用于多模态采集系统视场标定的标定板及标定方法与流程

本发明涉及计算摄像学领域，特别涉及一种用于多模态采集系统视场标定的标定板及标定方法。

背景技术：

多模采集系统融合多类型传感器(包括相机阵列，光子探测器阵列以及相位采集系统)，采集待观测物体的多维多类型数据，实现对目标物更清晰的多维重建。受空间位置约束，多模采集系统中的多类型传感器往往在空间位置上存在差异，造成多模采集系统的视场不一致。但在多模采集系统的实际应用中，多类型传感器用于从多个数据维度描述同一目标物，这限定多模采集系统必须在使用前对不同类型传感器的视场进行预标定。

目前，单独针对相机阵列，光子探测器阵列或相位采集系统的标定方法及标定物都存在，但缺乏针对融合以上三类传感器的多模采集系统的标定方法及标定物设计。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于多模态采集系统视场标定的标定板及标定方法,以实现多模采集系统视场一致性的标定

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于多模态采集系统视场标定的标定板，所述标定板上设置有反射区、特征识别区以及透射孔，所述反射区和所述特征识别区由多个方格排布而成，其中所述反射区具有两种不同反射率的方格，所述两种不同反射率的方格在所述特征识别区及所述透射孔的四周周期式交替排布，所述特征识别区与所述反射区具有明显的颜色差异，所述透射孔位于所述特征识别区的中心位置，由透明均匀材质构成。

进一步地：

所述两种不同反射率的方格具有不同的颜色。

所述特征识别区的反射率与所述反射区的其中一种方格的反射率相同。

优选地，所述特征识别区的反射率与所述反射区的最大反射率相同。

所述特征识别区包括两个方格，所述透射孔呈圆形，其圆心位于所述两个方格的虚拟连接点处。

所述两种不同反射率的方格分别为白色方格和黑色方格。

所述特征识别区的方格为黄色方格。

所述反射区及所述特征识别区内的方格均为尺寸相同的正方形，正方形的边长匹配相机阵列及光子探测器阵列的放大系数。

所述透射孔的半径大于相位采集系统中激光光束在传播过程中的最大半径。

一种多模态采集视场标定的标定方法，使用所述的标定板进行多模态采集视场的标定，包括：

a2：利用标定板的特征识别区，实现对相机阵列各子视场范围的标定；

a3：利用标定板的反射区，实现对光子探测器阵列视场的标定；

a4：利用标定板的透射孔，实现对相位采集系统光路的标定。

进一步地：

步骤a2中，在led光源照射下，不同颜色周期性交替排布的方格被相机阵列所采集，利用不同颜色方格排布的特异性，选取特异性角点h1即不同颜色方格的连接点在不同相机的子视场中进行识别，获取多视几何特异性角点h1在不同相机子视场中的位置坐标建立不同相机子视场之间的线性变换关系，完成对相机阵列视场的标定，其中m为相机数量；

步骤a3中，脉冲激光器发出高频激光脉冲照亮标定板，部分反射光线被光子探测器阵列所采集，并以单位时间内光子探测器阵列每个单元所搜集到的光子数量所表示；利用反射区方格的反射率差异，光子探测器阵列对不同反射率的方格进行特异性识别，选取基于时域光子累积的特异性角点h2即不同反射率方格的连接点，在光子探测器阵列采集的图像中进行识别，获取特异性角点h2在光子探测器阵列图像中的位置坐标h2(x,y)，完成对光子探测器阵列视场的标定；

步骤a4中，使经过调制的激光穿过标定板的透射孔，并照射到相位采集系统传感器的中央；记录相位采集系统标定过程中的特异性角点h3即标定板的透射孔在相位采集系统传感器中的位置坐标h3(x,y)，完成对相位采集系统视场的标定；

根据各特异性角点在不同模态采集系统内的位置坐标以及h2(x,y)，h3(x,y)完成对多模采集系统视场一致性的标定。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种用于多模态采集系统视场标定的标定板及标定方法,能够实现多模采集系统视场一致性的标定，其中标定板由周期性交替规则排布的正方形块构成，并根据颜色、反射率、透射率的差异，分为特征识别区、反射区及透射孔三部分；利用特征识别区，能够实现对相机阵列各子视场的反射式标定；利用反射区，能够实现对光子探测器阵列视场的反射式标定；利用透射孔，能够实现对相位采集系统的透射式标定；最后，可以结合标定板位置固定的先验，精确地获取三类传感器视场之间的变换关系，从而通过本发明设计的标定板能够简便而可靠地完成针对多模采集系统视场一致性的联合标定。

