攝影機數組校準系統與方法
2023-12-02 13:12:06 3
專利名稱：攝影機數組校準系統與方法
技術領域：
本發明涉及一種攝影機數組校準系統與方法，特別是涉及一種使用一專用的校正板，利用其專有的校準圖案設計簡單的取像裝置和程序，使得不須作動態掃描即可調整攝影機數組(array)以縮短校準時間的攝影機數組校準系統與方法。
背景技術：
如圖1所示的已知技術系統校正架構，包含攝影機數組101、標準校正板203、夾持機構104、可使該標準校正板203產生相對移動的平臺(圖中未標示)及控制該移動平臺的運動控制器102。而校準該攝影機數組時，須移動該校正板使該攝影機數組在攝影機取像範圍202內掃描該標準校正板203上的校正圖案以取得一維影像，再進一步組合為二維影像。接著，我們便可以由影像顯示器103觀察出組合過後的二維影像；由圖案的排列方式可計算出該攝影機數組101在各個自由度偏移的角度和影像的解析度，因此使用者可以由計算的結果判斷在各個自由度所需的校正角度。但是該已知的校正系統與方法在應用上面臨幾個問題；移動該標準校正板203時，須使該標準校正板203和該移動軸平行且要等速移動，但是實際上由於機械操作時該操作平臺容易搖晃，以致於該標準校正板203可能造成偏移而與移動軸不平行，最後取得的影像將失真。在某些實際應用上，如線上檢測裝置，無法使該標準校正板203等速移動，因此在校準上也有困難。以上為已知的校正系統在動態掃描時所面臨的問題，由於校準未完成需要一再重複上述的方法以得到正確的校正圖案影像，同時也延長了校準時間。
因此，如何針對上述問題而提出一種新穎的攝影機數組校正系統與方法，可以改善校正時間過長的問題，長久以來一直是使用者急需解決的問題，而本發明提出一種攝影機數組校正系統與方法，可解決上述問題。
發明內容
本發明提供一種攝影機數組校準系統與方法，其使用簡單架構配合校正板可縮短校準的時間，從而克服已知技術的缺陷。
本發明的攝影機數組校準系統包括一攝影機數組；一夾持機構，可調整該攝影機數組的多個自由度軸；一校正板，其上有靜態校準用的一組專有圖案，該組專有圖案用以校準所述各個自由度；以及一控制器，可以驅動所述夾持機構移動，以依據該組專有圖案的掃描結果，校準所述攝影機數組與校正板的相對位置。
上述攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組專有圖案可使該攝影機數組在一水平方向及一垂直方向角度的校準零點上取得等寬度的線狀影像。
上述攝影機數組校準系統，其中該攝影機數組可為線型攝影機和面型攝影機。
上述攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組專有圖案包含校準所述各個自由度所使用的校正圖案和用以驗證結果的校正圖案。
上述攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組專有圖案包含一組相對應的幾何圖案組合、一組相對應的明暗條紋及一對準圖案。
上述攝影機數組校準系統，其中多個該校正板可組合以同時校準多個該攝影機數組在同一直線上。
上述攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組相對應的幾何圖案組合包含一組垂直方向角度校正圖及一組水平方向角度校正圖。
上述攝影機數組校準系統，其中該明暗條紋可用以輔助調焦。
本發明的攝影機數組校準方法包含下列步驟提供一校正板，其上有靜態校準用的一組專有圖案，該組專有圖案用以校準攝影機的各個自由度；調整一夾持機構的水平軸和垂直軸，將該攝影機數組的取像範圍移至該校正板上的對準圖案；通過該校正板上的該專有圖案調整一垂直方向角度軸、一水平方向角度軸、一高度軸以及一高度方向角度軸。
上述攝影機數組校準方法，其中該校正板上的該組專有圖案包含校準所述各個自由度所使用的校正圖案和用以驗證結果的校正圖案。
上述攝影機數組校準方法，其中該攝影機數組可為線型攝影機和面型攝影機。
上述攝影機數組校準方法，其中該校正板上的該組專有圖案可為一組相對應的幾何圖案組合、一組相對應的明暗條紋及一對準圖案。
上述攝影機數組校準方法，其中該校正板上的該組相對應的幾何圖案組合包含一組垂直方向角度校正圖及一組水平方向角度校正圖。
上述攝影機數組校準方法，其中校正該垂直方向角度軸的方法，是通過該攝影機數組在一垂直方向角度的校準零點上掃描該校正板上的該組垂直方向角度校正圖時，使得到等寬度的線狀影像。
上述攝影機數組校準方法，其中該攝影機數組順時針或逆時針傾斜而不在該垂直方向角度的校準零點上時，掃描該校正板的該組垂直方向角度校正圖會得到不等寬度的線狀影像。
上述攝影機數組校準方法，其中校正該水平方向角度軸的方法，是通過該攝影機數組在一水平方向角度的校準零點上掃描該校正板上的該組水平方向角度校正圖時，使得到等寬度的線狀影像。
