CN104040427A - 用于测量摄像机的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量具有图像传感器(21)的摄像机(8)、尤其固定焦点摄像机(8)的设备(1)，其中，所述设备(1)具有：摄像机保持装置(6)，其用于在至少一个摄像机位置(7)中容纳至少一个待检查的摄像机(8)；准直器装置(2)，其用于以不同的物距发出测试图案(12)的准直器光(14)；镜设备(4，5)，其用于将所述准直器光(14)偏转至所述摄像机位置(7)；其中，所述镜设备(3，5)具有至少一个通过镜调整设备(3)能够摆动到多个摆动位置中的第一镜装置(4)以及至少一个具有多个第二境单元(18-i)的第二镜装置(5)，其中，所述第二镜单元(18-i)将由所述第一镜装置(4)在其不同摆动位置中发出的光(16-i)反射至所述摄像机位置(7)，以在图像传感器(21)的不同图像区域中成像所述测试图案(12)。

Description

用于测量摄像机的设备和方法

背景技术

用于车辆的驾驶员辅助系统中的摄像机通常以固定焦点实施制造，即具有固定的聚焦。需要在物镜的图像平面到图像传感器的表面的正确定向方面检查摄像机。为此通常在图像域的不同位置上拍摄测试图样，所述测试图样由可机电调谐的准直器从不同的虚拟物距投影。可以分别在多个步骤中在无穷远和2m之间改变距离范围，以便求得检查物所聚焦的物距。对于每一个位置以及对于每一个物距，有利地由可在测试图案的所拍摄的图像中确定的脉冲响应计算MTF(modulation transfer function:调制传递函数)作为对比度的度量。物距的调谐(durchstimmen)也称作离焦扫描(Through-Focus-Scan)。

摄像机通常应如此聚焦，使得景深范围可靠地覆盖对于驾驶员辅助功能重要相关的距离范围；通过不仅应以足够好的对比度成像远距离的物体而且应以足够好的对比度成像较近距离的物体。所述特性应在图像域的不同位置中、即也在彼此远离的图像区域中——例如成像器或者由成像器提供的图像的角部中实现。

通常通过以下方式进行检查：彼此相对转动摄像机和准直器，以便可以在不同的图像域位置中成像测试图案。因此，容纳摄像机的保持装置或准直器是可转动的或可摆动的。在不同的摆动位置中，相应地需要可调谐的准直器的很多遍历。

如果在此转动或翻转待检查的摄像机或准直器，则分别需要定向单元的转动点的准确定心。在这样的测量中，通常进行将测试图案推移到另一图像域位置作为测量过程的外循环以及离焦扫描作为测量过程的内循环，因为测试图案的定向是更耗时的。

因此，这样的测量通常是费事的并且要求在不同的摆动位置中摄像机和/或准直器的准确调整。

DE 10 2004 010 958 A1描述了一种用于制造摄像机的设备，其中将第一校准域容纳到保持设备中并且将用于更大的虚拟物距的第二校准域与保持设备分开地设置，其中第二校准域可以通过容纳在保持设备中的多个镜单元由摄像机检测。可以通过六足装置精细地定位摄像机的图像传感器的位置。因此可以通过多个校准域和由镜单元构成的偏转设备实现更大的虚拟物距范围。

发明内容

与现有技术相比，根据本发明的用于测量摄像机的设备具有多个优点。因此，设有具有可摆动的第一镜装置的镜设备，以便逐渐地检验摄像机的不同的图像区域或者成像器区域。通过不同的摆动位置的调节可以将由准直器装置发出的测试图案偏转到不同的图像区域或者成像器芯片区域上，而为此无需摄像机的调整。可调整的第一镜装置将由发光装置发出的光以不同的翻转角偏转到第二镜装置的第二镜单元，所述第二镜单元将所述光分别偏转至摄像机或者摄像机的进光孔。在此，摄像机位置通过摄像机保持装置准确定义。

