基於灰度的數字攝影測量自動配光系統及其控制方法

2023-05-26 16:49:21 3

專利名稱：基於灰度的數字攝影測量自動配光系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種數字攝影測量自動配光系統與控制方法，特別是根據圖像灰度值的大小適時調節數字攝影測量配光參數的自動配光系統與控制方法。
背景技術：
數字攝影測量的精度在很大程度上取決於數字圖像的清晰度，決定數字圖像清晰度的主要因素是數字攝影測量用圖像傳感器的技術質量水平和配光的準確性。工程測試用圖像傳感器大多是一些特殊製造的高技術質量水平的CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。其中，CCD Charge Coupled Device，電荷藕合器件，CMOS :Complementary Metal Oxide kmiconductor，互補金屬氧化物半導體，電壓控制的一种放大器件。是組成CMOS數字集成電路的基本單元。圖像傳感器自身的精度不存在任何問題，但技術質量水平越高的CCD (或CMOS)圖像傳感器，其光學敏感性通常亦越強，即對測試環境光學特性的要求越高。正因為如此，凡是利用CXD (或CMOS)圖像傳感器進行工程測試的場所，均需要為之配置良好的光照環境 (要求光照均勻且穩定、光照既不可太強也不可太弱)。然而，對於室外用於高速行駛車輛的性能測試的自然光照環境，晴天正午時分的光照度高達200000LUX。其中，勒克司(lux， 法定符號Ix)照度單位，為距離一個光強為led的光源，在1米處接受的照明強度。普通陰雨天的光照度約2000LUX，雷暴雨前烏雲壓頂時的光照度約為lOOLux，夜間的光照度有時不足lOLux，為了解決光照如此懸殊的數字攝影測試問題，傳統的方法是通過調節光圈和曝光時間調節進入圖像傳感器的透光量，在光線特別弱的時候輔之閃光進行測量。然而，對於測試頻率非常高(每天測試1000輛以上的車輛)的汽車室外道路性能測試①由於CXD(或 CMOS)圖像傳感器光圈的調節是利用感光器測出被測對象的光照度，再通過機械裝置自動將光圈調整到一個合適的數值，這種調節方式需要被測對象在設定的測試點停留約2秒的時間，對於高速運行的車輛來講是絕對不可能的事情；②閃光燈不可能長時間高速閃亮使用。上述2點原因正是數字攝影測試不便用於汽車室外道路試驗的原因。

發明內容
為了解決現有技術中問題，本發明提供了一種基於灰度的數字攝影測量自動配光系統及其控制方法。一種基於灰度的數字攝影測量自動配光系統，所述系統包括CCD或CMOS圖像傳感器、四個光纖收發器、計算機、配光用照明燈和燈光控制器，CCD或CMOS圖像傳感器、第一光纖收發器、第二光纖收發器和計算機順次連接，計算機、第三光纖收發器、第四光纖收發器和燈光控制器順次連接，燈光控制器的輸出端與配光用照明燈相連。作為本發明的進一步改進，所述燈光控制器的輸出端與6 10隻配光用照明燈相連。作為本發明的進一步改進，所述燈光控制器的輸出端用屏蔽信號線與配光用照明燈相連。 作為本發明的進一步改進，所述配光用照明燈分布在道路的兩側。作為本發明的進一步改進，所述CXD或CMOS圖像傳感器的光圈為8。作為本發明的進一步改進，第一光纖收發器與第二光纖收發器之間，第三光纖收發器與第四光纖收發器之間分別用光纜連接。一種基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制方法，包括以下步驟步驟1:啟動測試系統；步驟2 計算機給CXD或CMOS圖像傳感器賦曝光時間的初值；步驟3 :(XD或CMOS圖像傳感器拍攝一張圖像；步驟4 計算機對由光纜傳來的圖像信息進行分析處理並計算每一個像素點的灰度值，若最大灰度點的灰度值Pm在設定的範圍Pmin ^ Pm ^ Pfflax內，保持此曝光時間；若最大灰度點的灰度值Pm不在設定的範圍內，首先調節曝光時間當曝光時間t 滿足tmin彡t彡tmax的條件時，若圖像灰度Pm彡Pmax，則減小曝光時間，每次減小At1 ；若圖像灰度Pm SPmin，則增大曝光時間，每次增大At2 ；當曝光時間已調至t = tmin或t = tmax時， 測試系統已不可能通過改變曝光時間來獲得良好的測試圖像信息，這時計算機向燈光控制器發出調節點亮照明燈數量的控制信息，燈光控制器根據計算機發來的控制信息自動增加或減少照明燈的數量，以達到所需的測試效果若圖像灰度Pm > Pmax，則減少照明燈的數量， 直到所有的照明燈全部關掉；若圖像灰度PM<Pmin，則增加照明燈的數量，每次增加一組，直到所有的照明燈全部開啟。作為本發明的進一步改進，步驟1與2之間還包括以下步驟，測試系統自動進入自檢，如自檢發現系統設備異常，則計算機發出語音報警，並在顯示屏上顯示出故障設備的名稱，如測試系統全部設備都工作正常，則進行步驟2。作為本發明的進一步改進，步驟2中，計算機給C⑶或CMOS圖像傳感器賦曝光時間的初值為50 μ S，若最大灰度點的灰度值PM的取值的最大值Pmax為230和最小值Pmin 為80，當曝光時間t的取值的最大值tmax為100 μ S，最小值tmin為10 μ S，Δ、和Δ t2取值為 5μ S 至 10μ S0作為本發明的進一步改進，每隔固定時間重新進行一次曝光時間和配光照明燈數量的調節。所述固定時間優選為5s至10s。本發明的有益效果是按照本發明所提供的測試系統與控制方法，在可能遇到的各種天氣條件下均可得到良好的測試結果。對於室外用於高速行駛車輛的性能測試的自然光照環境，本發明解決光照懸殊的數字攝影測試問題，滿足測試頻率非常高(每天測試1000輛以上的車輛)的汽車室外道路性能測試使數字攝影測試方便的應用於汽車室外道路試驗。


