一种标定装置及标定参数的计算方法与流程

1.本发明涉及标定技术领域，特别是涉及一种标定装置、标定参数的计算方法、电子设备及可读存储介质。


背景技术：

2.在自动驾驶技术中，单一的光谱的检测手段难以应付复杂场景条件下的感知问题，需要其他光谱数据进行补充，因此，视觉方案越来越多的采用多光谱数据融合技术。
3.其中，红外光谱衍射能力强，在无光的夜间、云雾天气等其他极端条件下具有明显的优势，可以对可见光数据进行有效补充。
4.相机采用红外光谱对目标进行感知，与可见光的感知类似，除了可以通过数学的方法使相机感知目标的形态特征外，还能计算出目标的距离信息，显示成深度图。这个过程中，需要计算出红外相机的相机内参、相机外参和畸变参数，获得这些参数需要对相机进行定标。
5.现有的可见光定标通常使用张正友定标法，张正友定标法通过在相机前方放置黑白相见的棋盘格定标板，来确定世界坐标，棋盘格的黑白交点是个明确的点，可以通过算法被确定出坐标位置。但是远红外光使用棋盘格进行定标时，由于红外光图像是热辐射产生的结果，棋盘格表面温度均匀，是完整的一块平板图像，无法找到可以确定世界坐标的点，因此无法用张氏定标法进行定标。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种标定装置、标定参数的计算方法、电子设备及可读存储介质，能够通过发热件和镂空件配合红外图像采集器解决红外信号难以标定的问题，进而使得标定装置能够利用红外光谱辅助汽车进行自动驾驶。
7.本发明提供一种标定装置，包括：红外图像采集器、处理器和标定器，所述红外图像采集器用于采集所述标定器的图片，所述处理器用于处理所述图片，所述标定器包括发热件和镂空件，所述发热件上安装有所述镂空件，所述镂空件上分布有多个通孔。
8.进一步地，所述发热件和所述镂空件之间无限接近且不贴合。
9.进一步地，所述通孔为圆形孔。
10.进一步地，所述镂空件上均匀分布有多个所述圆形孔。
11.进一步地，镂空件为矩形。
12.本发明还提供一种标定参数的计算方法，应用于所述标定装置，所述处理器通过图像算法对所述图片进行椭圆拟合得到像素坐标系中的椭圆中心坐标，在所述镂空件上设定世界坐标系得到所述通孔的圆心坐标，根据所述椭圆中心坐标和所述圆心坐标得到相机内参和相机外参，
将所述椭圆中心坐标和所述圆心坐标带入径向畸变公式、切向畸变公式得到畸变参数。
13.进一步地，所述图像算法为椭圆拟合算法。
14.进一步地，通过所述椭圆拟合算法拾取所述图片上的高亮区域，进而得到所述椭圆中心坐标。
15.本发明提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于执行所述存储器存储的所述程序，当所述程序被执行时，所述处理器用于执行上述的标定参数的计算方法。
16.本发明提供一种计算机可读存储介质，包括：所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行上述的标定参数的计算方法。
17.本发明能够通过发热件和镂空件配合红外图像采集器解决红外信号难以标定的问题，进而使得标定装置能够利用红外光谱辅助汽车进行自动驾驶。
附图说明
18.图1为本发明实施例中标定器的立体图。
19.图2为本发明实施例中标定器的俯视图。
20.图3为本发明实施例中标定器的仰视图。
21.图4为本发明实施例中标定器的侧视图。
22.图5为本发明实施例中标定器的剖面图。
23.图6为本发明标定参数的计算方法的流程图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
