CN108648243A - 一种近红外摄像机参数标定板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种近红外摄像机参数标定板。一种近红外摄像机参数标定板，包括不透光的基板，所述基板上设置有圆孔阵列M×N，行列垂直，其特征在于，还包括一个定位孔，所述定位孔设置在圆孔阵列的一角，所述圆孔阵列中的圆孔中设置有反光布。所述基板为正方形的铝合金板，具有一定的厚度，不易变形。从基板的表面至距离基板背面0.01mm～0.5mm处，圆孔的直径沿着基板厚度方向由表及里逐渐减小。本发明目的在于提供一种结构简单，使用方便，制造精度高，使用寿命长，能够精确标定近红外摄像机内外部参数的被动发光近红外光源标定板。
Description
技术领域
本专利涉及光学测量领域，具体涉及一种近红外摄像机参数标定板。
背景技术
在光学测量与定位应用中，测量系统中摄像机内外部参数的获取直接决定测量与定位精度。利用标定装置和标定方法来确定这些参数的过程就称为相机标定，因此，如何精确标定摄像机一直是研究热点。一方面不断提高和完善标定算法，另一方面设计精确的标定板。倘若标定板不精确，无论标定算法如何，都不能获取精确的标定结果。因此，近红外标定板的设计精度是影响近红外测量系统的关键因素。常见的普通光学成像系统的标定板设计已经比较完善，由于近红外摄像头的特殊性，不接收可见光，不能获取普通光学系统标定板的纹理，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。二维平面标定物方法具有标定精度较高、标定板制作简单、标定过程便捷等优点，成为当前标定摄像机最常采用的方法。
申请号为201410144055X专利公开了一种摄像机参数标定板，该摄像机参数标定板既能够适用于可见光摄像机，也能够适用于近红外摄像机。具体包括设置有N×M个阵列圆孔的平板，所述阵列圆孔中均设置有亮度可调的全光谱发光灯具，所述全光谱发光灯具内陷于所述阵列圆孔中，所述阵列圆孔的孔壁具有良好的反光性。该摄像机参数标定板具有了设置在阵列圆孔中的全光谱发光灯具。采用全光谱发光灯具进行主动发光的标定板会产生发光强度不同的情况，当强度太大时，标定图像上的圆孔大小与实际标定板圆孔尺寸不符，不能精确地获取圆心的位置，从而影响相机参数的标定精度。
发明内容
为解决上述问题，本专利提供一种能提高近红外摄像机内外部参数的标定精度的近红外摄像机参数标定板。
一种近红外摄像机参数标定板，包括不透光的基板，所述基板上设置有圆孔阵列M×N，行列垂直，还包括一个定位孔，所述定位孔设置在圆孔阵列的一角，所述圆孔阵列中的圆孔中设置有反光布。
本专利提供的一种近红外摄像机参数标定板，包括基板，基板上设置有圆孔阵列M×N，为了标定方便，圆孔阵列的圆孔都均匀分布在基板上，各个圆孔之间有固定的距离。圆孔内设置有反光布，本专利采用的是反光布来进行被动反光，光源来自于摄像机处主动发射红外光的灯珠。反光布是贴在圆孔的一面，基板不透光，圆孔的孔壁具有良好的反光性，反光布反射的光通过圆孔的孔壁发送出来。采用发光灯具进行主动发光的标定板会产生发光强度不同的情况，当强度太大时，标定图像上的圆孔大小与实际标定板圆孔尺寸不符，不能精确地获取圆心的位置，从而影响相机参数的标定精度。采用反光布的方式，发光强度适中且稳定，每个圆孔的发光强度均匀，避免了主动发光器具带来的问题，能精确地获取圆心的位置，提高近红外摄像机内外部参数的标定精度。另外，反光布的发光制作更简单，操作更方便，使用寿命更长。在使用本专利的近红外摄像机参数标定板进行近红外摄像机参数标定时，变换标定板的角度和位置，每次变换后均保持静止，由摄像机拍摄标定装置，拍摄足够多的照片，标定图像拍摄完成后，首先需提取标定板上的特征点。圆孔的中心可以作为特征点。在标定板图像上，根据标识点的提示沿着顺时针方向点击特征点区域的四个角点，四个角点即为圆形矩阵的四个角上的四个圆孔的中心。然后在四个角点所围区域内提取特征点的亚像素坐标并按一定的规则排列。在上述过程中，四个角点的点击顺序是保证图像上特征点矩阵的排列位置与标定板模板的特征点矩阵一致的关键。故本专利基板还包括一个定位孔，该定位孔用来对M×N个点构成圆形矩阵的四个角进行排序，定位孔靠近的那个圆孔的中心为第一个角点，然后沿着顺时针方向依次确定后面的角点，这样就明晰了四个角点的点击顺序。
