RU2817815C1 - Test object for simultaneous calibration of video cameras of visible and infrared ranges with forced cooling of reference incandescent lamps - Google Patents
Test object for simultaneous calibration of video cameras of visible and infrared ranges with forced cooling of reference incandescent lamps Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817815C1 RU2817815C1 RU2023122418A RU2023122418A RU2817815C1 RU 2817815 C1 RU2817815 C1 RU 2817815C1 RU 2023122418 A RU2023122418 A RU 2023122418A RU 2023122418 A RU2023122418 A RU 2023122418A RU 2817815 C1 RU2817815 C1 RU 2817815C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lamps
- test object
- lamp
- visible
- incandescent lamps
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims abstract 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 3
- 229920006266 Vinyl film Polymers 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для определения и приведения к заданным значениям параметров видеокамер видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов длин волн.The invention relates to the field of computer technology and can be used to determine and bring to specified values the parameters of video cameras in the visible and infrared (IR) wavelength ranges.
Из уровня техники известен планарный тестовый шаблон для калибровки видеодатчиков многоспектральной системы технического зрения (патент RU 2672466, опубл. 14.11.2018, МПК: G06T 7/80 (2017.01)), представляющий собой светлую теплопроводящую пластину с электронагревательным элементом, на одну из сторон которой нанесено изображение типа «шахматное поле». Темные клетки указанного тестового шаблона сформированы путем нанесения на пластину тонкой темной полимерной (например, виниловой) пленки, за счет которой обеспечивается тепловой контраст для камер средневолнового и длинноволнового ИК диапазонов. Координатами опорных точек шаблона в процессе калибровки являются координаты углов клеток.A planar test pattern for calibrating video sensors of a multispectral technical vision system is known from the prior art (patent RU 2672466, published on November 14, 2018, IPC: G06T 7/80 (2017.01)), which is a light heat-conducting plate with an electric heating element, on one side of which an image of the “chess board” type is applied. The dark cells of the specified test pattern are formed by applying a thin dark polymer (for example, vinyl) film to the plate, due to which thermal contrast is provided for cameras in the mid- and long-wave IR ranges. The coordinates of the template reference points during the calibration process are the coordinates of the cell corners.
Недостатками тестового шаблона являются высокое потребление электроэнергии и необходимость дополнительной установки терморегулятора для защиты виниловой пленки от деформации вследствие перегрева.The disadvantages of the test pattern are high power consumption and the need for additional installation of a thermostat to protect the vinyl film from deformation due to overheating.
Из уровня техники известен тест-объект для калибровки телевизионных и инфракрасных камер, (патент RU 2670776, опубл. 25.10.2018, МПК: G06T 7/80 (2017.01)), содержащий теплопроводящую пластину и электронагревательный элемент, установленные в корпусе. При этом теплопроводящая пластина выполнена из светлого материала с высокой теплопроводностью, а корпус выполнен с возможностью нагнетания во внутреннюю полость воздуха посредством установленных на одной или нескольких его стенках приточных вентиляторов. В теплопроводящей пластине и скрепленном с ней соразмерном электронагревательном элементе выполнены сквозные отверстия для выхода воздуха из внутренней полости корпуса, обеспечивающие контраст как в видимом, так и в ИК диапазонах. Координатами опорных точек тест-объекта в процессе калибровки являются координаты геометрических центров сквозных отверстий.A test object for calibrating television and infrared cameras is known from the prior art (patent RU 2670776, published 10.25.2018, IPC: G06T 7/80 (2017.01)), containing a heat-conducting plate and an electric heating element installed in the housing. In this case, the heat-conducting plate is made of a light-colored material with high thermal conductivity, and the housing is designed to pump air into the internal cavity by means of supply fans installed on one or more of its walls. The heat-conducting plate and the commensurate electric heating element attached to it have through holes for air to escape from the internal cavity of the housing, providing contrast in both the visible and IR ranges. The coordinates of the reference points of the test object during the calibration process are the coordinates of the geometric centers of the through holes.