25.本发明提供一种标定装置，标定装置包括：红外图像采集器、处理器和标定器。
26.红外图像采集器和处理器在本实施例中集成在一起，一般称为红外相机。红外图像采集器采集标定器的红外图片，并且将红外图片传输给处理器，处理器处理红外图片。在本实施例中，红外图像采集器能够采集长波红外和中波红外。
27.如图1~5所示，标定器100具有发热件10和镂空件20，发热件10上安装有镂空件20，镂空件20为导热材料制作的矩形板并且在加热状态下几乎不变形，镂空件20上均匀分布有多个圆形通孔30。
28.发热件10由低辐射高导热的材料制成，在本实施例中发热件10为黑色板状的矩形结构。发热件10的背面四个角上贴有发热元件40，在开始标定时，对发热元件40通电使得发热元件40对发热件10均匀加热，发热件10的正面被镂空件20覆盖。
29.发热件10和镂空件20靠近但未贴合，这样的机械结构使得发热件10和镂空件20在红外图像采集器中呈现明显的温度色彩差异，便于后续处理器对红外照片的识别处理。
30.标定器100制作好后，发热元件40对发热件10进行加热，使用红外相机对标定器
100进行拍摄，每拍摄一张照片改变一次标定器100的位置。标定器100的位置变化时，确保标定器100的影像特征能够完整的呈现在红外照片上。被发热件10加热的镂空件20在红外照片中会呈现明显的高亮和低亮的色彩区分，其中，镂空件20中贯通的圆形通孔30在红外照片中呈现明显的高亮色彩，镂空件20中除了圆形通孔30以外的区域在红外照片中呈现明显的低亮色彩，由于镂空件20与相机光轴之间并非完全垂直，圆形通孔30在红外照片上会呈现出椭圆的形状。
31.标定装置的标定器100仅具有镂空件20、发热件10和发热元件40，其结构简单、易制作并且成本低，相比同类产品在机械结构方面具有明显的进步，并且镂空件20上均匀分布的圆形通孔30能够在红外相机的拍摄下均匀呈现在红外照片中，这为后续的算法标定，在红外照片中提取坐标点提供了精准的硬件基础。本标定装置能够直接应用于自动驾驶、战场环境探测和航空等红外相机的标定校准领域，能够满足精准标定的需求。
32.如图6所示，本发明还提供一种标定参数的计算方法包括：处理器通过图像算法对红外图片进行椭圆拟合得到像素坐标系中的椭圆中心坐标，在镂空件20上设定世界坐标系得到通孔30的圆心坐标，根据椭圆中心坐标和圆心坐标得到相机内参和相机外参，将椭圆中心坐标和圆心坐标代入径向畸变公式、切向畸变公式得到畸变参数。
33.具体包括以下步骤：步骤s101，在镂空件20上设立世界坐标系得到通孔30的圆心坐标。
34.在镂空件20上建立世界坐标系，进而测量得到镂空件20上多个圆形通孔30的圆心坐标（x，y）。
35.步骤s102，对照片椭圆拟合得到椭圆中心坐标。
36.处理器中储存有预先写好的坐标点提取程序，进而处理器在每张照片中构建像素坐标系，红外相机拍摄的照片经处理器处理后获得像素坐标系上的像素坐标（u，v），其中，像素坐标（u，v）与镂空件20上多个圆形通孔30的圆心坐标（x，y）相对应。
37.获得像素坐标系上的像素坐标（u，v）的具体过程包括：用已有拟合椭圆的方法，在图像中找到所有的高亮类似椭圆的图形，并依次找到每个椭圆的中心位置，这里的中心是指椭圆的长轴和短轴的交点。以与镂空件20中世界坐标系原点在像素坐标系相对应的位置作为像素坐标系的原点。以该原点为起始，依次给其他椭圆中心排序，记录所有椭圆中心在照片上像素坐标（u，v）。
38.步骤s103，根据椭圆中心坐标和圆心坐标得到相机内参和相机外参。
