[发明专利]一种近红外标定模板设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光学测量领域的方法，具体是一种应用于标定近红外测量系统的近红外标定板设计方法。

背景技术

在光学测量领域，测量精度主要决定于测量系统的标定，即测量系统中摄像机内外部参数的获取。因此，如何精确标定摄像机一直是研究的热点。一方面是标定算法的不断提高和完善。另一方面是如何设计精确的标定板。如果标定板不精确，即标定的基准不精确，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，如采用Dell型号为E177FPc的液晶屏生成平面标定板的方法生成的标定板，其液晶屏的像素尺寸为0.264mm，每个50像素X50像素的正方形棋盘格尺寸为13.200mm，精度达到0.001mm。标定参考物的形状、大小一致性非常好，利用此标定板标定的普通光学成像系统精度很高。由于近红外摄像机不能够获取普通光学系统标定板的纹理，无法用普通摄像机的标定板标定近红外摄像机。因此，要对近红外摄像机设计特定的标定板。

目前尚未见有一种主动近红外标定板设计方法的报道。因此，设计一种能够精确标定近红外摄像机内外部参数的标定板非常有必要。

发明内容

本发明目的是针对红外测量系统标定板设计的空缺，提出一种近红外标定模板设计方法，使其实现对近红外成像系统的高精度标定。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种近红外标定模板设计方法，包括如下步骤：

(1)将贴片近红外发光管按阵列分布固定在一块刚性板上制作成标定板；本发明采用波长为940nm的贴片NIR-LED按一定方式排列固定在一块刚性板上制作成标定板，可根据需要，设计标定板的形状、大小和亮度调节。

(2)利用已标定的普通摄像机测量系统，在其有效视场内移动标定板，采集一系列近红外发光点的左、右图像，再提取这些图像中所有光点的亚像素坐标，并对所有发光点进行三维坐标重建，最后将多组发光点三维坐标进行旋转、平移，最终得到近红外标定模板。

所述将多组发光点三维坐标进行旋转、平移是指：随机抽取一组该标定板的发光点的三维坐标作为模板，其他多组根据旋转、平移，使得与模板处于同一个方向上。

所述标定板上每相邻发光管的间距以及尺寸是由已采用液晶屏标定的双目视觉测量系统精确计算得出。

所述标定板上近红外发光管两端的电压可调，通过调节该电压来控制发光点的亮度，使其在被标定近红外摄像机拍摄的图像中得到灰度呈高斯分布的光斑。这便于精确地从图像中获取光斑中心点的亚像素坐标，有利于提高标定精度。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明方法制得的标定板的精度达0.04mm以内，从而可以用于设计和制造精度高、使用方便和抗环境光照变化能力强的主动近红外光源标定板。

附图说明

图1为近红外标定板设计电路图。

图2为摄像机拍摄近红外标定板发光点图像，(a)为标定板发光面被摄像机拍摄的红外图像；(b)为图像(a)中灰度值作为高度的三维效果图。

图3为液晶屏标定普通双目视觉系统示意图，图3(a)和图3(b)为普通光学摄像机(左、右)拍摄的液晶屏图像。

图4为近红外标定板NIR-LED坐标及每相邻两点间距计算过程示意图；

图4(a1)、(a2)分别为近红外标定板在黑暗环境下被已标定的双目视觉系统拍摄并存入计算机中的左、右两帧图像；

图4(b1)、(b2)分别为图4(a)中拍摄并存入计算机中的左、右两帧图像的亚像素坐标提取效果图；

图4(c)为近红外标定板上NIR-LED三维重建后的效果图；

图4(d)为图4(c)中标定板在不同位置所拍摄的一系列图像所重建得到的三维坐标经过平移、旋转到XY平面的标定模板图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和标定板设计过程作进一步的详细描述。

本发明是一种近红外标定板的设计方法，采用本发明方法设计、制作的标定板，可以精确标定近红外成像系统。

该标定板由近红外发光贴片元件排列为4×4阵列，采用并联连接方式组成规则、一致性好的标定板。在利用液晶平面显示屏标定方法标定的普通光学测量系统中移动该标定板，得到多组标定板的图像，再提取每组图像中发光点的亚像素坐标，最后通过普通光学双目视觉测量系统计算出标定板中每相邻发光点之间的间距，得到高精度的标定模板，精度达0.04mm以内，从而可以将该标定板应用于近红外测量系统的高精度标定。具体步骤如下：