CN102890821A - 红外摄像机标定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外摄像标定方法及系统。该方法包括以下步骤：初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹，所述运动轨迹中设有指定位置；控制所述测验物运动到所述指定位置，采集所述测验物在所述指定位置的图像；对所述图像处理得出所述图像中的测验物的中心位置的图像坐标，所述测验物的中心位置的图像坐标作为角点图像坐标；获取指定位置的空间坐标，所述指定位置的空间坐标作为角点空间坐标；将角点空间坐标和角点图像坐标进行配准，生成基础数据；对所述基础数据处理得到红外摄像机的内外参数。上述红外摄像标定方法及系统，采用设置红外条件下的发光测验物的运动轨迹，在运动轨迹中指定位置，模拟标定板上的角点，实现了红外摄像机的标定。
Description
【技术领域】
本发明涉及计算机视觉处理领域，特别涉及一种红外摄像机标定方法及系统。
【背景技术】
随着科技的发展，红外摄像机在测绘、工业控制、导航、军事领域都有着广泛的应用，如航空可见红外相机伺服系统。红外摄像机在应用中需在红外条件下对摄像机标定。空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对于点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型参数决定的，该几何模型参数即为摄像机参数。通过实验与计算得到摄像机参数的过程为摄像机标定。摄像机标定在立体视觉系统中有着关键性的作用。
传统的摄像机的标定方法有两步标定法和张正友的平面标定法，因在红外光照条件下，图像是通过红外反射得到的，而在红外光照条件下，标定板上没有发光物质，标定板的图像往往不清晰，特别是在标定板在不同角度下旋转而不正对摄像机的情况下，由于红外直射，甚至无法得到完整的标定图像，从而无法得到较好较全的角点图像坐标，进而无法实现角点空间位置与图像位置的配准。因此传统的摄像机的标定方法无法用于红外摄像机的标定。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种红外摄像机标定方法，能实现红外摄像机的标定。
一种红外摄像机标定方法，包括以下步骤：
初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹，所述运动轨迹中设有指定位置；
控制所述测验物运动到所述指定位置，采集所述测验物在所述指定位置的图像；
对所述图像处理得出所述图像中的测验物的中心位置的图像坐标，所述测验物的中心位置的图像坐标作为角点图像坐标；
获取指定位置的空间坐标，所述指定位置的空间坐标作为角点空间坐标；
将角点空间坐标和角点图像坐标进行配准，生成基础数据；
对所述基础数据处理得到红外摄像机的内外参数。
优选地，在将角点空间坐标和角点图像坐标进行配置，生成基础数据的步骤之后还包括步骤：判断是否控制所述测验物走完所述运动轨迹，若是，则结束，否则返回到控制所述测验物运动到所述指定位置，采集所述测验物在所述指定位置的图像的步骤。
优选地，初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹的步骤之前还包括步骤：将红外条件下发光的测验物固定在三坐标仪，且随三坐标仪一起运动。
优选地，对所述基础数据处理得到红外摄像机的内外参数的步骤具体为：将所述基础数据导入MATLAB程序中，通过张正友算法计算得到红外摄像机的内外参数。
优选地，在生成基础数据的步骤之后还包括：对所述基础数据进行去噪和/或补全处理。
此外，还有必要提供一种红外摄像机标定系统，能实现红外摄像机的标定。
一种红外摄像机标定系统，包括：
初始化模块，用于初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹，所述运动轨迹中设有指定位置；
控制模块，用于控制所述测验物运动到所述指定位置；
采集模块，用于采集所述测验物在所述指定位置的图像；