摄像机位置在观察光走向时理解为进行拍摄的摄像机的物镜的进光孔的位置。

因此，可以将摄像机容纳在固定的、不进行调整的摄像机容纳装置中。摄像机容纳装置相对于准直器容纳装置和第二镜装置尤其可以固定地或者刚性地设置。

因此，为了测量成像器或者摄像机仅仅需要第一镜装置的不同翻转角的调节，而无需作为整体翻转或摆动摄像机和/或准直器。第一镜装置尤其可以绕两个错开的轴——例如彼此正交的摆动轴摆动，以便因此将测试图案逐渐地成像到成像器芯片的二维面上。第二镜单元有利地构造为平面的；可摆动的或可翻转的第一镜装置也有利地构造成平面的，从而聚焦仅仅通过准直器装置进行。

根据一种特别有利的构造，第二镜装置的第二镜单元如此设置，使得从准直器装置至摄像机的摄像机位置或者进光孔的光学光路径的总长度在不同的摆动位置中完全地或至少基本上是相同的；在此，例如可以允许公差值内的差别。因此，总长度尤其由从准直器装置至可摆动的第一镜装置(从那里至第二镜装置并且从那里至摄像机)的光路径组成。这样的构造可以尤其通过第二镜单元的半球面的和/或旋转椭圆面的布置实现。第二镜单元可以为此固定地容纳在第二镜保持装置中，例如注塑或刚性地固定。

有利地，对于每一个摆动位置，即尤其两个翻转角的不同值对，分别设有一个第二镜单元，从而可以进行光学路径长度的准确协调。

本发明的特别优点在于，可以使需摆动的质量保持得较小，因为仅仅需要调整第一镜装置，其可以是唯一的平面的第一镜，其通过镜调整装置调节到不同的翻转角中。不同的物距或者聚焦的调节可以通过本身已知的方式通过可聚焦的准直器装置进行，其在此无需补充地摆动。

因此，可以逐渐地将不同的摄像机容纳在摄像机保持装置中以及通过调节不同的聚焦和不同的翻转角来测量所述不同的摄像机。也可以通过内循环和外循环实施所述调节。

本发明的另一优点在于，可以相对于传统的系统调整测量流程的循环结构，从而准直器在一个外循环中仅仅经历一次离焦扫描并且可调整的第一镜单元在一个内循环中可以分别快速地依次调节图像位置。

另一优点在于，与在诸如摄像机或准直器装置的较大质量的摆动的情况下相比，在调整能够以较小的质量构造的、可快速且准确地调整的第一镜单元的情况下可以在较短的检查持续时间内进行测量。

除分别相同的摄像机的测量以外，也可以测量具有不同开启角的摄像机；为此，有利地具有不同镜组的第二镜装置设计用于具有不同开启角的摄像机，即通常具有用于具有更大开启角的彼此远离的镜单元。因此，这样的第二镜装置可以用于不同的摄像机，而为此无需更换、改变或调整所述第二镜装置，其中仅仅需要进行用于镜调整装置和/或准直器装置的调整装置的控制的控制信号的软件匹配。

除单目镜摄像机的测量以外，也能够实现立体摄像机系统的测量。在此一方面可以通过调节不同的摆动位置逐渐地测量或者停止两个单个摄像机，从而也在此仅仅进行控制信号的匹配。有利地，第二镜装置具有用于立体摄像机系统的两个轴的不同镜组，其位于彼此错开的半球面或者旋转抛物面上；因此，也对于这样的构造仅仅要求具有固定设置的镜组的一个共同的第二镜装置，而不必须在此改变或更换第二镜装置。

因此，优点也在于，通过使用具有用于具有不同开启角的摄像机和/或立体摄像机的多个镜组的第二镜装置能够实现更复杂的测量，其中仅仅需要用于控制镜调整设备和/或准直器装置的聚焦的软件的配置匹配。

可调整的第一镜单元尤其可以具有可绕两个轴翻转的第一镜。这例如可以通过机电的两轴单元实现。然而，替代地，也可以实现由两个可摆动不同翻转角的镜——例如电流计镜构成的组合系统，所述电流计镜本身例如在激光处理中是已知的。

