RU2749363C1 - Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges - Google Patents

Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges Download PDF

Info

Publication number
RU2749363C1
RU2749363C1 RU2020125371A RU2020125371A RU2749363C1 RU 2749363 C1 RU2749363 C1 RU 2749363C1 RU 2020125371 A RU2020125371 A RU 2020125371A RU 2020125371 A RU2020125371 A RU 2020125371A RU 2749363 C1 RU2749363 C1 RU 2749363C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
test object
cameras
calibration
ranges
spectral ranges
Prior art date
Application number
RU2020125371A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Алексеевич Кудинов
Иван Сергеевич Холопов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина"
Priority to RU2020125371A priority Critical patent/RU2749363C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749363C1 publication Critical patent/RU2749363C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/80Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of measuring equipment and relates to a device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges. The device consists of a universal test object, the images of which are simultaneously contrasting in the ultraviolet, visible and infrared ranges of the optical spectrum, at least one light source that is switched on during the calibration of cameras that fix the light reflected from the test object, an opaque screen to protect the user's eyes from radiation from the source light and means for adjusting the position of the calibrated camera in the working space with six degrees of freedom.
EFFECT: invention is aimed at providing possibility of calibrating cameras of different spectral ranges and reducing the torque requirements of motorized linear translators and turntables.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для определения и приведения к заданным значениям параметров видеокамер ультрафиолетового, видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов длин волн.The invention relates to the field of computing and can be used to determine and bring to the specified values the parameters of video cameras of the ultraviolet, visible and infrared (IR) wavelength ranges.

Из уровня техники известен ряд устройств для калибровки камер различных - видимого и ИК - спектральных диапазонов, например: патент CN 204695399, опубликовано 29.06.2015, МПК: G06T 7/00 (2006.01); патент CN 204287725, опубликовано 22.04.2015, МПК: G06B 43/00 (2006.01), G01J 5/52 (2006.01); патент CN 204301863, опубликовано 29.04.2015, МПК: G01J 5/52 (2006.01), G01M 11/00 (2006.01); патент RU 2672466, опубликовано 14.11.2018, МПК: G06T 7/80 (2017.01).A number of devices for calibrating cameras of different - visible and IR - spectral ranges are known from the prior art, for example: patent CN 204695399, published on June 29, 2015, IPC: G06T 7/00 (2006.01); patent CN 204287725, published 04.22.2015, IPC: G06B 43/00 (2006.01), G01J 5/52 (2006.01); patent CN 204301863, published 04/29/2015, IPC: G01J 5/52 (2006.01), G01M 11/00 (2006.01); patent RU 2672466, published on November 14, 2018, IPC: G06T 7/80 (2017.01).

Указанные устройства состоят из упорядоченных элементов с априорно известными пространственными координатами. Все они предполагают наличие элементов, изображения которых высококонтрастны сразу в нескольких диапазонах оптического спектра, т.е. имеют в том числе и тепловой контраст. Калибровка камеры с помощью таких устройств (универсальных тест-объектов) предполагает их последовательную съемку с нескольких ракурсов. Однако ни одно из рассмотренных выше изобретений не содержит в своей конструкции средства для регулирования положения по линейным и угловым координатам.These devices consist of ordered elements with a priori known spatial coordinates. All of them imply the presence of elements, the images of which are high-contrast at once in several ranges of the optical spectrum, i.e. also have thermal contrast. Camera calibration with the help of such devices (universal test objects) assumes their sequential shooting from several angles. However, none of the above inventions contains in their design means for adjusting the position along the linear and angular coordinates.

Данного недостатка лишено контрольное приспособление для калибровки видеограмметрических систем (патент RU 2645432, опубликовано 21.02.2018, МПК: G01C 11/00 (2006.01)), выбранное в качестве прототипа как наиболее близкое по совокупности признаков. Указанное контрольное приспособление содержит собственно тест-объект с множеством маркеров, а также средство регулирования его положения в рабочем пространстве измерений, при этом средство регулирования выполнено в виде механизма с шестью степенями свободы.The control device for calibrating videogrammetric systems (patent RU 2645432, published 02/21/2018, IPC: G01C 11/00 (2006.01)), selected as a prototype as the closest in terms of a set of features, lacks this drawback. The specified control device contains the actual test object with a plurality of markers, as well as a means for regulating its position in the measurement working space, while the control means is made in the form of a mechanism with six degrees of freedom.

