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申请/专利权人：中国人民解放军陆军工程大学

摘要：本发明公开了一种可见光红外双波段复合标定板，包括底座，及固定于底座上方的框架，及与框架通过横杆连接的标定板；所述标定板由24组靶标单元组成，且靶标单元依次串联；每一所述靶标单元包括标靶固定板，及安装于标靶固定板前侧的帕尔贴阵列，及依次安装于标靶固定板后侧的两散热风扇和电路板；所述帕尔贴阵列和散热风扇分别与电路板电控连接；每一所述电路板分别挂载于同一CAN总线上，且电路板经通讯管理模块转换后与上位机通信连接；本发明的可见光红外双波段复合标定板，采用多组靶标单元组合制作标定板，解决了大尺寸标定板难以设计制造的问题，还可实现可见光和红外相机的精确标定。

主权项：1.一种可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：包括底座，及固定于底座上方的框架，及与框架通过横杆连接的标定板；所述底座底部安装有自带锁定结构的脚轮；所述标定板由24组靶标单元组成，且靶标单元依次串联；每一所述靶标单元包括标靶固定板，及安装于标靶固定板前侧的帕尔贴阵列，及依次安装于标靶固定板后侧的两散热风扇和电路板；所述帕尔贴阵列和散热风扇分别与电路板电控连接；每一所述电路板分别挂载于同一CAN总线上，且电路板经通讯管理模块转换后与上位机通信连接；所述电路板上设置有中央控制模块，及与中央控制模块电连接的温度控制模块，及与中央控制模块通信连接的温度传感器；所述帕尔贴阵列与温度控制模块电连接；所述帕尔贴阵列由八个以冷却表面和加热表面交替布置方式组合的帕尔贴板组成；每一所述电路板上还设置有独立的电源模块；所述电源模块分别与中央控制模块、温度控制模块和散热风扇电连接。

全文数据：一种可见光红外双波段复合标定板技术领域本发明涉及一种可见光红外双波段复合标定板，属于可见光和红外双波段相机的精确标定技术领域。背景技术目前，针对未来战争高度信息化的迫切需求，装载不同的载荷，可以代替完成各种作战任务的军用无人平台成为了研究热点。在作战中，态势感知是无人平台实验功能的第一步，没有对三维环境的精确感知，就如同人失去了眼睛，无人平台就无法进行后续工作；为实现无人平台对战场态势的全天候精确立体环境感知，无人平台需要搭载可见光红外双波段摄像头。在实现精确立体环境感知过程中，相机标定起着重要作用；不仅每个新生产的相机都必须进行标定，而且这也是迈向计算机视觉中许多重要应用的第一步；它旨在获取相机成像模型参数，以便于从图像中恢复3D物空间信息；相机标定参数精度关系到后续图像匹配和物点定位准确度，为了准确获得相机的参数信息，往往要使用基于平面模板的传统标定法；然而，由于无人平台对于大视场环境感知的需求，必须使用超广角可见光和红外摄像头。目前，针对用于小视场红外相机的标定板，已经开展了很多研究；常见的方法有：使用在角点处放置LED贴片，用加热的棋盘格，将悬挂的标定板用热风枪加热，将棋盘格印刷到特殊的电路板上或用均匀光照射透明棋盘格。但是，以上方法标定角点数量少且模糊，图像对比度差，都不能用于超广角红外相机的精确标定。要达到较好的标定精度必须具有大尺寸，这限制了超广角红外相机标定的研究；常用的方法是通过拼接小尺寸标定板来构成大尺寸标定板，但是拼接后的标定板不具备均匀的热辐射特性，并且如果没有足够的预实验就很难从图像中找到角点；对于超广角可见光相机的标定板，大部分方法也是通过拼接小尺寸标定板来实现标定。因此，为解决超广角长波红外和可见光相机标定板难以设计制造的问题，本发明设计了一种基于帕尔贴效应的适用于可见光红外双波段相机的复合标定板。发明内容为解决上述问题，本发明提出了一种可见光红外双波段复合标定板，采用多组靶标单元组合制作标定板，解决了大尺寸标定板难以设计制造的问题，还可实现可见光和红外相机的精确标定。