进一步地，圆孔包括圆台孔与圆柱孔，圆台孔的起始端在基板正面上，圆台孔的孔径沿着基板厚度方向逐渐减小，圆台孔的末端与圆柱孔的起始端连接且孔径相同，圆柱孔的孔径不变，圆柱孔的末端在基板背面上，所述圆柱孔的末端设置有反光布。本专利设计了圆台孔与圆柱孔一体的特殊形状的圆孔。与普通的圆柱形圆孔相比，当在不同的角度下进行拍摄时，本专利的圆孔不会被基板本身的厚度挡住圆孔的发光点，同时圆台孔能最大限度地发射红外光。
进一步地，所述圆柱孔深度的范围为0.01mm至0.5mm，圆柱孔的直径范围为3mm至5mm。圆柱孔深度应当越小越好，但受工艺的限制，还是有些许厚度。圆柱孔的直径也等于圆台孔末端的直径，所以对圆柱孔的直径的要求很严格。为了使摄像机拍摄的图片清晰与提高摄像机参数标定精度，圆柱孔的直径最好在3mm至5mm之间。
进一步地，形成所述圆台孔的斜边与基板所在平面所成的角度为25°至35°。这个角度范围内，圆台孔最大限度地发射红外光。
进一步地，M＝N，N的取值范围为大于或等于5，圆孔阵列的行列分别平行于基板的边沿，相邻圆孔间的距离范围为2cm至4cm。基本上的圆孔呈正方形的阵列，而且行列分别平行于基板的边沿，基板上各个圆孔之间的距离范围为2cm至4cm，孔之间的距离都通过更高精度的测量仪器进行确定。
进一步地，所述基板的材料为铝合金。基板为具有一定的厚度，不易变形的铝合金板，确保铝合金板上的圆孔处于同一平面，能够精确标定近红外摄像机内外部参数。由于采用铝合金板，因此圆孔的孔壁反光性较好。
进一步地，所述基板的表面经过氧化。所述铝合金板的表面通过化学方法进行氧化，避免反光。
进一步地，所述基板的厚度范围为4mm至7mm。基板的厚度不能过小，过小的厚度降低基板的强度，基板容易变形，不能确保铝合金板上的圆孔处于同一平面，从而影响标定的精确性；基板的厚度也不能过大，当在不同的角度下进行拍摄时，圆孔会被基板过大的厚度挡住圆孔的发光点。
进一步地，所述基板的四个角为半径为1cm的圆弧形，避免锋利，方便存放与手持。
本专利的有益效果在于，采用的是反光布来进行被动反光，光源来自于摄像机处主动发射红外光的灯珠。采用发光灯具进行主动发光的标定板会产生发光强度不同的情况，当强度太大时，标定图像上的圆孔大小与实际标定板圆孔尺寸不符，不能精确地获取圆心的位置，从而影响相机参数的标定精度。采用反光布的方式，发光强度适中且稳定，每个圆孔的发光强度均匀，避免了主动发光器具带来的问题，能精确地获取圆心的位置，提高近红外摄像机内外部参数的标定精度。另外，反光布的发光制作更简单，操作更方便，使用寿命更长。本专利还设计了圆台孔与圆柱孔一体的特殊形状的圆孔。当在不同的角度下进行拍摄时，本专利的圆孔不会被基板本身的厚度挡住圆孔的发光点，同时圆台孔能最大限度地发射红外光。基板为具有一定的厚度，不易变形的铝合金板，确保铝合金板上的圆孔处于同一平面，能够精确标定近红外摄像机内外部参数。
附图说明
图1为本专利近红外摄像机参数标定板的结构图。
图2为圆孔的剖面图。
图3为本专利近红外摄像机参数标定板某一实施例的主视图。
图4为本专利近红外摄像机参数标定板在近红外摄像机中的图像。
图中包括基板1、圆孔2、圆台孔21、圆柱孔22、定位孔3，反光布4。
具体实施方式
以下结合附图对本专利方案进行进一步说明。
如图1所示，一种近红外摄像机参数标定板，包括不透光的基板1，所述基板1上设置有圆孔阵列M×N，行列垂直，还包括一个定位孔3，所述定位孔3设置在圆孔阵列的一角，所述圆孔阵列中的圆孔2中设置有反光布4。