В то же время контрольное приспособление прототипа при установке внутри помещения не позволяет калибровать камеры тех диапазонов оптического спектра, которые практически отсутствуют в спектре осветительных приборов, применяемых для освещения помещений, и не пропускаются остеклением окон - например, камеры ультрафиолетового диапазона УФ-С.At the same time, the control device of the prototype, when installed indoors, does not allow calibrating cameras in those ranges of the optical spectrum that are practically absent in the spectrum of lighting devices used to illuminate rooms, and are not passed through by glazing windows - for example, cameras in the ultraviolet range of UV-C.

Вторым недостатком прототипа является то, что при использовании в целях автоматизации моторизованных механизмов для обеспечения перемещения тест-объекта по трем угловым и трем линейным координатам (т.е. с шестью степенями свободы) в случае массивных тест-объектов (каковыми, как правило, и являются тест-объекты для калибровки разноспектральных камер) в нем требуется применять моторизованные линейные трансляторы и поворотные платформы с большим крутящим моментом.The second disadvantage of the prototype is that when used for automation of motorized mechanisms to ensure the movement of the test object along three angular and three linear coordinates (i.e., with six degrees of freedom) in the case of massive test objects (which, as a rule, and are test objects for the calibration of multi-spectral cameras) it requires the use of motorized linear translators and turntables with a high torque.

Техническая проблема, решаемая созданием заявляемого изобретения, заключается в отсутствии устройств для автоматизированной калибровки камер различных спектральных диапазонов, в том числе -ультрафиолетовых.The technical problem solved by the creation of the claimed invention is the lack of devices for automated calibration of cameras of various spectral ranges, including ultraviolet.

Технический результат изобретения заключается в создании такого устройства и достигается тем, что в состав контрольного приспособления для калибровки включаются источники для подсвета тест-объекта в требуемых диапазонах оптического спектра, а для защиты глаз пользователя от действия излучения источников подсвета оно предусматривает наличие непрозрачных экранов.The technical result of the invention lies in the creation of such a device and is achieved by the fact that the control device for calibration includes sources for illuminating the test object in the required ranges of the optical spectrum, and to protect the user's eyes from the action of radiation from the light sources, it provides for the presence of opaque screens.

Также с целью снижения требований к крутящему моменту моторизованные линейных трансляторов и поворотных платформ, применяемых для изменения ракурсов съемки тест-объекта при калибровке камеры, предлагается перемещать и поворачивать не сам тест-объект, а камеру, которая, как правило, имеет меньшие по сравнению с ним массу и габариты.Also, in order to reduce the torque requirements of motorized linear translators and turntables used to change the angles of shooting a test object during camera calibration, it is proposed to move and rotate not the test object itself, but the camera, which, as a rule, has smaller him weight and dimensions.

Конструкция предлагаемого устройства для калибровки приведена на фиг. 1. Оно состоит из основания 1 (например, сотовой оптической плиты), на котором жестко закреплены моторизованные механизмы для обеспечения перемещения камеры 2 по трем линейным (по глубине, горизонтали и вертикали) и трем угловым (по азимуту, углу места и крену) координатам: соответственно линейные трансляторы 3, 4 и 5 и поворотные платформы 6, 7 и 8. Крепление камеры 2 к поворотной платформе выполняется с помощью кронштейна камеры 9. На противоположных сторонах основания 2 располагают универсальный тест-объект 10 и как минимум один источник света 11 с широкой диаграммой направленности излучения в как минимум одном из диапазонов оптического спектра, в котором камера фиксирует не собственное излучение тест-объекта, а отраженный от него свет: ультрафиолетового, видимого, ближнего ИК или коротковолнового ИК. Для защиты глаз пользователя от излучения источника света 11 на основании 1 закрепляют непрозрачный экран 12 (для наглядности на фиг.1 показаны только его левая и задняя стенки и не показаны передняя и правая стенки, а также крышка). Для автоматизации смены ракурсов съемки, выдачи команд на захват кадра и сохранения кадров с изображениями тест-объекта используется устройство питания и управления 13. Команды и напряжения питания от устройства питания и управления 13 передаются на камеру 2, линейные трансляторы 3-5 и поворотные платформы 6-8 по кабелям 14, 15-17 и 18-20 соответственно. Кабель 21 предназначен для питания электронагревателя универсального тест-объекта 10.The design of the proposed device for calibration is shown in Fig. 1. It consists of a base 1 (for example, a honeycomb optical plate), on which motorized mechanisms are rigidly fixed to ensure the movement of the camera 2 along three linear (in depth, horizontal and vertical) and three angular (in azimuth, elevation and roll) coordinates : Linear translators 3, 4 and 5 and turntables 6, 7 and 8, respectively. The camera 2 is attached to the turntable using the camera arm 9. On opposite sides of the base 2, there is a universal test object 10 and at least one light source 11 s a wide radiation pattern in at least one of the ranges of the optical spectrum, in which the camera captures not the intrinsic radiation of the test object, but the light reflected from it: ultraviolet, visible, near-IR or short-wave IR. To protect the user's eyes from the radiation of the light source 11, an opaque screen 12 is fixed on the base 1 (for clarity, only its left and rear walls are shown in Fig. 1, and the front and right walls, as well as the cover are not shown). To automate the change of shooting angles, issue commands to capture a frame and save frames with images of the test object, a power and control device 13 is used. Commands and supply voltages from a power and control device 13 are transmitted to camera 2, linear translators 3-5 and turntables 6 -8 for cables 14, 15-17 and 18-20, respectively. Cable 21 is designed to power the electric heater of the universal test object 10.