本发明的可见光红外双波段复合标定板，包括底座，及固定于底座上方的框架，及与框架通过横杆连接的标定板；所述底座底部安装有自带锁定结构的脚轮；所述标定板由24组靶标单元组成，且靶标单元依次串联；每一所述靶标单元包括标靶固定板，及安装于标靶固定板前侧的帕尔贴阵列，及依次安装于标靶固定板后侧的两散热风扇和电路板；所述帕尔贴阵列和散热风扇分别与电路板电控连接；每一所述电路板分别挂载于同一CAN总线上，且电路板经通讯管理模块转换后与上位机通信连接；所述电路板上设置有中央控制模块，及与中央控制模块电连接的温度控制模块，及与中央控制模块通信连接的温度传感器；所述帕尔贴阵列与温度控制模块电连接；所述帕尔贴阵列由八个以冷却表面和加热表面交替布置方式组合的帕尔贴板组成；每一所述电路板上还设置有独立的电源模块，每个控制模块都分配独立的电源模块，起到AC-DC转换的功能，这样整个标定板的外部电源就以220VAC的方式输入，降低了功率线路上的电流；所述电源模块分别与中央控制模块、温度控制模块和散热风扇电连接，标定板由16×12个帕尔贴板制成的靶标组成，且将帕尔贴板的冷却表面和加热表面分别涂设成白色标靶和黑色标靶，黑色标靶和白色靶标交错排列；标定板包含24组靶标单元，每个靶标单元由八个靶标组成，靶标单元串联连接，模块化的设计增加了实验中获取标定角点数量的灵活性；在每组电路板和八个靶标中间，各有两个散热风扇，使每个单位格表面温度波动范围低于0.2℃，并且降低白色靶标的温度，减少通电后黑色靶标发热对白色靶标的热传递影响；通常，红外探测器的分辨率低于可见光探测器的分辨率，当镜头聚焦在无限远时，太近的物体将失焦，为了确保每个靶标图像清晰并占据图像平面上的一定数量的像素，靶标的尺寸为80mm×80mm，长和宽比传统的可见光靶标大约30mm，为灵活移动并能够随时固定，双波段标定板配有一个坚固的底座，并在底座底部安装四个带锁定结构的脚轮；标定板可用于可见光红外双波段相机的标定，只需接入220V交流电，便可对红外相机进行标定，不需要复杂的实验准备；对于可见光相机，直接进行标定即可。进一步地，所述横杆沿框架高度方向均匀分布，且所述横杆和框架均由铝合金型材制成。进一步地，所述标靶固定板其四周安装有定位组件；所述标靶固定板通过定位组件固定于上、下相邻两横杆之间；所述定位组件包括穿插安装于标靶固定板四周的加长圆螺母，及固定于加长圆螺母端部的可调节吊装螺栓，及贯穿安装于可调节吊装螺栓和加长圆螺母中的固定螺栓；所述可调节吊装螺栓其上端或下端连接有用于调节元件左右移动的滑动螺母；所述滑动螺母活动卡设于横杆上设有的滑道中。进一步地，作为冷却表面和加热表面的所述帕尔贴板分别涂设成白色标靶和黑色标靶，且白色标靶和黑色标靶尺寸相同，均为80mmX80mm。进一步地，所述中央控制模块包括主控制器，及与主控制器电连接的模数转换接口和CAN总线通讯接口；所述主控制器通过CAN总线通讯接口与CAN总线通讯连接。进一步地，所述温度控制模块由功率驱动器及其外围电路组成。进一步地，所述温度传感器为NTC温度传感器，且其经滤波电路后与中央控制模块的模数转换接口连接。作为优选的实施方案，所述电源模块包括AC-DC转换单元，及与AC-DC转换单元其输出端电连接的DC-DC转换单元；所述AC-DC转换单元其输入端与市电连接；所述AC-DC转换单元由用于输出5V直流电压的第一AC-DC转换电路及用于输出12V直流电压的第二AC-DC转换电路组成，且第一AC-DC转换电路和第二AC-DC转换电路相互隔离输出直流电压；所述第一AC-DC转换电路其输出端与温度控制器电连接；所述第二AC-DC转换电路其输出端分别与散热风扇和DC-DC转换单元其输入端电连接；所述DC-DC转换单元其输出端分别与中央控制模块的主控制器、模数转换接口和CAN总线通讯接口电连接，且DC-DC转换单元其输出电压为3.3V，电源模块具有两路相互隔离的直流输出，分别为5V和12V；5V输出直接作为温度控制模块的功率驱动器的输入，并经调制后驱动帕尔贴阵列；每个电路板可对8个帕尔贴板温控单元进行独立控制，对应的有8路独立的功率驱动器；每个功率驱动器由主控制器输出的PWM信号进行调制，最终反应为特定帕尔贴板的工作极性和工作电流；每个帕尔贴板配备有独立的NTC温度传感器，通过滤波电路后送入主控制器的模数转换器接口，经解算后得到本帕尔贴板当前的温度值；电源模块的第二AC-DC转换电路其输出端的12V输出一分为二，一路作为散热风扇的驱动电源；另一路经过DC-DC转换电路后形成3.3V输出，为主控制器、模数转换接口和CAN总线通讯接口供电；其中，用于将市电转换的5V和12V直流电压的第一、第二AC-DC转换电路，及用于将12V直流电压转换为3.3V直流电压的DC-DC转换单元均为现有电路，在此不再详述其具体电路结构及其电路原理。