Недостатком тест-объекта, помимо высокого энергопотребления, является инерционность регулировки теплового контраста вследствие инерционности прогрева теплопроводящей пластины, что увеличивает время выхода на рабочий режим.The disadvantage of the test object, in addition to high energy consumption, is the inertia of adjusting the thermal contrast due to the inertia of heating the heat-conducting plate, which increases the time it takes to reach the operating mode.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по совокупности признаков тест-объект для одновременной калибровки видеокамер видимого и инфракрасных диапазонов (патент RU 2799393, опубл. 05.07.2023, МПК: G06T7/80 (2017.01), G01M11/02 (2006.01)), содержащий плоскую пластину с низкой теплопроводностью и упорядоченными отверстиями, в которые установлены лампы накаливания, силовые ключи и блок независимого управления яркостью каждой i-й лампы тест-объекта, i=1, 2, …, N, где N - количество ламп, причем каждый i-й управляющий выход модуля управления яркостью соединяют с управляющим электродом i-го силового ключа, выход i-го силового ключа - с одним из контактов i-й лампы, второй контакт i-й лампы - с шиной напряжения питания. Для управления яркостью ламп с целью достижения требуемого для калибровки контраста изображений тест-объекта применяют сигнал с широтно-импульсной модуляцией. В качестве силовых ключей применяют полевые транзисторы с изолированным затвором.As a prototype, the test object that is closest in terms of the set of characteristics was selected for the simultaneous calibration of video cameras of the visible and infrared ranges (patent RU 2799393, published 07/05/2023, IPC: G06T7/80 (2017.01), G01M11/02 (2006.01)), containing a flat a plate with low thermal conductivity and ordered holes in which incandescent lamps, power switches and an independent control unit for the brightness of each i-th lamp of the test object are installed, i = 1, 2, ..., N, where N is the number of lamps, and each i- The th control output of the brightness control module is connected to the control electrode of the i-th power switch, the output of the i-th power switch is connected to one of the contacts of the i-th lamp, the second contact of the i-th lamp is to the supply voltage bus. To control the brightness of the lamps in order to achieve the contrast of images of the test object required for calibration, a signal with pulse width modulation is used. Field-effect transistors with an insulated gate are used as power switches.
Тест-объект прототипа допускает независимое управление яркостью свечения каждой реперной лампы. При этом ввиду инерционности охлаждения колб реперных ламп накаливания в процессе калибровки возможны ситуации, при которых выключение лампы приводит к пропаданию ее изображения в кадре камеры видимого диапазона, в то время как в средне- и длинноволновом ИК диапазонах остаточный тепловой контраст колбы приводит к ложному обнаружению такого репера.The prototype test object allows independent control of the brightness of each reference lamp. At the same time, due to the inertia of cooling of the bulbs of incandescent reference lamps during the calibration process, situations are possible in which turning off the lamp leads to the disappearance of its image in the camera frame of the visible range, while in the mid- and long-wave IR ranges the residual thermal contrast of the bulb leads to a false detection of such rapper.
Таким образом, техническая проблема, решаемая созданием заявленного изобретения, заключается в устранении ложных обнаружений в кадрах камер средне- и длинноволнового ИК диапазонов ранее включенных, но выключенных в данный момент времени реперных излучателей, имеющих тепловой контраст ввиду инерционности охлаждения колбы лампы накаливания.Thus, the technical problem solved by the creation of the claimed invention is to eliminate false detections in camera frames of the mid- and long-wave IR ranges of previously turned on, but currently turned off reference emitters that have thermal contrast due to the inertia of cooling of the incandescent lamp bulb.
Технический результат изобретения заключается в разработке универсального тест-объекта для калибровки камер видимого и инфракрасных диапазонов длин волн, который обеспечивает пользователю возможность принудительного охлаждения реперных ламп накаливания для быстрого устранения теплового контраста выключенных ламп.The technical result of the invention is to develop a universal test object for calibrating cameras in the visible and infrared wavelength ranges, which provides the user with the ability to force-cool incandescent reference lamps to quickly eliminate the thermal contrast of switched-off lamps.
Технический результат достигается применением планарных приточных вентиляторов, принудительно включаемых пользователем с целью быстрого охлаждения ламп накаливания, и дефлекторов, повышающих их эффективность путем формирования направленных воздушных потоков.The technical result is achieved by using planar supply fans, forcedly turned on by the user to quickly cool incandescent lamps, and deflectors that increase their efficiency by forming directed air flows.
