CN105913414A - 一种红外摄像头视觉***的标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摄像头标定技术领域，提供一种红外摄像头视觉***的标定装置及标定方法，所述红外摄像头视觉***的标定装置包括红外背光板、红外扩散板、金属图卡以及处理终端，红外背光板用于为金属图卡提供稳定的光照环境；红外扩散板用于将红外背光板提供的光照均匀扩散到金属图卡上；金属图卡用于为待标定红外摄像头提供稳定的测试图样；处理终端用于对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与实际场景距离的比例函数，从而实现对红外摄像头畸变的监测以及视觉***的坐标标定，操作简单，成本较低，检测效率高。

Description

一种红外摄像头视觉***的标定装置及标定方法

技术领域

本发明属于摄像头标定技术领域，尤其涉及一种红外摄像头视觉***的标定装置及标定方法。

背景技术

红外摄像头广泛应用于军工和虚拟游戏等电子产品，这些应用中，为消除摄像头畸变的影响，需要对红外摄像头进行视觉***标定，目的是将红外摄像头拍摄的图像坐标系与实际景物的坐标系相对应。由于红外摄像头的特殊性，不接收可见光，因此无法使用普通的菲林图卡或光学玻璃图卡对摄像头进行标定，目前尚未发现红外摄像头视觉***的标定装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红外摄像头视觉***的标定装置，旨在解决现有技术中红外摄像头无法使用普通的菲林图卡或光学玻璃图卡对摄像头进行标定的问题。

本发明是这样实现的，一种红外摄像头视觉***的标定装置，所述红外摄像头视觉***的标定装置包括红外背光板、红外扩散板、金属图卡以及处理终端，其中：

所述红外背光板用于为所述金属图卡提供稳定的光照环境；

所述红外扩散板与所述红外背光板临近且平行设置，所述红外扩散板用于将所述红外背光板提供的光照均匀扩散到所述金属图卡上；

所述金属图卡设置在所述红外扩散板远离所述红外背光板的一侧，所述金属图卡用于为待标定红外摄像头提供稳定的测试图样；

所述处理终端用于对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与实际场景距离的比例函数，所述比例函数的变量为目标像素点与所述待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度。

作为一种改进的方案，所述金属图卡上设有位于中央位置的方形长孔、中心圆和位于所述方形长孔两侧的若干均匀设置的标定圆孔。

作为一种改进的方案，所述红外摄像头视觉***的标定装置还包括红外摄像头固定夹具，所述红外摄像头固定夹具用于装夹待标定红外摄像头。

本发明的另一目的在于提供一种红外摄像头视觉***的标定方法，所述方法包括下述步骤：

开启红外背光板，所述红外背光板发出的光照通过红外扩散板照射到金属图卡上；

待标定红外摄像头对所述金属图卡进行测试图像拍摄，并将拍摄到的测试图像通过视频线传递给处理终端；

所述处理终端对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与金属图卡距离的比例函数，所述比例函数的变量为目标像素点与所述待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度。

作为一种改进的方案，所述处理终端对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与金属图卡距离的比例函数的步骤具体包括下述步骤：

对采集到的测试图像进行畸变校正；

根据畸变校正后的测试图像中方形长孔的轮廓，对畸变校正之后的测试图像执行旋转操作，控制所述测试图像中方形长孔与测试图像的竖直角度为0度；

依据旋转之后的测试图像，建立坐标系，获取测试图像中金属图卡的尺寸和各个标定圆孔坐标参数；

将获取到的测试图像中金属图卡的尺寸和各个标定圆孔坐标参数与金属图卡的实际尺寸和标定圆孔的坐标参数进行比对，生成测试图像中各个像素点的坐标与金属图卡上的各个测试点的坐标对应关系；

根据生成的测试图像中各个像素点的坐标与金属图卡上的各个测试点的坐标对应关系，生成测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与金属图卡距离的比例函数。

