(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211056216.0 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 宋旸　许祥妹　蔡华俊　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 陈鹏 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01) G06T 7/77(2017.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 7/80(2017.01) (54)发明名称 用于折射成像系统的玻璃方位标定系统及 方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于折射成像系统的玻 璃方位标定系统及方法， 标定系统包括棋盘格标 定板、 三块平面玻璃、 成像模块， 所述的棋盘格标 定板为图案不对称标定板， 用于标定时判定方 向， 确保每次拍摄的标定板的图片中的特征点都 能按照相同的顺序提取出来， 所述的平面玻璃用 于叠加在相机的前面拍摄标定板图片， 提取同一 世界坐标的标定点的不同像素坐标， 所述成像模 块由工业相机和相机支架组成， 支架用于调整相 机位置和角度； 当相机前面有折射物体时， 本装 置可以快捷的确定玻璃的方位， 即玻璃的方向向 量， 具有装置简易、 测量精度高， 检测速率快等优 点。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115439541 A 2022.12.06 CN 115439541 A 1.一种用于折射成像系统 的玻璃方位标定系统， 其特征在于， 主要由棋盘格标定板、 成 像模块和计算机组成； 所述棋盘 格标定板边角设有不对称的圆环特 征点； 所述成像模块用于采集标定板的棋盘格图像， 其中成像模块和棋盘格标定板之间根据 是否放置玻璃分为四种情况： 不 放置玻璃、 放置一 块玻璃、 放置 两块玻璃、 放置三 块玻璃； 所述计算机用于对成像模块采集到的四种情况下的棋盘格图像进行角点提取， 对其中 的标定点进行拟合， 求出玻璃在相机坐标系下的方向 向量。 2.根据权利要求1所述的用于折射成像系统的玻璃方位标定系统及方法， 其特征在于， 所述棋盘格标定板四个边角分布五个不对称的圆环特征点， 用于标定时判断方向， 保证不 同角度下提取到的特征点均按照相同的顺序进行排列； 棋盘格中的每个格子为黑白相间的 正方形方格， 每一小格的边长为10m m， 格点数目为8x8。 3.根据权利要求2所述的用于折射成像系统的玻璃方位标定系统及方法， 其特征在于， 所述成像模块由一个黑白工业相 机、 玻璃支架和相 机支架组成； 相 机与玻璃支架之间的相 对位置不发生改变； 拍摄没有玻璃时的标定板的图片， 以及一块玻璃在相 机镜头前 的标定 板的图片， 以及两块玻璃在相机 镜头前的图片， 以及三 块标定板在相机 镜头前的图片。 4.根据权利要求1或3所述的用于折射成像系统 的玻璃方位标定系统及方法， 其特征在 于， 所述的玻璃为K9的8m m厚的玻璃， 折 射率为1.5。 5.根据权利要求1或3所述的用于折射成像系统 的玻璃方位标定系统及方法， 其特征在 于， 黑白工业相机使用Daheng  Image的水星黑白照相机 。 6.根据权利要求5所述的用于折射成像系统的玻璃方位标定系统及方法， 其特征在于， 黑白工业相机 选择8mm焦距的镜 头。 7.一种基于权利要求1 ‑3任一所述系统 的玻璃方位标定方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： (1)标定过程： 对采集到的标定板图像进行角点提取； 以设有两个圆环特征点的边角作 为顺时针方向的第三个边角， 按照一定的次序提取8x8个特征点； 通过张正友标定法计算相 机模型的内部参数与畸变系数， 由此获得像素坐标系与相机坐标系之间的转 化关系； (2)对相机镜头前面没有玻璃时采集标定板图片进行角点提取并且按照一定的次序， 在相机镜头前面叠加一块 玻璃采集标定板图片进 行角点提取， 然后在相机镜头前面叠加两 块玻璃采集标定板图片进 行角点提取， 然后在相机前面叠加三块 玻璃拍摄标定板图片依次 序进行角点 提取； (3)当拍摄图像经过不同厚度的玻璃窗口时， 利用同一标定点在四种情况下拍摄的图 片进行一个组合， 对其进行最小二乘法或者opencv中fitline函数进行拟合， 标定板上有64 个标定点， 对64组标定点进 行拟合， 64条直线相交于一点， 这一点则是垂 直于玻璃投影到像 素坐标系下的坐标， 由该点即可确定玻璃的法向量； 所述四种情况为没有玻璃、 有一块玻 璃、 有二块玻璃、 有三 块玻璃； (4)对于每一对对应的像点， 设未折射点和折射点坐标分别为(uog,vog)和(uwg,vwg)， 此 时连接线的方程 为： (vwg‑vog)x+(uog‑uwg)y+(uwg‑uog)vog‑(vwg‑vog)uog＝0 假设一共有K条连接线， 次级主点是所有连接线的交点； 通过拍摄的标定板的图片提取权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115439541 A 2标定点获取连接线的方程， 从而获得64组连接线的方程， 即64组(k,b)值， 将每一组(k,b)值 看成是一个点， 然后再对其进行最小二乘法线性拟合即可得到次级主点的坐标(ue,ve)， 此 时玻璃的法线 表示为： 其中， u,v,f,dX,dY均为摄像机的内部参数f为摄像机焦距， dX,dY为像元尺寸， u,v为图 像中心。 8.根据权利 要求7所述的方法， 其特征在于， 重 复步骤(1)～(4)， 改变标定板的姿态， 在 相机镜头前面有玻璃和没有玻璃时拍摄多张标定板不同姿态的图片， 求得同一玻璃姿态下 的不同标定点 坐标， 对不同标定 板状态下的玻璃姿态的次级 主点的坐标求取平均值。 9.根据权利 要求7所述的方法， 其特征在于， 所述的玻璃为K9的8mm厚的玻璃， 折射率为 1.5。 10.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 黑白工业相机使用Daheng  Image的水星 黑白照相机， 选择8m m焦距的镜 头。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115439541 A 3