本发明专利技术公开了一种相机标定和平场校正装置、相机标定方法及平场校正方法，相机标定和平场校正装置，包括：暗箱；光源发生器，其包括LED光源和与之连接的光纤；基准相机；移动台。由于相机标定和平场校正装置采用可调节亮度的LED光源作为发射光源，基准相机作为照明光辐照度的检测器，待检相机和基准相机安装在可移动的移动台上，使得本装置能够通过调节LED光源的亮度或调节待检相机和基准相机之间与LED光源的距离来调节照明光的辐照度，以实现不同辐照度的照射，并且基准相机为面阵探测器，基准相机还能够用于检测照明光的辐照均匀性，从而本装置由更为廉价的部件构成，并能够进行快速精确的相机标定和平场校正。
【技术实现步骤摘要】
相机标定和平场校正装置、相机标定方法及平场校正方法
本专利技术涉及相机成像校正
，具体涉及相机标定和平场校正装置、相机标定方法及平场校正方法。
技术介绍
理想情况下，当相机各像元接收到的辐照度相等即探测器整个靶面辐照均匀时，得到图像中所有像素点的灰度值应该是相等的。而实际上对任意CCD和CMOS相机而言，各像素对相同的辐照度产生的灰度值并不相同，称为探测器的响应非均匀性。导致响应非均匀性的原因包括：相机的CCD或CMOS芯片本身的结构材料和制造工艺等具有局部差异性；各像元的光谱响应函数不同；读出噪声和暗电流噪声的差异性等。平场校正的目的就是校正上述非均匀性。相机标定是获得相机输出灰度与入射辐照度之间定量关系的重要手段之一，得到标定结果后可以由相机灰度反演出入射辐照度。在一些对图像质量要求较高的成像领域和光度测量领域，例如天文观测、遥感成像、光度测量、基因测序荧光成像等，需要对相机进行平场校正和标定。这类相机探测器的响应近似为线性，因此最常用的平场校正方法是两点校正，需要暗场(避光)和明场两个不同能量等级的场景，获得每个像素的校正参数：增益和偏置，采用该参数可实现任意场景图像的平场校正。相机标定可以采用两点标定和多点标定等方式，对于响应线性的探测器，两点标定即可获得探测器响应灰度与入射能量的关系。多点标定则有助于研究相机的非线性响应现象，可用于相机响应线性度检测以及宽动态范围的平场校正(多点平场校正)。相机标定和平场校正的关键是需要亮度可调并能够实时监测的均匀光源，现有的光源通常为积分球。积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，光线在球内部被均匀地反射及漫射，在球面上形成均匀的光强分布，因此输出孔所得到的光线为非常均匀的漫射光束。但是积分球的价格昂贵、体积大、辐射能量对相机标定而言余量过大，因此对使用场景有所限制。
技术实现思路
本申请提供一种廉价、精确的相机标定和平场校正装置、相机标定方法及平场校正方法。根据第一方面，一种实施例中提供一种相机标定和平场校正装置，包括：暗箱；光源发生器，其安装在暗箱内，光源发生器包括可调节照明光亮度的LED光源和与之连接的光纤，LED光源通过光纤发射照明光；用于检测照明光辐照度和辐照均匀性的基准相机；移动台，其可沿平行和垂直照明光光轴方向移动的安装在暗箱内，移动台设有用于承载待检相机的第一承载位和用于承载基准相机的第二承载位，第一承载位和第二承载位沿垂直照明光光轴的方向并排设置，基准相机安装在移动台的第二承载位上，并面向光纤的发射端设置。进一步地，相机标定和平场校正装置还包括光纤安装架，光纤安装架安装在暗箱内，位于光源发生器和移动台之间，光纤安装架的上端设有一个可转动调节的安装端，光纤的发射端安装在光纤安装架的安装端上，安装端用于调节照明光光轴的方向。进一步地，相机标定和平场校正装置还包括第一导轨和第二导轨，第一导轨安装在暗箱内，并沿平行照明光光轴的方向设置，第二导轨可移动的安装在第一导轨上，并与第一导轨垂直，移动台可移动的安装在第二导轨上。