DB35∕T 1920-2020 地面移动机器人视觉系统成像性能检测方法.docx

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1、ICS37.020N38DB35福建省地方标准DB35/T19202020地面移动机器人视觉系统成像性能检测方法Testmethodforimagingperformanceofvisionsystemofgroundmobilerobot2020-08-24发布2020-11-24实施福建省市场监督管理局发布DB35/T19202020目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14测试要求.25测试方法.36测试结果.11附录A（资料性附录）分辨率测试卡图案单元的代号、特征和用途.12附录B（规范性附录）地面移动机器人视觉系统成像性能测试记录表.13参考文献.14IDB35/

2、T19202020前言本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由福建省特种设备检验研究院提出。本标准由福建省市场监督管理局归口。本标准起草单位：福建省特种设备检验研究院、厦门市翰均科检测科技有限公司、泉州装备制造研究所、福州大学、福州旭飞测控技术有限公司、福州国化智能技术有限公司。本标准主要起草人：黄春榕、郑耿峰、林名强、叶锦华、戴厚德、吴翠兰、刘李、杨凌文、廖华忠、樊继春、孙良艳、林娟。IIDB35/T19202020地面移动机器人视觉系统成像性能检测方法1范围本标准规定了地面移动机器人（以下简称“机

3、器人”）视觉系统成像性能的测试要求、测试方法及测试结果。本标准适用于具有可见光成像能力的地面移动机器人。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GA/T11282013安全防范视频监控高清晰度摄像机测试方法YD/T16072016移动终端图像及视频传输特性技术要求和测试方法ISO7589:2002摄影感光度测定用光源日光、白炽钨丝灯光和打印机规范（PhotographyIlluminantsforsensitometrySpecificationsfordayligh

4、t,incandescenttungstenandprinter）ISO12233摄影电子静物图象成像分辨率和空间频率响应（PhotographyElectronicstillpictureimagingResolutionandspatialfrequencyresponses）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1移动机器人mobilerobot基于自身控制、可移动的机器人。GB/T126432013，定义2.133.2地面移动机器人groundmobilerobot在地面环境运行的一般采用轮式、履带式、足腿式或蠕动式等行走方式的移动机器人。3.3视觉系统visionsystem通

5、过视觉传感器将环境可见光信号转换成电信号来获取环境图像或视频信息的机器人子系统。3.4分辨率resolution显示器或者照片上再现的测试图中黑白相间的线条刚刚能被人眼所分辨的空间频率。由于伪信号的影响，能够再现的空间频率要低于测试图中相应区域的空间频率。注：改写GB/T292982012，定义3.7。1DB35/T192020203.5色差chromatism用白光进行成像时，因不同色光有不同折射率造成光路差别而引起的像差。3.6畸变distortion由于横向放大率随视场大小而变化，从而引起的一种失去物像相似的相差。注1：畸变不影响像的清晰度。注2：改写GB/T292982012，定义3.

6、14。3.7灰阶grayscale机器人视觉系统对不同反射率（或透过率）的中性光谱（灰色光）的分辨能力。3.8帧频framerate机器人视觉系统单位时间输出图像序列中所包含的不重复的图像帧数。注：单位为帧每秒（fps）。3.9延时delay机器人光学镜头获取图像与视觉系统输出图像之间的时间差值。注：单位为毫秒（ms）。3.10码率bitrate机器人视觉系统单位时间输出的视频流数据位数。注：单位为千位每秒（Kbps）。4测试要求4.1测试环境4.1.1环境温度环境温度应在-540。4.1.2环境湿度环境湿度应不大于90%。4.1.3照明测试应在黑色（低反射率）的环境照度小于1Lux的环境中进

7、行。如无特殊规定，光源亮度应能使被测机器人视觉系统输出有效信号，拍摄时测试图卡表面照度范围应在700Lux1200Lux。采用ISO7589:2002规定的日光型光源或白炽灯，并对测试标板均匀照明，测试标板任一部位的照度均不得超测试标板中心区平均照度的10%。测试环境下可选用以下标准色温：D65光源色温6500K、泛光灯色温3400K。实际测试环境的色温标准偏差不大于200K。为最大限度降低炫光影响，应避免照明光源发出光线直接射入被测机器人视觉系统的镜头。2e)亮度：不低于350cd/m；DB35/T19202020测试图卡与拍摄目标物周围（包括放置测试图卡与拍摄目标物的置具）应为低照度，减少