处理模块，用于对所述图像处理得出所述图像中的测验物的中心位置的图像坐标，所述测验物的中心位置的图像坐标作为角点图像坐标，并获取指定位置的空间坐标，所述指定位置的空间坐标作为角点空间坐标，再将角点空间坐标和角点图像坐标进行配准，生成基础数据，以及对所述基础数据处理得到红外摄像机的内外参数。
优选地，所述处理模块还用于判断是否控制所述测验物走完所述运动轨迹，当所述测验物未走完所述运动轨迹时，所述控制模块进一步控制所述测验物运动到所述指定位置。
优选地，所述初始化模块还用于将红外条件下发光的测验物固定在三坐标仪，且随三坐标仪一起运动。
优选地，所述处理模块还用于将所述基础数据导入MATLAB程序中，通过张正友算法计算得到红外摄像机的内外参数。
优选地，所述处理模块还用于对所述基础数据进行去噪和/或补全处理。
上述红外摄像标定方法及系统，采用设置红外条件下的发光测验物的运动轨迹，在运动轨迹中指定位置，模拟标定板上的角点，控制测验物运动到指定位置后，采集图像，对图像进行处理得到测验物的中心位置的图像坐标，将该图像坐标作为角点图像坐标，获取指定位置的空间坐标，作为角点空间坐标，对角点图像坐标及空间坐标配准生成基础数据，根据基础数据计算得到红外摄像机的内外参数，实现了红外摄像机的标定。
【附图说明】
图1为一个实施例中红外摄像机标定方法的流程图；
图2为一个实施例中红外摄像机标定系统的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合优选的具体实施例及附图对红外摄像机标定方法及系统的技术方案进行详细的描述。
如图1所示，在一个实施例中，一种红外摄像机标定方法，包括以下步骤：
步骤S110，初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹，该运动轨迹中设有指定位置。
预先编写测验物的运动轨迹的程序，并生成源文件，初始化时，系统读取该源文件，生成测验物的运动轨迹。在运动轨迹中设有指定位置，该指定位置可为一个或多个。该实施例中，采用该指定位置模拟标定板中的角点。
在步骤S110之前，还包括步骤：将红外条件下发光的测验物固定在三坐标仪，且随三坐标仪一起运动。将测验物固定在三坐标仪随着三坐标仪移动，易于控制。该三坐标仪可用机器人、机械臂、机床等精确运动仪器代替。
步骤S120，控制该测验物运动到该指定位置，采集该测验物在该指定位置的图像。
系统发出开始运动指令，控制测验物运动到指定位置，若测验物固定在三坐标仪上时，控制三坐标仪运动到指定位置，测验物随着三坐标仪运动到指定位置。当测验物运动到指定位置，采用红外摄像机采集测验物的图像。可采用多个红外摄像机进行拍摄采集图像，从而对多个红外摄像机进行标定。
步骤S130，对该图像处理得出该图像中的测验物的中心位置的图像坐标，该测验物的中心位置的图像坐标作为角点图像坐标。
采用垂直向量的Hough变换的方法对采集的图像进行处理得出测验物的中心位置的图像坐标。该测验物的中心位置的图像坐标作为标定板上的角点图像坐标。其中，Hough变换是将图像空间内具有一定关系的像元进行聚类，寻找能把这些像元用某一解析形式联系起来的参数空间累积对应点。该测验物为小球，方便计算出小球的中心位置坐标即球心位置坐标。
步骤S140，获取该指定位置的空间坐标，该指定位置的空间坐标作为角点空间坐标。
获取指定位置的空间坐标，测验物运动到指定位置后，拍摄图像，对图像处理得到测验物的中心的图像坐标，同时还需获取该指定位置的空间坐标，将该指定位置的空间坐标作为标定板上的角点空间坐标。
步骤S150，将角点空间坐标和角点图像坐标进行配准，生成基础数据。
将角点空间坐标与角点图像坐标配准，得到计算红外摄像机的内外参数的基础数据。如角点图形坐标为(x1，y1)，角点空间坐标为(x1，y1，z1)，将两个坐标进行处理，使其对应，生成基础数据。
在步骤S150之后，还包括步骤：对基础数据进行去噪和/或补全处理。在拍摄的图像过程中可能存在噪声，影响图像质量，进而处理得到的图像坐标存在错误数据，生成的基础数据也存在错误数据，需删除错误数据，即进行去噪处理。另外，当有多个指定位置时，拍摄图像可能漏掉测验物移动到某一指定位置的图像，需要重新移动测验物到该指定位置，拍摄该指定位置的图像，以补全图像，从而得到完整的基础数据。