进一步地，光纤安装架的安装端用于调节照明光光轴的水平度，第一导轨沿水平方向设置，第二导轨沿竖直方向设置，移动台的第一承载位和第二承载位上下并排设置。进一步地，相机标定和平场校正装置还包括驱动机构，驱动机构分别与第二导轨和移动台连接，用于驱动第二导轨和移动台水平方向的移动和驱动移动台竖直方向的移动。进一步地，相机标定和平场校正装置还包括控制器，其分别与驱动机构、LED光源和基准相机信号连接，及用于与待检相机信号连接；控制器包括控制单元和处理单元，控制单元用于控制驱动机构驱动待检相机和基准相机切换交替对准光纤的发射端，及用于控制LED光源发射照明光及调节照明光的亮度，处理单元用于获取待检相机和基准相机的成像信息及进行相机标定和平场校正处理。进一步地，光纤射出照明光的数值孔径为0.22，光纤的长度为5m，移动台与光纤的发射端之间的间距为1-2m。根据第二方面，一种实施例中提供一种相机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：S101：调节基准相机与光纤的发射端对齐，LED光源发射的照明光垂直入射至基准相机上；S102：打开LED光源，从基准相机图像中实时观测图像的均匀性，并调节基准相机与光纤的发射端之间的间距，直至基准相机上光照的均匀性大于等于98％；S103：调节LED光源发射照明光的亮度或相机与光纤的发射端之间的距离，获得n个不同的辐照度值，在n个不同的辐照度值的位置切换待检相机和基准相机接收光照，分别采集待检相机和基准相机的图像，得到两者的灰度值分别为(l＝1,2,...,n)和(l＝1,2,...,n)；S104：通过如下响应方程式计算出照明光的辐照度E(l)(l＝1,2,...,n)，S0＝G0·E+O0其中，G0和O0分别表示基准相机的响应率和偏置；S105：对辐照度E(l)(l＝1,2,...,n)与待检相机像元(i，j)输出灰度(l＝1,2,...,n)进行线性拟合得到待检相机的标定结果。根据第三方面，一种实施例中提供一种平场校正方法，其特征在于，包括如下步骤：S201：调节基准相机与光纤的发射端对齐，LED光源发射的照明光垂直入射至基准相机上；S202：打开LED光源，从基准相机图像中实时观测图像的均匀性，并调节基准相机与光纤的发射端之间的间距，直至基准相机上光照的均匀性大于等于98％；S203：移动切换待检相机与光纤的发射端对齐，关闭LED光源，连续采集待检相机暗场图像若干帧计算出灰度值的平均值；S204：开启LED光源，调节照明光的亮度，使得待检相机输出的灰度平均值达到预设饱和状态，连续采集待检相机明场图像若干帧计算出灰度值的平均值；S205：处理待检相机明场和暗场图像，得到待检相机的每个像元的平场校正系数，完成对待检相机靶面的平场校正。进一步地，连续采集待检相机在明场和暗场图像各50帧计算出灰度值的平均值；并且开启LED光源时，调节照明光的亮度，使得待检相机输出的灰度平均值达到饱和状态的70％。依据上述实施例的相机标定和平场校正装置、相机标定方法及平场校正方法，由于相机标定和平场校正装置采用可调节亮度的LED光源作为发射光源，基准相机作为照明光辐照度的检测器，待检相机和基准相机安装在可移动的移动台上，使得本装置能够通过调节LED光源的亮度或调节待检相机和基准相机之间与LED光源的距离来调节照明光的辐照度，以实现不同辐照度的照射，并且基准相机为面阵探测器，基准相机还能够用于检测照明光的辐照均匀性，从而本装置由更为廉价的部件构成，并能够进行快速精确的相机标定和平场校正。附图说明图1为一种实施例中相机标定和平场校正装置的结构示意图；图2为一种实施例中相机标定方法的流程图；图3为一种实施例中相机平场校正方法的流程图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例一：本实施例提供了一种相机标定和平场校正装置，本装置主要用于相机的标定和平场校正，以校正相机各像元成像灰度值相等或接近相等，满足使用的需求，例如标定和平场校正基因测序仪上的荧光成像相机。