一种网格式热红外相机标定板及标定方法与流程

本公开属于红外相机标定技术领域，具体涉及一种网格式热红外相机标定板及标定方法。

背景技术：

在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数，求解这些参数的过程称之为相机标定。

目前相机标定技术主要应用于可见光图像处理领域，其标定技术相对比较成熟，相应的标定工具箱或者封装好的函数已被广泛应用，其中棋盘格模板是使用最多的标定模板之一。但是由于红外相机接收到的是目标物的热红外辐射，其无法采用传统的棋盘格标定板进行标定，为此许多研究者尝试采用改进的可加热棋盘格的方式将可见光领域的相机标定方法引入到红外相机的标定中。

发明人了解到，此种可加热的标定板一般采用不同材质的物体制作棋盘格，利用其热传导的差异性从而实现棋盘格温度的不同，进而生成的热红外灰度图像会出现类似棋盘形状。然而该方法的难点为：

1、标定板大面积加热很难保证其整体温度的均匀分布，从而导致棋盘格热红外成像一致性变差，不利于后续的图像处理过程。

2、由于热量以辐射形式存在因而会导致棋盘格红外图像出现边缘增粗、模糊甚至叠加的情况，其成像区分度不如色彩相机明显，降低了校正的准确性。

3、棋盘格彼此之间的热传递导致相邻棋盘格之间的温度差异不够明显，红外图像的对比度降低。

4、可加热的棋盘格制作过程繁琐、加工难度大，且大小尺寸不能根据用户需要进行自行修改，不利于用户使用。

技术实现要素：

本公开的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种网格式热红外相机标定板及标定方法，能够解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种网格式热红外相机标定板，包括回字形的底板，底板的每个侧边处均设置一个与自身延伸方向相同的标尺板和导电条，以使得标尺板和导电条呈回字形分布；

相互平行的两个导电条之间分别设置有多个碳纤维加热丝，每根碳纤维加热丝的延伸方向与其两端的导电条垂直，以使得碳纤维加热丝在底板呈网格分布。所述碳纤维加热丝表面涂有绝缘涂层，以实现交点处不同碳纤维丝间电气绝缘。

作为第一方面的进一步限定，所述标尺板的表面设置有刻度线，以实现碳纤维加热丝安装时的定位。

作为第一方面的进一步限定，所述导电条与底板上分别设置有正对的两个通槽和两个通孔，通槽中贯穿安装有多个第一螺栓，通孔中安装有第二螺栓；

所述第一螺栓用于固定碳纤维加热丝，所述第二螺栓用于固定外接的输入电源线。

本公开的第二方面提供一种热红外相机的标定方法，包括以下步骤：

按照设定间距布置碳纤维加热丝；

采集加热后网格标定板的热红外图像；

进行图像边缘检测，提取网格边缘像素并进行线性拟合，以获得网格线；

计算网格线交点附近的四个交点坐标，并计算其平均值，将其记为网格的角点坐标；

将角点坐标输入现有算法进行红外相机标定。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

1、将传统的棋盘格式标定板改进为网格式标定板，减小了制作的复杂度，降低了制作成本，并且有利于用户按照特定需要自行设计网格的大小、个数，增加了灵活性。

2、将棋盘格式标定板对棋盘格的大面积加热改进为仅对栅格线的加热，避免了棋盘格温度可控性差及温度分布不均的情况。

3、网格式标定板设计为回字形结构，从而可以减少对热辐射的反射作用，有利于增大红外图像中网格线与背景的区分度。

4、通过热红外图像中网格线边缘像素拟合即可求得网格线的角点坐标，进而可采用现有的色彩相机标定算法实现对热红外相机的快速标定。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本公开的实施例1中部分结构主视示意图。

图2为本公开的实施例1中整体结构的爆炸示意图。

图3为本公开的实施例1中安装碳纤维加热丝后整体结构的示意图。

图4为本公开的实施例2中网格标定板的红外成像图，。

图5为本公开的实施例2中对图4采用canny算法进行边缘提取的结果示意图。

图6为本公开的实施例2中提取网格线边缘像素后的效果示意图。

图7为本公开的实施例2中将提取的网格线边缘像素进行数值化描述后的结果示意图。

图8为本公开的实施例2中对二维散点进行直线拟合后的结果示意图。

图9为本公开的实施例2中为由图8得到的角点坐标在图4中的位置映射示意图。

图10为本公开的实施例2中标定方法的流程示意图。

1、标尺板；2、导电条；3、底板；4、螺栓。5、碳纤维加热丝；7、第一通孔；8、第一通槽；9、第二通孔；10、第二通槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供优选的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供一种网格式热红外相机标定板包括回字形的底板3，底板3的每个侧边处均设置一个与自身延伸方向相同的标尺板1和导电条2，以使得标尺板1和导电条2呈回字形分布；