Предлагаемый тест-объект реализуют следующим образом (фиг. 1). На плоском основании 1, которое может быть изготовлено, например, из пластины стеклотекстолита, упорядоченно в рядах через фиксированные расстояния располагают цоколи 6 для установки в них миниатюрных реперных ламп накаливания 4. Для управления световым потоком реперных ламп тест-объект содержит не пропускающую видимое и инфракрасное излучение плоскую коллиматорную пластину 2 с отверстиями под колбы реперных ламп накаливания и элементы регулировки положения 3 коллиматорной пластины 2 относительно плоскости основания 1 (Скориков А.Г., Холопов И.С. Разработка 3D модели компактного тест-объекта для одновременной фотограмметрической калибровки разноспектральных видеокамер // Материалы VII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки и производства АПСНиП'2022». Рязань: РГРТУ, 2022. С. 114-120). Элементы регулировки положения 3 могут быть выполнены, например, в виде крепежных болтов с регулировочными пружинами сжатия.The proposed test object is implemented as follows (Fig. 1). On a flat base 1, which can be made, for example, from a fiberglass plate, bases 6 are placed in orderly rows at fixed distances for installing miniature incandescent reference lamps 4 in them. To control the luminous flux of the reference lamps, the test object contains a non-transmitting visible and infrared radiation of a flat collimator plate 2 with holes for bulbs of reference incandescent lamps and elements for adjusting the position 3 of the collimator plate 2 relative to the base plane 1 (Skorikov A.G., Kholopov I.S. Development of a 3D model of a compact test object for simultaneous photogrammetric calibration of multispectral video cameras / / Materials of the VII All-Russian scientific and technical conference “Current problems of modern science and production APSNiP'2022”. The position adjustment elements 3 can be made, for example, in the form of mounting bolts with adjustable compression springs.
Координаты центров отверстий в коллиматорной пластине 2 соответствуют координатам центров цоколей 6, а диаметр каждого отверстия выбирается таким, что обеспечивает прохождение сквозь него колбы реперной лампы накаливания 4. Число отверстий в коллиматорной пластине, реперных ламп накаливания и цоколей для тест-объекта, содержащего строк и столбцов реперных излучателей, равны:The coordinates of the centers of the holes in the collimator plate 2 correspond to the coordinates of the centers of the bases 6, and the diameter of each hole is chosen such that it allows the bulb of the reference incandescent lamp 4 to pass through it. Number of holes in the collimator plate, reference incandescent lamps and plinths for a test object containing lines and columns of reference emitters are equal to:
Дефлекторы 5 с эластичными элементами, выполненные, например, в виде силиконовой или резиновой ленты специального профиля с внутренним каркасом в виде металлических полос, после деформации, вызванной регулировкой высоты коллиматорной пластины 2 над плоскостью основания 1, принимают свою исходную форму при ослаблении затяжки элементов регулировки 3. Элементами крепления 7 дефлекторов к коллиматорной пластине 2 могут выступать, например, миниатюрные саморезы с потайной головкой.Deflectors 5 with elastic elements, made, for example, in the form of a silicone or rubber band of a special profile with an internal frame in the form of metal strips, after deformation caused by adjusting the height of the collimator plate 2 above the plane of the base 1, take their original shape when the tightening of the adjustment elements 3 is loosened The elements for fastening 7 deflectors to the collimator plate 2 can be, for example, miniature screws with a countersunk head.
Планарные приточные вентиляторы 8 позволяют уменьшить время устранения теплового контраста, вызванного продолжительным нагревом ламп накаливания 4 тест-объекта. При этом плоскость вентиляторов 8 параллельна плоскости основания 1, а направление воздушного потока от вентиляторов 8 параллельно дефлекторам 5.Planar supply fans 8 make it possible to reduce the time to eliminate thermal contrast caused by prolonged heating of incandescent lamps 4 of the test object. In this case, the plane of the fans 8 is parallel to the plane of the base 1, and the direction of the air flow from the fans 8 is parallel to the deflectors 5.
