一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法

2023-05-03 15:32:31 1

一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法
【專利摘要】本發明提供一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法，由相關硬體和軟體組成，包括通用GPS接收設備、信號接收整理模塊、主控通信模塊、外同步頻率生成與調整模塊、外同步時間間隔調整與生成模塊、外同步信號生成模塊、外同步信號相機邏輯匹配化模塊、外同步信號相機電平匹配化模塊。GPS接收設備接收衛星信號並實時輸出時間B碼，信號接收整理模塊實時將時間B碼整理成可編程邏輯器件可以接收的電平信號，可編程邏輯器件通過一系列處理模塊生成目標相機的外同步信號，然後外同步信號相機電平匹配化模塊將外同步信號整理成相機匹配的電平信號來控制相機；可編程邏輯器件內運行各個模塊為本發明的核心控制算法。
【專利說明】一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於成像控制【技術領域】。具體涉及一種相機曝光控制實時誤差補償外同步 信號產生辦法。

【背景技術】
[0002] 隨著技術的進步，信息技術與計算機技術得到了快速發展，裝備相機的特種儀器 也得到了長足的發展，但隨著對相機曝光時間精度要求的不斷提高，實際上也就是產生了 對相機的外同步的精度要求。傳統上一些裝備相機的特種儀器原來對相機的外同步控制或 者徹底沒做要求，讓相機工作在內同步模式，或者只是簡單的生成外同步信號使相機工作 在精度一般的外同步模式。常規的外同步方式的精度主要依靠系統的晶振精度保證。事實 上晶振的輸出頻率會隨著溫度產生較大的變化，而且晶振的個體差異與PCB板布局布線的 差異也會造成晶振頻率的漂移。由於的頻率漂移的存在，傳統方式產生的外同步，外同步信 號的時間間隔就會存在一些誤差。在以前的設備中，相機的外同步曝光控制比起相機內同 步已經提高了不少視頻系統的觀測精度，但隨著任務對設備要求的不斷提高，希望外同步 信號可以將誤差儘量最小化，即不但要和授時設備的秒信號同步起來，還要求毫秒級的外 同步信號之間的間隔誤差儘量最小化。
[0003] 中國專利文獻庫公布了一項名稱為《一種光纖陀螺中光強和相位調製項的實時同 步測量方法》（專利申請號2014102179092)的發明專利申請技術，該發明專利申請技術公 開了本發明公開一種光纖陀螺中光強和相位調製項的實時同步測量方法。通過相位調製器 在光纖陀螺中加入相位調製信號，每一個相位調製信號由兩個調製步組成，兩個調製步的 持續時間均為光纖陀螺中光纖環的渡越時間；對光纖陀螺中兩個調製步對應的輸出信號進 行模擬數字轉換採樣，獲得其各自的數字輸出信號；再進行計算獲得光纖陀螺當前時刻的 光強和相位調製項；重複上述步驟進行測量，得到各個測試時間點下對應的光強和相位調 制項。本發明能夠進行實時同步測量，同時獲得光纖陀螺中的光強和相位調製項，用於光纖 陀螺硬體本身的光強和相位調製項的測試評估，測量方法可靠性高，無需對光纖陀螺硬體 進行改動。該發明申請在進行測量的時候時效性不高，相對於相機控制而言體積過大，功耗 過高，而且技術方案太複雜，從而效果不好。
[0004] -般的相機工作在內同步模式下，根據相機內部產生的一個頻率來採樣、A/D轉 換、輸出圖像。在一些高級應用中，工程師希望相機採樣的絕對時間由系統決定，即向相機 輸送外同步控制信號，使相機的採樣、A/D轉換、輸出圖像的節奏由外同步決定。此時外同 步本身的穩定性就非常重要了，如果外同步信號間的時間不均勻，就會造成相機輸出的圖 像有頓挫感，而且也直接影響圖像產生的時間精度，系統級的應用帶來誤差，在這些高級應 用中，系統會根據圖像流中的物體運動來計算物體的運動軌跡、運動姿態，所以相機產生每 張圖片的絕對時間是一個非常重要的參數，這就需要由絕對時間為源來產生優越的外同步 來控制相機曝光。


