CN111260732A - 一种基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，该标定板由标定板底板和两种不同材质的矩形片构成；两种不同材质的片包括金属片和非金属片，相邻的矩形片材质不同；利用两种材质对可见光和红外光谱光子吸收程度不同，保证了标定板在可见光相机和红外相机下成像都很清晰；在棋盘格上设置标识来标记初始单位栅格位置，确定标定板上角点的世界坐标，在拍摄的棋盘格图像上检测出初始单位栅格的四个点的亚像素级角点坐标之后，通过单应性矩阵向外发散最终完成角点检测。将该标定板与角点检测方法结合，检测效果更加准确可靠。

Description

一种基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法

技术领域

本发明属于相机标定技术领域，具体涉及一种基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法。

背景技术

现如今可见光和红外相机的组合使用已经广泛地用于军事侦查，自动驾驶，野生动物保护等领域。可见光相机和红外相机拍摄的图像信息相互融合能实现优势互补，拓展视觉系统的使用场景。然而可见光和红外相机在使用前都需要进行相机标定，获得相应的内外参数。由于可见光相机和红外相机的感应光谱不同，黑白棋盘格标定板或者普通圆形阵列标定板在红外相机下并不能清晰成像，即不能利用黑白棋盘格标定板对红外相机进行标定。

目前常见的红外相机标定板都是通过加热或者制冷制造温差的方式成像，这种标定板通常会有角点模糊，图像对比度差，制作成本较高的缺点。不仅如此，在拍摄现有的棋盘格标定板时，棋盘格标定板不能覆盖满整个相机的视场角，即当前的角点检测算法只能检测完整的棋盘格图像，这样就不能用棋盘格提取出边缘区域的特征点，这样标定出来的相机内外参一定不准确。

发明内容

针对现有标定板方案的不足，本发明提出了一种基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的，一种基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法,该标定板由标定板底板和两种不同材质的矩形片构成；两种不同材质的矩形片按棋盘格形式的栅格图案交替排布，粘贴于标定板底板上；两种材质对可见光和红外光谱光子吸收程度不同，保证标定板在可见光相机和红外相机下成像都清晰；

包括步骤如下：在棋盘格上设置标识来标记初始单位栅格位置，确定标定板上角点的世界坐标，在拍摄的棋盘格图像上检测出初始单位栅格的四个点的亚像素级角点坐标之后，通过单应性矩阵向外发散最终完成角点检测。

上述方法包括具体步骤如下：

1)设置标记：在棋盘格上设置标识来标记初始单位栅格的位置；

2)拍摄图像：采用可见光相机和红外相机拍摄棋盘格标定板图像，并分别进行初步图像处理；

3)检测标记：检测出预先设定标记的像素坐标；

4)利用标记：根据这些标记的像素坐标确定初始单位栅格四个角点的像素坐标，通过迭代求出亚像素级角点坐标；

5)向外扩展：根据这四个角点的亚像素级坐标和它们在世界坐标系中的世界坐标，求出单应性矩阵H；将单应性矩阵H和相邻单位栅格的四个角点在世界坐标系中的世界坐标相乘，求出相邻单元栅格另外两个未知角点的起始像素坐标；然后根据亚像素级角点求解原理，求出最终的亚像素级角点坐标。

进一步地，所述标定板底板平整度在±0.01mm范围内，对材质没有要求。

进一步地，所述两种不同材质的矩形薄片包括金属薄片和非金属薄片，相邻的矩形薄片材质不同，大小相同。

进一步地，所述金属薄片材质选自不锈钢、铝或铝合金中的一种。

进一步地，所述非金属薄片材质选自塑料或树脂。具体为深色塑料，深色树脂。

进一步地，标定板上的标识为具有规则的几何形状，如圆形，矩形，三角形，或是颜色的一种或者两种以上的组合，或是数字、字母的一种或两种以上图案的组合。

进一步地，标定板上的自识别标记的材料可以是制作标定板的两种材质的任何一种或者两种材料的组合使用。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种可见光与红外相机通用的标定板，具有以下特点：

1.本发明的标定板仅由两种不同反射特性的材料制成，结构简单，制作方便，同时不包含任何加热、制冷或发光设备，成本远低于已有的标定方案。使用过程中不需要对标定板进行任何额外操作，与印刷制标定板的使用操作一致，具有方便，安全可靠等优点。

