红外与可见光双摄像机标定方法研究

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1、红外与可见光双摄像机标定方法研究　　摘要：随着红外热成像技术的发展，红外热成像检测技术作为一种简单、无损、非接触的检测方法，在许多领域得到广泛的应用，已经得到国内外学者的重视与研究，相关研究的热点与重点主要是红外热成像和可见光成像的标定方法。文章基于热成像原理，设计了一套用于红外和可见光摄像机标定平台，并利用OpenCV函数开发了一套双目标定系统。该系统能使可见光摄像机标定的结果准确、迅速。　　关键词：标定；标定台；红外热成像；OpenCV　　前言　　配电盘是轨道车辆的核心部件，包含了电气电路中八成以上的核心部件和电气接点，控制着车辆、信号及电能传输等各种电气功能

2、，但实际中工艺复杂，施工难度极高，接线端子数量庞大，检验出的结果有效性差。在进行轨道车辆的配电柜生产过程中，由于工序复杂，员工在工作时会出现诸如线性错误、线号错误、端子压接不规范（虚接、错接、漏接等）、出线位置不规范、器件型号混装、器件位置不当、错装、漏装器件等问题，造成由于配线、压线问题而出现起火、短路或接地缺陷等。　　随着红外热成像技术的发展，在生产中该技术的非接触的优点被广泛应用。红外热成像技术基于光电转换原理，把物体通过加热产生的热辐射转换为电信号，并通过计算得到相关参数[1]。但红外热成像画面与可见光相比，清晰度比较差，因此为了信息参数的精确性，研究人员

3、考虑将红外热成像与可见光图像进行融合，并将所得到的信息进行归纳整合，得到精确的数据与结论[2-4]。　　在进行图像融合之前，首先进行摄像机的标定：即确定两台摄像机的内外参数配置。图像配准是确定处于同一场景下来自不同视角、不同时间甚至不同成像传感器的两或多幅图像之间的空间变换关系的技术。目前图像配准的方法主要有线性标定法、非线性摄像机标定法和自标法等。但是，由于图像标定受到各种外部条件的限制，目前仍然没有一套快速、准确的图像标定系统以满足实际的需求。本文通过研究摄像机标定技术原理，设计出一套准确度很高的红外与可见光摄像机标定系统。　　1标定图片采集　　一般情况下标定

4、是以确定形状及尺寸的模板进行标定。与可见光相机直接提取标定板的纹理特征不同，红外热成像技术是通过对被测物体发射的红外辐射进行特征提取、图形处理得到被测物红外图像，因此必须以一种特殊的方式对红外热成像样板进行采集。当今学者对于红外热成像样本采集，取得了很大的进步与突破。如S.Vidas等人通过对金属薄板进行加热，将其贴附在标定纸板上，将标定板上的特殊位置选定为基准，进行样本采集，完成红外摄像机内外参数标定[5]。张小玉等人通过不同导热体加热后产生的热辐射区不同，集成了一个红外热成像标定箱，通过其加热后产生的变化明显的热辐射区，完成红外摄像机内外参数标定[6]。R.Y

5、ang等人设计了新型红外摄像标定装置，可同时对三个目标进行标定。用深色塑料板做成标定板，在标定板上均匀挖出孔，将发热的灯泡放入标定板上的孔中，保证两台摄像机和红外热像仪能准确定位到上述孔，装置中两台可见光摄像机构成了一个双目视觉系统，能够将标定板上的孔精确定位，再计算出相应小孔的坐标，完成红外热像仪的内外参数的标定，但此方法的准备及制作过程繁琐，所得标定结果准确度较低[7]。　　本文设计一个简单红外和可见光图像图像标定的平台，能够对处于同一个视场中采集到的可见光图像和红外热成像图像进行精确的标定，建立红外热图像与可见光图像之间的一一映射关系，比现有的标定平台位置精

6、度要高，同时红外热成像热敏感区域温度可调、可控，同时可以实现对红外温度采集的修正和标定。　　2摄像机标定原理　　在视觉图像测量应用中，为了得到空间物体某点的三维几何信息与其在图像中对应点之间的相互关系，并利用摄像机得到的图像信息来计算空间中物体的几何位置，就必须建立摄像机的成像几何模型，包括摄像机的内外参数等。摄像机参数的标定在计算机视觉应用中是非常重要的一步，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响到以后测量结果的准确性。　　本文采用线性摄像机数学方程来确定图像成像的三维空间关系。以摄像机为原点建立笛卡尔坐标系，得到其与图像坐标系投影关系，如图2所示。　　在图像上

7、设中心像素坐标为（u0，v0），图像中每个像素点在坐标轴X、Y方向上的物理长度为dx、dv，则在两坐标系下图像像素点的关系为　　（x，y）为图像几何单位坐标，（u，v）为图像像素单位坐标。　　在线性摄像机数学方程中，利用旋转矩阵【R】、平移向量【T】来表示摄像机坐标系和世界坐标系之间的的关系，如式（2）所示。　　式中（Xw，Yw，Zw，1）和（Xc，Yc，Zc，1）为空间任意一点P在世界坐标系和摄像机坐标系下的齐次坐标。　　若在空间中存在点P（Xw，Yw，Zw），其在摄像机空间坐标为（Xc，Yc，Zc）。将原点Oc和P连线与图像相交于p点，即为P点在图像上的投影位

8、置，图像平