【發明內容】

[0005] 本發明要解決技術問題為：為了克服傳統相機控制外同步頻率周期間隔誤差較 大、且會隨著環境變化而變化的缺點，為在機載設備對空間不夠、功耗低的情況下，提供一 種用於相機曝光控制的精確外同步產生方法，能夠有效、低成本、低功耗的實現生成控制相 機外同步，從而提高成像質量。
[0006] 本發明解決上述技術問題採用的技術方案為：一種相機曝光控制實時誤差補償外 同步信號產生方法，適用於一種硬體平臺，該硬體平臺包含通用GPS接收設備接收GPS信 號、信號接收整理模塊進行GPS信號電平轉換、主控用於收發命令、可編程邏輯器件（包含 外同步頻率生成與調整模塊、外同步間隔生成與調整模塊、外同步信號生成模塊、外同步相 機邏輯匹配化模塊）用於控制和生成相應的精確外同步信號、外同步信號相機電平匹配化 模塊用於發送相機需要的信號。
[0007] 實現用於實時誤差調整的相機曝光控制外同步產生方法通過以下步驟：
[0008] 步驟1 :GPS接收設備接收衛星信號並實時輸出時間B碼，信號接收整理模塊實時 將時間B碼整理成可編程邏輯器件可以接收的電平信號。
[0009] 步驟2:可編程邏輯器件中的外同步頻率生成與調整模塊接收和翻譯時間B碼，得 到B碼包含的絕對時間的秒信息，然後產生系統內秒同步。
[0010] 步驟3:主控通信模塊同時接收主控制系統的命令得到該系統相機所需要的外同 步頻率nHz，並告知外同步頻率生成與調整模塊。
[0011] 步驟4 :在外同步頻率生成與調整模塊中，根據上一步得到外同步頻率nHz，使用 頻率為mMHz本地晶振作為時鐘源，將每一個系統內秒同步之間的間隔劃分為n個間隔，每 個間隔都單獨使用mMHz的時鐘源獨立計數，每個時鐘累加數累加一次。初始狀態，這樣從 第1個到n-1個間隔每個間隔的計數值為y= (m/n) *106。第n個間隔的一直計數直到下一 個系統內秒同步為止，實際計數值為x，則最後一個間隔，即第n個間隔的產生的誤差為a= x-yI。這裡有時會出現一種極端情況，既是當環境溫度和布局布線影響極大的滯緩了晶振 的信號時，原本在相鄰2個秒同步之間至少需要累加n個間隔，結果只累加了n-t個間隔， tG[l:n]，將上面提到的通常情況也考慮到這個公式的範圍內，則t的範圍改為tG[0:n] 即可。實際工程上由於存在晶振的工作溫度限制、溫度漂移限制、相機的最高工作幀頻等等 限制，t的實際值受到了限制，即一般te[0:2]。
[0012] 步驟5:判斷t的值，當te[l:n]時，說明環境滯緩了晶振的頻率。在下一個系 統內秒同步之間的間隔內，從第1個到n-1-t個間隔的計數值為y= (m/n)*106-104,在此 次系統內秒同步之間的間隔結束後判斷t的值，如果te[l:n]，則不斷重複步驟5,從第1 個到n-1-t個間隔的計數值為y= (m/n)*106-b*t*104,公式中b為遞加數每重複一次步驟 5,即加1，將b引入公式是為增加整個步驟5的收斂速度，當t較大時y的變化值也較大， 1〇4是經驗參數，適用於的晶振80?100MHz，考慮到收斂效率和收斂曲線的梯度不應過大， 經驗參數為晶振百分之一時比較合適。
[0013] 當t=0時，說明環境溫度滯緩的晶振頻率造成的誤差已經顯著縮小，在一個系統 內相鄰秒同步之間的間隔內至少有n個間隔了。
[0014] 步驟6:由步驟4、步驟5過渡到步驟6後，系統需要採用新的迭代方法來實時逼近 理想值，如果系統一開始t= 0則可以直接開始步驟6。在一個系統內秒同步之間的間隔內 從1個到n-1個間隔的計數值為y，第n個間隔的計數為x，則最後一個間隔產生的誤差為a= |x_y|，並希望liUmda-OzO。不斷實時迭代步驟6,且在迭代中為了兼顧收斂效率和 收斂曲線的梯度不應過大，可以在每次迭代中遵循簡單的分段線性規則，如公式所示。