Модуль управления интенсивностью свечения реперных ламп накаливания может быть реализован на микросхеме ПЛИС или микроконтроллера. Для защиты его выводов по току силовые ключи, реализуемые, например, на полевых транзисторах с изолированным затвором, могут быть реализованы по аналогии с устройством прототипа.The module for controlling the glow intensity of filament lamps can be implemented on an FPGA or microcontroller chip. To protect its terminals by current, power switches, implemented, for example, on field-effect transistors with an insulated gate, can be implemented by analogy with the prototype device.
Поочередная подача на все лампы тест-объекта, кроме i-й, ШИМ-сигнала с нулевым заполнением позволяет выключить их. Таким образом, в случае одновременной калибровки камер с широким и узким полями зрения можно идентифицировать номер каждой опорной точки тест-объекта на его изображении, так как в кадре камер видимого и ИК диапазонов остается единственный контрастный объект (в случае его попадания поле зрения каждой из калибруемых камер).Alternately applying a PWM signal with zero filling to all lamps of the test object, except the i-th one, allows you to turn them off. Thus, in the case of simultaneous calibration of cameras with wide and narrow fields of view, it is possible to identify the number of each reference point of the test object in its image, since in the frame of cameras of the visible and IR ranges there remains a single contrasting object (if it falls within the field of view of each of the calibrated cameras).
Тест-объект используют следующим образом. На этапе инициализации путем изменения скважности ШИМ-сигнала выполняют регулировку яркости ламп накаливания таким образом, чтобы обеспечить контрастное изображение тест-объекта на кадрах камер каждого спектрального диапазона; значение скважности фиксируют. Для калибровки видеокамер видимого и ИК спектральных диапазонов тест-объект устанавливают перед камерами таким образом, чтобы его изображение целиком попадало в кадр камеры с большим полем зрения. Меняя положение тест-объекта (либо положение конструктивно связанных калибруемых камер) таким образом, чтобы его изображения располагались как в центральной части кадров, так и по краям, сохраняют серии кадров, снятых с различных ракурсов. Далее для каждого ракурса съемки:The test object is used as follows. At the initialization stage, by changing the duty cycle of the PWM signal, the brightness of incandescent lamps is adjusted in such a way as to ensure a contrast image of the test object in camera frames of each spectral range; the duty cycle value is fixed. To calibrate video cameras in the visible and IR spectral ranges, the test object is placed in front of the cameras so that its entire image falls within the frame of the camera with a large field of view. By changing the position of the test object (or the position of structurally connected calibrated cameras) so that its images are located both in the central part of the frames and at the edges, a series of frames taken from different angles is saved. Next, for each shooting angle:
1) выполняют устранение теплового контраста реперных ламп накаливания путем включения планарных приточных вентиляторов; временной интервал включения вентиляторов подбирается опытным путем в зависимости от мощности вентиляторов и теплового контраста ламп и может контролироваться оператором, выполняющим калибровку ламп, по текущему изображению тест-объекта от камеры ИК диапазона;1) eliminate the thermal contrast of reference incandescent lamps by turning on planar supply fans; the time interval for turning on the fans is selected empirically depending on the power of the fans and the thermal contrast of the lamps and can be controlled by the operator calibrating the lamps using the current image of the test object from the IR camera;
2) выполняют идентификацию номеров реперных ламп на изображениях тест-объекта (при необходимости);2) identify the numbers of reference lamps on images of the test object (if necessary);
3) автоматически выделяют пиксельные координаты опорных точек (центров изображений ламп), которые затем используются в алгоритме калибровки.3) automatically select pixel coordinates of reference points (centers of lamp images), which are then used in the calibration algorithm.