作为优选的实施方案，所述帕尔贴板为12706型帕尔贴元件。进一步地，所述标定板其工作方法如下：单个电路板内部，由温度采集、PWM输出构成闭环结构，为实现对单个单元控制的快速、稳定，主控制器运行了基于PID算法的控制程序；离散式PID算法的表达式如下所示：由1可得：由12可得：Δuk＝Kperrk-errk-1+Kierrk+Kderrk-2errk-1+errk-2；3即增量PID的表达式，式中的errk即为k时刻设置值相对实际值的偏差，Kp、Ki、Kd三个系数由反复凑试整定得到；Δuk即为调整变化量；主控制器上电后，先初始化CAN总线通讯接口、模数转换器及定时器设备，之后以设定周期顺序读取每个单元的温度，并和该单元的设定值比较后进行PID运算，得到调整量，对该单元的工作状态进行调制；温度传感器与上位机进行通信，获取特定单元的目标温度，以及读取特定单元的当前实时温度；单个帕尔贴板的温度作为PID算法的输入变量，计算得到输出量；中央控制模块以PID算法的计算结果，控制帕尔贴板的工作极性和工作电流，最终得到稳定的温度控制结果；中央控制单元驱动散热风扇，为温度控制模块降温。本发明与现有技术相比较，本发明的可见光红外双波段复合标定板，采用多组靶标单元组合制作标定板，解决了大尺寸标定板难以设计制造的问题，还可实现可见光和红外相机的精确标定；标定板使用方便，可用于可见光红外双波段相机的标定，只需接入220V交流电，便可对红外相机进行标定，不需要复杂的实验准备；对于可见光相机，直接进行标定即可。附图说明图1是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的靶标单元与框架的安装结构示意图。图3是本发明的靶标单元的分解结构示意图。图4是本发明的靶标单元与横杆的连接结构示意图。图5是本发明的硬件电路总体结构示意框图。图6是本发明的每个电路板结构示意框图。图7是本发明的控制程序流程示意图。图8是本发明的超广角红外相机拍摄的标定板图像示意图。附图中各部件标注为：1-底座，2-框架，3-横杆，4-标定板，5-脚轮，6-靶标单元，61-标靶固定板，62-帕尔贴阵列，621-作为冷却表面的帕尔贴板，622-作为加热表面的帕尔贴板，63-散热风扇，64-电路板，7-定位组件，71-加长圆螺母，72-可调节吊装螺栓，73-固定螺栓，74-滑动螺母。具体实施方式如图1至图7所示的可见光红外双波段复合标定板，包括底座1，及固定于底座1上方的框架2，及与框架2通过横杆3连接的标定板4；所述底座1底部安装有自带锁定结构的脚轮5；所述标定板4由24组靶标单元6组成，且靶标单元6依次串联；每一所述靶标单元6包括标靶固定板61，及安装于标靶固定板61前侧的帕尔贴阵列62，及依次安装于标靶固定板61后侧的两散热风扇63和电路板64；所述帕尔贴阵列62和散热风扇63分别与电路板64电控连接；每一所述电路板64分别挂载于同一CAN总线上，且电路板64经通讯管理模块转换后与上位机通信连接；所述电路板64上设置有中央控制模块，及与中央控制模块电连接的温度控制模块，及与中央控制模块通信连接的温度传感器；所述帕尔贴阵列与温度控制模块电连接；所述帕尔贴阵列62由八个以冷却表面和加热表面交替布置方式组合的帕尔贴板621、622组成；每一所述电路板6上还设置有独立的电源模块；所述电源模块分别与中央控制模块、温度控制模块和散热风扇63电连接。所述横杆3沿框架2高度方向均匀分布，且所述横杆3和框架2均由铝合金型材制成。所述标靶固定板61其四周安装有定位组件7；所述标靶固定板61通过定位组件7固定于上、下相邻两横杆3之间；所述定位组件7包括穿插安装于标靶固定板61四周的加长圆螺母71，及固定于加长圆螺母71端部的可调节吊装螺栓72，及贯穿安装于可调节吊装螺栓72和加长圆螺母71中的固定螺栓73；所述可调节吊装螺栓72其上端或下端连接有用于调节元件左右移动的滑动螺母74；所述滑动螺母74活动卡设于横杆3上设有的滑道中。