附图说明

图1为本发明用于多模态采集视场标定的标定板一种实施例的结构示意图。

图2为待标定的多模采集系统的示意图；

图3为本发明实施例中对相机阵列视场标定示意图；

图4为本发明实施例中对光子探测器阵列视场标定示意图；

图5为本发明实施例中对相位采集系统视场标定示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1，在一种实施例中，一种用于多模态采集系统视场标定的标定板，所述标定板上设置有反射区2、特征识别区1以及透射孔3，所述反射区2和所述特征识别区1由多个方格排布而成，其中所述反射区2具有两种不同反射率的方格，所述两种不同反射率的方格在所述特征识别区1及所述透射孔3的四周周期式交替排布，所述特征识别区1与所述反射区2具有明显的颜色差异，所述透射孔3位于所述特征识别区1的中心位置，由透明均匀材质构成。

在优选的实施例中，所述两种不同反射率的方格具有不同的颜色。在更优选的实施例中，所述两种不同反射率的方格分别为白色方格和黑色方格。

在优选的实施例中，所述特征识别区1的反射率与所述反射区2的其中一种方格的反射率相同。

在更优选的实施例中，所述特征识别区1的反射率与所述反射区2的最大反射率相同。

在更优选的实施例中，所述特征识别区1的方格为黄色方格。

在优选的实施例中，所述特征识别区1包括两个方格，所述透射孔3呈圆形，其圆心位于所述两个方格的虚拟连接点处。

在优选的实施例中，所述反射区2及所述特征识别区1内的方格均为尺寸相同的正方形，正方形的边长匹配相机阵列及光子探测器阵列的放大系数。

在优选的实施例中，所述透射孔3的半径大于相位采集系统6中激光光束在传播过程中的最大半径。

参阅图1和图2，一种多模态采集视场标定的标定方法，使用所述的标定板进行多模态采集视场的标定，包括：

a2：利用标定板的特征识别区1，实现对相机阵列4各子视场范围的标定；

a3：利用标定板的反射区2，实现对光子探测器阵列5视场的标定；

a4：利用标定板的透射孔3，实现对相位采集系统6光路的标定。

在优选的实施例中，步骤a2中，在led光源照射下，不同颜色周期性交替排布的方格被相机阵列4如ccd阵列所采集，利用不同颜色方格排布的特异性，选取特异性角点h1即不同颜色方格的连接点在不同相机的子视场中进行识别，获取多视几何特异性角点h1在不同相机子视场中的位置坐标建立不同相机子视场之间的线性变换关系，完成对相机阵列4视场的标定，其中m为相机数量。

在优选的实施例中，步骤a3中，脉冲激光器发出高频激光脉冲照亮标定板，部分反射光线被光子探测器阵列5所采集，并以单位时间内光子探测器阵列5每个单元所搜集到的光子数量所表示；利用反射区2方格的反射率差异，光子探测器阵列5对不同反射率的方格进行特异性识别，选取基于时域光子累积的特异性角点h2即不同反射率方格的连接点，在光子探测器阵列5采集的图像中进行识别，获取特异性角点h2在光子探测器阵列5图像中的位置坐标h2(x,y)，完成对光子探测器阵列5视场的标定。

在优选的实施例中，步骤a4中，使激光光源发出的经过调制的激光穿过标定板的透射孔3，并照射到相位采集系统6传感器的中央；记录相位采集系统6标定过程中的特异性角点h3即标定板的透射孔3在相位采集系统6传感器中的位置坐标h3(x,y)，完成对相位采集系统6视场的标定；

