Устройство для автоматизированной калибровки видеокамер различных спектральных диапазонов
Владельцы патента RU 2749363:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для автоматизированной калибровки видеокамер различных спектральных диапазонов. Устройство содержит универсальный тест-объект, изображения которого являются контрастными одновременно в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасных диапазонах оптического спектра, как минимум один источник света, включаемый при калибровке камер, фиксирующих отраженный от тест-объекта свет, непрозрачный экран для защиты глаз пользователя от излучения источника света и средство регулирования положения калибруемой камеры в рабочем пространстве с шестью степенями свободы. Технический результат заключается в обеспечении возможности калибровки камер различных спектральных диапазонов и снижении требований к крутящему моменту моторизованных линейных трансляторов и поворотных платформ. 1 ил.
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для определения и приведения к заданным значениям параметров видеокамер ультрафиолетового, видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов длин волн.
Из уровня техники известен ряд устройств для калибровки камер различных - видимого и ИК - спектральных диапазонов, например: патент CN 204695399, опубликовано 29.06.2015, МПК: G06T 7/00 (2006.01); патент CN 204287725, опубликовано 22.04.2015, МПК: G06B 43/00 (2006.01), G01J 5/52 (2006.01); патент CN 204301863, опубликовано 29.04.2015, МПК: G01J 5/52 (2006.01), G01M 11/00 (2006.01); патент RU 2672466, опубликовано 14.11.2018, МПК: G06T 7/80 (2017.01).
Указанные устройства состоят из упорядоченных элементов с априорно известными пространственными координатами. Все они предполагают наличие элементов, изображения которых высококонтрастны сразу в нескольких диапазонах оптического спектра, т.е. имеют в том числе и тепловой контраст. Калибровка камеры с помощью таких устройств (универсальных тест-объектов) предполагает их последовательную съемку с нескольких ракурсов. Однако ни одно из рассмотренных выше изобретений не содержит в своей конструкции средства для регулирования положения по линейным и угловым координатам.
Данного недостатка лишено контрольное приспособление для калибровки видеограмметрических систем (патент RU 2645432, опубликовано 21.02.2018, МПК: G01C 11/00 (2006.01)), выбранное в качестве прототипа как наиболее близкое по совокупности признаков. Указанное контрольное приспособление содержит собственно тест-объект с множеством маркеров, а также средство регулирования его положения в рабочем пространстве измерений, при этом средство регулирования выполнено в виде механизма с шестью степенями свободы.
В то же время контрольное приспособление прототипа при установке внутри помещения не позволяет калибровать камеры тех диапазонов оптического спектра, которые практически отсутствуют в спектре осветительных приборов, применяемых для освещения помещений, и не пропускаются остеклением окон - например, камеры ультрафиолетового диапазона УФ-С.
Вторым недостатком прототипа является то, что при использовании в целях автоматизации моторизованных механизмов для обеспечения перемещения тест-объекта по трем угловым и трем линейным координатам (т.е. с шестью степенями свободы) в случае массивных тест-объектов (каковыми, как правило, и являются тест-объекты для калибровки разноспектральных камер) в нем требуется применять моторизованные линейные трансляторы и поворотные платформы с большим крутящим моментом.
Техническая проблема, решаемая созданием заявляемого изобретения, заключается в отсутствии устройств для автоматизированной калибровки камер различных спектральных диапазонов, в том числе -ультрафиолетовых.
Технический результат изобретения заключается в создании такого устройства и достигается тем, что в состав контрольного приспособления для калибровки включаются источники для подсвета тест-объекта в требуемых диапазонах оптического спектра, а для защиты глаз пользователя от действия излучения источников подсвета оно предусматривает наличие непрозрачных экранов.
Также с целью снижения требований к крутящему моменту моторизованные линейных трансляторов и поворотных платформ, применяемых для изменения ракурсов съемки тест-объекта при калибровке камеры, предлагается перемещать и поворачивать не сам тест-объект, а камеру, которая, как правило, имеет меньшие по сравнению с ним массу и габариты.
