Тест-объект с радиально-кольцевым расположением реперных точек для оценки коэффициентов радиальной и тангенциальной дисторсии Российский патент 2023 года по МПК G01M11/02 G06T7/80 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки коэффициентов радиальной и тангенциальной дисторсии объектива камеры.

Из уровня техники известен тестовый шаблон для калибровки видеодатчиков многоспектральной системы технического зрения (патент RU 2672466, опубл. 14.11.2018, МПК: G06T 7/80 (2017.01)), содержащий теплопроводящую пластину и электронагревательный элемент, при этом на одной из сторон теплопроводящей пластины сформировано поле из чередующихся в шахматном порядке темных и светлых элементов. Теплопроводящая пластина шаблона выполнена из светлого материала с высокой теплопроводностью, причем темные элементы на ее поверхности выполнены из тонкой полимерной пленки темного цвета в виде правильных многоугольников с определенными размерами, углы которых являются опорными точками тестового шаблона, а электронагревательный элемент, установленный с внутренней стороны теплопроводящей пластины и соразмерный ей, содержит терморегулятор.

К недостаткам тестового шаблона следует отнести необходимость высокоточного нанесения полимерной пленки для формирования шахматного поля многоугольников.

Известен калибровочный объект, состоящий из двух оснований, образованных пересекающимися плоскостями, на каждой из сторон которых, обращенных к калибруемой камере, нанесено изображение шаблона из как минимум двух концентрических окружностей различного радиуса (патент US 7155030 B2, опубл. 26.12.2006, МПК: G06T 7/80 (2017.01)). Применение данного калибровочного объекта обеспечивает вычисление центральных точек проецируемых изображений и последующее вычисление пиксельных координат оптимальной главной точки (u₀, ν₀) и фокусного расстояния ƒ, т.е. элементов матрицы внутренних параметров камеры (Hartley R., Zisserman А. Multiple view geometry in computer vision: 2nd edition. Cambridge: Cambridge University Press, 2003. 656 p.). При этом описание изобретения не содержит упоминания о принципах оценки с помощью указанного калибровочного объекта параметров дисторсии оптической системы камеры.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по совокупности признаков плоский испытательный полигон, применяемый в способе компенсации дисторсии объектива (патент RU 2790055, опубликовано 14.02.2023, МПК: G01M 11/02 (2006.01)). Полигон прототипа представляет собой плоское основание, на которое нанесен калибровочный шаблон в виде совокупности узловых точек M_ji, j={1, 2,…N₀}, i={0, 1,…N_p-1}, расположенных на пересечениях равномерно распределенных N₀ концентрических окружностей и N_p радиальных лучей с постоянным шагом по углу Δϕ=360°/N_p.

Дисторсия наиболее сильно проявляется на углах кадра. Однако радиально-кольцевое размещение узловых точек калибровочного полигона способа прототипа приводит к тому, что по мере удаления от центра шаблона их количество на единицу площади кадра монотонно уменьшается, а вблизи углов кадра узловые точки полигона при его центрировании (согласно порядку применения полигона прототипа в процессе калибровки) в принципе отсутствуют. Это приводит к увеличению погрешности оценивания коэффициентов дисторсии - в первую очередь, радиальной - высших порядков с помощью численных методов. Низкая плотность узловых точек в углах кадра и их высокая плотность вблизи центра приводит к тому, что при поиске численными методами псевдорешения системы нелинейных уравнений согласно способу прототипа (патент RU 2790055, опубликовано 14.02.2023, МПК: G01M 11/02 (2006.01)) больший удельный вес квадратов ошибки будут иметь именно узловые точки вблизи центра кадра, где геометрические искажения изначально малы, а не периферийные узловые точки кадра, в которых радиальная дисторсия проявляется в большей степени. Это обстоятельство следует отнести к недостатку калибровочного полигона прототипа.

Техническая проблема, решаемая созданием заявленного изобретения, заключается в разработке калибровочного тест-объекта с радиально-кольцевым расположением узловых реперных точек, обеспечивающего их приблизительно равномерную плотность в кадре калибруемой камеры.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении приблизительно равномерной плотности изображений реперных точек калибровочного полигона в кадре калибруемой камеры.

Технический результат достигается тем, что реперные точки тест-объекта размещают не во всех точках пересечения концентрических окружностей и радиальных лучей тест-объекта.

Пусть на плоскости плоского основания А тест-объекта нанесены N₀ концентрических окружностей В с равным шагом по радиусу Δr и N_p радиальных лучей С с постоянным шагом по углу Δϕ=360°/N_p (см. фиг. 1), а принцип нумерации окружностей и радиальных лучей совпадает с принципом их нумерации в способе прототипа, т.е. радиус j-й концентрической окружности, j={1, 2,…N₀},

Rj=jΔr,

а угловое направление i-го радиального луча, отсчитываемое против часовой стрелки от горизонтальной оси симметрии шаблона тест-объекта,

Δϕ_i=iΔϕ.

