本发明涉及一种摄像模组调焦装置及方法，特别涉及一种自动、快速车载摄像模组调焦装置及方法，属于汽车电子领域。
背景技术：
车载摄像头模组主要分为镜头、壳体、感光芯片三部分，传统的镜头对焦工艺是采用镜头外壁使用螺牙结构，将感光芯片电路板用螺丝预先锁附在壳体上，壳体与镜头之间通过螺纹配合，旋转调节镜头在壳体的深度来控制其与感光芯片的距离，从而找到最清晰的成像位置。因此，传统方案具有以下弊端：⑴现有带螺纹镜头在旋转过程中需要对镜头周围抱紧，对大广角镜头而言存在视野遮挡；⑵车载镜头一般由5～6片镜片组成，在组装过程中存在不可避免的光轴误差，普遍的公差范围在1°左右；⑶摄像头外壳内螺纹与镜头外壁螺纹存在配合间隙，存在导向性角度误差；⑷难以实现自动化连续旋转镜头，且反向旋转过程中存在较大回程误差。上述多种误差会导致镜头与感光芯片的相对位置不准确，表现出摄像头所拍摄画面的清晰度较低，光轴中心错位，边缘清晰度不一致等现象。
技术实现要素：
本发明车载摄像模组调焦装置及方法公开了新的方案，采用六自由度机械手自动、快速调节以及胶粘的方式固定镜头与感光芯片间的位置关系，解决了现有方案采用螺纹结合方式带来的安装不便以及安装误差较大的问题。
本发明车载摄像模组调焦装置包括待装配摄像头、六自由度装配机械手、图卡，待装配摄像头包括摄像头壳体，摄像头壳体的前端设有夹设在六自由度装配机械手上的镜头，摄像头壳体内的后端设有感光芯片电路板，感光芯片电路板与外部监视设备电连接，镜头的投影前方设有图卡，六自由度装配机械手将镜头调位、对焦，外部喷胶设备在镜头与摄像头壳体的前端的间隙内填充速凝胶水形成固定连接。
本发明还公开了一种车载摄像模组调焦方法，包括步骤：⑴启动感光芯片电路板，监视扫描画面显示纯色图像；⑵六自由度机械手夹持镜头进行相对感光芯片的距离调节，镜头逐渐接近感光芯片，监视扫描画面由纯色图像渐变为模糊的图卡图像，完成镜头高度粗定位；⑶六自由度机械手夹持镜头进行相对图卡的位置平移调节，图卡的中心逐渐对齐到感光芯片成像的几何中心位置，监视扫描画面上的图卡图像的中心逐渐接近显示画面的中心位置，完成图卡中心初步识别；⑷六自由度机械手夹持镜头进行焦距扫描，通过监视扫描画面确定图像的中心、四个角显示清晰时对应的镜头位置参数，通过三点拟合直线斜率算法计算得到镜头光轴的倾斜角度，六自由度机械手夹持镜头以镜头光心为转轴反向旋转调平消除倾斜角度，完成镜头光轴角度调整；⑸六自由度机械手夹持镜头进行焦距扫描，通过离焦曲线确认感光芯片处于镜头成像最清晰的焦平面，在清晰的画面中识别图卡的中心像点坐标，根据感光芯片像素尺寸，平移镜头使图卡中心像点与感光芯片几何中心对齐；⑹识别位置对称的图卡四角在监视画面中的坐标，计算每个坐标到监视画面中心的距离，判断四角的像素长度是否在规格内，完成畸变一致性判断；⑺利用外部喷胶设备在镜头与摄像头壳体的前端的间隙内填充速凝胶水，完成点胶固化。
进一步，本方案方法的步骤⑷中的三点拟合直线斜率算法是根据清晰度扫描曲线峰值错开的现象，利用在监视扫描图像上处于同一直线的三个点的清晰度峰值对应的镜头高度坐标连成线与水平面的夹角确定当前镜头的光轴的倾斜角度。
进一步，本方案方法的步骤⑺中，采用大功率紫外光照射填充好的速凝胶水，速凝胶水在5秒内凝固形成具有30牛顿以上的抗拉拔力。
进一步，本方案方法还包括步骤：⑻填充的速凝胶水固化后，对摄像头成像画面进行再次检测，完成成像效果检查。
本发明车载摄像模组调焦装置及方法采用六自由度机械手自动、快速调节以及胶粘的方式固定镜头与感光芯片间的位置关系，具有自动、高效以及误差小的特点。
附图说明
图1是车载摄像模组调焦装置的示意图。
图2是三点拟合直线斜率算法的原理图。
图3是车载摄像模组调焦方法的流程图。
其中，1是图卡，2是镜头的视野范围，3是镜头，4是速凝胶水，5是摄像头壳体，6是感光芯片电路板。
图2中，在镜头与感光芯片位置存在角度误差时，清晰度扫描曲线峰值会错开，处于图像同一直线上的三个点的清晰度峰值对应的镜头高度连成线，与水平面的夹角就是当前镜头的光轴倾斜的角度。
具体实施方式