上述攝影機數組校準方法，其中該攝影機數組順時針或逆時針傾斜而不在該水平方向角度的校準零點上時，掃描該校正板的該組水平方向角度校正圖會得到不等寬度的線狀影像。
上述攝影機數組校準方法，其中可組合多個該校正板，並用以校正使用多個該攝影機數組的裝置。
上述攝影機數組校準方法，其中校正該使用多個該攝影機數組的裝置，是使每個該攝影機數組的垂直軸方向落在該校正板的對準圖案範圍內，則該所有攝影機數組在該垂直軸方向的誤差皆小於該對準圖案的長度。
圖1為已知技術系統架構的示意圖；圖2為本發明系統架構的較佳實施例的示意圖；圖3為攝影機數組各個自由度軸的示意圖；圖4為本發明一較佳實施例的專用校正板示意圖；圖5為組合多個校正板的實際掃描線與要校準位置的示意圖；
圖6為垂直方向角度軸調整示意圖；圖7為水平方向角度軸調整示意圖；其中，附圖標記說明如下101攝影機數組104夾持機構102運動控制器103影像顯示器201校正板202攝影機取像範圍203標準校正板211邊界圖案212垂直方向角度校正圖213水平方向角度校正圖215對準圖案216明暗條紋301水平方向角度軸302高度方向角度軸303垂直方向角度軸304高度軸具體實施方式
請參閱圖2，其為依據本發明的攝影機數組校準系統的較佳實施例的示意圖。該攝影機數組校準系統包含影像顯示器103、攝影機數組101、校正板201、可調整多個自由度的夾持機構104、及控制器105連接於該夾持機構104，因此使用者可利用手動方式或是該控制器105控制該夾持機構104的操作。傳統的攝影機數組101在校正時，需要移動待攝物或攝影機數組101以作影像的掃描；本發明使用攝影機數組101專用的校正板201，如圖4所示，該校正板201包含邊界圖案211、垂直方向角度校正圖212、水平方向角度校正圖213、對準圖案215及明暗條紋216；這樣校正板201，僅需調整校正板與攝影機數組之間的相對運動，即可達到調整夾持機構以校準各個自由度的軸的目的。
圖3為攝影機數組101的各個自由度示意圖，分為垂直方向角度軸303、水平方向角度軸301、高度軸304以及高度方向角度軸302。
依據本發明，該攝影機數組校準系統的控制器可依下列操作方式控制夾持機構104，以校準攝影機數組101與校正板201的相對位置(1)先將攝影機數組101的攝影機取像範圍202移至校正板上如圖4所示的對準圖案215，再利用該校正板201上的明暗條紋216調整該攝影機數組101的焦距；(2)該校正板201上有專用的垂直方向角度校正圖212以調整該垂直方向角度軸303。如圖6所示，由於不同的角度所掃描到的線性影像會有不同的寬度當該攝影機數組101的該垂直方向角度軸303在一逆時針方向傾斜位置1012掃描時，會得到一不等寬度的逆時針方向線性影像1012』；而在一順時針方向傾斜位置1013時，會得到一不等寬度的順時針方向線性影像1013』；若該垂直方向角度軸303在一不傾斜位置1011時，就會得到一等寬度的線性影像1011』。因此校正的目的即為調整垂直方向角度軸303，使掃描到兩塊垂直方向角度校正圖212的線性影像能夠等寬，垂直方向角度軸303即完成校正。此時即使水平方向角度軸301、高度軸304以及高度方向角度軸302未校正，也不會影響到垂直方向角度軸303的校正結果。
(3)如圖7所示，垂直方向角度軸303校正後，若水平方向角度軸301未校準，掃描到兩塊水平方向角度校正圖213的線性影像則不相同；當該攝影機數組101的該水平方向角度軸301在一逆時針方向傾斜位置1015掃描時，會得到一不等寬度的逆時針方向線性影像1015』；而在一順時針方向傾斜位置1016時，會得到一不等寬度的順時針方向線性影像1016』；若該水平方向角度軸301在不傾斜位置1014時，就會得到等寬度的線性影像1014』；調整水平方向角度軸301使線性影像寬度等寬，則水平方向角度軸301的校準完畢。
(4)調整高度方向角度軸302並不會影響到線性影像的扭曲，只會改變攝影機數組101到校正片201上的工作距離。校正高度軸304也同樣影響到攝影機數組101到校正片201上的工作距離，因此可利用校正板201上兩邊界圖案211的距離調整高度軸304和高度方向角度軸302以達到需要的解析度。
校正板201可多個組合，如圖5所示實線部分為攝影機數組101實際掃描位置，而虛線部分則為要校準的位置，可用於使用多個攝影機數組101的裝置上；校準時每個攝影機數組101在垂直方向必須落在校正板201上的對準圖案215內，使得每個攝影機數組101在垂直方向的誤差小於該對準圖案215的長度。因此多個攝影機數組可校正於同一直線上，也可同時取得校正圖案以做靜態校正。
以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，並非用以限制本發明的專利保護範圍，例如本發明實施例以攝影機數組說明，但本發明校正方式也可用於線型攝影機或面型攝影機，因此凡運用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變化，均應包含在本發明的權利要求書所要求保護的範圍之內。