作为一种改进的方案，所述对采集到的测试图像进行畸变校正之前的步骤还包括下述步骤：

利用校准件对红外摄像头固定夹具进行校准，所述校准件包括待标定红外摄像头金属仿形件和激光发射器。

作为一种改进的方案，所述对采集到的测试图像进行畸变校正之前的步骤还包括下述步骤：

预先存储金属图卡的实际尺寸以及方形长孔、标定圆孔的位置关系。

作为一种改进的方案，在所述坐标系内，定义所述测试图像中左上角第一个标定圆孔为所述坐标系的原点坐标。

作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：

根据待标定红外摄像头的拍摄参数，选取与所述拍摄参数相适应的红外背光板的灯珠波长以及合适尺寸大小的金属图卡。

在本发明实施例中，红外摄像头视觉***的标定装置包括红外背光板、红外扩散板、金属图卡以及处理终端，红外背光板用于为金属图卡提供稳定的光照环境；红外扩散板用于将红外背光板提供的光照均匀扩散到金属图卡上；金属图卡用于为待标定红外摄像头提供稳定的测试图样；处理终端用于对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与实际场景距离的比例函数，从而实现对红外摄像头畸变的监测以及视觉***的坐标标定，操作简单，成本较低，检测效率高。

附图说明

图1是本发明提供的红外摄像头视觉***的标定装置的结构示意图；

图2是本发明提供的金属图卡的结构示意图；

图3是本发明提供的校准件的结构示意图；

图4是本发明提供的红外摄像头视觉***的标定方法的实现流程图；

图5是本发明提供的处理终端的处理流程图；

其中，1-红外背光板，2-红外扩散板，3-金属图卡，4-处理终端，5-方形长孔，6-中心圆，7-标定圆孔，8-水平测试台架，9-红外摄像头固定夹具，10-金属仿形件，11-激光发射器。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的红外摄像头视觉***的标定装置的结构示意图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明相关的部分。

红外摄像头视觉***的标定装置包括红外背光板1、红外扩散板2、金属图卡3以及处理终端4，其中：

红外背光板1用于为金属图卡3提供稳定的光照环境；

红外扩散板2与红外背光板1临近且平行设置，红外扩散板2用于将红外背光板1提供的光照均匀扩散到金属图卡3上；

金属图卡3设置在红外扩散板2远离红外背光板1的一侧，金属图卡3用于为待标定红外摄像头提供稳定的测试图样；

处理终端4用于对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡3的比例关系，测试图像与金属图卡3的比例关系包括测试图像距离与实际场景距离的比例函数，比例函数的变量为目标像素点与待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度。

如图2所示，金属图卡3上设有位于中央位置的方形长孔5、中心圆6和位于方形长孔5两侧的若干均匀设置的标定圆孔7，其中，该方形长孔5主要用于待标定红外摄像头的测试图像的旋转角度计算，中心圆6主要用于待测之前的校准，若干个标定圆孔7均用于测试图像的坐标标定和畸变校正的计算，主要是用于确定测试图像与金属图卡3的比例关系；

图2中给出的是两个方形长孔5的情形，在此不用以限制本发明。

该金属图卡3可以制作若干个，根据不同红外摄像头的型号进行设置，例如大小尺寸上的不同，以适应不同的测量标定需求。

在本发明实施例中，待标定红外摄像头设置在靠近金属图卡3的一侧，带标定红外摄像头通过视频线与处理终端4通讯连接，其中，该通讯终端为电脑终端或具有相同处理能力的终端设备。

其中，上述红外摄像头视觉***的标定装置中的红外背光板1、红外扩散板2和金属图卡3可以设置在一水平测试台架8上，在该水平测试台架8上还设有用于安装放置待标定红外摄像头的红外摄像头固定夹具9，该红外摄像头固定夹具9主要用于装夹红外摄像头，并可以根据实际的要求调整装夹的红外摄像头的高度、角度等位置，在此不再赘述。

在本发明实施例中，如图3所示，在装夹待标定红外摄像头之前，需要利用校准件对红外摄像头固定夹具9进行校准，校准件包括待标定红外摄像头金属仿形件10和激光发射器11。