此外，根据本发明，也可以调节定义的天气条件。因此，可以在不同的天气条件——即温度和湿度下对于待检查的摄像机逐渐地调节多次测量。因为摄像机可以固定地并且无不同摆动角调节地容纳在摄像机保持装置中，所以可以省去隔离可摆动的摄像机容纳的问题。因此，可以使固定容纳的摄像机在无较大开销的情况下经受不同的条件。

另一优点在于，仅仅需要机电地构造三个轴，其可以由分析与控制装置准确地调节，即用于发光装置或者准直器装置的离焦扫描的一个轴和第一镜装置的两个轴。准直器的无穷远位置的对于测量准确性重要相关的校准仅仅对于唯一的准直器是需要的；可以避免不同的测量域位置的偏差。

此外，具有测试图案偏转到不同的测量位置上的唯一的准直器的使用也简化了光源的光谱设计的匹配，其例如对于夜视系统或图像分析系统的测量是需要的。

附图说明

图1在侧视图中示出根据一种实施方式的测量设备；

图2在前视图中示出固定的第二镜装置的原理；

图3示出根据用于逐渐地测量两个不同的摄像机的另一实施方式的固定的第二镜装置的前视图；

图4示出用于测量具有两个单个摄像机的立体摄像机装置的另一实施方式的固定的第二镜装置的前视图；

图5根据一种实施方式的测量方法的流程图。

具体实施方式

测量设备1根据图1具有用作准直器装置的、可聚焦的准直器2、镜调整设备3、固定的第二镜装置5以及摄像机保持装置6，所述镜调整设备具有可摆动地容纳的第一镜4，摄像机保持装置具有容纳在摄像机位置7中的待检查的摄像机8。

准直器2以本身已知的方式具有：壳体2a、光学装置9、壳体2a的后部区域中的作为光源的例如LED单元10和通过调整装置15在壳体2a中可沿着光轴A调整的测试图案(测试图样)12。

光学装置9优选是具有壳体2a中的固定位置的目镜(汇聚透镜)。测试图案12例如可以是经蚀刻的板或玻璃盘，例如如同从图3的示图中看到的十字形测试图案12，其从后面由LED单元10照明并且因此向前(例如朝向目镜9)呈现为发光的物体，其随后可以通过摄像机8的全部光学布置成像。测试图案12在准直器2中的不同径向位置因此用于表示不同的物距，其可以由待检查的摄像机8成像。

准直器2或者其准直器壳体2a在测量设备1的准直器容纳装置11中固定地支承；因此，用于调节准直器12的聚焦的调整装置15可相对于准直器容纳装置11调整。由准直器2发出的光14沿着光轴A传播至可摆动的第一镜4。第一镜4通过镜调整装置3可绕两个正交的摆动轴C和D摆动，所述两个正交的摆动轴不平行于光轴A。第一镜4在其摆动位置中分别不与光轴A正交，从而入射光14不直接反射回准直器2而是反射回第二镜装置5。摆动轴C和D有利地与第一镜4平行。取代唯一的、可绕摆动轴C和D摆动的镜原则上也可以设置具有两个可分别绕一个摆动轴摆动的第一镜的镜装置。

第一镜4优选构造成平面的。在图1的示图中，摆动轴C垂直于图平面，另一摆动轴D在图平面内。

第一镜4根据其摆动位置在不同方向上作为光路径16-1、16-2——即16i反射入射光14，其中i＝1、2、3…；其中在图1中示例性地示出光路径16-i和16-(i+1)。每一个光路径16-i偏转到第二镜装置5的一个第二镜单元18-i上，其中i＝1、2…。各个第二镜单元18-1、18-2…有利地又构造成平面的并且容纳在凹的、球面地或者半球面地或椭圆面地成形的第二镜保持装置9上。

