ES2392799B1 - Patrón para la calibración geométrica automática de cámaras termográficas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere al desarrollo de un sistema para la calibración geométrica de sistemas termográficos, con el que se obtienen de manera automática los parámetros de orientación interna de la cámara, que permiten la corrección de las deformaciones introducidas por sus lentes para una adecuada orientación externa de las termografías realizadas.

Description

PATRÓN PARA LA CALIBRACIÓN GEOMÉTRICA AUTOMÁTICA DE CÁMARAS TERMOGRÁFICAS

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La tennografia infrarroja permite la medición de la radiación infrarroja emitida por los cuerpos, directamente relacionada con su temperatura superfici al, de modo que nos pennite detectar anomalías en los cuerpos tennografiados, de distinta naturaleza en [unción de la aplicación. De este modo, se pueden detectar pérdidas de calor, humedades y fugas de aire en edificación; sobrecargas y fallos en los cables de las líneas eléctricas; sobrecargas y rozamientos en motores y demás maquinaria mecánica; zonas con probabilidad de inicio de incendio; obstrucciones del flujo sanguíneo e inflamaciones en medicina y veterinaria, como ejemplos de los campos de aplicación de la tennografia más ampliamente conocidos.

Las técnicas de medición tennográfica utilizan comúnmente cámaras calibradas en simuladores de cuerpos negros para certificar la incertidumbre en la medida de la radiación infrarroja, yen consecuencia, la incertidumbre en la medición de la temperatura de los cuerpos. De este modo, el objetivo más común de la medición tennográfica se limita a la adquisición de imágenes sobre las que se realiza un análisis térmico, sin prestar atención a la infonnación geométrica que se puede obtener de las tennograflas, siguiendo los principios de la fotogrametría y la teledetección.

Para explotar la infonnación métrica de las tennografias y así completar el estudio de los cuerpos, pennitiendo además la cuantificación y la medida directa de, por ejemplo, la superficie afectada por una anomalía, es imprescindible conocer los parámetros de calibración de la cámara tennográfica con la que se realiza el estudio, que nos indican su orientación interna, como son las distorsiones radial y tangencial de la lente, las coordenadas del punto principal, la distancia focal de la lente, el tamaño del sensor, etc. Estos parámetros, combinados con la orientación externa de la imágenes obtenidas del objeto y realizando los cálculos adecuados, basados en el principio de colinealidad, permiten la obtención de las coordenadas espaciales tridimensionales del objeto.

Dado que las cámaras tennográficas miden la temperatura de los cuerpos de manera indirecta, las primeras aproximaciones a la calibración geométrica están basadas en campos de calibración cuyas dianas son lámparas incandescentes que, al aumentar su temperatura durante el encendido, son detectadas por estos sistemas de manera precisa. Sin embargo, dichos campos de calibración suelen ser pesados, necesitan disponer de alimentación eléctrica y producen efectos difractivos debido a la interacción entre las lámparas y los orificios que las soportan.

En la presente patente se muestra un patrón para la calibración geométrica automática de cámaras tennográficas, basado en materiales de diferente emisividad. El sistema evita la necesidad de utilizar lámparas y alimentación externa, 10 cual permitirá la corrección de las distorsiones geométricas introducidas por las mismas en las tennografias de cara a emplearlas como textura de nubes de puntos láser escáner, así como su orientación externa siguiendo los fundamentos de la fotogrametría, en ambos casos con el objetivo de generar modelos tennográficos tridimensionales de los objetos termografiados. Su configuración con materiales ligeros permite que el sistema sea fácilmente portable, de manera que permitirá comprobar los parámetros de calibración de la cámara tennográfica tanto en oficina como en campo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El patrón de calibración aquí desarrollado permite calcular de manera automática los parámetros de calibración interna de los sistemas tennográficos que trabajan en el rango del infrarrojo térmico a través de la realización de termografias del mismo desde diferentes ángulos y su posterior procesamiento en una platafonna fotogramétrica. Para ello, a partir de la posición de las dianas del patrón en las diferentes tennografias, es decir, desde diferentes puntos de vista, se calculan las coordenadas relativas de las mismas. Para diferenciar correctamente las dianas del entorno en las termografias resultará fundamental que éstas estén elaboradas de un material de diferente emisividad. La comparación entre las coordenadas medidas de las dianas con las coordenadas conocidas por la plataforma, al tratarse de dianas codificadas para ser reconocidas mediante algoritmos de procesado automático de imagen, da lugar a los valores de distorsión radial y tangencial introducidas en las imágenes por la lente del sistema termográfico a calibrar, así como a los demás parámetros de calibración interna de la cámara como son distancia focal y punto principal de la imagen.