本专利提供的一种近红外摄像机参数标定板，包括基板1，基板上设置有圆孔阵列M×N，为了标定方便，圆孔阵列的圆孔2都均匀分布在基板上，各个圆孔2之间有固定的距离。圆孔2内设置有反光布4，本专利采用的是反光布4来进行被动反光，光源来自于摄像机处主动发射红外光的灯珠。反光布4是贴在圆孔的一面，基板1不透光，圆孔2的孔壁具有良好的反光性，反光布4反射的光通过圆孔2的孔壁发送出来。采用发光灯具进行主动发光的标定板会产生发光强度不同的情况，当强度太大时，标定图像上的圆孔大小与实际标定板圆孔尺寸不符，不能精确地获取圆心的位置，从而影响相机参数的标定精度。采用反光布4的方式，发光强度适中且稳定，每个圆孔2的发光强度均匀，避免了主动发光器具带来的问题，能精确地获取圆心的位置，提高近红外摄像机内外部参数的标定精度。另外，反光布的发光制作更简单，操作更方便，使用寿命更长。
摄像机的标定板的形式多种多样，其中圆形标定是效果最佳的。因为圆形对图像的阀值不敏感，且特征点坐标容易确定，所以可以比较容易的得到亚像素级的标定精度。圆形标定板是在平面板上均匀排列大小一致的圆孔，圆孔之间的中心距精确已知，圆孔的中心可以作为特征点。因为没有比较特殊的圆孔，很难自动确定空间坐标系坐标原点。在标定时，一般要人工在图像上选取标定范围和坐标原点，有一种可以实现自动标定的方法是以标定板边缘上的圆孔中心作为原点建立坐标系。
在使用本专利的近红外摄像机参数标定板进行近红外摄像机参数标定时，变换标定板的角度和位置，每次变换后均保持静止，由摄像机拍摄标定装置，拍摄足够多的照片，标定图像拍摄完成后，首先需提取标定板上的特征点。圆孔2的中心可以作为特征点。在标定板图像上，根据标识点的提示沿着顺时针方向点击特征点区域的四个角点，四个角点即为圆形矩阵的四个角上的四个圆孔2的中心。然后在四个角点所围区域内提取特征点的亚像素坐标并按一定的规则排列。在上述过程中，四个角点的点击顺序是保证图像上特征点矩阵的排列位置与标定板模板的特征点矩阵一致的关键。故本专利基板还包括一个定位孔3，该定位孔3用来对M×N个点构成圆形矩阵的四个角进行排序，定位孔3靠近的那个圆孔的中心为第一个角点，然后沿着顺时针方向依次确定后面的角点，这样就明晰了四个角点的点击顺序。
如图2所示，圆孔2包括圆台孔21与圆柱孔22，圆台孔21的起始端在基板1正面上，圆台孔21的孔径沿着基板1厚度方向逐渐减小，圆台孔21的末端与圆柱孔22的起始端连接且孔径相同，圆柱孔22的孔径不变，圆柱孔22的末端在基板1背面上，所述圆柱孔22的末端设置有反光布。本专利设计了圆台孔21与圆柱孔22一体的特殊形状的圆孔2。与普通的圆柱形圆孔相比，当在不同的角度下进行拍摄时，本专利的圆孔2不会被基板本身的厚度挡住圆孔2的发光点，同时圆台孔21能最大限度地发射红外光。优选地，所述圆柱孔深度h的范围为0.01mm至0.5mm，圆柱孔的直径l范围为3mm至5mm。圆柱孔深度应当越小越好，但受工艺的限制，还是有些许厚度。圆柱孔的直径也等于圆台孔末端的直径，所以对圆柱孔的直径的要求很严格。为了使摄像机拍摄的图片清晰与提高摄像机参数标定精度，圆柱孔的直径l最好在3mm至5mm之间。形成所述圆台孔21的斜边与基板1所在平面所成的角度α为25°至35°。这个角度范围内，圆台孔21最大限度地发射红外光。
图3为某一个实施例的正视图，图3所示的基板1为边长a的正方形，优选的，a＝30cm，所述基板1的四个角为半径c为1cm的圆弧形，避免锋利，方便存放与手持。图中M＝N＝7，定位点3在第一个圆点2左侧，呈现“1+7*7”的阵列，优选地，M＝N，N的取值范围为大于或等于5，圆孔阵列的行列分别平行于基板1的边沿，相邻圆孔间的距离d范围为2cm至4cm。定位孔距离基板相邻两边的距离为b，优选地，b为4.5cm。基板1上的圆孔2呈正方形的阵列，而且行列分别平行于基板的边沿，孔之间的距离都通过更高精度的测量仪器进行确定。在使用该实施例的近红外摄像机参数标定板进行近红外摄像机参数标定时，变换标定板的角度和位置，每次变换后均保持静止，由摄像机拍摄标定板的图像如图4所示。