作为冷却表面和加热表面的所述帕尔贴板621、622分别涂设成白色标靶和黑色标靶，且白色标靶和黑色标靶尺寸相同，均为80mmX80mm。所述中央控制模块包括主控制器，及与主控制器电连接的模数转换接口和CAN总线通讯接口；所述主控制器通过CAN总线通讯接口与CAN总线通讯连接。所述温度控制模块由功率驱动器及其外围电路组成。所述温度传感器为NTC温度传感器，且其经滤波电路后与中央控制模块的模数转换接口连接。所述电源模块包括AC-DC转换单元，及与AC-DC转换单元其输出端电连接的DC-DC转换单元；所述AC-DC转换单元其输入端与市电连接；所述AC-DC转换单元由用于输出5V直流电压的第一AC-DC转换电路及用于输出12V直流电压的第二AC-DC转换电路组成，且第一AC-DC转换电路和第二AC-DC转换电路相互隔离输出直流电压；所述第一AC-DC转换电路其输出端与温度控制器电连接；所述第二AC-DC转换电路其输出端分别与散热风扇63和DC-DC转换单元其输入端电连接；所述DC-DC转换单元其输出端分别与中央控制模块的主控制器、模数转换接口和CAN总线通讯接口电连接，且DC-DC转换单元其输出电压为3.3V。所述帕尔贴板621、622为12706型帕尔贴元件。所述标定板其工作方法如下：单个电路板内部，由温度采集、PWM输出构成闭环结构，为实现对单个单元控制的快速、稳定，主控制器运行了基于PID算法的控制程序；离散式PID算法的表达式如下所示：由1可得：由12可得：Δuk＝Kperrk-errk-1+Kierrk+Kderrk-2errk-1+errk-2；3即增量PID的表达式，式中的errk即为k时刻设置值相对实际值的偏差，Kp、Ki、Kd三个系数由反复凑试整定得到；Δuk即为调整变化量；主控制器上电后，先初始化CAN总线通讯接口、模数转换器及定时器设备，之后以设定周期顺序读取每个单元的温度，并和该单元的设定值比较后进行PID运算，得到调整量，对该单元的工作状态进行调制；温度传感器与上位机进行通信，获取特定单元的目标温度，以及读取特定单元的当前实时温度；单个帕尔贴板的温度作为PID算法的输入变量，计算得到输出量；中央控制模块以PID算法的计算结果，控制帕尔贴板的工作极性和工作电流，最终得到稳定的温度控制结果；中央控制单元驱动散热风扇，为温度控制模块降温。本发明的可见光红外双波段复合标定板，标定板的设计原理主要基于帕尔贴效应，当电流通过热电偶时，其中一个表面散热，另一个吸收热量，从而产生两个表面之间的温差；本发明的可见光红外双波段复合标定板主要由帕尔贴板组成，并且以冷却表面和加热表面交替布置的方式组合，类似于棋盘图案，通过设定电流的大小，可以精确地控制每个帕尔贴板的温度；通过这种设计，通电后标定板红外图像比较清晰，对比度高，可以在红外相机拍摄的图像中容易地识别标定角点，如图8所示为超广角红外相机拍摄的标定板图像；此外，冷却表面和加热表面分别涂成白色和黑色，能够用于可见光相机标定；本发明的可见光红外双波段复合标定板由四部分组成：中央控制模块，温度控制模块，温度传感器和帕尔贴阵列；温度传感器负责感应温度，温度控制模块控制帕尔贴阵列的每个半导体单元的温度。上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

权利要求：1.一种可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：包括底座，及固定于底座上方的框架，及与框架通过横杆连接的标定板；所述底座底部安装有自带锁定结构的脚轮；所述标定板由24组靶标单元组成，且靶标单元依次串联；每一所述靶标单元包括标靶固定板，及安装于标靶固定板前侧的帕尔贴阵列，及依次安装于标靶固定板后侧的两散热风扇和电路板；所述帕尔贴阵列和散热风扇分别与电路板电控连接；每一所述电路板分别挂载于同一CAN总线上，且电路板经通讯管理模块转换后与上位机通信连接；所述电路板上设置有中央控制模块，及与中央控制模块电连接的温度控制模块，及与中央控制模块通信连接的温度传感器；所述帕尔贴阵列与温度控制模块电连接；所述帕尔贴阵列由八个以冷却表面和加热表面交替布置方式组合的帕尔贴板组成；每一所述电路板上还设置有独立的电源模块；所述电源模块分别与中央控制模块、温度控制模块和散热风扇电连接。