一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板及标定方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于可见光/红外相机的高精度、低成本标定板及标定方法。标定板包括基板、铺敷层、过渡层、加热层及保温层，基板为矩形金属平板，表面采用黑色氧化处理，上表面铺敷与基板同种材质的铺敷层，使用高精度机床按照国际象棋棋盘图案加工铺敷层；颜色对比明显的棋盘格图案可满足可见光相机的标定；过渡层、加热层及保温层实现对基板均匀加热的功能，由于不同区域的表面发射率差异，可实现对红外相机的标定。该标定板制作工艺简单、精度高、成本低廉，可广泛用于相机标定领域。

A High Precision and Low Cost Calibration Plate and Method for Visible/Infrared Camera Calibration

The invention discloses a high precision and low cost calibration plate and a calibration method suitable for visible/infrared cameras. The calibration board includes base plate, paving layer, transition layer, heating layer and thermal insulation layer. The base plate is rectangular metal plate, the surface is treated by black oxidation, the upper surface is paved with the same material as the base plate, and the paving layer is processed according to chessboard pattern by high-precision machine tool. The chessboard pattern with obvious color contrast can meet the calibration of visible camera. The thermal insulation layer realizes the function of uniform heating to the substrate. Because of the difference of surface emissivity in different areas, the calibration of infrared camera can be realized. The calibration board has the advantages of simple manufacturing process, high precision and low cost, and can be widely used in the field of camera calibration.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板及标定方法
本专利技术属于相机标定领域，涉及一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板及标定方法。
技术介绍
在相机标定领域，标定技术大致可分为传统标定法、基于主动视觉法和自标定法三种。传统标定方法中需要利用标准的参照物或标定模板，即利用参照物或标定模板上的特征点与其对应相机成像点的对应关系来确定相机模型参数。其中最著名的是由张正友提出的“基于平面模板的摄像机标定法”，由于其测量方便、精度高，而被广泛应用，该方法关键步骤是提取平面模板(常用国际象棋棋盘图案)上的角点，因此设计标定板时不仅要严格保证其特征点的定位精度以及标定板平面精度，而且要考虑降低不利因素影响，如热变形。目前适用于可见光/红外相机的标定板结构主要采用分层设计，包括目标图案、发热源等，如空间分层结构设计、贴附式结构设计以及红外抑制涂层设计等。对于空间分层结构设计，发热源多为平面热源，目标图案刻制于具有一定厚度的结构平板上，目标图案和发热源平行安置并有一定的间距；这种结构在红外相机采集时，利用目标图案对发光源发出红外光的遮挡实来现特征点，但是由于发热源和图案之间存一定的距离层次，导致相机采集的特征点的位置产生偏差；目标图案和发热源的平行距离越近以及目标图案平板越薄，产生的偏差越小；但同时目标图案平板厚度越小，其结构精度越低。针对贴附式结构设计，将多个形状规则的片状发热源贴附在可见光棋盘格靶板的响应位置，形成红外特征区域，这种结构有效的降低的目标图案和发热源的平行距离，但由于发热源贴附于可见光棋盘格靶板，导致热扩散，因此通过红外相机采集的特征区域边界模糊，较难获得精确特征点的位置。对于红外抑制涂层设计，主要是在平面状的发热源表面涂抹形状规则的红外抑制涂层，以形成规则的目标图案；但是要实现规则的目标图案，对于红外抑制涂层的涂抹工艺提出了较高的难度，因此这种标定板的制作成本较高。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板及标定方法。本专利技术的基本原理是：考虑到物体的红外辐射取决于其表面温度和发射率因素，选用同种材料，采取不同的表面处理方式改变发射率，形成红外辐射特征区分明显的区域，提高红外图像的清晰度；可见光相机标定，在表面处理时影响其不同区域颜色(如黑色和金属本色)，形成对比明显的区域，增强角点提取区域的对比度。基于上述原理，本专利技术的技术方案为：所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：包括基板、铺敷层、过渡层、加热层和保温层；铺敷层粘合在基板正面；过渡层安装于基板背面，并在基板与过渡层之间填充导热硅脂；加热层贴合在过渡层背面；保温层贴合在加热层背面，并与过渡层固定；基板、铺敷层和过渡层采用同种金属材料制成。