阵传感器的位置，以使所述均值等于预设的标准垂直距离。

进一步地，还包括多面阵传感器整体位置调节：

将M行、N列面阵传感器构成一个传感器阵列，所述相机前盖上设有矩形开口，所述传感器阵列位于该矩形开口内；

获取所述传感器阵列位于所述矩形开口内的图像，提取所述矩形开口四个边缘上像素位置坐标，根据所述位置坐标拟合四个边缘所在的直线方程；

计算所述传感器阵列中任一面阵传感器的一个横向方向的边缘直线与所述矩形开口的横向方向边缘直线之间的横向夹角，计算所述传感器阵列中任一面阵传感器的一个纵向方向的边缘直线与所述矩形开口的纵向方向边缘直线之间的纵向夹角；

根据所述横向夹角和所述纵向夹角调整所述传感器阵列的整体位置。

进一步地，还包括多面阵传感器整体位置调节：

在所述矩形开口的上下两条边上各选取若干点，分别计算所述若干点距离所述传感器阵列上下边缘所在直线的距离的均值，分别为d

根据d

在所述矩形开口的左右两条边上各选取若干点，分别计算所述若干点距离所述传感器阵列左右边缘所在直线的距离的均值，分别为d

根据d

进一步地，还包括：

所述传感器阵列上下方向的方位偏差Δd

所述面阵传感器左右方向的方位偏差为Δd

另一方面，还提出一种多面阵传感器相机安装位置调节装置，用于执行如上所述的多面阵传感器相机安装位置调节方法，包括：

安装结构件，所述安装结构件包括与所述相机前盖平行的参考面，以及用于限定面阵传感器排列位置的矩形参考边缘；所述坐标位置集合S，通过测量所述参考面上至少三个点的空间位置坐标得到。

另一方面，还提出一种多面阵传感器相机，多个面阵传感器按照设定的排列方式排列在同一相机上：

所述面阵传感器相机在安装时，包括：

测量每个面阵传感器上至少三个点的空间位置坐标，得到每个面阵传感器对应的坐标位置集合S

拟合集合S所在平面的方程，计算集合S

进一步地，所述面阵传感器相机在安装时，还包括：

取距离集合D

若所述差值大于平整度阈值，则根据所述差值调整对应面阵传感器的安装位置，以使所有面阵传感器的感光面在同一平面上。

为了更精确地调节上述指标，本发明保证每个面阵传感器平面与相机前盖端面之间的平行度；通过采集每个面阵传感器边缘的图像和相机前盖端面边缘的图像，调整多个面阵传感器之间夹角、距离和中心位置的偏差与夹角。通过本发明提出的多面阵传感器相机安装位置调节方法，可以使相机获得更大的成像面积，并且避免相机成像模糊。

附图说明

图1是多面阵传感器相机横向排列安装示意图；

图2是多面阵传感器相机纵向排列安装示意图；

图3是多面阵传感器相机M行、N列的排列安装示意图；

图4是本实施例中计算多面阵传感器之间的夹角时的模拟图；

图5是本实施例中的一种多面阵传感器相机示意图；

图6是本实施例中使用安装结构件辅助安装时的示意图。

图中：1-相机前盖；2-面阵传感器；3-安装结构件。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实施例首先提出了一种多面阵传感器相机安装位置调节方法。通过该方法，可以调节单个面阵传感器2的平行度和多个面阵传感器2之间的夹角、距离和中心位置的偏差与夹角，以使相机在大成像面积的前提下保持图像清晰。

