一种用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板的制作方法
未命名
08-22
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1.本发明涉及相机标定技术领域,更具体地说是一种用于可见光相机和红外光相机联合标定以及可见光图像与红外光图像配准的标定板。
背景技术:
2.相机标定本质上就是建立数字图像和物理场景之间的几何变换关系模型,该几何变换关系其实就是世界坐标、相机坐标、图像坐标、像素坐标这四个坐标系之间的转换关系。世界坐标一般是以被拍摄的物体为中心建立的三维坐标系,能够反应物理世界所有点的坐标;相机坐标是以相机镜头中心为坐标原点建立的三维坐标系,能够反应相机到世界坐标的刚体变换关系;图像坐标是由相机的感光平面确定的二维坐标,能够反应相机坐标到图像坐标的几何变换关系;像素坐标是以数字图像为平面建立的二维坐标系,能够反应图像坐标到像素坐标的映射关系。通过分别求解世界坐标到相机坐标的旋转矩阵和平移矩阵,从相机坐标到图像坐标的转换矩阵,从图像坐标到像素坐标的映射矩阵,从而得到世界坐标到像素坐标的转换关系,得到相机的内参矩阵和外参矩阵。
3.可见光成像通过捕捉物体表面反射的可见光进行成像,可见光标定的方案比较成熟,一般是制作方形或者圆孔的掩模板,然后给掩模分别涂上白色和黑色涂料加以区分。而红外成像则是通过捕捉物体散发的热辐射进行成像,普通标定板的掩模和外框的温度是一致的,因此红外光相机并不能捕捉到掩模的形状。必须制作一种同时用颜色和温度区分的掩模板,才能同时用于红外光相机和可见光相机的联合标定。
4.laurent等人使用热辐射源的硅橡胶加热器和一个带孔的塑料面罩制作标定板,当标定板通电时,硅橡胶加热器升温,而塑料面罩保持不变,维持室温,形成热对比。这样就可以在双波段图像中分别提取出掩模孔。佟颖通过在木质板材矩形区域内,将金属薄片依次排列成棋盘格,在使用时,用凉水冲淋标定板,由于木板会吸水,升温慢,温度低,而金属薄片升温快,温度高,形成了热对比。任贵文采用光学玻璃替代金属薄片来制作棋盘格标定板,在棋盘格上喷涂黑白涂料,其中黑色棋盘格涂敷隔热材料,使用加热板均匀加热后形成热对比图。
5.但,laurent等人制作的标定板在可见光波段下的特征点提取误差较大;佟颖制作的标定板比较容易受环境温度影响,在较低的室温下无法正常使用,并且使用方法也十分复杂;任贵文制作标定板由于受到不均匀的热辐射,导致在红外光波段下的特征点提取误差较大。以上关于红外光和可见光的双波段标定板,只能勉强满足红外光相机和可见光相机的联合标定需求。针对上述问题,双波段标定板需要在标定效率和标定精度方面实现突破创新。
技术实现要素:
6.本发明为克服现有技术的上述缺陷,提出一种用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,以期能够高效并准确地实现可见光相机和红外光相机的联合标定以
及可见光图像与红外光图像的快速配准。
7.为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
8.一种用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,包括:
9.前置标定板,与后置标定板一前一后间隔正对,之间于四角处分别通过紧固件紧固相连;所述前置标定板为带镂空结构的硬铝板,前板面整面喷涂白色喷漆,喷涂面均匀平整,作为前置标定面,正对可见光光源,所述前置标定面平面度不高于0.03mm;所述镂空结构为呈阵列分布的多个相同规格的圆孔,各圆孔中心共同兼做可见光波段下与红外光波段下的特征点,各圆孔孔径误差不大于0.01mm、圆度不大于0.01mm,阵列间距误差不大于0.02mm;所述紧固件位于镂空结构的外围;
10.所述后置标定板,为自前至后由导热板、加热板和隔热板依次紧密贴设组成的多层板体结构;所述导热板为钢板,前板面喷涂黑色喷漆,喷涂面均匀平整,作为后置标定面,供前置标定板各圆孔投影,所述后置标定面平面度不高于0.03mm;所述加热板为氧化铝陶瓷板,板内电阻丝均匀排布,加热区域正对并能够覆盖所述镂空结构所在区域;所述隔热板为聚氨酯板;