39.在世界坐标系与像素坐标系之间还建立有图像坐标系和摄像机坐标系，拍摄照片的过程是把世界坐标系投影到像素坐标系中，在得到世界坐标系与像素坐标系之后可通过公式之间的转换求解，得到相机内参和相机外参，具体如下：世界坐标系是三维直角坐标系，可以用来描述目标的空间位置，世界坐标系的位置和原点可以根据实际情况确定，定标时，在本实施例中，世界坐标系的原点被标定在镂空件20的左上角，世界坐标系的x坐标轴与镂空件20的长边平行，世界坐标系的y坐标轴与镂空件20的短边平行。
40.摄像机坐标系也是一个三维直角坐标系，x、y轴分别与相面的两边平行，z轴为镜头光轴，与像平面垂直，原点o为摄像机光心。
41.图像坐标系是一个二维坐标系，原点在图像中心，x轴，y轴分别与图像的宽、高平
行。
42.像素坐标系是一个二维坐标系，原点在照片的左上角，x轴，y轴分别与照片的宽、高平行。
43.世界坐标系转换成摄像机坐标系是一个刚体变换，仅涉及旋转和平移。世界坐标系转换成摄像机坐标系的转换线性方程组公式为：
……
（1）其中xc， yc， z
c 是摄像机坐标，xw，yw，zw是世界坐标。
44.摄像机坐标系转换到图像坐标系是根据小孔呈像原理，满足三角关系的的透视投影转换。
45.摄像机坐标系转换到图像坐标系的公式为：
……
（2）公式（2）用多元线性方程表示为：
……
（3）其中f为相机焦距，zc摄像机坐标系的z轴坐标，x，y分别为图像坐标系x轴和y轴对应坐标，xc和yc为摄像机坐标系的x轴y轴坐标，zc和f的比例与xc和x的比例，等于yc和y的比例。
46.图像坐标系转成像素坐标系是在同一个平面上进行坐标转换，以照片中心为原点的图像坐标系转为以左上角为原点的像素坐标系，其中，图像坐标系转成像素坐标系的转换公式满足：
……
（4）其中 u、v是像素坐标系中的原点坐标，u0，v0是图像坐标系中的原点坐标，dx是像素在x轴方向的物理尺寸，dy是像素在y轴方向的物理尺寸，像素坐标系的原点坐标等于图像坐标系原点坐标加上x轴和y轴上偏离图像坐标系原点的单位，使用线性方程组表示为：
……
（5）在理想状态，世界坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系和像素坐标系按照投影顺序，中间都可以找出线性矩阵进行变换，如下列公式所示：将公式（1）代入到公式（3）中，再把公式（3）代入公式（5）中得到：
……
（6）通过数学关系的变换我们可以得知，世界坐标与像素坐标之间的转换关系可以用两个矩阵参数表示，我们称之为相机内参矩阵和相机外参矩阵。相机外参矩阵包括了旋转矩阵r和平移矩阵t，相机内参矩阵包括了相机归一化焦距fx，fy，和相机中心位置u0，v0。
47.根据线性数学原理，在像素坐标系和世界坐标系中，最少找4组像素坐标（u，v）与世界坐标（x，y）一一对应的坐标点带入公式（6），即可得出参数r、t、fx、fy、u0和v0，即得到相机内参和相机外参。
48.步骤s104，将椭圆中心坐标和圆心坐标带入畸变公式得到畸变参数。
49.根据已知的像素坐标系、世界坐标系、径向畸变公式（公式7）和切向畸变公式（公式8）得到畸变参数：k1、k2、k3……
，p1、p2……
径向畸变公式：
……
（7）切向畸变公式：
……
（8）综上所述，上述标定装置由于能够通过标定器100中发热件10加热镂空件20，使得镂空件20上方产生热辐射，进而再通过红外图像采集器采集镂空件20上方产生热辐射的红外图像，得到具有亮点的红外图像，并通过椭圆拟合，获得椭圆中心，这样就解决了红外图像定标困难的问题，进而通过算法运算就能够在相机中增加红外光的图像的判断，使得自动驾驶中的识别率提高。
50.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。