圖1是本發明基於灰度的數字攝影測量自動配光系統結構示意圖；圖2是本發明基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制方法的流程圖。圖中各部件名稱如下
1、1'-第一組照明燈，2、2'-第二組照明燈，3、3'-第三組照明燈，4、4'-第四組照明燈，5、5'-第五組照明燈，6—安裝支架，7-CXD(CM0S)傳感器，8、11-第一對光纖收發器，即第一光纖收發器8、第二光纖收發器11，9-燈光控制器，10、12-第二對光纖收發器，即第三光纖收發器12、第四光纖收發器10，13-計算機。
具體實施例方式下 面結合

及具體實施方式
對本發明進一步說明。如圖1所示，基於灰度的數字攝影測量自動配光系統主要由CCD(或CMOS)圖像傳感器7、光纖收發器、計算機13、配光用照明燈、燈光控制器組成9。其中(XD(或CMOS)圖像傳感器7測得的圖像信息(電信號)通過光纖收發器轉換為光信號後由光纜傳送到計算機端的光纖收發器，光纖收發器再將光信號變換為原電信號傳給計算機；燈光控制器的輸出端用屏蔽信號線與6 10隻配光用照明燈相連，計算機發出的燈光控制信號通過光纖收發器轉換為光信號後由光纜傳送到燈光控制器端的光纖收發器，光纖收發器再將光信號變換為電信號傳給燈光控制器。由於在道路汽車行駛性能測試過程中，圖像傳感器的光圈不可能適時調整，因此將光圈固定在經過試驗確定的數值上。光圈的大小與環境光的強弱及曝光時間有關，為了避免高速行駛車輛在攝影測試過程中因拖影帶來的測試誤差，曝光時間應小於100 μ S ；為了給曝光時間留有足夠的調節範圍，按照50 μ S的曝光時間確定CCD (或CMOS)圖像傳感器的光圈；為了避免晴天正午時分導致CCD (或CMOS)圖像傳感器中每個像元中的電荷量達到飽和而向周圍擴散，使得圖像模糊不易辨認，經反覆試驗，光圈定為8能夠獲得良好的測試效果。基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制過程與方法如圖2所示。啟動測試系統後，測試系統自動進入自檢。如自檢發現系統設備異常，則計算機發出語音報警，並在顯示屏上顯示出故障設備的名稱，如「圖像傳感器故障」或「燈光控制器故障」等；若測試系統全部設備都工作正常，計算機給CXD (或CMOS)圖像傳感器賦曝光時間的初值(50yS)， CCD (或CMOS)圖像傳感器拍攝一張圖像，計算機對由光纜傳來的圖像信息進行分析處理並計算每一個像素點的灰度值，若最大灰度點的灰度值在設定的範圍(230 > Pm >80)內，保持此曝光時間。為了避免雷暴天氣環境光大幅跳躍變化對測試效果的影響，每隔5分鐘(選優5分鐘，但不限於5分鐘，如可以為4至20分鐘等等)重新進行一次曝光時間和配光照明燈數量的調節。若最大灰度點的灰度值不在設定的範圍(230 ^ Pm ^ 80)內，首先調節曝光時間 當曝光時間t滿足10 μ S彡t彡100 μ S的條件時，若圖像灰度Pm彡230，則減小曝光時間， 每次減小10 μ S (也可以設為5至15 μ S)；若圖像灰度Pm彡80，則增大曝光時間，每次增大 10 μ S。當曝光時間已調至t = IOyS或t= 100 μ S時，測試系統已不可能通過改變曝光時間來獲得良好的測試圖像信息，這時計算機向燈光控制器發出調節點亮照明燈數量的控制信息，燈光控制器根據計算機發來的控制信息自動增加或減少照明燈的數量，以達到所需的測試效果若圖像灰度230，則減少照明燈的數量，每次減少一組，其減少照明燈數量的順序是5、5' -4,4' -3,3' -2,2' -IU'，直到所有的照明燈全部關掉；若圖像灰度80，則增加照明燈的數量，每次增加一組，其增加照明燈數量的順序是1、1' 一2、 2' -3,3' -4,4' -5,5'，直到所有的照明燈全部開啟。經過在各種不同天氣的不同光照環境下進行了長達5000小時的試驗，按照本發明所提供的測試系統與控制方法，在可能遇到的各種天氣條件下均可得到良好的測試結果。 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種基於灰度的數字攝影測量自動配光系統，其特徵在於所述系統包括CCD或 CMOS圖像傳感器(7)、四個光纖收發器、計算機(13)、配光用照明燈和燈光控制器(9)，CCD 或CMOS圖像傳感器(7)、第一光纖收發器(8)、第二光纖收發器(11)和計算機(1 順次連接，計算機(13)、第三光纖收發器(12)、第四光纖收發器(10)和燈光控制器(9)順次連接， 燈光控制器(9)的輸出端與配光用照明燈相連。