8、眩光。测试图卡与拍摄目标物背景采用黑或吸光型中性灰。4.2测试对象待检测机器人应为完整产品。试验前机器人应进行适当的预热。若机器人具有会影响被测特性的设备，则试验中此类设备的状态应在试验报告中说明，并且每次试验均保持不变。试验中所使用的正常操作条件，应按机器人制造商的说明。4.3判读设备拍摄或录制的影像使用监视器显示，监视器应满足以下条件：a)像素点数：不低于38402160；b)像素点距：不低于140DPI；c)可视角度：不小于178；d)色域：覆盖90%以上AdobeRGB色域；2f)对比度：不低于1000:1。5测试方法5.1基础成像性能指标测试5.1.1机器人测试条件5.1.1.1取景

9、被测机器人视觉系统的焦平面应与测试标板平行，水平方向影像框线应与测试标板框线相平行。调整机器人距离使测试图的有效高度充满机器人采集图像的高度，或按需要仅占机器人采集图像高度的若干分之一。现场布置如图1所示。镜头测试图卡O移动机器人图1移动机器人测试现场布置示意图3DB35/T192020205.1.1.2机器人视觉系统设置被测机器人视觉系统应按其初始设定状态进行测试，当无初始设定时则按常用参数来设置。白平衡应按照明光源的特性予以调整，优先使用自动白平衡模式。曝光参数和调焦方式等不作限定。5.1.1.3数据接口被测机器人应具备图像传输能力，应将拍摄图像导出并保存到外部存储介质用于测试评价。导出图

10、像格式应为：BMP、TIFF、RAW、PNG或JPEG。5.1.2分辨率测试5.1.2.1测试卡采用ISO12233分辨率测试图卡，如图2所示，图案单元的代号及其特征和用途参见附录A。KDJ1K1JDJ2K2图2分辨率测试图卡5.1.2.2判读方法判读方法如下：a)按照5.1.1.1的要求进行拍摄，将其保存为5.1.1.3规定的格式图片，当ISO分辨率测试图的有效高度刚好充满图像画幅的高度时，测试图上分辨率标志值乘以100即为该画幅高度时数码照相机的分辨率测得值，其单位为线数每像高（LW/PH）；4DB35/T19202020b)当ISO分辨率测试图的有效高度不能充满图像画幅的高度时（包括为提

11、高测试分辨率的能力时），测试图上测得的分辨率值还应按公式（1）换算成被检移动机器人视觉成像的分辨率计算值。Rcalc=Rmes（H2/H1）.(1)式中：Rcalc被检数码照相机的分辨率计算值，单位为线数每像高（LW/PH）；Rmes测试图上分辨率测得值，单位为线数每像高（LW/PH）；H2影像画幅的高度，单位为毫米（mm）；H1ISO分辨率测试图的有效高度，单位为毫米（mm）。5.1.3色差测试5.1.3.1测试卡采用GA/T11282013色差测试图卡，如图3所示。图3色差测试图卡5.1.3.2判读方法判读方法如下：a)按照5.1.1.1的要求进行拍摄，将其保存为5.1.1.3规定的格式图

12、片，用软件提取图像中所有色块并转换成CIELab色彩空间；b)测试图卡上测得的色差值按公式（2）（6）进行换算：方块i的明度差：5DB35/T19202020DL(i)=L1(i)-L2(i).(2)式中：(i)明度差；L1(i)第一次测试光源下方块i的明度；L2(i)第二次测试光源下方块i的明度。方块i的a通道色度差：Da(i)=a1(i)-a2(i).(3)式中：(i)绿/红色度差；a1(i)第一次测试光源下方块i的绿/红色度；a2(i)第二次测试光源下方块i的绿/红色度。方块i的b通道色度差：Db(i)=b1(i)-b2(i).(4)式中：(i)蓝/黄色度差；b1(i)第一次测试光源下方

