DB35T 1920-2020地面移動機器人視覺系統(tǒng)成像性能檢測方法

ICS37.020N38DB35福建省地方標準DB35/T1920—2020地面移動機器人視覚系統(tǒng)成像性能

檢測方法Testmethodforimagingperformanceofvisionsystemofgroundmobilerobot2020-08-24發(fā)布 2020-11-24實施福建省市場監(jiān)督管理局 發(fā)布DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020目次TOC\o"1-5"\h\z前言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術語和定義 1測試要求 25測試方法 36測試結果 11附錄A（資料性附錄） 分辨率測試卡圖案單元的代號、特征和用途 12附錄B（規(guī)范性附錄） 地面移動機器人視覺系統(tǒng)成像性能測試記錄表 13參考文獻 14本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本標準由福建省特種設備檢驗研究院提出。本標準由福建省市場監(jiān)督管理局歸口。本標準起草單位：福建省特種設備檢驗研究院、廈門市翰均科檢測科技有限公司、泉州裝備制造研究所、福州大學、福州旭飛測控技術有限公司、福州國化智能技術有限公司。本標準主要起草人：黃春榕、鄭耿峰、林名強、葉錦華、戴厚德、吳翠蘭、劉李、楊凌文、廖華忠、樊繼春、孫良艷、林娟。DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020DB35/T1920—202011地面移動機器人視覺系統(tǒng)成像性能檢測方法1范圍本標準規(guī)定了地面移動機器人(以下簡稱“機器人”)視覺系統(tǒng)成像性能的測試要求、測試方法及測試結果。本標準適用于具有可見光成像能力的地面移動機器人。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GA/T1128—2013安全防范視頻監(jiān)控高清晰度攝像機測試方法YD/T1607—2016移動終端圖像及視頻傳輸特性技術要求和測試方法ISO7589:2002攝影感光度測定用光源日光、白熾鎢絲燈光和打印機規(guī)范(Photography一Illuminantsforsensitometry一Specificationsfordaylight,incandescenttungstenandprinter)ISO12233攝影電子靜物圖象成像分辨率和空間頻率響應(Photography一Electronicstillpictureimaging—Resolutionandspatialfrequencyresponses)3術語和定義下列術語和定義這用于本文件。3.1移動機器人mobiIerobot基于自身控制、可移動的機器人。[GB/T12643—2013,定義2.13]3.2地面移動機器人groundmobiIerobot在地面環(huán)境運行的一般采用輪式、履帶式、足腿式或蠕動式等行走方式的移動機器人。3.3視覺系統(tǒng)visionsystem通過視覺傳感器將環(huán)境可見光信號轉換成電信號來獲取環(huán)境圖像或視頻信息的機器人子系統(tǒng)。3.4分辨率resoIution顯示器或者照片上再現(xiàn)的測試圖中黑白相間的線條剛剛能被人眼所分辨的空間頻率。由于偽信號的影響，能夠再現(xiàn)的空間頻率要低于測試圖中相應區(qū)域的空間頻率。注：改寫GB/T29298—2012,定義3.7。3.5色差chromatism用白光進行成像時，因不同色光有不同折射率造成光路差別而引起的像差。3.6畸變distortion由于橫向放大率隨視場大小而變化，從而引起的一種失去物像相似的相差。注1：畸變不影響像的清晰度。注2：改寫GB/T29298—2012，定義3.14。3.7灰階grayscale機器人視覺系統(tǒng)對不同反射率（或透過率）的中性光譜（灰色光）的分辨能力。8幀頻framerate機器人視覺系統(tǒng)單位時間輸出圖像序列中所包含的不重復的圖像幀數(shù)。注：單位為幀每秒（fps）。3.9延時delay機器人光學鏡頭獲取圖像與視覺系統(tǒng)輸出圖像之間的時間差值。注：單位為毫秒（ms）。3.10碼率bitrate機器人視覺系統(tǒng)單位時間輸岀的視頻流數(shù)據(jù)位數(shù)。注：單位為千位每秒（Kbps）。4測試要求1測試環(huán)境4.1.1環(huán)境溫度環(huán)境溫度應在-5°C~40°C。