2.根據權利要求1所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統，其特徵在於所述燈光控制器(9)的輸出端與6 10隻配光用照明燈相連。
3.根據權利要求2所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統，其特徵在於所述燈光控制器(9)的輸出端用屏蔽信號線與配光用照明燈相連。
4.根據權利要求2所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統，其特徵在於所述配光用照明燈分布在道路的兩側。
5.根據權利要求1所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統，其特徵在於所述 CXD或CMOS圖像傳感器的曝光時間設為50 μ S，光圈為8。
6.一種基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制方法，其特徵在於包括以下步驟，步驟1 啟動測試系統；步驟2 計算機給CCD或CMOS圖像傳感器賦曝光時間的初值；步驟3 :(XD或CMOS圖像傳感器拍攝一張圖像；步驟4 計算機對由光纜傳來的圖像信息進行分析處理並計算每一個像素點的灰度值，若最大灰度點的灰度值Pm在設定的範圍Pmin ^ P ^ Pfflax內，保持此曝光時間；若最大灰度點的灰度值Pm不在設定的範圍內，首先調節曝光時間當曝光時間t滿足 tmin彡t彡tmax的條件時，若圖像灰度Pm彡Pmax，則減小曝光時間，每次減小At1 ；若圖像灰度Pm彡Pmin，則增大曝光時間，每次增大Δ t2 ；當曝光時間已調至t = tmin或t = tmax時，測試系統已不可能通過改變曝光時間來獲得良好的測試圖像信息，這時計算機向燈光控制器發出調節點亮照明燈數量的控制信息，燈光控制器根據計算機發來的控制信息自動增加或減少照明燈的數量，以達到所需的測試效果若圖像灰度PM>Pmax，則減少照明燈的數量，直到所有的照明燈全部關掉；若圖像灰度P1SPmin，則增加照明燈的數量，每次增加一組，直到所有的照明燈全部開啟。
7.根據權利要求6所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制方法，其特徵在於步驟1與2之間還包括以下步驟，測試系統自動進入自檢，如自檢發現系統設備異常， 則計算機發出語音報警，並在顯示屏上顯示出故障設備的名稱，如測試系統全部設備都工作正常，則進行步驟2。
8.根據權利要求6所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制方法，其特徵在於步驟2中，計算機給CCD或CMOS圖像傳感器賦曝光時間的初值為50 μ S，若最大灰度點的灰度值PM的取值的最大值Pmax為230和最小值Rnin為80，當曝光時間t的取值的最大值tmax為1001^，最小值^ 為IOyS, At1和At2取值為5yS至10yS。
9.根據權利要求6所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制方法，其特徵在於每隔固定時間重新進行一次曝光時間和配光照明燈數量的調節。
10.根據權利要求9所述的基於灰度的數字攝影測量自動配光系統的控制方法，其特徵在於所述固定時間為k至10s。
全文摘要
本發明提供了基於灰度的數字攝影測量自動配光系統及其控制方法，所述系統包括CCD或CMOS圖像傳感器、四個光纖收發器、計算機、配光用照明燈和燈光控制器，CCD或CMOS圖像傳感器、第一光纖收發器、第二光纖收發器和計算機順次連接，計算機、第三光纖收發器、第四光纖收發器和燈光控制器順次連接，燈光控制器的輸出端與配光用照明燈相連。所述方法包括以下步驟，步驟1啟動測試系統；步驟2計算機給CCD或CMOS圖像傳感器賦曝光時間的初值；步驟3CCD或CMOS圖像傳感器拍攝一張圖像；步驟4計算機對由光纜傳來的圖像信息進行分析處理並計算每一個像素點的灰度值。按照本發明所提供的測試系統與控制方法，在可能遇到的各種天氣條件下均可得到良好的測試結果。
文檔編號G03B15/05GK102384743SQ20111031233
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者何耀華, 廖聰, 張國方, 柯捷, 柴春輝, 王北平, 王道斌, 陳靜 申請人:上汽通用五菱汽車股份有限公司, 武漢理工大學