13、块i的蓝/黄色度；b2(i)第二次测试光源下方块i的蓝/黄色度。方块总色差：D(i)=(DL(i)2+(Da(i)2+(Db(i)2式中：(i)总色彩还原误差；(i)明度差；(i)绿/红色度差；(i)蓝/黄色度差。平均色差：1/2.(5)DE=avg(D(i).(6)式中：平均色彩还原误差；(i)总色彩还原误差。5.1.4畸变测试5.1.4.1测试卡采用YD/T16072016中畸变测试图卡，如图4所示。6DB35/T19202020图4畸变测试图卡5.1.4.2判读方法按照5.1.1.1的要求进行拍摄，将其保存为5.1.1.3规定的格式图片。枕形畸变如图5所示，桶形畸变如图6所示，畸变值按公

14、式（7）计算，畸变值大于0为枕形畸变，小于0为桶形畸变。P=(A1+A2)/2-BB100%.(7)式中：P畸变值；A1像面边角畸变尺寸，单位为毫米（mm）；A2像面边角畸变尺寸，单位为毫米（mm）；B正畸变像面中心畸变尺寸，单位为毫米（mm）；A1BA2图5枕形畸变示例7DB35/T19202020A1BA2图6桶形畸变示例5.1.5灰阶测试5.1.5.1测试卡采用GA/T11282013中高清晰度电视灰阶测试图卡，如图7所示。图7灰阶测试图卡5.1.5.2判读方法按照5.1.1.1的要求进行拍摄，将其保存为5.1.1.3规定的格式图片，用目测或通过软件读取拍摄保存的图像可分辨的最大灰阶数值

15、。8DB35/T192020205.2视频质量测试5.2.1机器人测试条件5.2.1.1场景与拍摄目标物拍摄目标物包括秒发生器和几何体：a)秒发生器的计时精度10ms，界面同时显示秒与毫秒，显示数值应在测试背景下清晰可辨；b)几何体应选用可被人眼较好分辨的正方体或球体，拍摄目标物表面颜色应在测试背景下清晰可辨。5.2.1.2取景测试场景分四种，分别为：a)场景一：机器人静止，拍摄目标物静止；b)场景二：机器人静止，拍摄目标物移动；c)场景三：机器人移动，拍摄目标物静止；d)场景四：机器人移动，拍摄目标物移动。被测机器人视觉系统的焦平面应与测试面平行。在拍摄目标物移动的测试场景下，物体移动范围需

16、保持在被测机器人视觉系统视野范围内，物体移动速度不小于1m/s，拍摄过程中保持匀速。在机器人移动的测试场景下，机器人移动方向为朝向测试面，移动起止位置由测试人员指定，需保证在移动过程中，拍摄目标物处于被测机器人视觉系统视野范围内，拍摄目标物清晰可见；机器人移动速度不小于0.01m/s，拍摄过程中保持直线匀速运动。5.2.1.3机器人视觉系统设置被测机器人视觉系统应按其初始设定状态进行测试，当无初始设定时则按常用参数来设置。白平衡应按照明光源的特性予以调整，优先使用自动白平衡模式。曝光参数和调焦方式等不作限定。5.2.1.4数据接口秒发生器应具备外部控制接口，支持通过接口启动和复位计时。被测机器

17、人应具备视频图像传输能力，应将拍摄视频图像导出并保存到外部存储介质用于测试评价。导出视频格式应为：MP4、AVI、WMV、MOV或FLV。5.2.2帧频测试5.2.2.1拍摄目标物拍摄目标物为：秒发生器。5.2.2.2测试过程测试步骤如下：a)启动秒发生器；b)选择场景一；9321fff+321ddd+F=.(8)D=.(9)DB35/T19202020c)使用机器人视觉系统拍摄一段包含秒发生器且长度不小于10s的视频片段，保证视频片段内秒发生器数值可观察；d)使用计算机软件回放该视频片段，随机取其中3次图像每秒变化间隔，计算每个间隔的图像帧数fi，i=1,2,3；e)帧频按公式（8）进行计算

18、：3式中：F帧频，单位为帧每秒（fps）；f1第一次图像每秒变化间隔的图像帧数，单位为帧每秒（fps）；f2第二次图像每秒变化间隔的图像帧数，单位为帧每秒（fps）；f3第三次图像每秒变化间隔的图像帧数，单位为帧每秒（fps）。5.2.3码率测试5.2.3.1拍摄目标物拍摄目标物为：秒发生器。5.2.3.2测试过程测试步骤如下：a)启动秒发生器；b)选择场景一；c)使用机器人视觉系统拍摄一段包含测试目标且长度不小于10s的视频片段，保证视频片段内秒发生器数值可观察；d)使用计算机软件回放该视频片段，随机截取其中3次图像每秒变化间隔，计算每个间隔的数据大小di，i=1,2,3，单位为kb；e)码

