CN117170164A - 相机与镜头的对位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种相机与镜头的对位装置及方法，属于光学领域，装置包括：入射角调节部件；入射角调节部件置于光源的出射侧与镜头入瞳侧之间，用于调节镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的亮区的大小，使得相机成像得到的图像存在暗角，以便根据所述图像上的亮区形心相对于整张图像中心的位置偏移以及亮区的对称性调整所述镜头和相机的相对位置，将相机与镜头按照预设要求对位；所述光源用于向镜头入瞳侧出射入射光。本发明采用普通光源对相机和镜头进行对位，不易对相机内的图像传感器造成损伤，且对位过程中可以将镜头安装在相机上，不需要暴露相机内的图像传感器，不会对相机造成影响，对位方法简便可靠，可实施性强。

Description

相机与镜头的对位装置及方法

技术领域

本发明属于光学领域，更具体地，涉及一种相机与镜头的对位装置及方法。

背景技术

随着增强现实（Augmented Reality，AR）/虚拟现实（Virtual Reality，VR）等近眼显示技术的迅速发展，近眼显示设备（Near Eye Display，NED）的典型特点是大视场，当前AR设备最大视场可达到120°，VR可达到110°，在如此大的视场角下，屏体的亮色度均匀性直接影响着客户感官体验，是NED设备质量把控的重要指标，需要采用显示测量系统对NED设备在不同视角下的亮度色度以及光谱等进行监测。显示测量系统包括镜头和相机，为了保证显示测量系统的测量精度，将镜头组装到相机的过程中，需要调整镜头与相机的对位，对位越准确，显示测量系统测量精度越高。

现有的技术方案是使用激光自准直仪来调整镜头与相机对位，未安装镜头与安装镜头两种状态下，分别把相机内部的图像传感器和镜头的镜片当作反射镜，观察激光反射后是否原路返回，且与原目标重合，若不重合则调整相机和镜头的相对位置。现有方案中激光照射到相机里的图像传感器时易对其造成损坏，另外相机内部的图像传感器长时间裸露在外易吸附灰尘，对图像传感器成像造成误差。故现有方案需要暴露相机内部的图像传感器，影响相机功能，可行性差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种相机与镜头的对位装置及方法，旨在解决现有相机与镜头对位方案需要暴露相机内部的图像传感器，影响相机功能，可行性较差的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种相机与镜头的对位装置，其特征在于，包括：入射角调节部件；

所述入射角调节部件置于光源的出射侧与镜头入瞳侧之间，用于调节镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的亮区的大小，使得相机成像得到的图像存在暗角，以便根据所述图像上的亮区形心相对于整张图像中心的位置偏移以及亮区的对称性调整所述镜头和相机的相对位置，将相机与镜头按照预设要求对位；所述光源用于向镜头入瞳侧出射入射光。

需要说明的是，上述对位过程采用普通光源即可实现，不需要采用激光对准，避免了采用激光对相机内部图像传感器的损伤。另外，上述对位过程镜头和相机可以预先安装上，之后采用其他结构件调整镜头和相机之间的位置关系，可以避免相机内部图像传感器长时间裸露，影响相机功能。

需要进一步说明的是，本发明中提到的相机和镜头的预先安装，指的是预安装，非固定安装。预安装后，镜头和相机的对位可以进一步调节，待调节完成后，再实现固定安装。也就是说，固定安装后，相机和镜头的位置则相对固定，可以投入后续正常使用。

可以理解的是，一般镜头出瞳侧的光被相机的图像传感器取像成像后得到的亮区大小是固定的，如果亮区过大，取像图像上将不存在暗角，故无法通过本发明中通过对光源取像的方式判断和调整相机和镜头的相对位置。

通常情况下，相机和镜头的对位要求是：镜头的光轴与相机内部图像传感器的法向平行，且光轴穿过图像传感器的中心位置。通常图像传感器的取像图像是一个矩形，按照前述对位要求对准的情况下，取像图像中如果存在暗角，则暗角将在图像四个角出现。另外，这种情况下如果亮区能够完整显示，将是一个圆形，如果不能完整显示，则与暗角构成一个完整的矩形。对位成功具体表现为：若图像中存在暗角，则此种对位情况下亮区应该上下左右对称，且亮区的形心与整幅图像中心重合。

综上分析可知，本发明引入“入射角调节部件”是非常必要的，通过入射角调节部件调节入射到镜头的光线，使得相机的取像图像必然存在暗角，才能实现后续方案。本领域技术人员可以理解的是，具体入射角调节部件的选择，可以根据实际需要进行，只要实现限制大视角下光线进入取像系统，使得取像图像必然存在暗角即可；也就是说只要是能够让取像图像存在暗角的调节部件，其目的是基于取像图像实现相机和镜头对位的，均应该落入本发明的保护范围。