该方法主要包括如下步骤：

相机固定于检测平台；

在第i个面阵传感器2上取个N

调节单个面阵传感的平行度；

调节面阵传感器2之间的平行度。

重新测量多个面阵传感器2相机之间的平行度，若满足要求，则进行后续测量；否则，根据测量结果继续调整。

采集每个面阵传感器2和相机前盖1的图像，分别提取每个面阵传感器2和相机前盖1边缘所在直线，计算多个面阵传感器2之间夹角、距离和中心位置的偏差与夹角。

调节多面阵传感器2之间的夹角。

调整多面阵传感器2之间的距离。

调整多面阵传感器2中心位置的偏差与夹角。

重新采集每个面阵传感器2和相机前盖1的图像，计算多个面阵传感器2之间夹角、距离和中心位置的偏差与夹角，若满足要求，则完成测量；否则，继续调整。

具体的实施方式有：

(1)调节单个面阵传感器的平行度：测量每个面阵传感器2上至少三个点的空间位置坐标，得到每个面阵传感器2对应的坐标位置集合S

拟合集合S所在平面的方程，计算集合S

(2)调节面阵传感器2之间的平整度：取距离集合D

重新测量多个面阵传感器2相机之间的平整度，若满足要求，则进行后续测量；否则，根据测量结果继续调整。

用影像装置采集每个面阵传感器2和相机前盖1的图像，分别提取每个面阵传感器2和相机前盖1边缘所在直线，计算多个面阵传感器2之间夹角、距离和中心位置的偏差与夹角。

(3)调节多面阵传感器2之间的夹角：以第一行第一列的面阵传感器2为基准面阵传感器2，取其一条纵向边缘为纵向参考线，计算第一列的其他面阵传感器2的一条纵向边缘与纵向参考线的夹角，若该夹角超过纵向夹角阈值，则根据该夹角调节第一列的其他面阵传感器2相对基准面阵传感器2的位置。

取每一行的第一个面阵传感器2的一条横向边缘为横向参考线，计算每一行的其他面阵传感器2的一条横向边缘与横向参考线之间的夹角，若该夹角超过横向夹角阈值，则根据每一行的其他面阵传感器2相对所述每一行的第一个面阵传感器2的位置。

具体地，多面阵传感器2的夹角用到图4所示的直线。其中，水平方向上的虚线表示面阵传感器2提取的水平边缘直线，用于计算水平方向的夹角；垂直方向上的虚线表示面阵传感器2提取的纵向边缘直线。第1行，以面阵传感器11为基准，计算该方向上其他面阵传感器提取的直线与面阵传感器11提取直线之间的夹角。如果夹角小于横向夹角阈值，则认为该传感器水平方向的夹角调整完成；否则，调整对应的夹角。依此类推，调整到第M行。由于面阵传感器2是规则矩形，水平方向的夹角调整完成之后，垂直方向上的夹角自然也是满足要求的。

(4)调整多面阵传感器2之间的距离，包括：

调节多个面阵传感器2之间水平距离：计算水平方向上相邻的两个面阵传感器2之间的距离，包括：提取水平方向上相邻的两个面阵传感器2中间的两条边缘，在一条边缘上提取若干点，计算所述若干点到另一条边缘的距离的均值；调整其中一个面阵传感器2的位置，以使所述均值等于预设的标准水平距离。

调节多个面阵传感器2之间垂直距离：计算垂直方向上相邻的两个面阵传感器2之间的距离，包括：提取垂直方向上相邻的两个面阵传感器2中间的两条边缘，在一条边缘上提取若干点，计算所述若干点到另一条边缘的距离的均值；调整其中一个面阵传感器2的位置，以使该均值等于预设的标准垂直距离。

(5)调整多面阵传感器2中心位置的偏差与夹角：

将M行、N列面阵传感器2构成一个传感器阵列，相机前盖1上设有矩形开口，该传感器阵列位于该矩形开口内；获取所述传感器阵列位于该矩形开口内的图像，提取矩形开口四个边缘上像素位置坐标，根据位置坐标拟合四个边缘所在的直线方程。

计算该传感器阵列中任一面阵传感器2的一个横向方向的边缘直线与矩形开口的横向方向边缘直线之间的横向夹角，计算传感器阵列中任一面阵传感器2的一个纵向方向的边缘直线与矩形开口的纵向方向边缘直线之间的纵向夹角；根据横向夹角和纵向夹角调整所述传感器阵列的整体位置。

重新采集每个面阵传感器2和相机前盖1的图像，计算多个面阵传感器2之间夹角、距离和中心位置的偏差与夹角，若满足要求，则完成测量；否则，继续调整。

其中，上述的在第i个面阵传感器2上取个点，在相机前盖1端面上取不共线的个点，利用相机前盖1端面上的个点拟合平面，计算每个面阵传感器2上的点到拟合平面的距离，在一种优选的实施方式中，包括：

面阵传感器2呈矩形，利用光谱共聚焦设备测量面阵传感器2上的不同位置，记录对应的测量结果，可以用于验证面阵传感器2的安装是否水平。但是，光谱共聚焦设备的参考零点是固定的，面阵传感器2如果是倾斜放置的，则光谱共聚焦设备的测量面阵传感器2的结果将包含面阵传感器2的测量值和放置倾斜量两部分，因此，直接使用光谱共聚焦设备的测量结果，测量出的平行度会存在明显的误差。