19、率按公式（9）进行计算：3式中：D码率，单位为千位每秒（Kbps）；d1第一次图像每秒变化间隔的数据大小，单位为千字节（kb）；d2第二次图像每秒变化间隔的数据大小，单位为千字节（kb）；d3第三次图像每秒变化间隔的数据大小，单位为千字节（kb）。5.2.4延时测试5.2.4.1拍摄目标物拍摄目标物为：秒发生器。5.2.4.2测试过程测试步骤如下：a)启动秒发生器；b)选择场景一；10序号缺陷类型缺陷表现1干扰有如下单个或多个表现：a)有噪波，即“雪花干扰”；b)有上下移动的黑白间隔水平横条，即“黑白滚道”；c)有纵、斜、人字或波浪状的条纹，即“网纹”；d)有不规则的闪烁、黑白麻点或“跳动点”

20、。2马赛克现象画面有若干或许多小方格子组成的色块出现。3流畅性不足有如下单个或多个表现：a)和拍摄的实际运动物体对比，明显速度变慢；b)画面出现跳跃，丢失一些画面；c)停止在一个画面上较长时间。4抖动整个视频片段出现明显的非正常画面抖动现象。DB35/T19202020c)使用机器人视觉系统拍摄一段包含测试目标且时间长度T1不小于20s的视频片段，保证视频片段内秒发生器数值可观察；d)记录视频片段中秒发生器最后的显示时间T2；e)按公式（10）计算延时时间，单位为毫秒（ms）：Td=T2-T1.(10)式中：Td延时时间，单位为毫秒（ms）；T2秒发生器最后的显示时间，单位为毫秒（ms）；T1

21、拍摄视频片段时间长度，单位为毫秒（ms）。5.2.5缺陷定性测试5.2.5.1拍摄目标物拍摄目标物为几何体。5.2.5.2测试过程在5.2.1.2规定的4种测试场景下，分别使用机器人视觉系统拍摄一段包含测试目标且长度不小于20s的视频片段。在计算机上播放视频片段，目视查看视频，定性判别是否存在如表1所示缺陷，判别人员不少于3名，且为单数。按多数人员的结论作为定性结论。表1缺陷定性判断依据表6测试结果地面移动机器人视觉系统成像性能测试结果应按附录B记录表填写。11图案单元代号特征和用途J1100LW/PH600LW/PH双曲线，用于测量中心水平视觉分辨率。J2100LW/PH600LW/PH双曲

22、线，用于测量中心垂直视觉分辨率。JD100LW/PH600LW/PH45双曲线，用于测量45视觉分辨率。K1500LW/PH2000LW/PH双曲线，用于测量中心水平视觉分辨率。K2500LW/PH2000LW/PH双曲线，用于测量中心垂直视党分辨率。KD500LW/PH1000LW/PH45双曲线，用于测量45视觉分辨率。DB35/T19202020AA附录A（资料性附录）分辨率测试卡图案单元的代号、特征和用途表A.1给出了分辨率测试卡图案单元的代号、特征和用途。表A.1分辨率测试卡图案单元的代号、特征和用途12被测试对象型号测试人员日期测试条件序号测试内容测试结果备注基础成像性能指标测试记录1分辨率测试分辨率值：（DPI）2色差测试色差：有无3几何失真测试失真：有无4灰阶测试灰阶值：视频质量测试1帧频测试帧频值：（fps）2码率测试码率值：（Kbps）3延时测试延时值：（ms）4缺陷主观测试干扰：有无马赛克现象：有无流畅性不足：有无抖动：有无DB35/T19202020BB附录B（规范性附录）地面移动机器人视觉系统成像性能测试记录表地面移动机器人视觉系统成像性能测试记录表见表B.1。表B.1地面移动机器人视觉系统成像性能测试记录表13DB35/T19202020参考文献1GB/T126432013机器人与机器人装备词汇2GB/T292982012数字（码）照相机通用规范_14