Реперные узловые точки M_ji на пересечениях j-й концентрической окружности и i-го радиального луча, где j может принимать значения из множества {1, 2,…N₀}, а i - значения из множества {0, 1,… N_p-1}, размещают исходя из следующих соображений.

На периферийных окружностях с номерами N₀, N₀-1,…, реперные точки M_ji, размещают на всех пересечениях j-й концентрической окружности и i-го радиального луча.

При движении от периферии тест-объекта к его центру начиная с номера концентрической окружности j=(N₀-a), где а - натуральное число, 1≤а≤N₀-1, вводят коэффициент децимации по углу d_a, где d_a - натуральное число, 2≤d_a≤N_p/2, и размещают реперные точки только на пересечениях j-й концентрической окружности и каждого (d_a+m_a)-го по счету радиального луча по счету радиального луча, где m_a - целое неотрицательное число, m_a<d_a.

При дальнейшем приближении к центру тест-объекта начиная с номера концентрической окружности j=(N₀-b), где b - натуральное число, а<b≤N₀-1, вводят новый коэффициент децимации по углу d_b, где d_b - натуральное число, d_b>d_a, и размещают реперные точки только на пересечениях j-й концентрической окружности и каждого (d_b+m_b)-го по счету радиального луча по счету радиального луча, где m_b - целое неотрицательное число, m_b<d_b.

При дальнейшем приближении к центру тест-объекта, вплоть до достижения окружности наименьшего радиуса включительно с номером j=1, могут вводиться дополнительные коэффициенты децимации d_c, d_d,…, с соблюдением принципа монотонно-неубывающего изменения вновь вводимых коэффициентов децимации по мере уменьшения номера концентрической окружности j.

На фиг. 1 приведен пример нанесения реперных точек для следующих численных значений параметров калибровочного полигона тест-объекта:

N₀=7, N_p=32,

а=3, d_a=2, m_a=1 при j=4,

m_a=0 при j=3,

b=5, d_b=4, m_b=2,

с=6, d_c=8, m_c=0,

который позволяет уменьшить плотность узловых точек центре тест-объекта.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки коэффициентов радиальной и тангенциальной дисторсии объектива камеры. Сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Тест-объект для оценки коэффициентов радиальной и тангенциальной дисторсии представляет собой плоское основание с нанесённым калибровочным шаблоном в виде совокупности узловых точек, расположенных на пересечениях равномерно распределенных N₀ концентрических окружностей с постоянным шагом по радиусу Δr и N_p радиальных лучей с постоянным шагом по углу Δϕ=360°/N_p. При этом на непериферийных концентрических окружностях узловые реперные точки M_ji размещают не на всех пересечениях j-й концентрической окружности и i-го радиального луча: при движении от периферии тест-объекта к его центру, начиная с номера концентрической окружности j=(N₀-x), где х={а, b, с, d,…} - натуральное число, 1≤а<b<с<d<…≤N₀-1, вводят коэффициенты децимации по углу d_x={d_a, d_b, d_c, d_d,…}, где 2≤d_a<d_b<d_c<d_d<…≤N_p/2 - натуральные числа. С учетом коэффициентов децимации реперные точки размещают только на пересечениях j-й концентрической окружности и каждого (d_x+m_x)-го по счету радиального луча, где m_x={m_a, m_b, m_c, m_d,…} - целое неотрицательное число, m_x<d_x. Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерной плотности изображений реперных точек калибровочного полигона. 1 ил.

Тест-объект с радиально-кольцевым расположением реперных точек для оценки коэффициентов радиальной и тангенциальной дисторсии, представляющий собой плоское основание, на которое нанесён калибровочный шаблон в виде совокупности узловых точек, расположенных на пересечениях равномерно распределенных N₀ концентрических окружностей с постоянным шагом по радиусу Δr и N_p радиальных лучей с постоянным шагом по углу Δϕ=360°/N_p, отличающийся тем, что на непериферийных концентрических окружностях реперные точки M_ji размещают не на всех пересечениях j-й концентрической окружности и i-го радиального луча, при этом при движении от периферии тест-объекта к его центру начиная с номера концентрической окружности j=(N₀-x), где х={а, b, с, d,…} - натуральное число, 1≤а<b<с<d<…≤N₀-1, вводят коэффициенты децимации по углу d_x={d_a, d_b, d_c, d_d,…}, где 2≤d_a<d_b<d_c<d_d<…≤N_p/2 - натуральные числа, и размещают реперные точки только на пересечениях j-й концентрической окружности и каждого (d_x+m_x)-го по счету радиального луча, где m_x={m_a, m_b, m_c, m_d,…} - целое неотрицательное число, m_x<d_x.