步骤S160，对该基础数据处理得到红外摄像机的内外参数。
该实施例中，步骤S160具体为：将基础数据导入MATLAB程序中，通过张正友算法计算得到红外摄像机的内外参数。
另外，指定位置为多个时，将得到的多个角点图像坐标和相对应的角点空间坐标整理成多组数据，再通过张正友算法得到红外摄像机的内外参数。
优选的实施例中，在步骤S150之后还包括：判断是否控制该测验物走完该运动轨迹，若是，则结束，否则返回到步骤S120。需判断是否控制测验物按照预先的运动轨迹运动完所有的指定位置，若是，则结束，否则，需将测验物运动到下一个指定位置，再采集测验物在该指定位置的图像，计算该指定位置的图像坐标以及获取该指定位置的空间坐标。
如图2所示，在一个实施例中，一种红外摄像机标定系统，包括初始化模块210、控制模块220、采集模块230和处理模块240。
初始化模块210用于初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹，该运动轨迹中设有指定位置。预先编写测验物的运动轨迹的程序，并生成源文件，初始化时，初始化模块210读取该源文件，生成测验物的运动轨迹。在运动轨迹中设有指定位置，该指定位置可为一个或多个。该实施例中，采用该指定位置模拟标定板中的角点。该初始化模块210执行的功能可由一台计算机执行，即读取源文件，生成测验物的运动轨迹。
在初始化运动轨迹之前，初始化模块210还用于将红外条件下发光的测验物固定在三坐标仪，且随三坐标仪一起运动。将测验物固定在三坐标仪随着三坐标仪移动，易于控制。该三坐标仪可用机器人、机械臂、机床等精确运动仪器代替。
控制模块220用于控制该测验物运动到该指定位置。控制膜220控制测验物运动到指定位置，若测验物固定在三坐标仪上时，控制三坐标仪运动到指定位置，测验物随着三坐标仪运动到指定位置。当测验物运动到指定位置，采用红外摄像机采集测验物的图像。可采用多个红外摄像机进行拍摄采集图像，从而对多个红外摄像机进行标定。
其中，可采用两台计算机进行控制，两台计算机为第一计算机和第二计算机，第一计算机与三坐标仪相连，控制三坐标仪的运动，第二计算机与红外摄像机相连，控制红外摄像机进行拍摄，且两台计算机通过串口连接。第二计算机通过串口发送开始运动指令到第一计算机，第一计算机根据该运算指令控制三坐标仪运动到指定位置，测验物随着三坐标仪运动到该指定位置。
采集模块230用于采集该测验物在该指定位置的图像。当测验物运动到指定位置后，第一计算机控制红外摄像机进行拍摄，采集测验物在该指定位置的图像。
处理模块240用于对该图像处理得出该图像中的测验物的中心位置的图像坐标，该测验物的中心位置的图像坐标作为角点图像坐标，并获取指定位置的空间坐标，该指定位置的空间坐标作为角点空间坐标，再将角点空间坐标和角点图像坐标进行配准，生成基础数据，以及对该基础数据处理得到红外摄像机的内外参数。处理模块240采用垂直向量的Hough变换的方法对采集的图像进行处理得出测验物的中心位置的图像坐标。该测验物的中心位置的图像坐标作为标定板上的角点图像坐标。该测验物为小球，方便计算出小球的中心位置坐标即球心位置坐标。处理模块240将角点空间坐标与角点图像坐标配准，得到计算红外摄像机的内外参数的基础数据，如角点图形坐标为(x1，y1)，角点空间坐标为(x1，y1，z1)，将两个坐标进行处理，使其对应，生成基础数据。
处理模块240还用于将该基础数据导入MATLAB程序中，通过张正友算法计算得到红外摄像机的内外参数。
处理模块240还用于基础数据进行去噪和/或补全处理。在拍摄的图像过程中可能存在噪声，影响图像质量，进而处理得到的图像坐标存在错误数据，生成的基础数据也存在错误数据，需删除错误数据，即进行去噪处理。另外，当有多个指定位置时，拍摄图像可能漏掉测验物移动到某一指定位置的图像，需要重新移动测验物到该指定位置，拍摄该指定位置的图像，以补全图像，从而得到完整的基础数据。