本领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的“形心”指的是几何中心或形状中心。

在一种可能的示例中，所述光源为面光源。

具体地，面光源可以是显示屏面光源、LED面光源或者积分球光源等等。

在一种可能的示例中，所述入射角调节部件与镜头的入瞳侧接触。

需要说明的是，入射角调节部件可以直接接触镜头，也可以不与镜头接触。通常情况下，为保证入射角调节部件对镜头光线入射角的调节可控性，入射角调节部件的光线出射端可以接触镜头入瞳，避免其他光线不可控进入镜头。

在一种可能的示例中，所述入射角调节部件包括：管件。

可以理解的是，管件指的是具有中空部分的外形像管道的部件。管件可以是长管或短管等等。管件的材质本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

在一种可能的示例中，所述入射角调节部件包括：管件和遮挡部件，且所述遮挡部件置于管件和镜头之间。

需要说明的是，管件可以是直接接触镜头，也可以和镜头不直接接触。当管件和镜头不直接接触时，可利用遮挡部件放在管件和镜头之间，防止其它光线进入镜头。

在一种可能的示例中，所述管件的一端与镜头的入瞳侧接触。

通常情况下，镜头入瞳侧有光阑，可以将管件与光阑接触或者连接。有些镜头光阑位于镜头中间，为了避免管件可控之外的光线进入镜头，也需要将管件与镜头的前端接触。

在一种可能的示例中，所述管件为可伸缩管件。

其中，可伸缩管件方便灵活调节相机取像图像的暗角，本领域技术人员也可以通过理论或仿真等手段预先确定管件的具体参数，实现对暗角的调节。

第二方面，本发明提供了一种相机与镜头的对位方法，包括：

获取镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的图像；其中，所述镜头的入瞳侧与光源的出射侧之间放置有入射角调节部件，用于调节镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的亮区的大小，使得相机成像得到的图像存在暗角；所述光源用于向镜头入瞳侧出射入射光；

根据所述图像上亮区形心相对于整张图像中心的位置偏移以及亮区的对称性调整所述镜头和相机的相对位置，将相机与镜头按照预设要求对位。

在一种可能的示例中，在获取镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的图像之前，所述镜头被预先安装在相机上。

在一种可能的示例中，所述入射角调节部件与镜头的入瞳侧接触。

在一种可能的示例中，所述入射角调节部件包括：管件。

在一种可能的示例中，所述光源为面光源。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供一种相机与镜头的对位装置及方法，通过入射角调节部件限制大视场角度光线入射到镜头中，使得相机的取像图像必然存在暗角，之后根据亮区的对称性以及亮区形心与整张图像中心的位置偏移调整镜头和相机的相对位置，实现相机和镜头的对位。本发明采用普通光源即可实现上述对位，不需要采用激光对准，避免了采用激光对相机内部图像传感器的损伤。另外，上述对位过程镜头和相机可以预先安装，之后采用其他结构件调整镜头和相机之间的位置关系，可以避免相机内部图像传感器长时间裸露，影响相机功能。因此本发明提供的对位装置和方法的可行性较高，且通过亮区形心相对于整张图像中心的位置偏移以及亮区的对称性调整相机和镜头的相对位置，可控性高，可以实现高精度对位。

附图说明

图1是本发明实施例提供的镜头与相机对位的整体架构示意图；

图2A是本发明实施例提供的相机取像的光源白画面示意图；

图2B是本发明实施例提供的存在暗角时的第一种相机取像图像示意图；

图2C是本发明实施例提供的存在暗角时的第二种相机取像图像示意图；

图2D是本发明实施例提供的存在暗角时的第三种相机取像图像示意图；

图3A是本发明实施例提供的相机与镜头完成对位要求后的第一种相机取像图像示意图；

图3B是本发明实施例提供的相机与镜头完成对位要求后的第二种相机取像图像示意图；

图4是本发明实施例提供的一种相机与镜头对位装置的具体结构图；

图5是本发明实施例提供的入射角调节部件限制入射光线角度的仿真示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为光源、2为管件、3为镜头，4为相机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。

接下来，对本发明实施例中提供的技术方案进行介绍。

图1是本发明实施例提供的镜头与相机对位的整体架构示意图；如图1所示，该架构包括：光源、入射角调节部件、镜头及相机。

具体地，光源，用于向镜头入瞳侧出射入射光；

入射角调节部件置于光源的出射侧与镜头入瞳侧之间，用于调节镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的亮区的大小，使得相机成像得到的图像存在暗角；

镜头，接收经过入射角调节部件调节后的入射光，并出射至相机的图像传感器区域；

相机，用于通过图像传感器对接收的光成像。

进一步地，入射角调节部件可以和镜头的入瞳侧接触。

进一步地，光源为面光源。

进一步地，入射角调节部件包括：管件。

进一步地，入射角调节部件还包括：遮挡部件，遮挡部件置于管件和镜头之间。

进一步地，管件为可伸缩管件。

在一个具体的实施例中，相机可以先对光源的白画面取像，具体图像参见图2A所示，此时图像中不存在暗角，整个取像图像是白色，则无法通过取像图像调整相机和镜头的对位；之后入射角调节部件调节取像图像，使得取像图像存在暗角，获取存在暗角的取像图像。之后根据相机与镜头满足对位要求时亮区的对称性以及亮区形心与整张图像中心的位置偏移调整镜头和相机的相对位置，使得亮区上下左右对称，亮区的形心与图像中心重合，完成对相机和镜头的对位。