4.1.2環(huán)境濕度環(huán)境濕度應不大于90%。4.1.3照明測試應在黑色（低反射率）的環(huán)境照度小于1Lux的環(huán)境中進行如無特殊規(guī)定，光源亮度應能使被測機器人視覺系統(tǒng)輸出有效信號，拍攝時測試圖卡表面照度范圍應在700Lux?1200Luxo采用ISO7589:2002規(guī)定的日光型光源或白熾燈，并對測試標板均勻照明，測卷標板任一部位的照度均不得超測試標板中心區(qū)平均照度的±10%。測試環(huán)境下可選用以下標準色溫：D65光源色溫6500K、泛光燈色溫3400K。實際測試環(huán)境的色溫標準偏差不大于200Ko為最大限度降低炫光影響，應避免照明光源發(fā)出光線直接射入被測機器人視覺系統(tǒng)的鏡頭。DB35/T1920—2020DB35/T1920—202044DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020測試圖卡與拍攝目標物周圍（包括放置測試圖卡與拍攝目標物的置具）應為低照度，減少眩光。測試圖卡與拍攝目標物背景采用黑或吸光型中性灰。4.2測試對象待檢測機器人應為完整產(chǎn)品。試驗前機器人應進行適當?shù)念A熱。若機器人具有會影響被測特性的設備，則試驗中此類設備的狀態(tài)應在試驗報告中說明，并且每次試驗均保持不變。試驗中所使用的正常操作條件，應按機器人制造商的說明。4.3判讀設備拍攝或錄制的影像使用監(jiān)視器顯示，監(jiān)視器應滿足以下條件：a） 像素點數(shù)：不低于3840X2160；b） 像素點距：不低于140DPI；c） 可視角度：不小于178°；d） 色域：覆蓋90%以上AdobeRGB色域；e） 亮度：不低于350cd/m；f） 對比度：不低于1000:1。5測試方法5.1基礎成像性能指標測試5.1.1機器人測試條件5.1.1.1取景被測機器人視覺系統(tǒng)的焦平面應與測試標板平行，水平方向影像框線應與測試標板框線相平行。調整機器人距離使測試圖的有效高度充滿機器人采集圖像的高度，或按需要僅占機器人采集圖像高度的若干分之一。現(xiàn)場布置如!31所3二。%圖1%圖1移動機器人測試現(xiàn)場布置示意圖5.1.1.2機器人視覺系統(tǒng)設置被測機器人視覺系統(tǒng)應按其初始設定狀態(tài)進行測試，當無初始設定時則按常用參數(shù)來設置。白平衡應按照明光源的特性予以調整，優(yōu)先使用自動白平衡模式。曝光參數(shù)和調焦方式等不作限定。5.1.1.3數(shù)據(jù)接口被測機器人應具備圖像傳輸能力，應將拍攝圖像導出并保存到外部存儲介質用于測試評價。導出圖像格式應為：BMP、TIFF、RAW、PNG或JPEG。5.1.2分辨率測試5.1.2.1測試卡采用ISO12233分辨率測試圖卡，如圖2所示，圖案單元的代號及其特征和用途參見附錄A。圖2分辨率測試圖卡圖2分辨率測試圖卡5.1.2.2判讀方法判讀方法如下：a）按照5.1.1.1的要求進行拍攝，將其保存為5.1.1.3規(guī)定的格式圖片，當ISO分辨率測試圖的有效高度剛好充滿圖像畫幅的高度時,測試圖上分辨率標志值乘以100即為該畫幅高度時數(shù)碼照相機的分辨率測得值，其單位為線數(shù)每像高（LW/PH）；DB35/T1920—2020DB35/T1920—202066DB35/T1920—2020DB35/T1920—202055b）當ISO分辨率測試圖的有效高度不能充滿圖像畫幅的高度時（包括為提高測試分辨率的能力時），測試圖上測得的分辨率值還應按公式（1）換算成被檢移動機器人視覺成像的分辨率計算值。Rale=Rmes乂"/H) (1)式中：Rk――被檢數(shù)碼照相機的分辨率計算值，單位為線數(shù)每像高（LW/PH）；Re――測試圖上分辨率測得值，單位為線數(shù)每像高（LW/PH）；H——影像畫幅的高度，單位為毫米（mm）；Hi——ISO分辨率測試圖的有效高度，單位為毫米（mm）。5.1.3色差測試5.1.3.1測試卡采用GA/T1128—2013色差測試圖卡，如圖3所示。圖3色差測試圖卡5.1.3.2判讀方法判讀方法如下：a） 按照5.1.1.1的要求進行拍攝，將其保存為5.1.1.3規(guī)定的格式圖片，用軟件提取圖像中所有色塊并轉換成CIELab色彩空間；b） 測試圖卡上測得的色差值按公式（2）?（6）進行換算：方塊/的明度差：耶i)= )-頃) (2)式中：l(1) 明度差；Li(i)――第一次測試光源下方塊I的明度；L2(i)――第二次測試光源下方塊I的明度。