本发明车载摄像模组调焦装置包括待装配摄像头、六自由度装配机械手、图卡，待装配摄像头包括摄像头壳体，摄像头壳体的前端设有夹设在六自由度装配机械手上的镜头，摄像头壳体内的后端设有感光芯片电路板，感光芯片电路板与外部监视设备电连接，镜头的投影前方设有图卡，六自由度装配机械手将镜头调位、对焦，外部喷胶设备在镜头与摄像头壳体的前端的间隙内填充速凝胶水形成固定连接。
本发明还公开了一种车载摄像模组调焦方法，包括步骤：⑴启动感光芯片电路板，监视扫描画面显示纯色图像；⑵六自由度机械手夹持镜头进行相对感光芯片的距离调节，镜头逐渐接近感光芯片，监视扫描画面由纯色图像渐变为模糊的图卡图像，完成镜头高度粗定位；⑶六自由度机械手夹持镜头进行相对图卡的位置平移调节，图卡的中心逐渐对齐到感光芯片成像的几何中心位置，监视扫描画面上的图卡图像的中心逐渐接近显示画面的中心位置，完成图卡中心初步识别；⑷六自由度机械手夹持镜头进行焦距扫描，通过监视扫描画面确定图像的中心、四个角显示清晰时对应的镜头位置参数，通过三点拟合直线斜率算法计算得到镜头光轴的倾斜角度，六自由度机械手夹持镜头以镜头光心为转轴反向旋转调平消除倾斜角度，完成镜头光轴角度调整；⑸六自由度机械手夹持镜头进行焦距扫描，通过离焦曲线确认感光芯片处于镜头成像最清晰的焦平面，在清晰的画面中识别图卡的中心像点坐标，根据感光芯片像素尺寸，平移镜头使图卡中心像点与感光芯片几何中心对齐；⑹识别位置对称的图卡四角在监视画面中的坐标，计算每个坐标到监视画面中心的距离，判断四角的像素长度是否在规格内，完成畸变一致性判断；⑺利用外部喷胶设备在镜头与摄像头壳体的前端的间隙内填充速凝胶水，完成点胶固化。
上述方案采用六自由度机械手自动、快速调节以及胶粘的方式固定镜头与感光芯片间的位置关系，以如图1所示的上下竖直布置的方式为例，镜头被夹持在最多六个自由度高精度机械手臂上，感光芯片固定在平面图卡正下方作为基准位置，镜头随机械手主动搜索相对感光芯片的位置，实时计算当前位置的成像状态，当成像效果达到最优时，镜头和外壳采用可瞬时固化的特殊胶水固定将该位置保持，完成镜头与摄像头壳体之间的组装。以上涉及的六自由度机械手可以采用现有的可实现六自由度运动的精密机械手，涉及的离焦曲线及其功能描述也是现有公开的技术手段，故无需赘述。基于以上内容，本方案具有高度自动化的特点，大幅提高了操作效率，减小了装配误差。
为了得到镜头光轴的倾斜角度，本方案采用了三点拟合直线斜率算法，具体可以是根据清晰度扫描曲线峰值错开的现象，利用在监视扫描图像上处于同一直线的三个点的清晰度峰值对应的镜头高度坐标连成线与水平面的夹角确定当前镜头的光轴的倾斜角度。上述方案涉及到的其它计算步骤以及参数的选择都可以采用现有公开或通用公知的方法实现。
为了使得镜头与摄像头壳体快速结合固定，并保证两者的连接强度，本方案方法的步骤⑺中，采用大功率紫外光照射填充好的速凝胶水，速凝胶水在5秒内凝固形成具有30牛顿以上的抗拉拔力。为了避免意外失误，进一步提高装配的质量，本方案方法还包括步骤：⑻填充的速凝胶水固化后，对摄像头成像画面进行再次检测，完成成像效果检查。
本方案公开了一种车载摄像模组自动、快速调焦工艺，具体是一种无螺牙镜头结构与感光芯片之间的主动对位调整，镜头被夹持在最多6个自由度高精度机械手臂上，感光芯片固定在平面图卡正下方作为基准位置，镜头随机械手主动搜索相对感光芯片的位置，实时计算当前位置的成像状态，当成像效果达到最优时，镜头和外壳采用可瞬时固化的特殊胶水固定将该位置保持，完成两者之间的组装。上述工艺主要包括以下过程：启动感光芯片，因上方无镜头成像，此时画面显示纯色图像，六自由度机械手夹持镜头进行高度扫描，当镜头从远处逐渐接近感光芯片时，画面由纯色图像变为较模糊的所拍摄图像内容，此时镜头高度粗定位步骤结束，在图像较模糊的状态下进行图卡中心的初步识别，使图卡的中心大致对齐到感光芯片成像的几何中心位置，然后进行焦距扫描，找到图像中心和四角各自最清晰点所对应的高度，通过三点拟合直线斜率算法计算得到镜头光轴的倾斜角度，机械手夹持镜头以镜头光心为转轴反向旋转该角度，镜头光轴角度调整完成，在竖直方向微调镜头位置，通过离焦曲线确认感光芯片处于镜头成像最清晰的焦平面，在清晰的画面中识别图卡的中心像点坐标，依照感光芯片像素尺寸，平移镜头使图卡中心像点与感光芯片几何中心对齐，然后进行畸变一致性判断，识别位置对称的四角图卡在画面中的坐标，计算每个坐标到中心的距离，判断四个角像素长度是否在规格内，然后点胶固化，此时镜头与外壳存在间隙，需要使用胶水填充，并进行大功率紫外光照射，胶水可在5秒内凝固且具有30牛顿以上的抗拉拔力，最后进行成像效果检查，胶水固化完后，需要对摄像头成像画面进行二次检测。
