CN108010088A - 用于可见光体视和红外体视的多光谱标定板及标定装置 - Google Patents

用于可见光体视和红外体视的多光谱标定板及标定装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于可见光体视和红外体视的多光谱标定板及标定装置，标定板上分布着若干个一种或一种以上任意组合的图案；图案为N条直线相交形成带顶点的图案、M条直线和曲线闭合形成的闭合图案、圆形图案或椭圆形图案，N≥2，M≥1，标定板和图案由锡箔纸或黑色纸制成，相邻的标定板和图案的制作材料不同。标定装置包括标定板（1）、移动伸展支架（2）和旋转支架（3），旋转支架（3）安装于移动伸展支架（2）上部，旋转支架（3）上连接标定板（1）。本发明方案制作简单，使用方便，标定结果精确。

Description

用于可见光体视和红外体视的多光谱标定板及标定装置
技术领域
本发明属于计算机视觉领域，具体是一种简单实用、精度高的红外摄像机和可见光摄像机标定装置。
背景技术
在计算机视觉的应用中，为了能够根据二维的图像信息计算出物体的三维位置、形状，并由此识别和重建场景中的物体，需要将三维空间中的点与二维图像上的点对应起来。这种对应关系是摄像机成像的几何模型决定的，这些模型的参数称为相机参数。计算这些参数的过程称为相机标定。摄像机标定是立体视觉的基础和前提。
可见光摄像机的标定理论及方法已经非常成熟，红外摄像机的标定类似于可见光摄像机的标定，但由于之前红外摄像机的成像技术不够成熟，红外图像存在目标与背景对比度低、图像边缘模糊、信噪比低等缺点，使得红外摄像机标定时标定特征点的提取比较困难，需要制作复杂的标定装置，制作的标定板往往比较昂贵，而且由于制作的标定板比较大，为了得到精确的标定结果，在采集标定数据的时候需要多人使得标定板在不同的位姿，这需要耗费大量的人力物力。
发明内容
本发明的目的在于提供可以用来标定红外相机和可见光相机的多光谱标定板及标定装置，用于采集红外相机和可见光相机的标定图像，制作简单，使用方便，标定结果精确。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种可用于可见光体视和红外体视的多光谱标定板，标定板上分布着若干个一种或一种以上任意组合的图案；图案包括四种，具体是N条直线相交形成带顶点的图案、 M条直线和曲线闭合形成的闭合图案、圆形图案或椭圆形图案，N2，M1，标定板和图案由锡箔纸或黑色纸制成，相邻的标定板和图案的制作材料不同。
一种基于标定板的多光谱标定装置，包括标定板、移动伸展支架和旋转支架，旋转支架安装于移动伸展支架上部，旋转支架上连接标定板。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）标定板制作简单，而且锡箔纸和黑色纸的对比可以获得对比清晰的红外相机以及彩色相机的标定图像；（2）移动伸展支架使得标定板的移动轻便，可以获得不同距离的标定图像；（3）旋转支架使得标定板可以随意旋转不同角度，不需要额外的人手来扶持标定板，大大减少标定时候的人力；（4）极大的减少了标定时候的工作成本以及人力，提高了标定效率，而且标定结果也更加精确。
附图说明
图1为本发明的经典棋盘格图案标定板。
图2为本发明的N（N=6）条直线组合的带顶点图案标定板。
图3为本发明的圆形图案标定板。
图4为本发明的直线和曲线组合而成的标定板。
图5为本发明的标定装置示意图。
图6为红外摄像机拍摄的标定图像。
图7为可见光摄像机的标定图像。
具体实施方式
锡箔纸和黑色纸张辐射率的巨大差异使得用锡箔纸、黑色纸张制作的标定板可以在红外光谱提取到清晰的标定特征点（角点），又因为两者颜色的差异，使得在可见光光谱范围内也能够提取到清晰的角点，因此也可以用于可见光摄像机。将标定板加上展架与旋转支架，使得标定板可以处于任意位姿，在摄像机中的成像位于图像的各个地方，使得标定精度提高，满足可见光和红外立体视觉的标定精度需要。
一种可用于可见光体视和红外体视的多光谱标定板，由普通锡箔纸和普通黑色纸制作而成，由N（N2）条直线相交形成带顶点的图案、 M（M1）条直线和曲线闭合形成的闭合图案、圆形图案或者椭圆形图案，这些图案单一的或者不同数量组合分布在标定板上。标定板和图案由普通锡箔纸或者普通黑色纸制成，相邻部分的标定板和图案的制作材料不同。即图案由锡箔纸制作而成，则标定板的相邻部分由黑色纸制作而成或者图案由黑色纸制作而成，则标定板的相邻部分由锡箔纸制作而成。
由有N（N 2）条直线相交形成带顶点的图案的标定板，其特点是有顶点。经典款式图案为由四条直线闭合而成的正方形或者长方形的棋盘格图案，三条直线闭合而成的三角形图案。图案由锡箔纸制作而成，则标定板的相邻部分由黑色纸制作而成，或者图案由黑色纸制作而成，则标定板的相邻部分由锡箔纸制作而成。
圆形图案或者椭圆形图案的标定板，其图案是中心对称的。经典款式图案是圆形或者椭圆形图案。图案由锡箔纸制作，则标定板的相邻部分由黑色纸制作，或者图案由黑色纸制作，则标定板的相邻部分由锡箔纸制作。
N（N 2）条直线和曲线闭合形成的闭合图案，其特点是有顶点。经典款式为由一条直线和半个圆形闭合而成半圆形图案、两条直线和半个圆形组合而成的图案。图案由锡箔纸制作，则标定板的相邻部分由黑色纸制作，或者图案由黑色纸制作，则标定板的相邻部分由锡箔纸制作。
一种基于标定板的多光谱标定装置，是由所述的标定板1加上旋转支架3、移动伸展支架2组合而成。其中移动伸展支架在装置的下部，可以自由移动，上下伸展；旋转支架下面和移动伸展支架的上下伸展部分相结合、可以在垂直于地平面的平面内360°旋转；旋转支架3上面连接标定板1。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1、2、3为标定装置的标定板，均由锡箔纸和黑色纸制作而成。
图1标定板的标定说明：图中为8*10的棋盘格图案。图中白色方格为锡箔纸制作而成的正方形，黑色方格是普通黑色纸制作而成的。两者的厚度保持一致，使标定板的图案保持在一个平面上。红外相机的光谱范围为8000纳米~14000纳米，锡在全光谱范围内，10℃~50℃的辐射系数为0.04~0.06，黑色纸全光谱任意温度下的辐射系数维0.9，因为两种材料的辐射系数相差比较大，使得标定板在红外相机中的成像，方块与方块间的对比明显，正方形的顶点可以清晰地提取出来，作为标定特征点。类似的，在可见光相机中，由于黑白的对比，也使得可以清晰地提取方块顶点作为标定特征点。用红外相机和彩色相机拍摄标定图像如图6和图7所示，人工测量得到标定板特征点的世界坐标，世界坐标系的原点视需要自己确定，通过摄像机拍摄标定板的图像，通过角点检测算法可以提取到图像角点的图像坐标，将标定板特征点和提取的图像角点对应起来，通过摄像机内部参数建立方程，可以通过特征点的世界坐标计算得到图像坐标。通过M个特征点的世界坐标和其对应的图像坐标建立方程组，求解这个方程组就可以得到摄像机的内部参数，完成标定。
图2类型和图4类型标定板提取的标定特征点是两条直线的交点，即图案的顶点。
图3类型标定板的标定举例说明：图2在一张黑色纸中裁剪出3*5的圆图案，然后用锡箔纸制作而成的相同大小的圆图案镶嵌进去，提取的标定特征点和图1的不同，为圆形图案的的圆心。
标定结果的精确度往往和采集的标定图像位姿的丰富度有关。在采集标定图像的时候往往需要移动标定板，采集不同距离和不同高度的标定板图像。图5中移动伸展支架的存在，使得一个人便可以操作标定板移动和处于不同的高度，大大的减少了人力。
为了使得标定结果的准确，往往需要采集不同角度的标定板图像。图5中旋转支架可以使标定板360°旋转，满足在不同角度采集标定图像。
综上所述，利用此标定板和标定装置，一个人便可以采集不同位姿、不同角度的红外体视标定图像和可见光体视标定图像，制作简单，使用方便，大大的减少了标定需要的人力和财力。