La distancia entre dianas debe ser constante para evitar la introducción de distorsión por parte del campo de calibración, ya que la plataforma fotogramétrica con la que se obtendrán de manera automática los parámetros de calibración a partir de las tennografias del patrón realiza dichos cálculos con la premisa de que las dianas son equidistantes entre sí. De este modo, cualquier variación en la distancia entre dianas durante la fabricación del patrón de calibración repercutirá de manera directa en los resultados obtenidos, haciendo que estos sean incorrectos; típicamente, haciendo que los valores de distorsión radial y tangencial sean mayores que los reales de la lente.

El patrón es portátil y se coloca verticalmente apoyado a una superficie vertical, asegurándolo de manera que el ángulo que fonne con el suelo sea de 900 para evitar errores en el cálculo de los parámetros de calibración. Así, la cámara tennográfica a calibrar se colocará sobre un trípode~ de manera que sea fácilmente trasladable por el operario para la realización de tennografias del patrón, que está fijo durante la adquisición de tennografias, desde diferentes puntos de vista.

La principal ventaja que presenta esta invención consiste en que pennitirá de una forma sencilla que los usuarios de cámaras tennográficas calculen los parámetros de calibración de dichos sistemas tanto en el momento de su compra como el mantenimiento de las mismas durante su vida útil. Además, el patrón se puede utilizar de fonna portátil, permitiendo la calibración geométrica de la cámara tennográfica antes de realizar el levantamiento termo-fotogramétrico, de acuerdo a las buenas prácticas de la fotogrametría. Su configuración con materiales ligeros y de bajo coste facilita asimismo su montaje y movilidad.

BREVE DESCRlPCION DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan los siguientes dibujos.

La figura 1 muestra una vista del campo de calibración en la que se observan las tres láminas que lo componen: una plancha de madera que actúa de soporte del sistema, una lámina de papel de aluminio y una lámina de cartulina con dianas codificadas que permiten la automatización del proceso. La figura 2 muestra una vista del campo de calibración completo, con las tres láminas superpuestas, en la que se aprecia el contraste entre el fondo y las dianas codificadas, también detectable en el rango del infrarrojo por cámaras tennográficas.

DESCRIPCION DE UNA REALIZACION PREFERIDA

El patrón para la calibración geométrica automática de cámaras termográficas consta de una lámina rígida (1) preferentemente de madera para minimizar en lo posible el peso del mismo manteniendo rigidez estructural. El material más indicado es la madera porque resulta fácilmente asequible y ligero. Por otra parte, aunque sufre dilataciones superiores a materiales como los metales, éstas serán despreciables frente a las características metro lógicas que presentan los sistemas termo gráficos, que tienen una resolución espacial inferior a la mitad de la que presenta una cámara fotográfica digital. Sobre dicho tablero de madera (1) se colocarán una lámina de papel de aluminio (2) y una lámina de cartulina (3) con dianas (4) y (5). Estos elementos presentan emisividades muy diferentes entre sí, de modo que la cámara tennográfica los detecta como materiales diferentes de manera precisa incluso estando los dos materiales a la misma temperatura.

Las dianas (4) consisten en perforaciones circulares realizadas en la lámina de cartulina (3), mientras que las dianas codificadas (5) presentan además diferentes porciones de arco rodeando cada una de las perforaciones circulares. De este modo, a través de las dianas (zonas agujereadas en la lámina de cartulina) se percibe la lámina de aluminio (2). Para optimizar el proceso de calibración geométrica de la cámara termográfica y maximizar la precisión de los resultados, se realizan en la lámina de cartulina (3) un total de 100 dianas circulares (4) en forma de matriz cuadrada formada por 10 filas y 10 columnas, equidistantes entre sÍ. Entre estas dianas, se realizarán en cada una de las esquinas de la matriz, 4 dianas codificadas (5), por lo que se rodearán las dianas circulares por distintas porciones de arco, de manera que

el software de procesado pueda identificar estas dianas, y por tanto orientar las imágenes, independientemente de su posición en las mismas, Los parámetros de calibración geométrica de cámaras teonográficas se obtendrán realizando entre 8 y 12 lermografias del patrón descrito, con distintas

5 inclinaciones y orientaciones, formando ángulos de 900 entre tennografias consecutivas. Estas tennografias se introducirán a continuación en una estación de restitución fotogramétrica digital, en la que la configuración del patrón para la calibración geométrica de cámaras termográficas permitirá la automatización de la obtención de resultados.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1. PATRÓN PARA LA CALIBRACIÓN GEOMÉTRICA AUTOMÁTICA DE CÁMARAS TERMOGRÁFICAS, del tipo de los que penniten realizar,

   5 empleando software fotogramétrico. el proceso de orientación interna de dichas cámaras, caracterizado por comprender un tablero de madera (1) sobre el que se coloca una lámina de papel de aluminio (2) adherida a una lámina de cartulina

   (3), que dispone de entre 50 y 200 dianas circulares (4) del mismo tamaño y

   equidistantes entre sí, dispuestas en forma de matriz cuadrada de igual número

   10 de filas y de columnas, que a su vez se complementan con cuatro dianas codificadas (5), con diferentes porciones de arco rodeando cada una de estas dianas.