[发明专利]一种高速相机成像畸变校准装置及方法

说明书

本发明涉及一种高速相机成像畸变校准装置及方法，包括标定板、测距激光雷达、高速相机和成像畸变校准单元；成像畸变校准时，所述标定板处于所述高速相机和所述测距激光雷达的视场内；所述测距激光雷达测量所述标定板上的人工标定点的位置坐标，所述高速相机将拍摄的包括人工标定点的标定板图像；所述成像畸变校准单元以所述测距激光雷达测量的人工标定点的坐标为基准，对高速相机拍摄的标定板图像上人工标定点的坐标进行校准，计算出与相机成像畸变有关的相机内参数；所述成像畸变校准单元根据所述内参数对高速相机拍摄的图像进行实时畸变校准。

技术领域

本发明涉及摄影技术领域，尤其涉及一种高速相机成像畸变校准装置及方法。

背景技术

高速摄影是爆轰物理、冲击波物理、加速器物理和等离子体试验等研究中重要的测试手段，高速相机采用光学成像的方式对试验过程进行实时拍摄跟踪，获得相应的参数。高速相机不仅可以记录高速运动过程，而且可以进行视觉测量，是目前唯一可以同时获取目标图像和高精度轨迹的爆破参数测量设备。目前，广泛应用于研究爆破过程试验的高速相机普遍面临着曝光时间不准确及失帧的问题。在时间上，曝光时间误差、失帧的存在会对爆破过程中碎片的速度、加速度及运行轨迹产生误判，对一次爆破和二次爆破之间的时间估计不准确；在空间上，高速相机所拍摄的图像如果存在畸变，则会导致碎片运动轨迹的误判，从而极大地影响对爆破威力的研究，已给武器性能评价及设计优化带来了困扰，影响了该类武器系统的研制进度。经分析，造成这种误差的主要原因是靶场缺乏对高速相机曝光时间不准、失帧以及目标成像畸变进行精确测量校准的技术手段，使得该类设备长期得不到有效的计量保障。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种高速相机成像畸变校准装置及方法，用以解决现有高速相机测量误差大，导致测得的试验参数不准确的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种高速相机成像畸变校准装置，包括标定板、测距激光雷达、高速相机和成像畸变校准单元；

所述标定板为四边形网格状平板；所述网格状平板上设有多个人工标定点，用于对高速相机成像进行校准；

所述测距激光雷达测量所述标定板上的人工标定点的位置坐标，并将坐标信息传送到成像畸变校准单元；

所述高速相机将拍摄的包括人工标定点的标定板图像，并将图像数据传送到成像畸变校准单元；

所述成像畸变校准单元以所述测距激光雷达测量的人工标定点的坐标为基准，对高速相机拍摄的标定板图像上人工标定点的坐标进行校准，计算出与相机成像畸变有关的相机内参数；所述成像畸变校准单元根据所述内参数对高速相机拍摄的图像进行实时畸变校准。

进一步地，所述人工标定点均匀分布在标定板上，至少包括设置在标定板的中心点和四个角点上的5个人工标定点；所述网格状平板选用光学吸收较高的材料，所述人工标定点选用高反射率的材料；

所述人工标定点的最小尺寸大于激光雷达的成像分辨率；

所述标定板配置有起支撑作用的标定杆，所述标定杆的高度H＝hL/f，其中h为标定杆在相机视场上的成像长度，f为所述高速相机焦距，L为相机到标定杆的物距；所述标定杆上设置一系列均匀分布的刻度。

进一步地，所述测距激光雷达为皮秒级激光脉冲雷达，包括激光发射器、激光接收器、计时电路和坐标解算单元；

所述激光发射器发射脉宽为皮秒级的激光脉冲到所述标定板，依次照射标定板上的人工标定点；所述标定板为光学吸收较高的材料，吸收激光脉冲，所述人工标定点为高反射率的材料，反射激光脉冲；

所述激光接收器接收所述人工标定点反射的激光脉冲；

所述计时电路测量激光发射脉冲和接收脉冲的时间延时；