基于以上内容，本方案具有以下特点：⑴本方案不受镜头视场角以及图卡距离的限制，镜头可用小巧的夹爪夹持，并且具有安装增距镜的空间，满足远距离对焦要求；⑵本方案使用六自由度精密机械手进行主动对位，可弥补镜头组装时带来的外形与实际光轴之间角度误差；⑶本方案不需要镜头与外壳的螺纹固定，不会因螺纹间隙导致镜头固定不牢固以及气密性问题；⑷本方案在车载摄像模组大规模生产中具有更简易的工艺流程和时间效率。基于以上特点，本方案车载摄像模组调焦装置及方法相比现有同类方案具有突出的实质性特点和显著的进步。
本方案公开的系统、装置、模块等除有特别说明外，均可以采用本领域公知的通用、惯用的方案实现，涉及到的算法可以采用公知的通用、惯用算法，也可以根据具体情况进行适当修改。
本方案车载摄像模组调焦装置及方法并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以基于本领域技术人员的理解而延伸，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。
1.车载摄像模组调焦装置，其特征是包括待装配摄像头、六自由度装配机械手、图卡，所述待装配摄像头包括摄像头壳体，所述摄像头壳体的前端设有夹设在所述六自由度装配机械手上的镜头，所述摄像头壳体内的后端设有感光芯片电路板，所述感光芯片电路板与外部监视设备电连接，所述镜头的视野前方设有所述图卡，所述六自由度装配机械手将所述镜头调位、对焦，外部喷胶设备在所述镜头与所述摄像头壳体的前端的间隙内填充速凝胶水形成固定连接。
2.根据权利要求1所述车载摄像模组调焦装置的车载摄像模组调焦方法，其特征是包括步骤：
⑴启动感光芯片电路板，监视扫描画面显示纯色图像；
⑵六自由度机械手夹持镜头进行相对感光芯片的距离调节，镜头逐渐接近感光芯片，监视扫描画面由纯色图像渐变为模糊的图卡图像，完成镜头高度粗定位；
⑶六自由度机械手夹持镜头进行相对图卡的位置平移调节，图卡的中心逐渐对齐到感光芯片成像的几何中心位置，监视扫描画面上的图卡图像的中心逐渐接近显示画面的中心位置，完成图卡中心初步识别；
⑷六自由度机械手夹持镜头进行焦距扫描，通过监视扫描画面确定图像的中心、四个角显示清晰时对应的镜头位置参数，通过三点拟合直线斜率算法计算得到镜头光轴的倾斜角度，六自由度机械手夹持镜头以镜头光心为转轴反向旋转调平消除倾斜角度，完成镜头光轴角度调整；
⑸六自由度机械手夹持镜头进行焦距扫描，通过离焦曲线确认感光芯片处于镜头成像最清晰的焦平面，在清晰的画面中识别图卡的中心像点坐标，根据感光芯片像素尺寸，平移镜头使图卡中心像点与感光芯片几何中心对齐；
⑹识别位置对称的图卡四角在监视画面中的坐标，计算每个坐标到监视画面中心的距离，判断四角的像素长度是否在规格内，完成畸变一致性判断；
⑺利用外部喷胶设备在镜头与摄像头壳体的前端的间隙内填充速凝胶水，完成点胶固化。
3.根据权利要求2所述的车载摄像模组调焦方法，其特征在于，步骤⑷中的三点拟合直线斜率算法是根据清晰度扫描曲线峰值错开的现象，利用在监视扫描图像上处于同一直线的三个点的清晰度峰值对应的镜头高度坐标连成线与水平面的夹角确定当前镜头的光轴的倾斜角度。
4.根据权利要求2所述的车载摄像模组调焦方法，其特征在于，步骤⑺中，采用大功率紫外光照射填充好的速凝胶水，速凝胶水在5秒内凝固形成具有30牛顿以上的抗拉拔力。
5.根据权利要求2所述的车载摄像模组调焦方法，其特征在于，所述车载摄像模组调焦方法还包括步骤：
⑻填充的速凝胶水固化后，对摄像头成像画面进行再次检测，完成成像效果检查。
技术总结