11.加热电源组件,置于前置标定板与后置标定板之外,用于对加热板的供电,以及对加热板通断电的控制。
12.本发明的结构特点也在于:
13.所述前置标定板尺寸为600mm
×
600mm
×
8mm,各圆孔呈方形阵列分布,所述圆孔孔径为40mm,各圆孔孔径误差不大于0.01mm、圆度不大于0.01mm,任意横向或纵向相邻的两圆孔几何中心间距为80mm,阵列间距误差不大于0.02mm。
14.所述导热板尺寸为600mm
×
600mm
×
2mm,加热板尺寸为600mm
×
600mm
×
5mm,隔热板尺寸为600mm
×
600mm
×
10mm。
15.所述加热板内部电阻浆料为镍丝,电阻丝呈对称布置的双通道结构,每侧电阻丝均是呈矩形方波状排布。
16.所述紧固件为六角尼龙柱组件,包括规格为m12的外六角螺母垫片、紧固螺母、紧固螺丝;所述外六角螺母垫片材质为尼龙66,高20mm,高度误差不超过0.01mm;所述紧固螺丝长70mm;所述紧固螺母长10mm。
17.所述加热电源组件的电源额定电压为220v、额定功率为300w,用于为加热板供电,所述加热电源组件还设有温控器,与加热板之间电性连接,用于对加热板通断电的控制,所述温控器具有三个档位,分别为40℃、60℃、100℃。
18.与已有技术相比,本发明有益效果体现在:
19.1、本发明利用间隔正对布置的前置标定板与后置标定板构成双波段标定板,将前置标定板与后置标定板朝前的一侧板面作为标定面,利用前置标定板上镂空结构的各圆孔作为可见光波段下与红外光波段下的特征点,后置标定板的加热板均匀加热,导热板向前置标定板的热辐射均匀稳定,且由于两标定板具有一定间距,可以有效隔绝热量由后置标定板传递到前置标定板,有效避免影响红外光波段下掩模孔检测的准确度,使得前置标定板上镂空结构所在区域与非镂空结构所在区域形成明显热对比,红外光波段下的热成像清晰明确,特征点提取的准确度大幅度提高;且前置标定板可以有效隔绝后置标定板的长波红外辐射,使得长波红外光只能通过镂空结构辐射,而镂空结构的各圆孔可以使得可见光
特征点与红外光特征点在世界坐标下重合在一起,使得可见光相机和热红外相机能够获得相同的温度差异和颜色差异,提取得到相同的角点和特征点,在实现联合标定的基础上,实现可见光图像与红外光图像的快速配准,使标定效率与标定精度得到显著提升;
20.2、标定板的使用对环境室温没有要求,简化了使用方式,免去了复杂的准备工作,有助于进一步提高标定效率。
附图说明
21.图1是本发明的结构示意图;
22.图2是前置标定板的结构示意图;
23.图3是后置标定板的结构示意图;
24.图4是紧固件的拆分结构示意图;
25.图5是加热板内部电阻丝分布形式示意图。
26.图中,1前置标定板;2圆孔;3前置标定面;4后置标定板;5导热板;6加热板;7隔热板;8后置标定面;9外六角螺母垫片;10紧固螺母;11紧固螺丝;12加热电源组件;13电源线;14电阻丝。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
28.请参照图1至图5,本实施例的用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板包括:
29.前置标定板1,与后置标定板4一前一后间隔正对,之间于四角处分别通过紧固件紧固相连;前置标定板1为带镂空结构的硬铝板,前板面整面喷涂白色喷漆,喷涂面均匀平整,作为前置标定面3,正对可见光光源,前置标定面3平面度不高于0.03mm;镂空结构为呈阵列分布的多个相同规格的圆孔2,各圆孔2中心共同兼做可见光波段下与红外光波段下的特征点,各圆孔2孔径误差不大于0.01mm、圆度不大于0.01mm,阵列间距误差不大于0.02mm;紧固件位于镂空结构的外围;
30.后置标定板4,为自前至后由导热板5、加热板6和隔热板7依次紧密贴设组成的多层板体结构;导热板5为钢板,前板面喷涂黑色喷漆,喷涂面均匀平整,作为后置标定面8,供前置标定板1各圆孔2投影,后置标定面8平面度不高于0.03mm;加热板6为氧化铝陶瓷板,板内电阻丝14均匀排布,加热区域正对并能够覆盖镂空结构所在区域;隔热板7为聚氨酯板;