【權利要求】
1. 一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法，其特徵在於：適用於一種硬 件平臺，該硬體平臺包含通用GPS接收設備（1)接收GPS信號、信號接收整理模塊（2)進行 GPS信號電平轉換、主控（3)用於收發命令、可編程邏輯器件（9)、外同步頻率生成與調整模 塊（4)、外同步間隔生成與調整模塊（5)、外同步信號生成模塊（6)、外同步相機邏輯匹配化 模塊（7)、用於控制和生成相應的精確外同步信號、外同步信號相機電平匹配化模塊（8)用 於發送相機需要的信號、相機（10); 實現用於實時誤差調整的相機曝光控制外同步產生方法通過以下步驟： 步驟I:GPS接收設備（1)接收衛星信號並實時輸出時間B碼，信號接收整理模塊（2) 實時將時間B碼整理成可編程邏輯器件可以接收的電平信號； 步驟2 :可編程邏輯器件中的外同步頻率生成與調整模塊（4)接收和翻譯時間B碼，得 到B碼包含的絕對時間的秒信息，然後產生系統內秒同步； 步驟3 :主控（3)通信模塊同時接收主控制系統的命令得到該系統相機所需要的外同 步頻率nHz，並告知外同步頻率生成與調整模塊（4); 步驟4 :在外同步頻率生成與調整模塊（4)中，根據上一步得到外同步頻率nHz，使用頻 率為mMHz本地晶振作為時鐘源，將每一個系統內秒同步之間的間隔劃分為n個間隔，每個 間隔都單獨使用mMHz的時鐘源獨立計數，每個時鐘累加數累加一次；初始狀態，這樣從第 1個到n-1個間隔每個間隔的計數值為y= (m/n)*106;第n個間隔的一直計數直到下一個 系統內秒同步為止，實際計數值為x，則最後一個間隔，即第n個間隔的產生的誤差為a= x-y|； 步驟5:判斷t的值，當te[l:n]時，說明環境滯緩了晶振的頻率；在下一個系統內 秒同步之間的間隔內，從第1個到n-1-t個間隔的計數值為y= (m/n)*106-104,在此次系 統內秒同步之間的間隔結束後判斷t的值，如果te[I:n]，則不斷重複步驟5,從第1個到 n-1-t個間隔的計數值為y= (m/n)*106-b*t*104,公式中b為遞加數每重複一次步驟5,即 加1，將b引入公式是為增加整個步驟5的收斂速度，當t較大時y的變化值也較大，IO4是 經驗參數，適用於的晶振80?100MHz，考慮到收斂效率和收斂曲線的梯度不應過大，經驗 參數為晶振百分之一時比較合適； 當t= 0時，說明環境溫度滯緩的晶振頻率造成的誤差已經顯著縮小，在一個系統內相 鄰秒同步之間的間隔內至少有n個間隔了； 步驟6 :由步驟4、步驟5過渡到步驟6後，系統需要採用新的迭代方法來實時逼近理想 值，如果系統一開始t= 0則可以直接開始步驟6 ;在一個系統內秒同步之間的間隔內從1 個到n-1個間隔的計數值為y，第n個間隔的計數為X，則最後一個間隔產生的誤差為a= 41|，並希望^,丨〃_〇 = ^不斷實時迭代步驟6，且在迭代中為了兼顧收斂效率和收斂曲 線的梯度不應過大，可以在每次迭代中遵循簡單的分段線性規則，如以下公式所示：
取整； 當a足夠小時公式中的a/2需要改為a; 不斷實時迭代步驟6,可使最後一個間隔實時的誤差a〈n-l，即前n-1個間隔時間長度
步驟7 :根據n個間隔產生頻率為n的同步信號； 步驟8 :信號發送整理模塊將頻率為n的同步信號整理成相機匹配的外同步控制信號， 從而達到精確實時的控制相機曝光時機的目的。
2. 根據權利要求1所述的一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法，其特 徵在於：所述的可編程邏輯器件（9)包含外同步頻率生成與調整模塊（4)、外同步間隔生成 與調整模塊（5)、外同步信號生成模塊（6)、外同步相機邏輯匹配化模塊（7)。
3. 根據權利要求1所述的一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法，其特 徵在於：所述的可編程邏輯器件（9) 一般包含FPGA、CPLD中的一種或者幾種處理器。
4. 根據權利要求1所述的一種相機曝光控制實時誤差補償外同步信號產生方法，其特 徵在於：步驟（4)中有時會出現一種極端情況，既是當環境溫度和布局布線影響極大的滯 緩了晶振的信號時，原本在相鄰2個秒同步之間至少需要累加n個間隔，結果只累加了n-t 個間隔，te[l:n]，將上面提到的通常情況也考慮到這個公式的範圍內，則t的範圍改為 te[0:n]即可；實際工程上由於存在晶振的工作溫度限制、溫度漂移限制、相機的最高工 作幀頻等等限制，t的實際值受到了限制，即一般te[0:2]。
【文檔編號】H04N5/232GK104506753SQ201510005865
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月7日 優先權日:2015年1月7日
【發明者】牛仁傑, 傅承毓, 徐智勇, 王宗友, 嚴發寶, 劉雲峰, 張耀, 劉學智, 歐陽益民 申請人:中國科學院光電技術研究所