ТЕСТ-ОБЪЕКТ ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ КАЛИБРОВКИ ВИДЕОКАМЕР ВИДИМОГО И ИНФРАКРАСНЫХ ДИАПАЗОНОВ Российский патент 2023 года по МПК G06T7/80 G01M11/02 

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.

Из уровня техники известен планарный тестовый шаблон для калибровки видеодатчиков многоспектральной системы технического зрения (патент RU 2672466, опубликовано 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.

Недостатками такого тестового шаблона являются высокое потребление электроэнергии и необходимость дополнительной установки терморегулятора для защиты виниловой пленки от деформации вследствие перегрева.

Известен тест-объект для калибровки телевизионных и инфракрасных камер, (патент RU 2670776, опубликовано 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.

Недостатком тест-объекта, помимо высокого энергопотребления, является инерционность регулировки теплового контраста вследствие инерционности прогрева теплопроводящей пластины, что увеличивает время выхода на рабочий режим.

В качестве прототипа выбрано наиболее близкое по совокупности признаков устройство для калибровки камер видимого и ИК диапазонов (Zoetgnande, Y. W. K. Robust low-resolution thermal stereo camera calibration / Y. W. K. Zoetgnande, A. J. Fougeres, G. Cormier, J. L. Dillenseger // Proc. 11th Int. Conf. on Machine Vision. - Munich, 2018.), представляющее собой изготовленное из дерева прямоугольное основание размером 1 м × 1 м, на котором упорядоченно, эквидистантно (через 160 мм) в каждой строке и каждом столбце в отверстия установлены и запитаны от источника питания 36 автомобильных ламп накаливания: по 6 ламп в каждой строке и в каждом столбце). Координатами опорных точек устройства в процессе калибровки являются координаты геометрических центров колб автомобильных ламп накаливания.

Устройство прототипа не позволяет выполнять плавное управление яркостью свечения ламп для обеспечения одновременно и высокого контраста, и отсутствия паразитной фоновой засветки в видимом и ИК диапазонах. Вторым недостатком прототипа является сложность идентификации номера реперной лампы. Например, при одновременной калибровке нескольких камер с различными полями зрения возможны ситуации, при которых в кадр камеры с узким полем зрения попадает только часть изображения устройства для калибровки. Поскольку опорные точки устройства прототипа не имеют уникальных геометрических признаков, например, аналогичных радиально-кольцевым меткам устройства для калибровки камер видимого диапазона из работы (Knyaz, V.A. The development of new coded targets for automated point identification and non-contact 3D surface measurements / V.A. Knyaz, A.V. Sibiryakov // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. - 1998. - Vol. 32. - №5. - P. 80.), это не позволяет однозначно идентифицировать их проекции на плоскость изображения и, соответственно, правильно оценить внешние параметры, связывающие системы координат калибруемых камер: матрицу поворота и вектор параллельного переноса.

Техническая проблема, решаемая созданием заявленного изобретения, заключается в отсутствии универсальных - т.е. предназначенных для одновременной калибровки камер и видимого, и ИК диапазонов - тест-объектов с плавной регулировкой яркости для обеспечения требуемого для калибровки уровня контраста и возможностью идентификации номера реперной точки.

Технический результат изобретения заключается в разработке универсального тест-объекта для калибровки камер видимого и инфракрасных диапазонов длин волн, который обеспечивает плавную регулировку яркости и температуры опорных точек, а также их идентификацию.

Технический результат достигается тем, что в универсальном тест-объекте для калибровки яркость каждого свето- и теплоизлучающего элемента, например, маломощной (до 5 Вт) лампы накаливания постоянного тока, установленной в жесткое плоское основание, изготовленное из материала с низкой теплопроводностью, регулируется с помощью силового ключа путем подачи на него сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) от модуля управления яркостью.

Основание тест-объекта может быть изготовлено, например, из блочной полиамидной пластины, и содержит набор отверстий, расположенных упорядоченно в рядах через фиксированные расстояния. Диаметр каждого отверстия выбирается таким, что обеспечивает установку в него колбы лампы накаливания. Общее число отверстий в пластине, содержащей n_стр строк и n_стц столбцов, равно N=n_стрn_стц.

Модуль управления яркостью 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 схеме Фиг. 1.

Каждый i-й управляющий выход, i=1, 2, …, N, микросхемы модуля управления яркостью 1 соединяют с управляющим электродом i-го силового ключа 2, выход i-го силового ключа - с одним из контактов i-й лампы 3, второй контакт i-й лампы - с шиной напряжения питания Е_п (Фиг. 2).

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).

Сущность изобретения поясняет Фиг. 3, где схематично представлена конструкция универсального тест-объекта для калибровки, состоящего из следующих элементов:

1 - пластина с низкой теплопроводностью,

2 - лампа накаливания,

3 - плата с модулем управления и силовыми ключами,

4 - кабель с клеммами питания.

Тест-объект используют следующим образом. 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. Для каждого ракурса съемки:

1) 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;

2) выполняют идентификацию номеров реперных ламп на изображениях тест-объекта (при необходимости);

3) автоматически выделяют пиксельные координаты опорных точек (центров изображений ламп), которые затем используются в алгоритме калибровки.

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.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для определения и приведения к заданным значениям параметров видеокамер видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Заявленный тест-объект для одновременной калибровки видеокамер видимого и инфракрасных диапазонов оптического спектра содержит 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. Технический результат - обеспечение плавной регулировки яркости и температуры опорных точек, а также их идентификации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Тест-объект для одновременной калибровки видеокамер видимого и инфракрасных диапазонов оптического спектра, содержащий плоскую пластину с низкой теплопроводностью и упорядоченными отверстиями, в которые установлены лампы накаливания, отличающийся тем, что добавлены силовые ключи, на которые подают сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), и модуль 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, причем в качестве силовых ключей применяют полевые транзисторы с изолированным затвором.

2. Тест-объект по п. 1, отличающийся тем, что плоская пластина с низкой теплопроводностью и упорядоченными отверстиями изготовлена из блочного полиамида.