31.加热电源组件12,置于前置标定板1与后置标定板4之外,用于对加热板6的供电,以及对加热板6通断电的控制。
32.具体实施中,该标定板相应的结构设置也包括:
33.设置标定平台,用于放置标定板。
34.前置标定板1尺寸为600mm
×
600mm
×
8mm,各圆孔2呈方形阵列分布,圆孔2孔径为40mm,各圆孔2孔径误差不大于0.01mm、圆度不大于0.01mm,任意横向或纵向相邻的两圆孔2
几何中心间距为80mm,阵列间距误差不大于0.02mm。
35.导热板5尺寸为600mm
×
600mm
×
2mm,加热板6尺寸为600mm
×
600mm
×
5mm,隔热板7材质为加强型聚氨酯,尺寸为600mm
×
600mm
×
10mm。
36.加热板6内部电阻浆料为镍丝,电阻丝14呈对称布置的双通道结构,每侧电阻丝14均是呈矩形方波状排布。
37.通过将电阻丝14均匀排布,可保证导热板5均匀受热。而导热板5采用钢板制成,具有良好的热传导性,可以使热量均匀分布在标定面上。并有,隔热板7为聚氨酯板,具有良好的隔热性,可以有效防止过高的温度造成人员烫伤以及对标定平台的损伤。
38.紧固件为六角尼龙柱组件,包括规格为m12的外六角螺母垫片9、紧固螺母10、紧固螺丝11;外六角螺母垫片9材质为尼龙66,高20mm,也即,前置标定板与后置标定板之间间距约20mm,高度误差不超过0.01mm;紧固螺丝11长70mm;紧固螺母10长10mm。尼龙材质的外六角螺母垫片9夹设在前置标定板1与后置标定板4之间,具有良好的耐热性和隔热性,可以有效防止后置标定板4的热量通过二者的连接处传递到前置标定板1,避免影响联合标定的精度。
39.加热电源组件12的电源额定电压为220v、额定功率为300w,用于为加热板6供电,加热电源组件12还设有温控器,与加热板6之间通过电源线13电性连接,用于对加热板6通断电的控制,温控器具有三个档位,分别为40℃、60℃、100℃,可以通过温控器的档位选择来对应控制加热板6的加热温度。
40.可见光成像是通过捕捉物体表面反射的可见光进行成像,红外成像则是通过捕捉物体散热的热辐射进行成像。目前可见光与红外光的双波段标定板只能勉强满足可见光相机和红外光相机的联合标定需求,在可见光波段以及红外光波段下的特征点提取误差较大,使用方法十分复杂,此外容易受环境温度影响,在较低室温下无法正常使用。基于此背景,本实施例提出上述用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,作为一种设计思路全新的双波段标定板,在结构设计与使用方式上均化繁为简,相较于标定精度与标定效率的现有技术水平,实现了突破创新。以下为对本实施例标定板工作过程与原理的说明:
41.前置标定板1与后置标定板4作为掩模,前置标定板1上镂空结构的各圆孔2作为掩模孔,并共同兼做可见光波段下与红外光波段下的特征点。利用加热电源组件12为后置标定板4中的加热板6供电,按照所需加热温度,选择温控器档位,使加热板6开始加热,由于加热板6内的电阻丝14呈均匀排布,实现加热板6的均匀加热,加热板6的热量通过导热板5均匀导热,进而使前置标定板1受到均匀的热辐射,前置标定板1上镂空结构所在区域与非镂空结构所在区域形成热对比,利用热红外相机进行红外光波段图像的采集,实现对红外光波段下由各圆孔2组成的特征点提取。与此同时,将可见光光源布置在前置标定板1的前方,正对并向前置标定面3发出光束,利用rgb相机进行可见光波段图像的同步采集,实现对可见光波段下由各圆孔2组成的特征点提取。从而,实现可见光波段与红外光波段下的联合标定。在进行双波段图像的同步采集时,需合理布置热红外相机与rgb相机的位置,使前置标定面3均能够正对并落入二者的视场范围。
42.上述标定过程中,前置标定板1可以有效隔绝后置标定板4的长波红外辐射,使得长波红外光只能通过镂空结构辐射,而各圆孔2可以使得可见光特征点与红外光特征点在
世界坐标下重合在一起,使得可见光相机和热红外相机能够获得相同的温度差异和颜色差异,提取得到相同的角点和特征点。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