Claims (6)

1.一种用于可见光体视和红外体视的多光谱标定板，其特征在于：标定板上分布着若干个一种或一种以上任意组合的图案；图案为N条直线相交形成带顶点的图案、 M条直线和曲线闭合形成的闭合图案、圆形图案或椭圆形图案，N2，M1，标定板和图案由锡箔纸或黑色纸制成，相邻的标定板和图案的制作材料不同。
2.根据权利要求书1所述的多光谱标定板，其特征在于：所述N条直线相交形成带顶点的图案优选正方形棋盘格图案、长方形棋盘格图案或三角形图案。
3.根据权利要求书1所述的多光谱标定板，其特征在于：所述N条直线和曲线闭合形成的闭合图案是中心对称的，优选由一条直线和半个圆形闭合而成的半圆形图案或由两条直线和半个圆形组合而成的图案。
4.一种基于标定板的多光谱标定装置，其特征在于：包括标定板（1）、移动伸展支架（2）和旋转支架（3），旋转支架（3）安装于移动伸展支架（2）上部，旋转支架（3）上连接标定板（1）。
5.根据权利要求4所述的多光谱标定装置，其特征在于：所述移动伸展支架（2）由支撑伸展杆和四角滑轮组成，支撑伸展杆上设有多个固定螺丝孔，用于连接旋转支架（3）。
6.根据权利要求4或5所述的多光谱标定装置，其特征在于：所述旋转支架（3）可在垂直于地平面的平面内360°旋转。
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