[发明专利]一种含液体变焦镜头的微视觉系统快速标定方法

说明书

本发明公开了一种含液体变焦镜头的微视觉系统快速标定方法，包括以下步骤：计算单一基准光功率下的主点、焦距；将使用周期图案标定板，放置于固定平台上；设置镜头输入为基准光功率，并将相机镜头固定在一个聚焦位置；将相机镜头从最小光功率到最大光功率逐次等间隔调焦，每次调焦都拍摄一幅标定板的图像；利用傅里叶变换提取调焦过程中离焦的标定板图像的特征点位置；假设主点保持不变，相机坐标系固定，焦距、畸变参数与输入光功率成多项式关系，使用提取特征点位置计算相机姿态、内参多项式函数系数；对得到的结果作为全局优化的初始值，使用得到的所有图像进行所有输入光功率的全局优化，并得到平均重投影误差。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体而言，涉及一种含液体变焦镜头的微视觉系统快速标定方法。

背景技术

与传统定焦镜头相比，快速发展的变焦镜头极大地扩展了光学系统的景深。由于其可快速变焦、易于小型化等优点，在近年来已广泛应用于三维形貌测量、内窥镜检查以及显微镜成像等领域。在这些应用中，相机系统的校准是一个巨大的挑战，因为相机系统参数会随着焦距的变化而变化。精确的校准结果是变焦镜头应用的前提，但目前还没有通用成熟的变焦镜头校准方法，特别是在高放大倍率场景下。

最简单的校准方法是在多个焦距下分别标定系统内参，而后采用多项式插值拟合，建立焦距或变焦镜头输入值与各个内参之间的多项式函数关系式。这种方法存在诸多问题。一是工作量巨大，通常需要拍摄上百张图片。二是在高放大倍率下相机系统景深较小，难以满足传统二维标定板标定方法的多位姿拍摄要求。三是在变焦后需要移动标定板至聚焦位置，需要使用外加精密微动台，而在部分场景中难以放置辅助设备。以上多种缺点使得传统标定方法难以在微视场变焦镜头标定中直接使用。

已有变焦镜头校准方法提出使用电子屏幕设计互补圆阵列标靶(CN202110941155.5)，利用互补圆阵列标靶的灰度差值作进一步处理得到圆心坐标，并根据投影关系得到多个焦距下的相机内参，再使用多项式插值拟合内参与焦距的函数关系式。该方法简化了单个位姿下的圆心坐标提取过程，无需移动相机系统或标定板至聚焦位置，但仍需要多个位姿的提取过程，工作量较大，且使用电子屏幕设计标定图案不适用于微视场应用场景。

发明内容

本发明的目的是提供一种含液体变焦镜头的微视觉系统快速标定方法：在微视场高放大倍率场景下，对于一段焦距范围内的任何焦距组合设置，固定相机系统及标定板，拍摄每个焦距下一幅离焦标定板模板图像，解决微视场下变焦镜头标定时工作量大、操作繁琐等问题。大大减少标定工作量，无需在变焦过程中移动标定板或相机系统，无需使用外加辅助设备，能够解决上述标定方法在微视场变焦视觉系统标定过程中存在的问题。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种含液体变焦镜头的微视觉系统快速标定方法，包括以下步骤：

步骤1、计算单一基准光功率下的主点、焦距；

步骤2、将周期图案标定板放置于固定平台上；

步骤3、设置液体变焦镜头输入为基准光功率，并将相机镜头固定在一个聚焦位置；

步骤4、对于基准光功率左右区间段内的N个光功率，将相机镜头从最小光功率到最大光功率逐次等间隔调焦，每次调焦都拍摄一幅标定板的图像；

步骤5、利用傅里叶变换提取调焦过程中离焦的标定板图像的特征点位置；

步骤6、假设主点保持不变，相机坐标系固定，焦距、畸变参数与输入光功率成多项式关系，使用步骤5提取特征点位置计算相机姿态、内参多项式函数系数；

步骤7、对步骤6得到的结果作为全局优化的初始值，使用步骤4得到的所有图像进行所有输入光功率的全局优化，并得到平均重投影误差。

进一步地，使用棋盘格、圆形图案标定板或方格周期标定板拍摄多张姿态变换的标定板图像，使用单焦标定方法标定基准光功率下的主点及焦距。