根据各特异性角点在不同模态采集系统内的位置坐标以及h2(x,y)，h3(x,y)完成对多模采集系统视场一致性的标定。

以下结合附图进一步描述本发明具体实施例的特征和优点。

如图1和图2所示，本发明具体实施例的用于多模态采集系统视场标定的标定板及标定方法说明如下：

a1：标定板的设计；

a2：利用标定板的特征识别块，实现对相机阵列4各子视场范围的标定；

a3：利用标定板不同区域的反射率差异，实现对光子探测器阵列5视场的标定；

a4：利用标定板的透射圆孔，实现对相位采集系统6光路的标定。

需要强调的是，以下实施例中所述的具体方法(如特征角点的选取、获取特征角点的位置坐标等)都仅为列举说明，本发明所涵盖的范围不局限于所列举的这些方法。

a1：标定板主要包括以下三部分：反射区2，特征识别区1以及透射孔3。以上三部分设置如下：

1)反射区2：反射区2(黑白交替方格部分)内的黑色方格和白色方格除颜色差异外，在对白光的反射率方面也存在较大的差异，即白色方格对光线的反射率远大于黑色方格对光线的反射率。黑色方格和白色方格在特征识别区1及透射孔3的四周周期式规则排布，如图1所示。

2)特征识别区1：特征识别区1(两个黄色方格部分)与反射区2的白色方格部分保持同样的光线反射率，但特征识别区1与反射区2具有明显的颜色差异。

3)透射孔3：透射孔3位于特征识别区1的正中心位置，即两个黄色方格的连接处，由空气或透光率100％的透明均匀材质构成。透射孔3呈圆形，半径为r，其圆心位于特征识别区1两个黄色方格的虚拟连接点处。

4)反射区2及特征识别区1内的方格均为尺寸相同的正方形，边长为l，如图1所示，在反射率及颜色等方面呈周期式交替排布。其中透射孔3的半径r要大于相位采集系统6中激光光束在传播过程中的最大半径；方格的边长l要匹配相机阵列4及光子探测器阵列5的放大系数，即标定板中的每个方格，在相机阵列4子视场或光子探测器阵列5视场中尺寸适当。标定板在多模采集系统的标定全过程中，保持位置固定。

5)多模采集系统：多模采集系统包括相机阵列4、光子探测器阵列5及相位采集系统6，其基本位置关系如图2所示。多模采集系统中还可配套设置有滤光片7和物镜8。

为保证采集视场的一致性与采集数据的准确性，可通过本发明实施例的标定板对相机阵列4、光子探测器阵列5及相位采集系统6的视场进行联合标定，以精确获取多模态视场之间的关系。

a2：利用标定板的特征识别块，实现对相机阵列4各子视场范围的标定，其标定过程如下：

如图3所示，led光源9及标定板构成对相机阵列4的反射式标定场景。在led光源9照射下，不同颜色(黑，白，黄)周期性交替排布的正方形子块被相机阵列4所采集，利用颜色块排布的特异性，选取特异性角点h1(即不同颜色子块的连接点)在不同相机的子视场中进行识别，获取多视几何特异性角点h1在不同相机(共m台)子视场中的位置坐标建立不同相机子视场之间的线性变换关系，完成对相机阵列4视场的标定。

a3：利用标定板不同区域的反射率差异，实现对光子探测器阵列5视场的标定，其标定过程如下：

如图4所示，脉冲激光器11与标定板构成对光子探测器阵列5的反射式标定场景。脉冲激光器11发出高频激光脉冲照亮标定板，部分反射光线被光子探测器阵列5所采集，并以单位时间内光子探测器阵列5每个单元所搜集到的光子数量所表示。利用反射区2黑白子块间的反射率差异，光子探测器阵列5会对黑色子块和白色子块特异性识别。选取基于时域光子累积的特异性角点h2(即不同反射率子块的连接点)，在光子探测器阵列5采集的图像中进行识别，获取特异性角点h2在光子探测器阵列5图像中的位置坐标h2(x,y)，完成对光子探测器阵列5视场的标定。

a4：利用标定板的透射圆孔，实现对相位采集系统6光路的标定，其标定过程如下：

如图5所示，激光光源12与标定板构成对相位采集系统6的透射式标定场景。通过调节激光入射位置与相位采集系统6传感器的位置，使经过调制的系统激光穿过标定板的透射孔3，并照射到相位采集系统6传感器的中央。记录相位采集系统6标定过程中的特异性角点h3(即标定板的透射孔3)在相位采集系统6传感器中的位置坐标h3(x,y)，完成对相位采集系统6视场的标定。

在标定板位置固定的前提下，根据各特异性角点在不同模态采集系统内的位置坐标以及h2(x,y)，h3(x,y)完成对多模采集系统视场一致性的标定。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。