第一镜4和第二镜单元18-i的平面的构造是有利的，从而聚焦仅仅通过准直器2确定并且镜4和镜单元18-i的精确制造是成本有利的。然而原则上也能够实现第一镜4和/或第二镜单元18-i的非平面的构造并且则在求取摄像机8的相应物距时相应地考虑所述非平面的构造。

各个第二镜单元18-i将入射光路径16-i分别反射至摄像机8的物镜的进光孔8a，所述摄像机的图像传感器(成像器芯片)21因此提供(基本上)相应于在图2中示出的第二镜装置5的前视图的图像。

在图2中和在图3和4的其他实施方式中相应地在第二镜单元18-i的位置上标出测试图案的图像B12；因此，图2至图4清楚起见示出第二镜装置的前视图与由摄像机的图像传感器21拍摄的图像或者所产生的图像信号S1的重叠。

图像信号S1输出给控制与分析装置30，所述控制与分析装置又将控制信号S2输出给镜调整设备3和调整设备15。控制与分析装置30在此示意性示出并且可以相应地由多个用于控制和用于分析的单元形成。

因此，根据摆动角(翻转角)绕镜4的C轴调节α并且绕镜4的D轴调节β，在由摄像机8输出的图像信号S1的不同的水平位置(x轴)和垂直位置(y轴)上示出测试图案12的图像B12。因此在不同的角度值α和β中得到测试图案12的图像B12的矩阵布置。

因此，通过镜调整装置3的摆动角α和β调节摄像机8的图像传感器2的不同图像域位置，从而可以检验所述位置和质量。

各个第二镜单元18-i有利地如此布置，使得从第一镜4(在其不同的角度位置中)经由第二镜单元18-i至摄像机8的进光孔8a的全部光学路径对于所有i都是相同的。这由第二镜保持装置19上的第二镜单元18-i的半球面的或者椭圆面的布置实现，因为在这样的布置中从第一镜4(或者摆动轴C和D在镜4中的交点)经由相应的第二镜单元18-i至物镜8a的距离总和是恒定的。

因此，准直器容纳装置11、第二镜保持装置19和摄像机保持装置6是彼此位置固定地设置的；它们有利地容纳在测量设备1的框架中。摄像机保持装置6允许摄像机8在光学装置中的定义的摄像机位置7。

原则上也能够实现更复杂的镜构造，例如具有多于一个固定的镜装置5或具有两个可绕不同的摆动轴翻转的镜；然而，所示的构造关于通过第二镜单元18-i的半球面的或者椭圆面的布置的相同光学路径的构造是有利的。

对于光学摄像机8的成像特性的完全测量，在图像传感器(成像器)21上的不同位置上在不同的虚拟物镜的情况下记录其图像信号S1。不同的虚拟物距通过准直器2的调整装置5调节并且相应于真实的物镜，例如在2米和无穷远之间。

有利地，为了检测全部值，经历一个内循环和一个外循环。有利地经历相应于图像传感器21中的x方向和y方向的角度调节α和β作为内循环并且经历通过准直器2的调整的离焦扫描作为外循环。因此，分别通过调整装置15调节准直器2的焦点调节，并且对于所述焦点调节随后经历α和β的全部值，其中分别记录图像信号S1，然后调节调整装置15的下一次调节，其中又逐渐地调节α和β的全部角度值并且记录图像信号S1，等等。

也可以在不同的天气条件下实施借助测量设备1的测量。因此可以针对不同的温度值和/或湿度值分别实施具有全部焦点调节和角度调节α和β的测量。在此，对于这样的不同的温度调节和/或天气条件，镜4的翻转构造在技术上是可容易实现的，因为第二镜4仅仅具有较小的质量。

借助测量设备1也可以使用具有不同的开启角γ的摄像机8。有利地可以在无需扩建或者无需硬件改装的情况下并且仅仅作为用于分析或者处理图像传感器S1的分析软件的配置匹配来实现用于具有不同开启角γ的摄像机8的相同的测量设备1。