方塊I的a通道色度差：Aa(i)=a1(i)-a2(i) (3)式中：a(i) 綠/紅色度差；a(i)――第一次測試光源下方塊I的綠/紅色度；a(i)――第二次測試光源下方塊I的綠/紅色度。方塊I的力通道色度差：Ab(i)=b(i)-b2(i) (4)式中：b(i)——藍/黃色度差；b(i)――第一次測試光源下方塊I的藍/黃色度；b(i――第二次測試光源下方塊I的藍/黃色度。方塊總色差：A(y)=[(Ajy))2+(Aa(y))2+(A6(y))2J/2 (5)式中：A(2) 總色彩還原誤差；Az(2) 明度差：*(1) 綠/紅色度差；4(Z)—藍/黃色度差義平均色差：Aq=avg(A(2)) (6)式中：△e——平均色彩還原誤差；(-?') 總色彩還原誤差。5.1.4畸變測試5.1.4.1測試卡采用YD/T1607—2016中畸變測試圖卡，如圖4所示。DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020圖4畸變測試圖卡5.1.4.2判讀方法按照5.1.1.1的要求進行拍攝，將其保存為5.1.1.3規(guī)定的格式圖片。枕形畸變如圖5所示，桶形畸變如圖6所示，畸變值按公式（7）計算，畸變值大于0為枕形畸變，小于0為桶形畸變。P=&+ Bx100% （7）B式中：P——畸變值；Ai 像面邊角畸變尺寸，單位為毫米（mm）；A2 像面邊角畸變尺寸，單位為毫米（mm）；B 正畸變像面中心畸變尺寸，單位為毫米（mm）；DB35/T1920—2020DB35/T1920—20205.1.5灰階測試5.1.5.1測試卡采用GA/T1128—2013中高清晰度電視灰階測試圖卡，如圖7所示。5.1.5.2判讀萬法存的圖像可分辨的最大灰階數(shù)值。DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020DB35/T1920—2020995.2視頻質量測試5.2.1機器人測試條件5.2.1.1場景與拍攝目標物拍攝目標物包括秒發(fā)生器和幾何體：a） 秒發(fā)生器的計時精度＜10ms,界面同時顯示秒與毫秒，顯示數(shù)值應在測試背景下清晰可辨；b） 幾何體應選用可被人眼較好分辨的正方體或球體，拍攝目標物表面顏色應在測試背景下清晰可辨。5.2.1.2取景測試場景分四種，分別為:a） a） 場景一:b） 場景二:c） 場景三:d） 場景四:被測機器人視覺系統(tǒng)的焦平面應與測試面平行。在拍攝目標物移動的測試場景下，物體移動范圍需保持在被測機器人視覺系統(tǒng)視野范圍內，物體移動速度不小于1m/s，拍攝過程中保持勻速。在機器人移動的測試場景下，機器人移動方向為朝向測試面，移動起止位置由測試人員指定，需保證在移動過程中，拍攝目標物處于被測機器人視覺系統(tǒng)視野范圍內，拍攝目標物清晰可見；機器人移動速度不小于0.01m/s,拍攝過程中保持直線勻速運動。5.2.1.3機器人視覺系統(tǒng)設置被測機器人視覺系統(tǒng)應按其初始設定狀態(tài)進行測試，當無初始設定時則按常用參數(shù)來設置。白平衡應按照明光源的特性予以調整，優(yōu)先使用自動白平衡模式。曝光參數(shù)和調焦方式等不作限定。5.2.1.4數(shù)據(jù)接口 秒發(fā)生器應具備外部控制接口，焯持通過接口啟動和復位計時。被測機器人應具備視頻圖像傳輸能力，應將拍攝視頻圖像導岀并保存到外部存儲介質用于測試評價。導出視頻格式應為：MP4、AVI、WMV、MOV或昭。5.2.2幀頻測試5.2.2.1拍攝目標物拍攝目標物為：秒發(fā)生器。5.2.2.2測試過程測試步驟如下：a） 啟動秒發(fā)生器;b） 選擇場景一；c） 使用機器人視覺系統(tǒng)拍攝一段包含秒發(fā)生器且長度不小于10s的視頻片段，保證視頻片段內秒發(fā)生器數(shù)值可觀察；d） 使用計算機軟件回放該視頻片段，隨機取其中3次圖像每秒變化間隔，計算每個間隔的圖像幀數(shù)f，i=1,2,3；e） 幀頻按公式（8）進行計算：F=f+f+f （8）3式中：F——幀頻，單位為幀每秒（fps）；f1——第一次圖像每秒變化間隔的圖像幀數(shù)，單位為幀每秒（fps）；f——第二次圖像每秒變化間隔的圖像幀數(shù)，單位為幀每秒（fps）；f———第三次圖像每秒變化間隔的圖像幀數(shù)，單位為幀每秒（fps）。5.2.3碼率測試5.2.3.1拍攝目標物拍攝目標物為：秒發(fā)生器。5.2.3.2測試過程測試步驟如下：a） 啟動秒發(fā)生器；b） 選擇場景一；c） 使用機器人視覺系統(tǒng)拍攝一段包含測試目標且長度不小于10s的視頻片段，保證視頻片段內秒發(fā)生器數(shù)值可觀察；d） 使用計算機軟件回放該視頻片段，隨機截