优选的实施例中，处理模块240还用于判断是否控制该测验物走完该运动轨迹。当控制该测验物未走完该运动轨迹时，控制模块220进一步控制该测验物运动到该指定位置。控制模块220将测验物运动到下一个指定位置，再采集测验物在该指定位置的图像，计算该指定位置的图像坐标以及获取该指定位置的空间坐标。
上述红外摄像标定系统，可用于多台红外摄像机进行标定。
上述红外摄像标定方法及系统，采用设置红外条件下的发光测验物的运动轨迹，在运动轨迹中指定位置，模拟标定板上的角点，控制测验物运动到指定位置后，采集图像，对图像进行处理得到测验物的中心位置的图像坐标，将该图像坐标作为角点图像坐标，获取指定位置的空间坐标，作为角点空间坐标，对角点图像坐标及空间坐标配准生成基础数据，根据基础数据计算得到红外摄像机的内外参数，实现了红外摄像机的标定。
另外，对基础数据进行去噪或补全处理，确保基础数据的准确，进而提高计算得到的红外摄像机的内外参数的准确度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种红外摄像机标定方法，包括以下步骤：
初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹，所述运动轨迹中设有指定位置；
控制所述测验物运动到所述指定位置，采集所述测验物在所述指定位置的图像；
对所述图像处理得出所述图像中的测验物的中心位置的图像坐标，所述测验物的中心位置的图像坐标作为角点图像坐标；
获取指定位置的空间坐标，所述指定位置的空间坐标作为角点空间坐标；
将角点空间坐标和角点图像坐标进行配准，生成基础数据；
对所述基础数据处理得到红外摄像机的内外参数。
2.根据权利要求1所述的红外摄像机标定方法，其特征在于，在将角点空间坐标和角点图像坐标进行配置，生成基础数据的步骤之后还包括步骤：判断是否控制所述测验物走完所述运动轨迹，若是，则结束，否则返回到控制所述测验物运动到所述指定位置，采集所述测验物在所述指定位置的图像的步骤。
3.根据权利要求1所述的红外摄像机标定方法，其特征在于，初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹的步骤之前还包括步骤：将红外条件下发光的测验物固定在三坐标仪，且随三坐标仪一起运动。
4.根据权利要求1所述的红外摄像机标定方法，其特征在于，对所述基础数据处理得到红外摄像机的内外参数的步骤具体为：将所述基础数据导入MATLAB程序中，通过张正友算法计算得到红外摄像机的内外参数。
5.根据权利要求1所述的红外摄像机标定方法，其特征在于，在生成基础数据的步骤之后还包括：对所述基础数据进行去噪和/或补全处理。
6.一种红外摄像机标定系统，其特征在于，包括：
初始化模块，用于初始化红外条件下发光的测验物的运动轨迹，所述运动轨迹中设有指定位置；
控制模块，用于控制所述测验物运动到所述指定位置；
采集模块，用于采集所述测验物在所述指定位置的图像；
处理模块，用于对所述图像处理得出所述图像中的测验物的中心位置的图像坐标，所述测验物的中心位置的图像坐标作为角点图像坐标，并获取指定位置的空间坐标，所述指定位置的空间坐标作为角点空间坐标，再将角点空间坐标和角点图像坐标进行配准，生成基础数据，以及对所述基础数据处理得到红外摄像机的内外参数。
7.根据权利要求6所述的红外摄像机标定系统，其特征在于，所述处理模块还用于判断是否控制所述测验物走完所述运动轨迹，当所述测验物未走完所述运动轨迹时，所述控制模块进一步控制所述测验物运动到所述指定位置。
8.根据权利要求6所述的红外摄像机标定系统，其特征在于，所述初始化模块还用于将红外条件下发光的测验物固定在三坐标仪，且随三坐标仪一起运动。
9.根据权利要求6所述的红外摄像机标定系统，其特征在于，所述处理模块还用于将所述基础数据导入MATLAB程序中，通过张正友算法计算得到红外摄像机的内外参数。
10.根据权利要求6所述的红外摄像机标定系统，其特征在于，所述处理模块还用于对所述基础数据进行去噪和/或补全处理。
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