技术特征:
1.一种用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,其特征是,包括:前置标定板,与后置标定板一前一后间隔正对,之间于四角处分别通过紧固件紧固相连;所述前置标定板为带镂空结构的硬铝板,前板面整面喷涂白色喷漆,喷涂面均匀平整,作为前置标定面,正对可见光光源,所述前置标定面平面度不高于0.03mm;所述镂空结构为呈阵列分布的多个相同规格的圆孔,各圆孔中心共同兼做可见光波段下与红外光波段下的特征点,各圆孔孔径误差不大于0.01mm、圆度不大于0.01mm,阵列间距误差不大于0.02mm;所述紧固件位于镂空结构的外围;所述后置标定板,为自前至后由导热板、加热板和隔热板依次紧密贴设组成的多层板体结构;所述导热板为钢板,前板面喷涂黑色喷漆,喷涂面均匀平整,作为后置标定面,供前置标定板各圆孔投影,所述后置标定面平面度不高于0.03mm;所述加热板为氧化铝陶瓷板,板内电阻丝均匀排布,加热区域正对并能够覆盖所述镂空结构所在区域;所述隔热板为聚氨酯板;加热电源组件,置于前置标定板与后置标定板之外,用于对加热板的供电,以及对加热板通断电的控制。2.根据权利要求1所述的用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,其特征是:所述前置标定板尺寸为600mm
×
600mm
×
8mm,各圆孔呈方形阵列分布,所述圆孔孔径为40mm,各圆孔孔径误差不大于0.01mm、圆度不大于0.01mm,任意横向或纵向相邻的两圆孔几何中心间距为80mm,阵列间距误差不大于0.02mm。3.根据权利要求1所述的用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,其特征是:所述导热板尺寸为600mm
×
600mm
×
2mm,加热板尺寸为600mm
×
600mm
×
5mm,隔热板尺寸为600mm
×
600mm
×
10mm。4.根据权利要求1所述的用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,其特征是:所述加热板内部电阻浆料为镍丝,电阻丝呈对称布置的双通道结构,每侧电阻丝均是呈矩形方波状排布。5.根据权利要求1所述的用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,其特征是:所述紧固件为六角尼龙柱组件,包括规格为m12的外六角螺母垫片、紧固螺母、紧固螺丝;所述外六角螺母垫片材质为尼龙66,高20mm,高度误差不超过0.01mm;所述紧固螺丝长70mm;所述紧固螺母长10mm。6.根据权利要求1所述的用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,其特征是:所述加热电源组件的电源额定电压为220v、额定功率为300w,用于为加热板供电,所述加热电源组件还设有温控器,与加热板之间电性连接,用于对加热板通断电的控制,所述温控器具有三个档位,分别为40℃、60℃、100℃。
技术总结
本发明提供了一种用于可见光相机和红外光相机联合标定和配准的标定板,包括:前置标定板,与后置标定板一前一后间隔正对,为带镂空结构的硬铝板,前板面整面喷涂白色喷漆,作为前置标定面,正对可见光光源,前置标定面平面度不高于0.03mm;镂空结构为呈阵列分布的多个相同规格的圆孔,各圆孔中心共同兼做可见光波段下与红外光波段下的特征点;后置标定板,为自前至后由导热板、加热板和隔热板依次紧密贴设组成的多层板体结构;导热板前板面喷涂黑色喷漆,作为后置标定面;加热电源组件,用于对加热板的供电,以及对加热板通断电的控制。本发明能够高效并准确地实现可见光相机和红外光相机的联合标定以及可见光图像与红外光图像的快速配准。像的快速配准。像的快速配准。
技术研发人员:李露 陆昌怀 周硕 曹凯 曹洪新
受保护的技术使用者:常州先进制造技术研究所
技术研发日:2023.05.23
技术公布日:2023/8/21
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