图3示出第二镜装置5的前视图，其具有两个镜组，即用于具有宽的开启角γ的摄像机8的由镜单元18-i(其中i＝1至9)构成的镜组18和用于具有更小的开启角γ的另一摄像机8的由镜单元20-i(其中i＝1至9)构成的另一镜组20。摄像机8的光轴E对称地穿过两个镜组18和20，所述两个镜组因此彼此对称地设计或者设计用于扩大的或缩小的成像。

因此，在图3中，在相同的光轴E的情况下，第二镜装置5的外框相应于具有更大的开启角的摄像机8的图像传感器21，包围镜单元20-i的内框相应于具有更小的开启角的摄像机8的图像传感器21。

图4示出用于测量具有两个摄像机、即具有两个彼此错开的光轴E1和E2的摄像机的立体摄像机装置的第二镜装置5的构造。为此又使用可调整的共同的第一镜4和共同的第二镜装置5，其具有用于立体摄像机装置的左侧摄像机的具有左侧的第二镜单元18-i(其中i＝1至9)的左侧镜组18并且具有用于立体摄像机装置的右侧摄像机的具有右侧的第二镜单元28-i(其中i＝1至9)的右侧镜组28。因此，左侧镜单元18-i设置在具有光轴E1的第一半球面上或者第一旋转抛物面上，并且右侧摄像机8的右侧镜单元28-i设置在具有与其错开的光轴E2的第二半球面上或者第二旋转椭圆面上，其中全部镜单元18-i和28-i刚性地容纳在第二镜装置5中。

根据图5中的流程图示例性地示出根据本发明的测量方法。在步骤St0中开始，然后经历外循环St1和内循环St2。外循环St2用于不同的离焦值的调节；为此值由准直器2的调整装置15经历参数k＝1至k＝m。内循环St2用于不同的翻转角α和β的调节；为此参数n从n＝1至n＝j。

图5中的参数k和m初始设置到1的循环以及随后的累加的表示在此仅仅是示例性的。

在步骤St3中，分别由摄像机8拍摄图像以及产生图像信号S1，所述图像信号随后在步骤St4中被分析；对于根据图2的实施方式，在步骤St5中结束所述方法。对于具有不同的开启角γ的摄像机8的测量，彼此相继地将不同的摄像机8置于摄像机保持装置6中并且实施根据图5的测量方法。对于立体摄像机的测量，在St0中的开始之后同样针对各个摄像机8分别实施内循环和外循环St1和St2以及St3中的测量，以及步骤St4中的随后的共同分析。

Claims (15)

1.一种用于测量具有图像传感器(21)的摄像机(8)、尤其固定焦点摄像机(8)的设备(1)，其中，所述设备(1)具有：

摄像机保持装置(6)，其用于在至少一个摄像机位置(7)中容纳至少一个待检查的摄像机(8)；

准直器装置(2)，其用于以不同的物距发出测试图案(12)的准直器光(14)；

镜设备(4，5)，其用于将所述准直器光(14)偏转至所述摄像机位置(7)；

其中，所述镜设备(3，5)具有至少一个通过镜调整设备(3)能够摆动到多个摆动位置中的第一镜装置(4)以及至少一个具有多个第二境单元(18-i)的第二镜装置(5)，

其中，所述第二镜单元(18-i)将由所述第一镜装置(4)在其不同摆动位置中发出的光(16-i)反射至所述摄像机位置(7)，以在图像传感器(21)的不同图像区域中成像所述测试图案(12)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，对于所述第一镜装置(4)的每一个摆动位置设有恰好一个第二镜单元(18-i)，其将由所述第一镜装置(4)在所述摆动位置中发出的光(16i)偏转至所述摄像机位置(7)、尤其进行拍摄的摄像机(8)的进光孔(8a)的位置。

3.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二镜装置(5)的第二镜单元(18-i)相对彼此地以及相对所述摄像机保持装置(6)以固定的位置和固定的定向设置。