如图1所示，本实施例的相机标定和平场校正装置主要包括暗箱1、光源发生器2、基准相机3和移动台4。暗箱1为一个不透光的密封箱体，暗箱1呈长方形体，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种相机标定和平场校正装置，其特征在于，包括：暗箱；光源发生器，其安装在所述暗箱内，所述光源发生器包括可调节照明光亮度的LED光源和与之连接的光纤，所述LED光源通过所述光纤发射照明光；用于检测照明光辐照度和辐照均匀性的基准相机；移动台，其可沿平行和垂直照明光光轴方向移动的安装在所述暗箱内，所述移动台设有用于承载待检相机的第一承载位和用于承载所述基准相机的第二承载位，所述第一承载位和第二承载位沿垂直照明光光轴的方向并排设置，所述基准相机安装在所述移动台的第二承载位上，并面向所述光纤的发射端设置。
【技术特征摘要】
1.一种相机标定和平场校正装置，其特征在于，包括：暗箱；光源发生器，其安装在所述暗箱内，所述光源发生器包括可调节照明光亮度的LED光源和与之连接的光纤，所述LED光源通过所述光纤发射照明光；用于检测照明光辐照度和辐照均匀性的基准相机；移动台，其可沿平行和垂直照明光光轴方向移动的安装在所述暗箱内，所述移动台设有用于承载待检相机的第一承载位和用于承载所述基准相机的第二承载位，所述第一承载位和第二承载位沿垂直照明光光轴的方向并排设置，所述基准相机安装在所述移动台的第二承载位上，并面向所述光纤的发射端设置。2.如权利要求1所述的相机标定和平场校正装置，其特征在于，还包括光纤安装架，所述光纤安装架安装在所述暗箱内，位于所述光源发生器和移动台之间，所述光纤安装架的上端设有一个可转动调节的安装端，所述光纤的发射端安装在所述光纤安装架的安装端上，所述安装端用于调节照明光光轴的方向。3.如权利要求2所述的相机标定和平场校正装置，其特征在于，还包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨安装在所述暗箱内，并沿平行照明光光轴的方向设置，所述第二导轨可移动的安装在所述第一导轨上，并与所述第一导轨垂直，所述移动台可移动的安装在所述第二导轨上。4.如权利要求3所述的相机标定和平场校正装置，其特征在于，所述光纤安装架的安装端用于调节照明光光轴的水平度，所述第一导轨沿水平方向设置，所述第二导轨沿竖直方向设置，所述移动台的第一承载位和第二承载位上下并排设置。5.如权利要求4所述的相机标定和平场校正装置，其特征在于，还包括驱动机构，所述驱动机构分别与第二导轨和移动台连接，用于驱动第二导轨和移动台水平方向的移动和驱动移动台竖直方向的移动。6.如权利要求5所述的相机标定和平场校正装置，其特征在于，还包括控制器，其分别与驱动机构、LED光源和基准相机信号连接，及用于与待检相机信号连接；所述控制器包括控制单元和处理单元，所述控制单元用于控制驱动机构驱动待检相机和基准相机切换交替对准所述光纤的发射端，及用于控制LED光源发射照明光及调节照明光的亮度，所述处理单元用于获取所述待检相机和基准相机的成像信息及进行相机标定和平场校正处理。7.如权利要求6所述的相机标定和平场校...
【专利技术属性】
技术研发人员：常松涛，段锁城，杨旺，
申请(专利权)人：长光华大基因测序设备长春有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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