[發(fā)明專利]一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110663268.3
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113390514B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇榮華;李玉鵬;王吉軍;孫云厚;鄧非凡;吳華杰;高琳;徐明新;崔遠(yuǎn);曹移明;張璐;劉勝超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防工程研究院;上海炬通實業(yè)有限公司
• 主分類號: G01J5/48
• 分類號: G01J5/48;G01S17/06
• 代理公司: 洛陽潤誠慧創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41153
• 代理人: 李團(tuán)勝

1.一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，其特征是：包括如下步驟：

步驟S1：構(gòu)建傳感器節(jié)點，所述傳感器節(jié)點由紅外熱像儀和三維激光雷達(dá)組成，紅外熱像儀用于采集被測偽裝物的溫度信息，三維激光雷達(dá)用于采集被測偽裝物的三維點云信息；

步驟S2：對方形網(wǎng)格標(biāo)定板進(jìn)行加熱，利用紅外熱像儀從不同角度對加熱后的標(biāo)定板進(jìn)行拍攝，要求覆蓋完整的標(biāo)定板，通過內(nèi)參標(biāo)定程序進(jìn)行紅外熱像儀內(nèi)參標(biāo)定；

步驟S3：對三維激光雷達(dá)與紅外熱像儀進(jìn)行外參標(biāo)定；首先，將含ArUco碼圖案的方形金屬板進(jìn)行加熱；然后，采用紅外熱像儀與三維激光雷達(dá)同時進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，利用2D-3D點對配準(zhǔn)求解兩者之間的旋轉(zhuǎn)與平移矩陣；

步驟S4：根據(jù)被測偽裝物的大小，在試驗區(qū)域適當(dāng)高度固定安裝傳感器節(jié)點陣列，每個傳感器節(jié)點的視場與相鄰傳感器節(jié)點的視場具有重疊的區(qū)域；

步驟S5：將步驟S2中使用的標(biāo)定板置于相鄰兩個紅外熱像儀重疊的視場區(qū)域內(nèi)，利用雙目標(biāo)定原理進(jìn)行紅外熱像儀外參的交叉標(biāo)定；

步驟S6：重復(fù)步驟S5，依次逐對實現(xiàn)所有相鄰紅外熱像儀的外參交叉標(biāo)定工作；直至完成整個多傳感器節(jié)點陣列的標(biāo)定；

步驟S7：將被測對象置于試驗區(qū)，使用紅外熱像儀與三維激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)；

步驟S8：利用標(biāo)定好的多傳感器節(jié)點陣列，將步驟S7獲取的點云數(shù)據(jù)與紅外溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；

所述步驟S3中，外參標(biāo)定的具體方法為：采用的方形金屬板為碳鋼板材料，表面做鍍鋅處理，其左下角噴涂黑色啞光漆，形成ArUco碼圖案，以達(dá)到方形金屬板表面具有不同紅外發(fā)射率的目的；在方形金屬板加熱后，在紅外熱像儀圖像中形成ArUco碼熱圖，同時從三維激光雷達(dá)點云數(shù)據(jù)中標(biāo)記方形金屬板3D角點；由于方板的尺寸以及ArUco碼的物理位置是已知的，利用提取的2D-3D特征點對，求解紅外熱像儀與三維激光雷達(dá)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣t，屬于Perspective-n-Point問題，2D與3D特征點的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

其中，u，v表示的是圖像像素坐標(biāo)(u，v)，x,y,z表示的是世界坐標(biāo)系坐標(biāo)(x，y，z)；P為3D-2D的投影操作,表示取x，y分量；T表示從世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)為圖像坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，這里定義轉(zhuǎn)換矩陣T＝[R t]；

其中，r表示矩陣中的元素，下角標(biāo)表示在元素基于0索引的在矩陣中的位置，第一個數(shù)為行號，第二數(shù)為列號，下同；

選擇EPnP方法進(jìn)行求解，如下式，

其中，argmin表示求得誤差最小化時的R、t矩陣；表示3D點，表示2D點。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，其特征是：所述步驟S1中，構(gòu)成同一傳感器節(jié)點的紅外熱像儀和三維激光雷達(dá)固定連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，其特征是：所述步驟S2中，采用的內(nèi)參標(biāo)定板為定制的Hermann網(wǎng)格標(biāo)定板，通過內(nèi)參標(biāo)定得到內(nèi)參矩陣[f_x,f_y,γ,c_x,c_y]，其中,f_x為x方向焦距,f_y為y方向焦距，f_x＝f_y；γ為x,y不垂直時的扭曲系數(shù)；c_x、c_y為光軸對于投影平面坐標(biāo)中心的偏移量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，其特征是：所述步驟S5中，雙目標(biāo)定原理為：設(shè)定相鄰的兩個紅外熱像儀分別為紅外熱像儀Ⅰ和紅外熱像儀Ⅱ，根據(jù)2D-2D特征點對，求解紅外熱像儀Ⅰ和紅外熱像儀Ⅱ的單應(yīng)性矩陣H，得到轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

其中，u₁、v₁表示的是紅外熱像儀Ⅰ的圖像坐標(biāo)(u₁，v₁)，u₂、v₂表示的是與其相鄰的紅外熱像儀Ⅱ的圖像坐標(biāo)(u₂，v₂)，單應(yīng)性矩陣H描述了相鄰的兩個紅外熱像儀的坐標(biāo)變換關(guān)系。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器陣列的三維紅外溫度測量方法，其特征是：所述步驟S8中，將步驟S7獲取的點云數(shù)據(jù)與紅外溫度數(shù)據(jù)融合的具體方法為：

設(shè)定相鄰的兩個傳感器節(jié)點分別為節(jié)點Ⅰ和節(jié)點Ⅱ，則節(jié)點Ⅰ包括紅外熱像儀Ⅰ和三維激光雷達(dá)Ⅰ，節(jié)點Ⅱ包括紅外熱像儀Ⅱ和三維激光雷達(dá)Ⅱ；

利用步驟S5與步驟S3中的標(biāo)定參數(shù)，將相鄰三維激光雷達(dá)的3D點云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，同時，將點云數(shù)據(jù)攜帶的溫度數(shù)據(jù)投影到三維模型上，如下式：

其中，表示三維激光雷達(dá)Ⅰ坐標(biāo)系到相鄰的三維激光雷達(dá)Ⅱ坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；表示三維激光雷達(dá)Ⅰ坐標(biāo)系到紅外熱像儀Ⅱ坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，為步驟S4中標(biāo)定結(jié)果；表示紅外熱像儀Ⅰ到與其相鄰的紅外熱像儀Ⅱ的坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，為步驟S5中標(biāo)定結(jié)果。