[發(fā)明專利]一種用于面特征標(biāo)定算法的熱像儀與3D激光雷達(dá)溫控標(biāo)定靶

有效

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• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103134594A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付夢印;宗民;楊毅;朱昊;王美玲
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01S7/497
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;付雷杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測量用的標(biāo)定裝置，具體涉及一種用于面特征標(biāo)定算法的熱像儀與3D激光雷達(dá)溫控標(biāo)定靶。

背景技術(shù)

3D激光雷達(dá)與熱像儀的空間標(biāo)定是構(gòu)建低光照條件下的空間組合感知系統(tǒng)的基礎(chǔ)。“熱像儀—激光雷達(dá)”系統(tǒng)的標(biāo)定采用的算法與“可見光攝像機(jī)—激光雷達(dá)”系統(tǒng)的標(biāo)定算法大體一致，主要可以分為三種：基于平面特征的標(biāo)定、基于輪廓線特征的標(biāo)定以及基于特征點的標(biāo)定。目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在上述三種算法的設(shè)計方面取得了很多成果。

由于自然環(huán)境中缺乏結(jié)構(gòu)化的、擁有精確尺寸特征的物體，利用自然環(huán)境特征進(jìn)行標(biāo)定是困難的。因此多數(shù)標(biāo)定算法都需要特制的標(biāo)定靶來進(jìn)行配合。目前，“可見光攝像機(jī)—激光雷達(dá)”系統(tǒng)的標(biāo)定靶已經(jīng)比較成熟，例如使用面的法向量特征進(jìn)行標(biāo)定的棋盤格標(biāo)定面靶、使用角點特征進(jìn)行標(biāo)定的鏤空棋盤格標(biāo)定靶等。

“熱像儀—3D激光雷達(dá)”系統(tǒng)與傳統(tǒng)的“可見光攝像機(jī)—激光雷達(dá)”系統(tǒng)對于標(biāo)定靶的要求非常不同。由于可見光攝像機(jī)主要接收可見光，因此在可視情況下皆可進(jìn)行標(biāo)定；而熱像儀主要接收紅外光，對可見光不敏感，因此常規(guī)的不發(fā)射紅外光的標(biāo)定靶不適用于“熱像儀—激光雷達(dá)”系統(tǒng)的標(biāo)定。

目前已知的用于“熱像儀—激光雷達(dá)”系統(tǒng)的標(biāo)定靶主要有以下幾類：

（1）使用易反射和易吸收紅外光的材料在平面上拼成棋盤格形成標(biāo)定靶。這種方案中，標(biāo)定靶沒有加熱裝置，其在熱像儀中的成像主要依靠兩種材料對于紅外光的反射程度不同而造成明暗程度的不同，主要適用于基于面特征的標(biāo)定算法。其缺點是：在紅外干擾比較嚴(yán)重的環(huán)境下，比如日照下的室外環(huán)境，由于自身不能發(fā)熱，難以被識別，因此不適合室外標(biāo)定作業(yè)。

（2）標(biāo)定靶使用面狀紅外熱源+有孔遮擋板的形式，該種標(biāo)定靶適用于基于面特征的標(biāo)定算法。其缺點是：由數(shù)層板壓制而成的手持式標(biāo)定板，一般溫度比較低，抗干擾能力比較弱；由于孔的衍射作用，精確度受到一定的影響；能夠提供的面比較小，難以為激光雷達(dá)的標(biāo)定提供足夠的共面點。

（3）使用鏤空板+紅外發(fā)射源的標(biāo)定靶，其原理是在一塊鏤空的板子后面放上一個面狀或者點狀的紅外發(fā)射源，主要適用于基于點特征的標(biāo)定算法。其缺點是：由于與熱源的遠(yuǎn)近不同以及紅外線的透射方向問題，造成了每個樓空格的亮度不同，不利于標(biāo)定；沒有實現(xiàn)溫控功能；紅外光強(qiáng)度較低，不利于室外標(biāo)定。

將“熱像儀—3D激光雷達(dá)”系統(tǒng)與傳統(tǒng)的“可見光攝像機(jī)—激光雷達(dá)”系統(tǒng)相比較可以發(fā)現(xiàn)，兩者對于標(biāo)定靶的要求非常不同。由于可見光攝像機(jī)主要接收可見光，因此在可視情況下皆可進(jìn)行標(biāo)定；而熱像儀主要接收紅外光，對可見光不敏感，因此常規(guī)的不發(fā)射紅外光的標(biāo)定靶不適用于“熱像儀—激光雷達(dá)”系統(tǒng)的標(biāo)定。

同時不同的標(biāo)定算法對于標(biāo)定靶有著不同的要求。基于面特征的標(biāo)定算法多使用標(biāo)定平面的法向量的對應(yīng)性來進(jìn)行標(biāo)定，因此要求標(biāo)定靶提供大量位于標(biāo)定平面的點云數(shù)據(jù)來得到3D激光雷達(dá)坐標(biāo)系中的標(biāo)定面特征，同時要求標(biāo)定靶為熱像儀提供足夠數(shù)量的位于標(biāo)定平面的紅外特征點來得到熱像儀坐標(biāo)系中的標(biāo)定面特征，最后使用各種基于面特征的標(biāo)定算法進(jìn)行標(biāo)定。由此可知，采用面特征的標(biāo)定算法進(jìn)行計算時，要求標(biāo)定靶能夠提供足夠數(shù)量的位于標(biāo)定平面的紅外特征點和位于標(biāo)定平面的點云數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于面特征標(biāo)定算法的熱像儀與3D激光雷達(dá)溫控標(biāo)定靶，該標(biāo)定靶通過溫度可控的發(fā)熱網(wǎng)為熱像儀提供精確的紅外特征角點，能夠控制熱像儀的成像亮度及清晰度，有效排除環(huán)境中紅外雜波的影響。

本發(fā)明的用于面特征標(biāo)定算法的熱像儀與3D激光雷達(dá)溫控標(biāo)定靶，包括：標(biāo)定平面、發(fā)熱網(wǎng)、支撐架、底座、溫度控制器、三腳架、溫度傳感器和電源線。

其連接關(guān)系為：所述標(biāo)定平面的中間位置加工有孔，發(fā)熱網(wǎng)為外部包有耐高溫絕緣層的發(fā)熱線在標(biāo)定平面中心的孔中繞制而成的網(wǎng)格，保證發(fā)熱網(wǎng)所在平面與標(biāo)定平面重合。所述發(fā)熱網(wǎng)的兩接線端分別與固定在三腳架上的溫度控制器相連，所述溫度控制器能夠控制流過發(fā)熱網(wǎng)的電流；溫度傳感器固定在發(fā)熱網(wǎng)上并與發(fā)熱線緊密接觸，溫度傳感器信號輸出端與溫度控制器相連。所述標(biāo)定平面的兩個側(cè)邊框分別通過水平連接軸與支撐架的兩個側(cè)邊框連接；支撐架的底部邊框通過豎直連接軸與所述三腳架連接；所述電源線與溫度控制器連接，外部電源通過電源線為溫度控制器供電；所述發(fā)熱網(wǎng)的十字交叉處為熱像儀提供紅外特征角點；所述標(biāo)定平面為3D激光雷達(dá)提供共面點云數(shù)據(jù)。