需要说明的是，上述对位采用的光源可以是普通光源，不需要是激光光源。

另外，上述对位过程可以在镜头预先安装在相机之后，若镜头安装在相机上之后进行对位，可以通过其他结构件调整相机和镜头的相对位置关系，实现相机和镜头的对位，之后对相机与镜头实现固定安装。镜头预先安装在相机之后对位，可以避免相机内部的图像传感器长时间裸露。

图2B-图2D是本发明实施例提供的多种相机取像图像示意图；图3A-图3B是本发明实施例提供的相机与镜头完成对位要求后的两种相机取像图像示意图。

在一个示例中，相机和镜头的对位要求为：镜头的光轴与相机内部图像传感器的法向平行，且光轴穿过图像传感器的中心位置。通常图像传感器的取像图像是一个矩形，按照前述对位完成标准时，取像图像中如果存在暗角，暗角将在图像四个角出现，且亮区应该上下左右对称，亮区的形心与整幅图像中心重合。另外，这种情况下如果亮区能够完整显示，将是一个圆形，参见图3A所示，如果不能完整显示，则与暗角构成一个完整的矩形，参见图3B所示。

当相机和镜头的对位情况不满足要求时，将可能出现图2A-图2C所示情况，图2B-图2D所示意的情况是镜头的光轴与图像传感器的法向平行，此时亮区的轮廓是轴对称的，若显示完整则亮区为一个圆形。但是图2B-图2D示意的情况下镜头光轴未穿过图像传感器的中心，此时亮区的形心不在取像图像中心。因此可以直接手动或者借助外部的结构件调整镜头与相机的相对位置，使得亮区的形心调整到和图像传感器的中心重合，当二者重合时即完成相机和镜头的对位。

可以理解的是，若考虑进一步保证对位的精度，可以利用亮区形心和整张图像中心处的的像素位置信息，控制对应像素位置的偏移误差小于阈值，实现暗角对称分布的控制精度，避免单纯靠肉眼观察的误差过大，完成相机和镜头的高精度对位。

在另一个示例中，相机和镜头的对位要求可以不是唯一的，也可以是其它要求，不发明不再对此做扩展说明。

图4是本发明实施例提供的一种相机与镜头对位装置的具体结构图；图4中1为光源、2为管件、3为镜头，4为相机；可见本实施例中入射角调节部件通过管件实现。

图5是本发明实施例提供的入射角调节部件限制入射光线角度的仿真示意图；以管件为例，由图5可见，入射角调节部件可以限制入射到镜头的光线的角度，遮挡一部分角度的光线入射到镜头，以保证相机取像图像中存在暗角。

可以理解的是，本领域技术人员可以通过预先仿真、理论推导或者实验确定入射角调节部件的参数。

本发明提供的相机与镜头对位装置及方法，使用范围广，不仅适用于近眼显示设备测量系统，还适用于视角分布测量系统，也适用于常规镜头安装至相机，调整镜头与相机对位过程。

本发明可以采用显示屏作为光源，相比较于激光光源，不易对相机内部的图像传感器造成损伤；如果将镜头安装相机后，再判断镜头与相机定位，可以避免图像传感器长时间裸露在外易吸附灰尘。

本发明提供的装置和方法操作简单便捷，对辅助判断的仪器要求低，降低成本提高了效率；且本发明可以实现相机和镜头的准确对位，保证显示测量系统的测量精度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相机与镜头的对位装置，其特征在于，包括：入射角调节部件；

所述入射角调节部件置于光源的出射侧与镜头入瞳侧之间，用于调节镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的亮区的大小，使得相机成像得到的图像存在暗角，以便根据所述图像上的亮区形心相对于整张图像中心的位置偏移以及亮区的对称性调整所述镜头和相机的相对位置，将相机与镜头按照预设要求对位；所述光源用于向镜头入瞳侧出射入射光。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入射角调节部件与镜头的入瞳侧接触。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源为面光源。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述入射角调节部件包括：管件。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述入射角调节部件还包括：遮挡部件，所述遮挡部件置于管件和镜头之间。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述管件为可伸缩管件。

7.一种相机与镜头的对位方法，其特征在于，包括：

获取镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的图像；其中，所述镜头的入瞳侧与光源的出射侧之间放置有入射角调节部件，用于调节镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的亮区的大小，使得相机成像得到的图像存在暗角；所述光源用于向镜头入瞳侧出射入射光；

根据所述图像上亮区形心相对于整张图像中心的位置偏移以及亮区的对称性调整所述镜头和相机的相对位置，将相机与镜头按照预设要求对位。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在获取镜头出瞳侧出射的光被相机成像后得到的图像之前，所述镜头被预先安装在相机上。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述入射角调节部件与镜头的入瞳侧接触。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光源为面光源。