相互平行的两个导电条2之间分别设置有多个碳纤维加热丝5，每根碳纤维加热丝5的延伸方向与其两端的导电条2垂直，以使得碳纤维加热丝5在底板3呈网格分布。所述碳纤维加热丝表面涂有绝缘涂层，以实现交点处不同碳纤维丝间电气绝缘。所述标尺板1的表面设置有刻度线，以实现碳纤维加热丝5安装时的定位。

所述导电条2与底板3上分别设置有正对的两个通槽和两个通孔，通槽中贯穿安装有多个第一螺栓4，通孔中安装有第二螺栓4；所述第一螺栓4用于固定碳纤维加热丝5，所述第二螺栓4用于固定外接的输入电源线。

具体的，所述导电条2上设置有第一通槽8，第一通槽8的延伸方向与导电条2的延伸方向相同，第一通槽8的一端设置有第一通孔7；

底板3的每个侧边处设置有第二通槽10，第二通槽10的延伸方向与侧边的延伸方向相同，所述第二通槽10的一端设置有第二通孔9；所述第一通孔7正对于第二通孔9，第一通槽8正对于第二通槽10。

相互平行的多个碳纤维加热丝5形成碳纤维加热丝5组，两个碳纤维加热丝5组的供电电压能够独立调节，以改变碳纤维加热丝5的温度。

所述导电条2为铝箔胶带。

所述碳纤维加热丝5的一侧设置有温度传感器，所述温度传感器能够感知碳纤维加热丝5的温度。

实施例2

如图4-10所示，本实施例提供一种热红外相机的标定方法，包括以下步骤：

按照设定间距布置碳纤维加热丝5；

调整加热电源，使得碳纤维加热丝5发热温度一致。

采集加热后网格标定板的热红外图像；

进行图像边缘检测，提取网格边缘像素并进行线性拟合，以获得网格线；具体的，将每条网格线像素按照一条直线或一条曲线的方式进行拟合；或，采用分段的方式将整条网格线像素拟合为多段直线或者多段曲线或者多段直线与多段曲线的组合。

计算网格线交点附近的四个交点坐标，并计算其平均值，将其记为网格的角点坐标；

将角点坐标输入现有算法进行红外相机标定。

具体的，以下结合附图进行描述：

图4所示为网格标定板的红外成像图，由图可知由于采用了镂空结构(形成了回字形)，发热丝与背景的区分度明显，可满足标定所需的图像处理要求。

图5所示为对图4采用canny算法进行边缘提取的结果，图中既有网格线的边缘信息也含有其它与标定无关的边缘信息，因而需对图5做进一步精简，只保留必要的网格线边缘。

图6所示为提取网格线边缘像素后的效果，对非网格线边缘像素、网格线端点附近像素以及网格线交点附近像素做了删减，仅保留了信息较稳定的网格线边缘像素点。

图7所示为将提取的网格线边缘像素进行数值化描述后的结果，此时每个网格线边缘像素由一个对应的二维坐标点进行表示。

图8所示为对二维散点进行直线拟合后的结果，并由“o”型符号表示了线段交点的位置。通过计算每个网格线交点附近的四个交点坐标的平均值即可得到网格角点的坐标值。

图9所示为由图8得到的角点坐标在图4中的位置映射，其中角点位置用“*”号表示。由图可知通过该网格标定板获取的红外图像能够准确地提取网格交点处的角点坐标，可满足现有标定算法对图像处理的要求。

可以理解的是，可采用将整条网格线像素按照一条直线或一条曲线的方式进行拟合，也可采用分段的方式将整条网格线像素拟合为多段直线或者多段曲线或者多段直线与多段曲线的组合。

也可采用角点提取算法提取网格线交点附近的4个角点坐标，然后由其平均值表征该交点的角点坐标。

由上述说明可知采用网格式热红外相机标定板的具体标定方法流程如图10所示。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。