1、ICS 37.020 N 38 DB35 福 建 省 地 方 标 准 DB35/T 19202020 地面移动机器人视觉系统成像性能 检测方法 Test method for imaging performance of vision system of ground mobile robot 2020 - 08 - 24发布 2020 - 11 - 24实施 福建省市场监督管理局 发布 DB35/T 19202020 I 目 次 前言. II 1 范围. 1 2 规范性引用文件. 1 3 术语和定义. 1 4 测试要求. 2 5 测试方法. 3 6 测试结果. 11 附录A（资料性附录） 分
2、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. 14 DB35/T 19202020 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12009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
3、厚德、吴翠兰、刘李、杨凌文、廖华忠、 樊继春、孙良艳、林娟。 DB35/T 19202020 1 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/T 11282013 安全防范视频监控高清晰度摄像机测试方法 YD/T 16072016 移动终端图像及视频传输特性技术
4、要求和测试方法 ISO 7589:2002 摄影 感光度测定用光源 日光、白炽钨丝灯光和打印机规范 （Photography Illuminants for sensitometrySpecifications for daylight, incandescent tungsten and printer） ISO 12233 摄影 电子静物图象成像 分辨率和空间频率响应 （Photography Electronic still picture imaging Resolution and spatial frequency responses） 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。
5、 3.1 移动机器人 mobile robot 基于自身控制、可移动的机器人。 GB/T 126432013，定义2.13 3.2 地面移动机器人 ground mobile robot 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 vision system 通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/T
6、292982012，定义3.7。 DB35/T 19202020 2 3.5 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/T 292982012，定义3.14。 3.7 灰阶 gray scale 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 frame rate 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）。
7、 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 bit rate 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-5 40 。 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1 Lux的环境中进行。 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700 Lux1 200 Lux。 采用ISO 7589:2002规定
8、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6 500 K、泛光灯色温3 400 K。实际测试环境的色 温标准偏差不大于200 K。 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。 DB35/T 19202020 3 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
9、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3 8402 160； b) 像素点距：不低于140 DPI； c) 可视角度：不小于178； d) 色域：覆盖90%以上Adobe RGB色域； e) 亮度：不低于350 cd/m2； f) 对比度：不低于1 000:1。 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 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
10、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 移动机器人 O测试图卡 图1 移动机器人测试现场布置示意图 DB35/T 19202020 4 5.1.1.2 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。 导出图像格式应为：B
11、MP、TIFF、RAW、PNG或JPEG。 5.1.2 分辨率测试 5.1.2.1 测试卡 采用ISO 12233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。 JDKDJ1K12J2 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）； DB35/T 19202020 5 b) 当ISO 分辨率测试图的有效高度不能充
12、满图像画幅的高度时（包括为提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。 ）/（ 12mescalc HHRR .(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）； H1 ISO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/T 11282013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
13、： 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，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： DB35/T 19202020 6 )()()( 21 iLiLi L . (2) 式中： L(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： )()()( 21 iaiai a . (3) 式中： a(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
14、试光源下方块 i的绿/红色度。 方块 i的 b通道色度差： )()()( 21 ibibi b . (4) 式中： b(i) 蓝/黄色度差； b1(i) 第一次测试光源下方块 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： 2/1 222 )()()()( iiii baL . (5) 式中： ( i) 总色彩还原误差； L(i)明度差； a(i)绿/红色度差； b(i)蓝/黄色度差。 平均色差： )(avg i E . (6) 式中： E 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/T 160720
15、16中畸变测试图卡，如图4所示。 DB35/T 19202020 7 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，畸变值按公式（7）计算，畸变值大于0为枕形畸变，小于0为桶形畸变。 %100B B2/)AA( 21 P .(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）； A1A2 B 图5 枕形畸变示例 DB35/T 19202020 8 A1A2B 图6 桶形
16、畸变示例 5.1.5 灰阶测试 5.1.5.1 测试卡 采用GA/T 11282013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。 DB35/T 19202020 9 5.2 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10 ms，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
17、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1 m/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，
18、拍摄目标物清晰可见；机器人移动 速度不小于0.01 m/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：
19、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； DB35/T 19202020 10 c) 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10 s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： 3 321 fffF .(8) 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）；
20、 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10 s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) 码率按公式（9）进行计算： 3 321 dddD .(9) 式中： D 码率，单位为千位每秒（Kbps）； d1第一次图像每
21、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； DB35/T 19202020 11 c) 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 20 s 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）
22、： 12 TTT d . (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 20 s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 序号 缺陷类型 缺陷表现 1 干扰 有如下单
23、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”。 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。 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。 DB35/T 19202020 12 A A 附 录 A
24、 （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 图案单元代号 特征和用途 J1 100 LW/PH600 LW/PH双曲线，用于测量中心水平视觉分辨率。 J2 100 LW/PH600 LW/PH双曲线，用于测量中心垂直视觉分辨率。 JD 100 LW/PH600 LW/PH 45双曲线，用于测量45视觉分辨率。 K1 500 LW/PH2 000 LW/PH双曲线，用于测量中心水平视觉分辨率。 K2 500 LW/PH2 000 LW/PH双曲线，用于测量中心垂直视党分辨率。
25、KD 500 LW/PH1 000 LW/PH 45双曲线，用于测量45视觉分辨率。 DB35/T 19202020 13 B B 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 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） 干扰： 有 无 马赛克现象： 有 无 流畅性不足： 有 无 4 缺陷主观测试 抖动： 有 无 DB35/T 19202020 14 参 考 文 献 1 GB/T 126432013 机器人与机器人装备 词汇 2 GB/T 292982012 数字（码）照相机通用规范 _