为了解决上述问题，可以通过在前盖接圈上放置透明、表面光滑的测量辅助件。为了使得光谱共焦传感器测量面阵传感器2和前盖接圈之间的平行度测量更加准确，对该测量辅助件有如下要求：光谱共聚焦设备测量测量辅助件的上下表面(因为该测量辅助件存在一定厚度)，计算测量辅助件上下表面测量结果的差值，测量多个位置，最大的差值和最小的差值要小于预期的阈值，优选为5微米。将测量辅助件放置在前盖接圈上，有如下优点：1、测量辅助件的下表面可以近似代替前盖接圈面，而光谱共聚焦设备测量测量辅助件下表面的精度会更高；2、如果面阵传感器2放置倾斜，测量辅助件会与面阵传感器2呈现一致的倾斜度。光谱共聚焦设备测量面阵传感器2和测量辅助件，计算面阵传感器2测量结果到测量辅助件测量结果之间的距离，可以在一定程度上消除面阵传感器2放置倾斜引起的误差。

具体测量步骤如下：

测量第i面传感器感光区域：使光谱共聚焦设备在面阵传感器2上呈小的圆斑，并得到对应的峰，该峰的位置对应测量的面阵传感器2距离，记录此时光谱共焦传感器的位置P(x

测量测量辅助件下表面：调整光谱共焦传感器运动，使光谱共聚焦设备聚焦于测量辅助件下表面(如前所述，测量辅助件下表面可以近似替代前盖接圈面)，其中，光谱共焦传感器的坐标(x，y)可以与面阵传感器2相同。选择测量辅助件下表面对应的峰，记录光谱共聚焦设备测量的距离d。测量N

计算面阵传感器2测量结果到测量辅助件测量结果之间的距离：

为了测量面阵传感器2测量结果到测量辅助件测量结果之间的距离，进行如下步骤：

1、将集合S

上述集合中x、y、z、d的单位已经统一，且z和d都是Z方向上的距离，因此可以相加。同时，S′

2、拟合集合S′

3、计算集合S′

4、计算单个面阵相机的平行度。选择计算距离集合Di最小值的差

计算面阵相机之间的平整度。每个面阵传感器2距离集合D

上述的用影像装置采集每个面阵传感器2和相机前盖1的图像，分别提取每个面阵传感器2和相机前盖1边缘所在直线，计算多个面阵传感器2之间夹角、距离和中心位置的偏差与夹角，在一种优选的实施方式中，包括：

在本发明中，由于影像装置成像区域较小，无法采集到面阵传感器2和相机前盖1的完整图像，所以，本发明利用普通面阵相机采集面阵传感器2的感光区域边缘相机前盖1边缘的图像，并计算出方位向的偏移量。

采集每个面阵相机传感器边缘上下左右四个方位的图像，采集相机前盖1边缘上下左右四个方位的图像。

对于面阵传感器2边缘的图像，截取面阵传感器2边缘所在的区域。利用边缘提取算法提取面阵传感器2边缘所在直线。提取面阵传感器2边缘的坐标值，根据坐标值进行直线拟合，拟合的直线方程形如y＝kx+b。

第i行j列处的面阵传感器2上下左右四个方位的直线方程分别为：

相机前盖1边缘上下左右四个方位的直线方程分别为：

计算多面阵传感器2之间的夹角：第i行的第j个面阵传感器2与第i行第1个面阵传感器2的水平方向夹角为：

计算多面阵传感器2之间的距离：第i行的第j列位置的面阵传感器2与第i行第j-1列位置的面阵传感器2的水平距离为

第j列的第k行位置的面阵传感器2与第j列第k-1行位置的面阵传感器2的垂直距离为

计算多面阵传感器2中心位置的偏差和夹角：调节多面阵传感器2之间的夹角和距离之后，面阵传感器2之间的平行，距离相等。此时，可以计算多面阵传感器2中心位置的偏差和夹角。最左侧的M行面阵传感器2的直线方程为

在直线

本实施例还提出了一种多面阵传感器相机，该多面阵传感器相机在安装时使用上述方法进行。进一步地，本实施例使用安装结构件3进行面阵传感器1安装位置的调节，安装结构件3包括与相机前盖平行的参考面，以及用于限定面阵传感器1排列位置的矩形参考边缘。使用参考面代替相机前盖，来执行上述的安装位置调节步骤。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。