4.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一镜装置(4)或所述第一镜装置的一个或多个部分镜能够绕两个不平行的摆动轴(C，D)、优选正交的摆动轴(C，D)分别调节到多个翻转角位置中(α，β)中。

5.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，从所述准直器装置(2)至所述摄像机位置(7)的光学光路径(14，16-i，18-i)的总长度在所述第一镜装置(4)的全部摆动位置中是相同的或位于一个公差范围内。

6.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述准直器装置(2)能够通过调整装置(15)聚焦，以调节不同的聚焦或物距来发出所述测试图案(12)的平行光和/或光锥。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述准直器装置(2)具有能够通过所述调整装置(15)调整的测试图案(2)、光学装置(9)和用于在传输或反射中照明所述测试图案(12)的照明装置(10)。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述设备具有控制与分析装置(30)，其记录由所述摄像机(8)产生的图像信号(S1)以及输出用于调节所述第一镜装置(4)的不同摆动位置(α，β)和所述发光装置(2)的不同的聚焦或物距的控制信号(S2，S3)，其中，所述控制与分析装置(30)由在所述摆动位置和聚焦或物距中产生的图像信号(S1)分别求取一个对比度，例如通过计算调制传递函数。

9.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二镜装置(5)具有一个或多个镜组(18，20，28)，其中，每一个镜组分别具有多个优选平面的第二镜单元(18-i，20i，28i)，其分别彼此设置在半球面的或旋转椭圆面的布置中。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二镜装置(5)具有至少两个镜组(18，20)，其中，每一个镜组(18，20)分别具有多个第二镜单元(18-i，20-i)以测量具有不同开启角(γ)的摄像机(8)，其中，与用于具有较小的开启角(γ)的摄像机(8)的镜组(20)的第二镜单元(20i)相比，用于具有较大的开启角(γ)的摄像机(8)的镜组(18)的第二镜单元(18i)彼此相距更远。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述设备构造用于测量具有两个彼此错开的光轴(E1，E2)的立体摄像机系统，其中，所述第二镜装置(5)具有两个镜组(18，28)，其中，每一个镜组(18，28)的第二镜单元(18i，28i)分别设置在相对所述两个光轴(E1，E2)之一的半球面的或旋转抛物面的布置中。

12.一种测量设备，其具有根据以上权利要求中任一项所述的设备(1)和容纳在所述摄像机保持装置(6)中的摄像机(8)，所述摄像机具有图像传感器(21)，所述摄像机输出所述图像信号(S1)。

13.一种用于测量摄像机(8)的方法，尤其在使用根据权利要求1至11中任一项权利要求所述的设备(1)的情况下，所述方法具有以下步骤：

将具有图像传感器(21)的摄像机(8)容纳在摄像机保持装置(6)中；

调节准直器装置(2)的不同的物距或聚焦以发出具有不同物距的测试图案(12)的准直器光(14)；

如此调节在所述准直器装置(2)和所述摄像机(8)之间的光路中设置的、能够调整的第一镜装置(4)的不同的摆动位置(α，β)，使得由所述第一镜装置(4)在其摆动位置(α，β)中反射的光(16-i)逐渐地偏转到第二镜装置(5)的不同第二镜单元(18-i，20i，28-i)上，所述第二镜单元将所述光分别偏转至待测量的摄像机(8)，其中，从所述准直器装置(2)至所述摄像机(8)的光学光路径(14，16-i，18-i)的总长度在所述第一镜装置(4)的全部摆动位置中是相同的，并且所述测试图案在所述不同的摆动位置中在所述图像传感器(21)的不同图像区域中成像。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，分别逐渐地在内循环和外循环中逐渐地调节所述不同的物距或聚焦和所述不同的摆动位置(α，β)，其中，对于所述外循环的每一次调节分别逐渐地调节所述内循环的不同的调节。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，随后在其对比度方面分析由所述摄像机(8)在不同的物距和所述第一镜装置(4)的不同的摆动位置(α，β)中输出的图像信号(S1)，例如在形成调制传递函数的情况下。