權利要求
1.一攝影機數組校準系統，該系統包括一攝影機數組；一夾持機構，可調整該攝影機數組的多個自由度軸；一校正板，其上有靜態校準用的一組專有圖案，該組專有圖案用以校準所述各個自由度；以及一控制器，可以驅動所述夾持機構移動，以依據該組專有圖案的掃描結果，校準所述攝影機數組與校正板的相對位置。
2.如權利要求1所述的攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組專有圖案可使該攝影機數組在一水平方向及一垂直方向角度的校準零點上取得等寬度的線狀影像。
3.如權利要求1所述的攝影機數組校準系統，其中該攝影機數組可為線型攝影機和面型攝影機。
4.如權利要求2所述的攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組專有圖案包含校準所述各個自由度所使用的校正圖案和用以驗證結果的校正圖案。
5.如權利要求2所述的攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組專有圖案包含一組相對應的幾何圖案組合、一組相對應的明暗條紋及一對準圖案。
6.如權利要求2所述的攝影機數組校準系統，其中多個該校正板可組合以同時校準多個該攝影機數組在同一直線上。
7.如權利要求5所述的攝影機數組校準系統，其中該校正板上的該組相對應的幾何圖案組合包含一組垂直方向角度校正圖及一組水平方向角度校正圖。
8.如權利要求5所述的攝影機數組校準系統，其中該明暗條紋可用以輔助調焦。
9.一攝影機數組校準方法，該方法包含下列步驟提供一校正板，其上有靜態校準用的一組專有圖案，該組專有圖案用以校準攝影機的各個自由度；調整一夾持機構的水平軸和垂直軸，將該攝影機數組的取像範圍移至該校正板上的對準圖案；通過該校正板上的該專有圖案調整一垂直方向角度軸、一水平方向角度軸、一高度軸以及一高度方向角度軸。
10.如權利要求9所述的攝影機數組校準方法，其中該校正板上的該組專有圖案包含校準所述各個自由度所使用的校正圖案和用以驗證結果的校正圖案。
11.如權利要求9所述的攝影機數組校準方法，其中該攝影機數組可為線型攝影機和面型攝影機。
12.如權利要求9所述的攝影機數組校準方法，其中該校正板上的該組專有圖案可為一組相對應的幾何圖案組合、一組相對應的明暗條紋及一對準圖案。
13.如權利要求12所述的攝影機數組校準方法，其中該校正板上的該組相對應的幾何圖案組合包含一組垂直方向角度校正圖及一組水平方向角度校正圖。
14.如權利要求9所述的攝影機數組校準方法，其中校正該垂直方向角度軸的方法，是通過該攝影機數組在一垂直方向角度的校準零點上掃描該校正板上的該組垂直方向角度校正圖時，使得到等寬度的線狀影像。
15.如權利要求14所述的攝影機數組校準方法，其中該攝影機數組順時針或逆時針傾斜而不在該垂直方向角度的校準零點上時，掃描該校正板的該組垂直方向角度校正圖會得到不等寬度的線狀影像。
16.如權利要求9所述的攝影機數組校準方法，其中校正該水平方向角度軸的方法，是通過該攝影機數組在一水平方向角度的校準零點上掃描該校正板上的該組水平方向角度校正圖時，使得到等寬度的線狀影像。
17.如權利要求16所述的攝影機數組校準方法，其中該攝影機數組順時針或逆時針傾斜而不在該水平方向角度的校準零點上時，掃描該校正板的該組水平方向角度校正圖會得到不等寬度的線狀影像。
18.如權利要求9所述的攝影機數組校準方法，其中可組合多個該校正板，並用以校正使用多個該攝影機數組的裝置。
19.如權利要求18所述的攝影機數組校準方法，其中校正該使用多個該攝影機數組的裝置，是使每個該攝影機數組的垂直軸方向落在該校E板的對準圖案範圍內，則該所有攝影機數組在該垂直軸方向的誤差皆小於該對準圖案的長度。
全文摘要
本發明提供一種攝影機數組校準系統與方法，其使用簡單架構配合校正板以縮短校準的時間。該系統包括一攝影機數組；一夾持機構，可調整該攝影機數組的多個自由度軸；一校正板，其上有靜態校準用的一組專有圖案，該組專有圖案用以校準各個自由度；以及一控制器，可驅動所述夾持機構移動，以依據該組專有圖案的掃描結果，校準所述攝影機數組與校正板的相對位置。該方法包括步驟提供一校正板，其上有靜態校準用的一組專有圖案，用以校準攝影機的各個自由度；調整一夾持機構的水平軸和垂直軸，將該攝影機數組的取像範圍移至該校正板上的對準圖案；通過該校正板上的該專有圖案調整一垂直方向角度軸、一水平方向角度軸、一高度軸以及一高度方向角度軸。
文檔編號H04N5/225GK1621933SQ20031011528
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月27日 優先權日2003年11月27日
發明者張信宏, 徐嘉彬, 陳一斌, 鄭智傑, 呂尚傑 申請人:財團法人工業技術研究院