优选地，所述基板1的材料为铝合金。基板1为具有一定的厚度，不易变形的铝合金板，确保铝合金板上的圆孔2处于同一平面，能够精确标定近红外摄像机内外部参数。由于采用铝合金板，因此圆孔的孔壁反光性较好。所述基板1的表面经过氧化，氧化的方法可以是化学方法，氧化后的基板表面可以避免反光。所述基板1的厚度为范围为4mm至7mm。基板1的厚度不能过小，过小的厚度降低基板1的强度，基板1容易变形，不能确保铝合金板上的圆孔处于同一平面，从而影响标定的精确性；基板1的厚度也不能过大，当在不同的角度下进行拍摄时，圆孔会被基板1过大的厚度挡住圆孔的发光点。
本专利采用的是反光布4来进行被动反光，光源来自于摄像机处主动发射红外光的灯珠。采用发光灯具进行主动发光的标定板会产生发光强度不同的情况，当强度太大时，标定图像上的圆孔大小与实际标定板圆孔尺寸不符，不能精确地获取圆心的位置，从而影响相机参数的标定精度。采用反光布4的方式，发光强度适中且稳定，每个圆孔的发光强度均匀，避免了主动发光器具带来的问题，能精确地获取圆心的位置，提高近红外摄像机内外部参数的标定精度。另外，反光布的发光制作更简单，操作更方便，使用寿命更长。本专利还设计了圆台孔21与圆柱孔22一体的特殊形状的圆孔2。当在不同的角度下进行拍摄时，本专利的圆孔2不会被基板1本身的厚度挡住圆孔的发光点，同时圆台孔21能最大限度地发射红外光。基板1为具有一定的厚度，不易变形的铝合金板，确保铝合金板上的圆孔2处于同一平面，能够精确标定近红外摄像机内外部参数。
Claims (9)
1.一种近红外摄像机参数标定板，包括不透光的基板，所述基板上设置有圆孔阵列M×N，行列垂直，其特征在于，还包括一个定位孔，所述定位孔设置在圆孔阵列的一角，所述圆孔阵列中的圆孔中设置有反光布。
2.根据权利要求1所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，圆孔包括圆台孔与圆柱孔，圆台孔的起始端在基板正面上，圆台孔的孔径沿着基板厚度方向逐渐减小，圆台孔的末端与圆柱孔的起始端连接且孔径相同，圆柱孔的孔径不变，圆柱孔的末端在基板背面上，所述圆柱孔的末端设置有反光布。
3.根据权利要求2所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，所述圆柱孔深度的范围为0.01mm至0.5mm，圆柱孔的直径范围为3mm至5mm。
4.根据权利要求2所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，形成所述圆台孔的斜边与基板所在平面所成的角度为25°至35°。
5.根据权利要求1所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，M=N，N的取值范围为大于或等于5，圆孔阵列的行列分别平行于基板的边沿，相邻圆孔间的距离范围为2cm至4cm。
6.根据权利要求1所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，所述基板的材料为铝合金。
7.根据权利要求6所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，所述基板的表面经过氧化。
8.根据权利要求1所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，所述基板的厚度范围为4mm至7mm。
9.根据权利要求1所述的一种近红外摄像机参数标定板，其特征在于，所述基板的四个角为半径为1cm的圆弧形。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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