进一步的优选方案，所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：所述基板采用铝合金材料制成，其尺寸根据待标定相机的参数确定，所述参数包括待标定相机的视场大小、景深；基板正面平面度满足设定要求且正面表面采用黑色氧化处理，改变其外观颜色的同时提高表面发射率。进一步的优选方案，所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：所述铺敷层选用反射率高的铝箔，发射率低于黑色氧化后的基板，贴合在基板上，采用高精度机床按照国际象棋棋盘图案边线轮廓一次切割，去除多余区域，保留区域与基板形成棋盘格图案，具有较高的形状精度及角点位置精度。进一步的优选方案，所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：所述过渡层选用铝合金材料制成，与基板贴合表面采用导热硅脂填充。进一步的优选方案，所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：所述加热层选用发热均匀的硅胶加热膜，标定板系统加热温度较室温提升5℃即满足红外相机标定需求，此温度下标定板系统具有较小的温度形变，能够保证基板平面精度指标。利用上述标定板对可见光/红外相机进行标定的方法，其特征在于：当在室内对红外相机进行标定时，通过恒流稳压电源给加热层供电加热，实现对标定板系统的均匀加热，为红外相机标定提供有效特征点；当在室内对可见光相机进行标定时，判断照度是否满足要求，若满足，则利用标定板对可见光相机进行标定，若不满足，则调整照明设施，使照度满足要求后利用标定板对可见光相机进行标定；当在户外对红外相机进行标定时，若户外环境为天气晴朗的白天，则直接利用标定板对红外相机进行标定，若户外环境为其他环境，则通过恒流稳压电源给加热层供电加热，实现对标定板系统的均匀加热，为红外相机标定提供有效特征点；当在户外对可见光相机进行标定时，判断照度是否满足要求，若满足，则利用标定板对可见光相机进行标定，若不满足，则增加照明设施，使照度满足要求后利用标定板对可见光相机进行标定。有益效果1.精度高。标定板平面精度高，基板采用高精度机床加工而成，保证了表面具有高的平面精度；棋盘格图案形状精度、尺寸精度、角点位置精度高，使用高精度机床一次切割铺敷层，去除多余区域，保证了棋盘格图案形状精度、尺寸精度、角点位置精度。2.热变形小。标定板的不同组成部分采用同种金属材料制成，具有统一的热膨胀系数，且选用的硅胶加热膜具有加热均匀的效果，保证了标定板加热时其热变形小，保证了标定板的精度。3.成本低廉。本专利技术选用的市场上常见的铝合金材料、铝箔、硅胶发热膜等材料，上述材料价格低廉、容易获取，此外本专利技术所涉及加工工艺简单，不需要复杂的工艺设计，也降低了标定板的成本。4.制作工艺简单。标定板制作采用目前成熟技术，不存在复杂加工工艺，容易实现。附图说明图1为本专利技术的一种适用于可见光/红外相机的标定板的结构示意图的立体图；图2为图1的正视图。其中：1-基板，2-铺敷层，3-过渡层，4-加热层，5-保温层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步详细说明。如图1为本专利技术一种适用于可见光/红外相机的标定板的三维图，包括基板1，铺敷层2，过渡层3，加热层4，保温层5。其中铺敷层2粘合在基板1正面；过渡层3安装于基板1背面，并在基板1与过渡层3之间填充导热硅脂；加热层4贴合在过渡层3背面；保温层5贴合在加热层4背面，并与过渡层3固定。所述基板1采用导热优良的铝合金材料制成，其尺寸按照相机的视场大小、景深等参数确定，基板1前表面具有高平面度，表面采用黑色氧化处理，改变其外观颜色的同时提高表面发射率，其表面发射率为0.7。所述铺敷层2选用高反射率铝箔，其表面发射率为0.05，远低于黑色氧化后的基板，贴合在基板上，采用高精度机床按照国际象棋棋盘图案边线轮廓一次切割，去除多余区域，保留区域与基板形成棋盘格图案，具有较高的形状精度及角点位置精度。所述过渡层3选用导热良好的铝合金材料制成，与基板贴合表面采用导热硅脂填充。所述加热层4选用发热均匀的硅胶加热膜，标定板系统加热温度较室温提升5℃即满足红外相机标定需求，此温度下标定板系统具有较小的温度形变，能够保证基板平面精度指标。所述保温层5选用导热系数低、热工性能良好的材料制成。使用本专利技术所述标定板的工作过程如下：当在室内对红外相机进行标定时，通过恒流稳压电源给加热层供电加热，实现对标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：包括基板、铺敷层、过渡层、加热层和保温层；铺敷层粘合在基板正面；过渡层安装于基板背面，并在基板与过渡层之间填充导热硅脂；加热层贴合在过渡层背面；保温层贴合在加热层背面，并与过渡层固定；基板、铺敷层和过渡层采用同种金属材料制成。

【技术特征摘要】
1.一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：包括基板、铺敷层、过渡层、加热层和保温层；铺敷层粘合在基板正面；过渡层安装于基板背面，并在基板与过渡层之间填充导热硅脂；加热层贴合在过渡层背面；保温层贴合在加热层背面，并与过渡层固定；基板、铺敷层和过渡层采用同种金属材料制成。2.根据权利要求1所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：所述基板采用铝合金材料制成，其尺寸根据待标定相机的参数确定，所述参数包括待标定相机的视场大小、景深；基板正面平面度满足设定要求且正面表面采用黑色氧化处理，改变其外观颜色的同时提高表面发射率。3.根据权利要求1所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：所述铺敷层选用铝箔，铺敷层发射率低于黑色氧化后的基板；铺敷层贴合在基板上，并采用数控机床按照国际象棋棋盘图案的边线轮廓进行切割，去除铺敷层多余区域，铺敷层的保留区域与基板形成棋盘格图案。4.根据权利要求1所述一种适用于可见光/红外相机标定的高精度、低成本标定板，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊磊，王谭，纪明，王婉丽，张卫国，骆媛，段晓韬，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61