基於gps和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置及方法
2023-06-13 09:17:21 2
基於gps和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了基於GPS和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置及方法，包括GPS接收機、脈衝發生器和多個攝像機單元、多個高速圖像採集器、多個採圖處理計算機。本發明利用高速攝像機外觸發源模式，基於GPS授時，依靠衛星每秒鐘起始時刻發出的同步秒脈衝來保證時間同步，實現多攝像機同步控制。不僅同步精度高，而且可靠性非常高，簡單實用。
【專利說明】基於GPS和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像採集控制技術，尤其涉及基於GPS和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，針對動態目標的多攝像機交會測量系統中，常用的多攝像機同步控制方法可以分為以下幾種:
I)基於高速攝像機自身具備的自由運行模式(free run)即內觸發模式。通過攝像機內觸發源進行觸發。但是此模式同步精度較差，為毫秒級，在精度要求較高的圖像測量系統中，攝像機的幀頻一般為500-1000幀/秒，同步誤差帶來的測量誤差不能被接受。
[0003]2)基於多路圖像數據採集卡實現攝像機間同步。市場上大多數的多路圖像採集卡都是基於分時操作、多路視頻切換而工作的，而分時操作不能滿足運動目標的精密測量。此夕卜，對於高解析度攝像機，圖像數據量較大，單個圖像採集卡不能滿足多臺攝像機的數據傳輸帶寬要求。
[0004]3)基於多PCI數據採集卡的多攝像機同步。該方法使用一個PCI卡連接一臺攝像機，通過編寫PCI數據採集卡驅動程序實現多個PCI卡之間的同步。從而控制攝像機同步採集。該方法需要編寫驅動程序，對硬體知識和編程能力要求均較高，而且受主板總線速率及PCI接口數量限制，對於大容量的高速圖像和攝像機數量較多的系統不能提供有效的解決辦法。
[0005]4)基於秒脈衝及網絡組播的同步觸發模式。該方法通過圖像採集軟體設計一個組播地址及埠，多臺採集設備加入同一個組播地址，通過發送同步觸發信息至組播組，完成秒脈衝對時後進行同步採集。該方法多套採集設備間實現對時的時間較長，一般為3飛秒，在高速動態目標測量中，系統工作的即時性不能得到保證。
[0006]綜合上述情況，目前在動態目標的多攝像機交會測量系統中，現有測量裝置或者方法均具有較大的缺陷，不能滿足現有的需求。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供基於GPS和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置及方法，使多目交會攝像測量過程中，多攝像機能夠高精度同步進行採集。
[0008]本發明採用下述技術方案:
基於GPS和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置，包括GPS接收機、脈衝發生器和多個攝像機單元、多個高速圖像採集器、多個採圖處理計算機；所述的GPS接收機的輸出端連接脈衝發生器的輸入端，所述脈衝發生器的輸出端分別與多個高速圖像採集器的輸入端連接，所述多個高速圖像採集器的輸出端分別與對應的採圖處理計算機的輸入端相連接，攝像機單元的輸出端連接高速圖像採集器所述的脈衝發生器通過線纜連接三路信號至圖像採集器，分別為用於實現時間同步的秒脈衝信號、同步採集脈衝、像機曝光控制脈衝。
[0009]所述脈衝發生器的秒脈衝時間精度為5ns。
[0010]所述攝像機單元的曝光控制脈衝(500Hz)精度為1%0。
[0011]所述脈衝發生器同步採集脈衝的上升沿時間不大於50ns。