2.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述横杆沿框架高度方向均匀分布，且所述横杆和框架均由铝合金型材制成。3.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述标靶固定板其四周安装有定位组件；所述标靶固定板通过定位组件固定于上、下相邻两横杆之间；所述定位组件包括穿插安装于标靶固定板四周的加长圆螺母，及固定于加长圆螺母端部的可调节吊装螺栓，及贯穿安装于可调节吊装螺栓和加长圆螺母中的固定螺栓；所述可调节吊装螺栓其上端或下端连接有用于调节元件左右移动的滑动螺母；所述滑动螺母活动卡设于横杆上设有的滑道中。4.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：作为冷却表面和加热表面的所述帕尔贴板分别涂设成白色标靶和黑色标靶，且白色标靶和黑色标靶尺寸相同，均为80mmX80mm。5.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述中央控制模块包括主控制器，及与主控制器电连接的模数转换接口和CAN总线通讯接口；所述主控制器通过CAN总线通讯接口与CAN总线通讯连接。6.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述温度控制模块由功率驱动器及其外围电路组成。7.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述温度传感器为NTC温度传感器，且其经滤波电路后与中央控制模块的模数转换接口连接。8.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述电源模块包括AC-DC转换单元，及与AC-DC转换单元其输出端电连接的DC-DC转换单元；所述AC-DC转换单元其输入端与市电连接；所述AC-DC转换单元由用于输出5V直流电压的第一AC-DC转换电路及用于输出12V直流电压的第二AC-DC转换电路组成，且第一AC-DC转换电路和第二AC-DC转换电路相互隔离输出直流电压；所述第一AC-DC转换电路其输出端与温度控制器电连接；所述第二AC-DC转换电路其输出端分别与散热风扇和DC-DC转换单元其输入端电连接；所述DC-DC转换单元其输出端分别与中央控制模块的主控制器、模数转换接口和CAN总线通讯接口电连接，且DC-DC转换单元其输出电压为3.3V。9.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述帕尔贴板为12706型帕尔贴元件。10.根据权利要求1所述的可见光红外双波段复合标定板，其特征在于：所述标定板其工作方法如下：单个电路板内部，由温度采集、PWM输出构成闭环结构，为实现对单个单元控制的快速、稳定，主控制器运行了基于PID算法的控制程序；离散式PID算法的表达式如下所示：由1可得：由12可得：Δuk＝Kperrk-errk-1+Kierrk+Kderrk-2errk-1+errk-2；3即增量PID的表达式，式中的errk即为k时刻设置值相对实际值的偏差，Kp、Ki、Kd三个系数由反复凑试整定得到；Δuk即为调整变化量；主控制器上电后，先初始化CAN总线通讯接口、模数转换器及定时器设备，之后以设定周期顺序读取每个单元的温度，并和该单元的设定值比较后进行PID运算，得到调整量，对该单元的工作状态进行调制；温度传感器与上位机进行通信，获取特定单元的目标温度，以及读取特定单元的当前实时温度；单个帕尔贴板的温度作为PID算法的输入变量，计算得到输出量；中央控制模块以PID算法的计算结果，控制帕尔贴板的工作极性和工作电流，最终得到稳定的温度控制结果；中央控制单元驱动散热风扇，为温度控制模块降温。

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