Устройство используют следующим образом. Для калибровки разноспектральных видеокамер с помощью моторизованных устройств 3-5 и 6-8 по командам с устройства питания и управления 13 меняют угловое и пространственное положение калибруемой камеры 2 таким образом, чтобы универсальный тест-объект 10 наблюдался с различных ракурсов, а его изображение целиком попадало в кадр камеры 2 и составляло при этом не менее 50% площади кадра. Меняя ракурсы съемки таким образом, чтобы изображения универсального тест-объекта 10 располагались как в центральной части кадров камеры, так и по краям, сохраняют серии кадров, снятых с различных ракурсов. На каждом ракурсе съемки (рекомендуемое количество ракурсов - не менее 15) в каждом из кадров автоматически выделяют пиксельные координаты опорных точек (маркеров тест-объекта), которые затем используются в алгоритме калибровки, например, согласно методике, рассмотренной в (Zhang Z. A Flexible new technique for camera calibration // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 2000. - Vol.22(11). - P. 1330-1334).The device is used as follows. To calibrate multi-spectral cameras using motorized devices 3-5 and 6-8, according to commands from the power supply and control device 13, the angular and spatial position of the calibrated camera 2 is changed so that the universal test object 10 is observed from different angles, and its entire image falls into into the frame of camera 2 and was at least 50% of the area of the frame. By changing the shooting angles so that the images of the universal test object 10 are located both in the central part of the camera frames and at the edges, a series of frames taken from different angles is saved. At each shooting angle (the recommended number of angles is at least 15) in each of the frames, the pixel coordinates of the control points (markers of the test object) are automatically selected, which are then used in the calibration algorithm, for example, according to the method described in (Zhang Z. A Flexible new technique for camera calibration // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 2000. - Vol.22 (11). - P. 1330-1334).

При этом для калибровки фиксирующих отраженный свет камер -УФ-С, видимого, ближнего ИК и коротковолнового ИК диапазонов -включают источник (источники) света 11 соответствующего оптического диапазона спектра для принудительного подсвета тест-объекта 10. Для калибровки камер средневолнового и длинноволнового ИК диапазонов, фиксирующих собственное тепловое излучение универсального тест-объекта, включения источника подсвета не требуется, так как они воспринимают его собственное излучение в диапазонах длин волн 3-5 и 8-12 мкм соответственно.At the same time, to calibrate the cameras fixing the reflected light - UV-C, visible, near-IR and short-wave IR ranges - turn on the light source (s) 11 of the corresponding optical range of the spectrum for forced illumination of the test object 10. To calibrate the cameras of the medium-wave and long-wave IR ranges, fixing their own thermal radiation of the universal test object, switching on the illumination source is not required, since they perceive its own radiation in the wavelength ranges of 3-5 and 8-12 microns, respectively.