图4示出了本发明提供的红外摄像头视觉***的标定方法的实现流程，其具体包括下述步骤：

在步骤S101中，开启红外背光板1，红外背光板1发出的光照通过红外扩散板2照射到金属图卡3上。

在步骤S102中，待标定红外摄像头对金属图卡3进行测试图像拍摄，并将拍摄到的测试图像通过视频线传递给处理终端4。

在步骤S103中，处理终端4对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡3的比例关系，测试图像与金属图卡3的比例关系包括测试图像距离与金属图卡3距离的比例函数，比例函数的变量为目标像素点与待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度。

在本发明实施例中，在执行上述步骤S101之前，还需要执行下述步骤：

利用校准件对红外摄像头固定夹具9进行校准，其具体为：

结合图3，将金属仿形件10放入红外摄像头固定夹具9内，调整红外摄像头固定夹具9高度及旋转角度，使激光发射器11的光束入射金属图卡3中心圆6中，校准可保证产品测试时正对金属图卡3中心圆。

图5示出了本发明提供的处理终端4的处理流程，即处理终端4对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡3的比例关系，测试图像与金属图卡3的比例关系包括测试图像距离与金属图卡3距离的比例函数的步骤具体包括下述步骤：

在步骤S201中，对采集到的测试图像进行畸变校正。

其中，畸变的形式主要用枕形畸变和桶形畸变，结合常规的畸变计算和校正方式，可以对待标定红外摄像头拍摄的测试图像进行畸变计算，并采用常规的校正方式进行校正，获得畸变较小的测试图像，在此不再赘述，但不用以限制发明。

在步骤S202中，根据畸变校正后的测试图像中方形长孔5的轮廓，对畸变校正之后的测试图像执行旋转操作，控制测试图像中方形长孔5与测试图像的竖直角度为0度。

对畸变校正后的测试图像进行分析，识别测试图像中中心圆6和方形长孔5的轮廓，计算方形长孔5与测试图像竖直方向的旋转角度，然后将测试图像进行旋转，直至测试图像中方形长孔5与测试图像的竖直角度为0度。

在步骤S203中，依据旋转之后的测试图像，建立坐标系，获取测试图像中金属图卡3的尺寸和各个标定圆孔7坐标参数。

依据旋转处理后的侧视图像，建立X-Y坐标系，在该坐标系内，可以定义测试图像中左上角第一个标定圆孔为坐标系的原点坐标，然后在坐标系内计算其他标定圆孔7的坐标；

在该坐标系内，计算得到金属图卡3的尺寸以及各个标定圆孔7坐标参数。

在步骤S204中，将获取到的测试图像中金属图卡3的尺寸和各个标定圆孔7坐标参数与金属图卡3的实际尺寸和标定圆孔7的坐标参数进行比对，生成测试图像中各个像素点的坐标与金属图卡3上的各个测试点的坐标对应关系。

在步骤S205中，根据生成的测试图像中各个像素点的坐标与金属图卡3上的各个测试点的坐标对应关系，生成测试图像与金属图卡3的比例关系，测试图像与金属图卡3的比例关系包括测试图像距离与金属图卡3距离的比例函数。

其中，比例函数的变量为目标像素点与待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度，即：在测试图像中，距离中心圆6不同距离的坐标区域距离比不一致，测试图像中距离中心圆6的距离，即为红外摄像头实际测试中，待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度。

在诸多应用红外摄像头的场景中，可以根据此比例函数，对拍摄到的图像进行确定实际场景中各个目标需求物体的实际距离、位置等内容，该比例函数的确定为后续实际的应用提供基础。

在本发明实施例中，在制作上述各个金属图卡3时，需要对各个型号的金属图卡3的尺寸、方形长孔5的大小位置以及各个标定圆孔7的个数、位置关系等数据进行测量，并将其预先存储到处理终端4内，作为后续标定测试时的计算依据，在此不再赘述。

在本发明实施例中，为了满足不同待测红外摄像的测试需求，可以根据待标定红外摄像头的拍摄参数，选取与拍摄参数相适应的红外背光板1的灯珠波长以及合适尺寸大小的金属图卡3。