2.图像对比度好，角点成像清晰；

3.通过自识别标记可以覆盖满相机的标定结果更加精确；

4.不受外界环境影响，适合全天候多场景标定。

附图说明

图1为标定板的棋盘格图案；(a)主视图，(b)侧视图。

图2为可见光相机拍摄的标定板图案。

图3为红外相机拍摄的标定板图案。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出了一种可见光与红外相机通用的标定板，该标定板由标定板底板和两种不同材质的矩形薄片构成，该标定板上设有一个或若干个有某些颜色或者某些形状的标识，目的是通过标识物确定棋盘格图案的世界坐标系。利用两种材质对可见光和红外光谱光子吸收程度不同，保证了标定板在可见光相机和红外相机下都能呈现清晰的棋盘格图案。以下为具体案例：

红外相机的光谱范围在8～14μm，高度抛光的铝制薄片在全光谱范围内，20℃～50℃的辐射系数为0.05～0.07，黑色塑料薄片在8～14μm光谱范围内，20℃～50℃的辐射系数为0.94。因为两种材料的辐射系数相差很大，棋盘格图案对比度明显，使得标定板上的角点在红外相机下可以清晰成像；同时，由于两种材料的颜色对比明显，使得标定板上的角点在可见光相机下也可以清晰成像。

如图1所示为棋盘格标定板的双视图，正视图为5*5的棋盘格图像，黑色部分为黑色塑料薄片，白色部分为铝制薄片。在棋盘格的正中心有5个圆形铝制薄片。制作标定板的过程如下：准备标定板的板身，要求平整度在±0.01mm，对材质没有要求，只要结实坚固即可。然后准备黑色塑料薄片和高度抛光的铝制薄片，高度抛光的铝制薄片采用激光加工，误差在±0.03～0.05mm，黑色塑料薄片采用塑料雕刻机加工，误差在±0.10mm左右，两者都加工成尺寸相等，边长为20cm的正方形薄片。将这两种材质的薄片交叉粘贴在标定板底板上面，相邻的薄片材质不同。如图2所示，在标定板中心区域的5个黑色塑料薄片上，粘贴5个圆形的铝制薄片，作为自识别标记确定棋盘格标定板上角点的世界坐标。相机在拍摄标定板的图像之后，检测自识别标记，利用自识别标记求出初始格子四个点的亚像素级角点坐标，然后利用单应性矩阵向外扩展，可以提取出棋盘格上的亚像素级角点坐标，将这些点的世界坐标和图像坐标一一对应。通过这些角点的图像坐标和对应的世界坐标可以建立方程组，求解方程组可以得到相机的内参。

以上所述仅为本发明的简单实施案例，并不限制本发明标定板上的栅格图像、具体标定算法的设计与两种材质的具体选择，凡是利用不同反射特性保证不同类型相机获得相同的成像，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，其特征在于,该标定板由标定板底板和两种不同材质的矩形片构成；两种不同材质的矩形片按棋盘格形式的栅格图案交替排布，粘贴于标定板底板上；两种材质对可见光和红外光谱光子吸收程度不同，保证标定板在可见光相机和红外相机下成像都清晰；

包括步骤如下：在棋盘格上设置标识来标记初始单位栅格位置，确定标定板上角点的世界坐标，在拍摄的棋盘格图像上检测出初始单位栅格的四个点的亚像素级角点坐标之后，通过单应性矩阵向外发散最终完成角点检测。

2.根据权利要求1所述的基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，其特征在于,包括具体步骤如下：

1)设置标记：在棋盘格上设置标识来标记初始单位栅格的位置；

2)拍摄图像：采用可见光相机和红外相机拍摄棋盘格标定板图像，并分别进行初步图像处理；

3)检测标记：检测出预先设定标记的像素坐标；

4)利用标记：根据这些标记的像素坐标确定初始单位栅格四个角点的像素坐标，通过迭代求出亚像素级角点坐标；

5)向外扩展：根据这四个角点的亚像素级坐标和它们在世界坐标系中的世界坐标，求出单应性矩阵H；将单应性矩阵H和相邻单位栅格的四个角点在世界坐标系中的世界坐标相乘，求出相邻单元栅格另外两个未知角点的起始像素坐标；然后根据亚像素级角点求解原理，求出最终的亚像素级角点坐标。

3.根据权利要求1所述的基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，其特征在于,所述标定板底板平整度在±0.01mm范围内。

4.根据权利要求1所述的基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，其特征在于,所述两种不同材质的矩形片包括金属片和非金属片，相邻的矩形片材质不同。

5.根据权利要求4所述的基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，其特征在于,所述金属片材质选自不锈钢、铝或铝合金中的一种。

6.根据权利要求4所述的基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，其特征在于,所述非金属片材质选自塑料或树脂。

7.根据权利要求1所述的基于可见光与红外通用标定板的角点检测方法，其特征在于,标定板上的标识为具有规则的几何形状，或是颜色的一种或者两种以上的组合，或是数字、字母的一种或两种以上图案的组合。

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