[0001] 本实用新型涉及畸变图像修正技术领域，具体地说，涉及一种用于复杂曲面玻璃窗口成像畸变修正的三维标定板。

[0002] 在工程应用中，通过记录图像可以获得实验的多种信息，且具有客观、非接触和高精度等诸多优势。在速度场、压力场、温度场和颗粒场等测量中，为了维持场参数，保证图像记录器件能够正常工作，一般设置有光学窗口。

[0003] 随着科学技术的发展，对测量的要求越来越高，平面观察窗已无法满足当前的应用要求，复杂曲面玻璃窗口应用而生。例如为了观察分析内燃机燃烧室内燃料的雾化、着火燃烧过程，提出的光学燃烧室中光学观察窗多为复杂曲面玻璃窗口；为了测量分析燃气轮机/航空发动机内流场参数，需要设计圆弧形的光学窗口；还有由于内转式进气道的结构特征，存在内流道被遮挡的情况，为了应用光学测量技术观测内流场信息，要在流道壁面上开光学窗口，而内转式进气道的型面都是异型曲面，常规的平面观察窗会引起流场结构改变，无法得到真实流场信息。这就要求设计内表面与内转式进气道异型曲面内流道壁面一致，外表面为校正曲面的异型面玻璃观察窗。试验发现由于加工精度的限制，导致复杂曲面玻璃窗口内流场图像发生畸变，影响试验结果分析。

[0004] 为了校正复杂曲面玻璃窗口引起的成像畸变，需要利用标定板研究、分析畸变特征，从而提出修正算法。光学标定板在机器视觉、图像测量、摄影测量、三维重建等领域中广泛应用。现有的光学标定板有棋盘格标定板，圆点阵列标定板，条形标定板，二维码标定板等，主要用来校正镜头畸变，确定物理尺寸和像素间的换算关系。

[0005] 现有技术用于复杂曲面玻璃窗口成像畸变修正的缺陷在于：标定板的符号特征信息相同，匹配存在困难；畸变较大时，圆点标定板的圆点变成椭圆，中心定位精度明显下降；畸变复杂时，需要更多的特征点才能求解得到优化的修正函数，现有的标定板缺乏特征点。
实用新型内容

[0006] 本实用新型的目的是提供一种用于复杂曲面玻璃窗口成像畸变修正的三维标定板，其标定精度高，且具有结构简单，易加工的优点。

[0007] 为了实现上述目的，本实用新型的用于复杂曲面玻璃窗口成像畸变修正的三维标定板，包括多层叠放的玻璃基板，所述玻璃基板上表面设有黑白交错的棋盘格图样，其中，黑色棋盘格内设有白色的符号图案；每层玻璃基板上的棋盘格图样区域之间错位布置。

[0008] 可选的，在一个实施例中，所述的符号图案包括：+(加号)，‑(减号)，×(乘号)，÷(除号)，>(大于号)，<(小于号)，＝(等于号)，/(斜杠)，|(竖杠)等。

[0009] 在设计黑色棋盘格中白色符号图案时，为了增加差异性，提高匹配效率，相邻符号不同。

[0010] 可选的，在一个实施例中，每9个黑白棋盘格组成一个模块，包括3行3列，每个模块具有唯一性。模块的中心为设有符号的黑色棋盘格或白色棋盘格，设计时保证每个模块具有唯一性。每个模块包括了16个角点，内部还有符号特征点，角点和特征点的一一对应关系足够求解和优化修正函数。由于复杂曲面玻璃窗口成像畸变复杂，处处畸变特征不同，这就要求将复杂曲面玻璃窗口划分为一个个子区域，分别对每个子区域进行标定，每个子区域对应本实用新型标定板的一个模块。

[0011] 可选的，在一个实施例中，从上往下第一层玻璃基板上的棋盘格图样位于基板的中心，由16个4行4列的模块组成；第二层玻璃基板上的棋盘格图样是单个模块围绕第一层玻璃基板上的棋盘格图样四周布置一圈；第三层玻璃基板上的图案是单个模块围绕第二层玻璃基板上的棋盘格图样四周布置一圈；以此类推。