在本发明实施例中，红外摄像头视觉***的标定装置包括红外背光板1、红外扩散板2、金属图卡3以及处理终端4，红外背光板1用于为金属图卡3提供稳定的光照环境；红外扩散板2用于将红外背光板1提供的光照均匀扩散到金属图卡3上；金属图卡3用于为待标定红外摄像头提供稳定的测试图样；处理终端4用于对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡3的比例关系，测试图像与金属图卡3的比例关系包括测试图像距离与实际场景距离的比例函数，从而实现对红外摄像头畸变的监测以及视觉***的坐标标定，操作简单，成本较低，检测效率高。

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 (9)

1.一种红外摄像头视觉***的标定装置，其特征在于，所述红外摄像头视觉***的标定装置包括红外背光板、红外扩散板、金属图卡以及处理终端，其中：

所述红外背光板用于为所述金属图卡提供稳定的光照环境；

所述红外扩散板与所述红外背光板临近且平行设置，所述红外扩散板用于将所述红外背光板提供的光照均匀扩散到所述金属图卡上；

所述金属图卡设置在所述红外扩散板远离所述红外背光板的一侧，所述金属图卡用于为待标定红外摄像头提供稳定的测试图样；

所述处理终端用于对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与实际场景距离的比例函数，所述比例函数的变量为目标像素点与所述待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度。

2.根据权利要求1所述的红外摄像头视觉***的标定装置，其特征在于，所述金属图卡上设有位于中央位置的方形长孔、中心圆和位于所述方形长孔两侧的若干均匀设置的标定圆孔。

3.根据权利要求2所述的红外摄像头视觉***的标定装置，其特征在于，所述红外摄像头视觉***的标定装置还包括红外摄像头固定夹具，所述红外摄像头固定夹具用于装夹待标定红外摄像头。

4.一种红外摄像头视觉***的标定方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

开启红外背光板，所述红外背光板发出的光照通过红外扩散板照射到金属图卡上；

待标定红外摄像头对所述金属图卡进行测试图像拍摄，并将拍摄到的测试图像通过视频线传递给处理终端；

所述处理终端对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与金属图卡距离的比例函数，所述比例函数的变量为目标像素点与所述待标定红外摄像头的光轴之间的夹角角度。

5.根据权利要求4所述的红外摄像头视觉***的标定方法，其特征在于，所述处理终端对待标定红外摄像头采集的测试图像进行标定计算，得到测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与金属图卡距离的比例函数的步骤具体包括下述步骤：

对采集到的测试图像进行畸变校正；

根据畸变校正后的测试图像中方形长孔的轮廓，对畸变校正之后的测试图像执行旋转操作，控制所述测试图像中方形长孔与测试图像的竖直角度为0度；

依据旋转之后的测试图像，建立坐标系，获取测试图像中金属图卡的尺寸和各个标定圆孔坐标参数；

将获取到的测试图像中金属图卡的尺寸和各个标定圆孔坐标参数与金属图卡的实际尺寸和标定圆孔的坐标参数进行比对，生成测试图像中各个像素点的坐标与金属图卡上的各个测试点的坐标对应关系；

根据生成的测试图像中各个像素点的坐标与金属图卡上的各个测试点的坐标对应关系，生成测试图像与金属图卡的比例关系，所述测试图像与金属图卡的比例关系包括测试图像距离与金属图卡距离的比例函数。

6.根据权利要求5所述的红外摄像头视觉***的标定方法，其特征在于，所述对采集到的测试图像进行畸变校正之前的步骤还包括下述步骤：

利用校准件对红外摄像头固定夹具进行校准，所述校准件包括待标定红外摄像头金属仿形件和激光发射器。

7.根据权利要求5所述的红外摄像头视觉***的标定方法，其特征在于，所述对采集到的测试图像进行畸变校正之前的步骤还包括下述步骤：

预先存储金属图卡的实际尺寸以及方形长孔、标定圆孔的位置关系。

8.根据权利要求5所述的红外摄像头视觉***的标定方法，其特征在于，在所述坐标系内，定义所述测试图像中左上角第一个标定圆孔为所述坐标系的原点坐标。

9.根据权利要求5所述红外摄像头视觉***的标定方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：

根据待标定红外摄像头的拍摄参数，选取与所述拍摄参数相适应的红外背光板的灯珠波长以及合适尺寸大小的金属图卡。