В процессе обработки полученных серий кадров осуществляют ввод значений параметров тестового калибровочного шаблона: пространственных координат центров колб ламп в системе координат тест-объекта. Далее оценивают матрицы внутренних параметров камер и коэффициенты дисторсии их объективов: для каждой камеры - по своей серии кадров. Затем оценивают внешние параметры камер: матрицу поворота и вектор параллельного переноса.In the process of processing the received series of frames, the values of the parameters of the test calibration pattern are entered: the spatial coordinates of the centers of the lamp bulbs in the coordinate system of the test object. Next, the matrices of internal parameters of the cameras and the distortion coefficients of their lenses are evaluated: for each camera - for its own series of frames. Then the external parameters of the cameras are estimated: the rotation matrix and the parallel translation vector.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817815C1 true RU2817815C1 (en) | 2024-04-22 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200285649Y1 (en) * | 2002-04-08 | 2002-08-13 | 한국수력원자력 주식회사 | Structure of multi-calibration plate for thermal-IR and CCD camera system |
| KR101390882B1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-04-30 | 한국표준과학연구원 | Calibration plate device for camera |
| CN108648243A (en) * | 2018-07-12 | 2018-10-12 | 广东省医疗器械质量监督检验所 | A kind of near-infrared camera parameters scaling board |
| CN208141454U (en) * | 2018-02-09 | 2018-11-23 | 深圳先进技术研究院 | A kind of scaling board and binocular are to view photographic device calibration system |
| RU2670776C9 (en) * | 2017-12-08 | 2018-12-17 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Test-object for calibration of video sensors of multispectral system of technical vision |
| RU2719429C1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Test object for simultaneous calibration of television and infrared video cameras with different fields of view |
| CN112419426A (en) * | 2020-11-24 | 2021-02-26 | 长春理工大学 | Calibration plate and calibration method for visible light and infrared camera combined calibration |
| 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 |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200285649Y1 (en) * | 2002-04-08 | 2002-08-13 | 한국수력원자력 주식회사 | Structure of multi-calibration plate for thermal-IR and CCD camera system |
| KR101390882B1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-04-30 | 한국표준과학연구원 | Calibration plate device for camera |
| RU2670776C9 (en) * | 2017-12-08 | 2018-12-17 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Test-object for calibration of video sensors of multispectral system of technical vision |
| CN208141454U (en) * | 2018-02-09 | 2018-11-23 | 深圳先进技术研究院 | A kind of scaling board and binocular are to view photographic device calibration system |
| CN108648243A (en) * | 2018-07-12 | 2018-10-12 | 广东省医疗器械质量监督检验所 | A kind of near-infrared camera parameters scaling board |
| RU2719429C1 (en) * | 2019-06-13 | 2020-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Test object for simultaneous calibration of television and infrared video cameras with different fields of view |
| CN112419426A (en) * | 2020-11-24 | 2021-02-26 | 长春理工大学 | Calibration plate and calibration method for visible light and infrared camera combined calibration |
| 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 |
|---|---|---|
| EP1388767B1 (en) | Projector display comprising light source units | |
| CN106168731B (en) | The manufacturing method of electronic device, projection arrangement and electronic device | |
| US9752738B2 (en) | LED based searchlight/sky light | |
| US10295131B2 (en) | Solar simulator and method for operating a solar simulator | |
| US8605226B2 (en) | Projector | |
| US20030193816A1 (en) | Allochromatic light emitter | |
| US20150345736A1 (en) | Cinema Light with LED Modules and Interchangeable Lenses | |
| CN209805986U (en) | Projection structure with uniform brightness | |
| US10422520B2 (en) | Lamp color temperature stability in an automated luminaire | |
| WO2022041761A1 (en) | Linear light source and correction method therefor | |
| RU2817815C1 (en) | Test object for simultaneous calibration of video cameras of visible and infrared ranges with forced cooling of reference incandescent lamps | |
| WO2013077067A1 (en) | Light source apparatus, image display apparatus, and method for controlling light source apparatus | |
| JP2022191212A (en) | Uv led radiation light sources for use in photopolymer exposure | |
| JP2001043728A (en) | Light emitting diode lighting system | |
| US10184638B2 (en) | LED plane light source lamp | |
| CN218565345U (en) | LED intelligence response lamp | |
| CN205899215U (en) | Photographic lighting system | |
| CN212584747U (en) | Linear light source capable of automatically correcting brightness | |
| CN206878951U (en) | A kind of NI Vision Builder for Automated Inspection and there is its mobile robot | |
| CN202262169U (en) | LED display screen box body and LED display screen | |
| CN215729214U (en) | Novel thread air-cooling temperature-control photographic lamp | |
| CN108644667A (en) | A kind of LED light device and means of illumination with video camera simultaneously match | |
| WO2012024862A1 (en) | Projector lighting method and device based on temperature compensation | |
| CN210662493U (en) | Integrated type curved surface structure detection adjustable light source | |
| KR100969522B1 (en) | Monitoring camera apparatus with light emitter adjusting irradiation angle |