[0012] 为了应用复杂曲面玻璃窗口成像畸变修正的三维标定板对三维空间的图像畸变进行修正，优选的，所述的玻璃基板的厚度为0.5～1mm。

[0013] 为了提高符号图案的识别度，同时保留黑色棋盘格的特征，所述的符号图案的线条宽度为棋盘格宽度的十分之一，符号图案的端部与棋盘格边框的距离也为棋盘格宽度的十分之一。如果线条太细，符号特征会被强背景噪声淹没，降低了符号的识别度；而符号线条太粗会使黑色棋盘格的特征减弱，造成角点识别困难，降低了标定精度。

[0014] 可选的，在一个实施例中，所述的玻璃基板上的棋盘格图样有48行和48列，256个模块，空白边框宽度为棋盘格宽度的7倍，共由13层玻璃基板组成。空白边框可用于标定板的安装。

[0015] 通过特征匹配和识别不仅可以得到棋盘格角点的坐标也可以得到符号特征点(端点，交点)的坐标，这样就可以有更多的方程来优化修正函数。

[0016] 与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：

[0017] 通过本实用新型的标定体具有深度方向的信息，可以实现复杂曲面玻璃窗口成像畸变三维修正，其标定精度高，结构简单，且易于加工。

[0022] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0023] 除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

[0024] 实施例

[0025] 参见图1，本实施例用于复杂曲面玻璃窗口成像畸变修正的三维标定板，包括：多层高透光石英玻璃基板1，高透光石英玻璃基板1上设有黑色棋盘格2和白色棋盘格3，黑色棋盘格2和白色棋盘格3的边长为1mm。

[0026] 为了区分棋盘格，在黑色棋盘格2中设有白色的符号图案5，符号图案5包括：+(加号)，‑(减号)，×(乘号)，÷(除号)，>(大于号)，<(小于号)，＝(等于号)，/(斜杠)，|(竖杠)，：(冒号)，·(圆点)等。

[0027] 在设计黑色棋盘格中白色符号图案时，为了增加差异性，提高匹配效率，相邻符号不同。

[0028] 如图2所示，每9个黑白棋盘格组成一个模块6，包括3行3列，模块的中心为设有符号的黑色棋盘格或白色棋盘格，设计时保证每个模块具有唯一性。每个模块包括了16个角点，内部还有符号特征点，角点和特征点的一一对应关系足够求解和优化修正函数。

[0029] 为了提高符号图案的识别度，同时保留黑色棋盘格的特征，符号图案线条的宽度为0.1mm，符号的端部与棋盘格边框的距离也为0.1mm。如果线条太细，符号特征会被强背景噪声淹没，降低了符号的识别度；而符号线条太粗会使黑色棋盘格的特征减弱，造成角点识别困难，降低了标定精度。

[0030] 基板上的棋盘格图样有48行和48列，256个模块，空白边框宽度为7mm，空白边框可用于标定体的安装。

[0031] 本实施例的三维标定板由13层基板组成，从上往下第一层高透光石英玻璃基板上的图案位于标定板的中心，由16个4行4列的模块组成，如图3所示。第二层高透光石英玻璃基板上的图案是单个模块围绕第一层高透光石英玻璃基板上的图案四周布置一圈，如图4所示。第三层高透光石英玻璃基板上的图案是单个模块围绕第二层高透光石英玻璃基板上的图案四周布置一圈。以此类推。

[0032] 由于复杂曲面玻璃窗口成像畸变复杂，处处畸变特征不同，这就要求将复杂曲面玻璃窗口划分为一个个子区域，分别对每个子区域进行标定，每个子区域对应本实用新型标定板的一个模块。

[0033] 利用标定体符号特征和模块特征的唯一性，匹配有复杂曲面玻璃窗口时标定板的图像。一般可以把玻璃窗口对成像的影响归纳为对图像进行平移、缩放和旋转等几何变换。

[0034] 为了对畸变图像进行修正，需要求解正常图像和畸变图像的映射参数，图像的平移、缩放和旋转映射关系可以归纳为以下多项式：

[0035] x＝a0+a1u+a2v+a3uv+a4u2+a5v2+…

[0036] y＝b0+b1u+b2v+b3uv+b4u2+b5v2+…

[0037] 一般多项式的次数为2时基本可以修正图像的平移、缩放、旋转和弯曲等畸变。为了获得多项式的系数，即图像的映射参数，利用本实用新型的标定体对复杂曲面玻璃窗口进行标定。

[0038] 通过特征匹配和识别不仅可以得到棋盘格角点的坐标也可以得到符号特征点(端点，交点)的坐标，可以有更多的方程来优化修正函数，提高修正的精度。