Конструкция предлагаемого устройства для калибровки приведена на фиг. 1. Оно состоит из основания 1 (например, сотовой оптической плиты), на котором жестко закреплены моторизованные механизмы для обеспечения перемещения камеры 2 по трем линейным (по глубине, горизонтали и вертикали) и трем угловым (по азимуту, углу места и крену) координатам: соответственно линейные трансляторы 3, 4 и 5 и поворотные платформы 6, 7 и 8. Крепление камеры 2 к поворотной платформе выполняется с помощью кронштейна камеры 9. На противоположных сторонах основания 2 располагают универсальный тест-объект 10 и как минимум один источник света 11 с широкой диаграммой направленности излучения в как минимум одном из диапазонов оптического спектра, в котором камера фиксирует не собственное излучение тест-объекта, а отраженный от него свет: ультрафиолетового, видимого, ближнего ИК или коротковолнового ИК. Для защиты глаз пользователя от излучения источника света 11 на основании 1 закрепляют непрозрачный экран 12 (для наглядности на фиг.1 показаны только его левая и задняя стенки и не показаны передняя и правая стенки, а также крышка). Для автоматизации смены ракурсов съемки, выдачи команд на захват кадра и сохранения кадров с изображениями тест-объекта используется устройство питания и управления 13. Команды и напряжения питания от устройства питания и управления 13 передаются на камеру 2, линейные трансляторы 3-5 и поворотные платформы 6-8 по кабелям 14, 15-17 и 18-20 соответственно. Кабель 21 предназначен для питания электронагревателя универсального тест-объекта 10.
Устройство используют следующим образом. Для калибровки разноспектральных видеокамер с помощью моторизованных устройств 3-5 и 6-8 по командам с устройства питания и управления 13 меняют угловое и пространственное положение калибруемой камеры 2 таким образом, чтобы универсальный тест-объект 10 наблюдался с различных ракурсов, а его изображение целиком попадало в кадр камеры 2 и составляло при этом не менее 50% площади кадра. Меняя ракурсы съемки таким образом, чтобы изображения универсального тест-объекта 10 располагались как в центральной части кадров камеры, так и по краям, сохраняют серии кадров, снятых с различных ракурсов. На каждом ракурсе съемки (рекомендуемое количество ракурсов - не менее 15) в каждом из кадров автоматически выделяют пиксельные координаты опорных точек (маркеров тест-объекта), которые затем используются в алгоритме калибровки, например, согласно методике, рассмотренной в (Zhang Z. A Flexible new technique for camera calibration // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. - 2000. - Vol.22(11). - P. 1330-1334).
При этом для калибровки фиксирующих отраженный свет камер -УФ-С, видимого, ближнего ИК и коротковолнового ИК диапазонов -включают источник (источники) света 11 соответствующего оптического диапазона спектра для принудительного подсвета тест-объекта 10. Для калибровки камер средневолнового и длинноволнового ИК диапазонов, фиксирующих собственное тепловое излучение универсального тест-объекта, включения источника подсвета не требуется, так как они воспринимают его собственное излучение в диапазонах длин волн 3-5 и 8-12 мкм соответственно.
Устройство для автоматизированной калибровки видеокамер различных спектральных диапазонов, содержащее тест-объект и средство регулирования положения в рабочем пространстве измерений с шестью степенями свободы, отличающееся тем, что оно содержит универсальный тест-объект, изображения которого являются контрастными одновременно в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасных диапазонах оптического спектра, как минимум один источник света, включаемый при калибровке камер, фиксирующих отраженный от тест-объекта свет, и непрозрачный экран для защиты глаз пользователя от излучения источника света, при этом регулирование пространственного и углового положений по шести степеням свободы выполняется не для тест-объекта, а для калибруемой камеры.
