Тест-объект для одновременной калибровки видеокамер видимого и инфракрасных диапазонов с принудительным охлаждением реперных ламп накаливания Российский патент 2024 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, опубл. 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 тестового шаблона являются высокое потребление электроэнергии и необходимость дополнительной установки терморегулятора для защиты виниловой пленки от деформации вследствие перегрева.

Из уровня техники известен тест-объект для калибровки телевизионных и инфракрасных камер, (патент RU 2670776, опубл. 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 выбран наиболее близкий по совокупности признаков тест-объект для одновременной калибровки видеокамер видимого и инфракрасных диапазонов (патент RU 2799393, опубл. 05.07.2023, МПК: G06T7/80 (2017.01), G01M11/02 (2006.01)), содержащий 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.

Тест-объект прототипа допускает независимое управление яркостью свечения каждой реперной лампы. При этом ввиду инерционности охлаждения колб реперных ламп накаливания в процессе калибровки возможны ситуации, при которых выключение лампы приводит к пропаданию ее изображения в кадре камеры видимого диапазона, в то время как в средне- и длинноволновом ИК диапазонах остаточный тепловой контраст колбы приводит к ложному обнаружению такого репера.

Таким образом, техническая проблема, решаемая созданием заявленного изобретения, заключается в устранении ложных обнаружений в кадрах камер средне- и длинноволнового ИК диапазонов ранее включенных, но выключенных в данный момент времени реперных излучателей, имеющих тепловой контраст ввиду инерционности охлаждения колбы лампы накаливания.

Технический результат изобретения заключается в разработке универсального тест-объекта для калибровки камер видимого и инфракрасных диапазонов длин волн, который обеспечивает пользователю возможность принудительного охлаждения реперных ламп накаливания для быстрого устранения теплового контраста выключенных ламп.

Технический результат достигается применением планарных приточных вентиляторов, принудительно включаемых пользователем с целью быстрого охлаждения ламп накаливания, и дефлекторов, повышающих их эффективность путем формирования направленных воздушных потоков.

Предлагаемый тест-объект реализуют следующим образом (фиг. 1). На плоском основании 1, которое может быть изготовлено, например, из пластины стеклотекстолита, упорядоченно в рядах через фиксированные расстояния располагают цоколи 6 для установки в них миниатюрных реперных ламп накаливания 4. Для управления световым потоком реперных ламп тест-объект содержит не пропускающую видимое и инфракрасное излучение плоскую коллиматорную пластину 2 с отверстиями под колбы реперных ламп накаливания и элементы регулировки положения 3 коллиматорной пластины 2 относительно плоскости основания 1 (Скориков А.Г., Холопов И.С. Разработка 3D модели компактного тест-объекта для одновременной фотограмметрической калибровки разноспектральных видеокамер // Материалы VII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки и производства АПСНиП'2022». Рязань: РГРТУ, 2022. С. 114-120). Элементы регулировки положения 3 могут быть выполнены, например, в виде крепежных болтов с регулировочными пружинами сжатия.

Координаты центров отверстий в коллиматорной пластине 2 соответствуют координатам центров цоколей 6, а диаметр каждого отверстия выбирается таким, что обеспечивает прохождение сквозь него колбы реперной лампы накаливания 4. Число отверстий в коллиматорной пластине, реперных ламп накаливания и цоколей для тест-объекта, содержащего строк и столбцов реперных излучателей, равны:

Дефлекторы 5 с эластичными элементами, выполненные, например, в виде силиконовой или резиновой ленты специального профиля с внутренним каркасом в виде металлических полос, после деформации, вызванной регулировкой высоты коллиматорной пластины 2 над плоскостью основания 1, принимают свою исходную форму при ослаблении затяжки элементов регулировки 3. Элементами крепления 7 дефлекторов к коллиматорной пластине 2 могут выступать, например, миниатюрные саморезы с потайной головкой.

Планарные приточные вентиляторы 8 позволяют уменьшить время устранения теплового контраста, вызванного продолжительным нагревом ламп накаливания 4 тест-объекта. При этом плоскость вентиляторов 8 параллельна плоскости основания 1, а направление воздушного потока от вентиляторов 8 параллельно дефлекторам 5.

Модуль управления интенсивностью свечения реперных ламп накаливания 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 аналогии с устройством прототипа.

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).

Тест-объект используют следующим образом. На этапе инициализации 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. 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. Далее для каждого ракурса съемки:

1) выполняют устранение теплового контраста реперных ламп накаливания путем включения планарных приточных вентиляторов; временной интервал включения вентиляторов подбирается опытным путем в зависимости от мощности вентиляторов и теплового контраста ламп и может контролироваться оператором, выполняющим калибровку ламп, по текущему изображению тест-объекта от камеры ИК диапазона;

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. Тест-объект для одновременной калибровки видеокамер видимого и инфракрасных диапазонов оптического спектра содержит основание в виде плоской пластины с низкой теплопроводностью, на которой упорядоченно установлены цоколи ламп накаливания, в которые в свою очередь установлены реперные лампы накаливания. К основанию крепится не пропускающая видимое и инфракрасное излучение плоская коллиматорная пластина с упорядоченными отверстиями под лампы накаливания. Включение и выключение реперных ламп выполняют силовые ключи - полевые транзисторы с изолированным затвором, на которые подают сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Также тест-объект содержит 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. Также тест-объект содержит планарные приточные вентиляторы, принудительно включаемые пользователем, при этом плоскость вентилятора параллельна плоскости основания, а на тыльной стороне коллиматорной пластины установлены дефлекторы из эластичного материала. Технический результат - обеспечение возможности принудительного охлаждения реперных ламп накаливания для быстрого устранения теплового контраста выключенных ламп. 1 ил.

Тест-объект для одновременной калибровки видеокамер видимого и инфракрасных диапазонов оптического спектра, содержащий основание в виде плоской пластины с низкой теплопроводностью, на которой упорядоченно установлены цоколи ламп накаливания, в которые в свою очередь установлены реперные лампы накаливания, не пропускающую видимое и инфракрасное излучение плоскую коллиматорную пластину с упорядоченными отверстиями под лампы накаливания, элементы, регулирующие положение коллиматорной пластины относительно основания, причем включение и выключение реперных ламп выполняют 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, отличающийся тем, что тест-объект содержит планарные приточные вентиляторы, принудительно включаемые пользователем с целью быстрого охлаждения ламп накаливания, причем плоскость вентилятора параллельна плоскости основания, а на тыльной стороне коллиматорной пластины установлены дефлекторы из эластичного материала, при этом направление воздушного потока от вентиляторов параллельно дефлекторам.