Claims (1)

Устройство для автоматизированной калибровки видеокамер различных спектральных диапазонов, содержащее тест-объект и средство регулирования положения в рабочем пространстве измерений с шестью степенями свободы, отличающееся тем, что оно содержит универсальный тест-объект, изображения которого являются контрастными одновременно в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасных диапазонах оптического спектра, как минимум один источник света, включаемый при калибровке камер, фиксирующих отраженный от тест-объекта свет, и непрозрачный экран для защиты глаз пользователя от излучения источника света, при этом регулирование пространственного и углового положений по шести степеням свободы выполняется не для тест-объекта, а для калибруемой камеры.A device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges, containing a test object and a means for adjusting the position in the measurement working space with six degrees of freedom, characterized in that it contains a universal test object, the images of which are simultaneously contrasting in the ultraviolet, visible and infrared optical ranges spectrum, at least one light source switched on during the calibration of cameras that fix the light reflected from the test object, and an opaque screen to protect the user's eyes from the radiation of the light source, while the spatial and angular positions are controlled by six degrees of freedom not for the test object , and for the calibrated chamber.
RU2020125371A 2020-07-22 2020-07-22 Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges RU2749363C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125371A RU2749363C1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125371A RU2749363C1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749363C1 true RU2749363C1 (en) 2021-06-09

Family

ID=76301645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020125371A RU2749363C1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749363C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799393C1 (en) * 2022-09-07 2023-07-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Test object for simultaneous calibration of visible and infrared video cameras

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2601421C2 (en) * 2012-11-29 2016-11-10 Ксир Method and system of calibrating camera
RU2645432C1 (en) * 2016-12-06 2018-02-21 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation
US10127687B2 (en) * 2014-11-13 2018-11-13 Olympus Corporation Calibration device, calibration method, optical device, image-capturing device, projection device, measuring system, and measuring method
CN109029725A (en) * 2018-08-15 2018-12-18 合肥泰达光电科技有限公司 Deep ultraviolet, visible, near infrared radiometric calibration source device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2601421C2 (en) * 2012-11-29 2016-11-10 Ксир Method and system of calibrating camera
US10127687B2 (en) * 2014-11-13 2018-11-13 Olympus Corporation Calibration device, calibration method, optical device, image-capturing device, projection device, measuring system, and measuring method
RU2645432C1 (en) * 2016-12-06 2018-02-21 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation
CN109029725A (en) * 2018-08-15 2018-12-18 合肥泰达光电科技有限公司 Deep ultraviolet, visible, near infrared radiometric calibration source device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799393C1 (en) * 2022-09-07 2023-07-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Test object for simultaneous calibration of visible and infrared video cameras

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103512728B (en) Total-range multi-optical-axis consistency calibration device and method
KR102224697B1 (en) Multi-camera imaging for illuminance measurement
JP7044767B2 (en) Visual acuity measuring device
CN110009698B (en) Intelligent calibration device and calibration method for binocular vision system
CN109243268B (en) Platform and method for testing, demonstrating and verifying visible light image detector for aerospace
CN109632102A (en) Infrared polarization image measuring device based on rotatory polarization piece
CN103063410A (en) Automatic detection system and detection method for parameters of ultraviolet or visible light optical system
CN105571827B (en) A kind of apparatus and method of the measurement of coronagraph flat field and light intensity demarcation
CN109839027A (en) A kind of test device and method of thermal imaging gun sight dress meter accuracy
US8324564B1 (en) Quad emissive display
RU2749363C1 (en) Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges
Feijóo et al. Optomechanical integration of the MCAO prototype testbed for EST
Andersen Innovative bidirectional video-goniophotometer for advanced fenestration systems
Williams Establishment of absolute diffuse reflectance scales using the NPL Reference Reflectometer
US11503195B2 (en) Method and apparatus for imaging circadiometer
CN106768365B (en) A kind of detection device and detection method that imaging lens axis responds outside
US11747517B2 (en) Sky monitoring system
CN102200475A (en) High-precision relative radiation calibration method for (pole) multielement imaging system
CN106802159A (en) A kind of earth simulator for earth for different linear array infrared earth sensor attitude measurements
Lee et al. MOONS–multi-object spectroscopy for the VLT: DMD based instrument calibration system
CN110702382A (en) Display panel overhauls mechanism
CN214748459U (en) Infrared thermal image real-time projection device
Zotov et al. Investigation of the characteristics of spectrozonal television photometric apparatus in the passive regime
Janeček et al. FRAM for CTA
EP3236310A1 (en) An imaging system and method