[0012]基於GPS和脈衝發生器的多高速攝像機同步控制採集方法，包括以下步驟:
A:初始化設備:將高速圖像採集器時間源設置為外部GPS定位的時間，採集模式設置為脈衝觸發採集，然後攝像機工作設置為外觸發源模式；
B =CPS接收機通過天線接收時間信號，並發送時間信號到脈衝發生器；
C:脈衝發生器接收到時間信號後發送同步採集脈衝信號到各個圖像採集器；
D:各個圖像採集器接收到同步採集脈衝信號後，發送指令到與其對應連接的攝像機，攝像機對動態圖像同時進行採集，並把採集到的圖像信息實時存儲到圖像採集器中。
[0013]本發明利用高速攝像機外觸發源模式，基於GPS授時，依靠衛星每秒鐘起始時刻發出的同步秒脈衝來保證時間同步，實現多攝像機同步控制。不僅同步精度高，而且可靠性非常高，簡單實用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的電路原理框圖；
圖2為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]基於GPS和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置，包括GPS接收機、脈衝發生器和多個攝像機單元、多個高速圖像採集器、多個採圖處理計算機；所述的GPS接收機的輸出端連接脈衝發生器的輸入端，所述脈衝發生器的輸出端分別與多個高速圖像採集器的輸入端連接，所述多個高速圖像採集器的輸出端分別與對應的採圖處理計算機的輸入端相連接，攝像機單元的輸出端連接高速圖像採集器
所述的脈衝發生器通過線纜連接三路信號至圖像採集器，分別為用於實現時間同步的秒脈衝信號、同步採集脈衝、像機曝光控制脈衝。脈衝發生器通過線纜連接三路信號至圖像採集器，秒脈衝信號實現時間同步。同步採集脈衝為一高電平或低電平(在此以低電平為例)，同步採集脈衝維持在低電平狀態，操作人員在圖像採集開始時刻，通過按鈕改變同步採集脈衝為高電平，觸發圖像採集器開始工作，500Hz像機曝光控制脈衝控制攝像機進行拍攝，圖像採集器將拍攝的圖像數據存儲。多臺圖像採集器使用同一個觸發脈衝和同一個500Hz採集脈衝，實現多像機同步控制。
[0016]本發明中所述脈衝發生器的秒脈衝時間精度為5ns。所述攝像機單元的曝光控制脈衝(500Hz)精度為1%。。所述脈衝發生器同步採集脈衝的上升沿時間不大於50ns。此為最優方案，不僅能高效的對多個攝像頭同步採集，而且精度高。
[0017]基於GPS和脈衝發生器的多高速攝像機同步控制採集方法，包括以下步驟:
A:初始化設備:將高速圖像採集器時間源設置為外部GPS定位的時間，採集模式設置為脈衝觸發採集，然後攝像機工作設置為外觸發源模式；
B:CPS接收機通過天線接收時間信號，並發送時間信號到脈衝發生器； C:脈衝發生器接收到時間信號後發送同步採集脈衝信號到各個圖像採集器；
D:各個圖像採集器接收到同步採集脈衝信號後，發送指令到與其對應連接的攝像機，攝像機對動態圖像同時進行採集，並把採集到的圖像信息實時存儲到圖像採集器中。
[0018]本發明利用GPS接收器接收到的秒脈衝信號，在秒脈衝上升沿進行時間同步，每秒同步一次。在一個秒脈衝周期內，脈衝發生器產生頻率為500Hz的像機曝光控制脈衝，將時間進行500等分，在觸發攝像機拍攝的同時，將時間戳在每個脈衝的上升沿記錄在圖片數據中，並存儲在高速圖像採集器內。多臺高速圖像採集器通過連接同一個脈衝發生器，保證了多臺攝像機採集的圖像數據時間同步。與現有的高速攝像機同步控制採集技術相比，基於GPS和脈衝發生器的控制技術從時間同步和採集控制同步方面進行了有機結合，並充分利用了高速攝像機外觸發源模式。時間與控制同步精度高，技術實現簡單、方便，且接口靈活、可擴展性強，具有很好的通用性和可靠性。
【權利要求】
1.基於GPS和脈衝發生器的多攝像機同步控制裝置，其特徵在於:包括GPS接收機、脈衝發生器和多個攝像機單元、多個高速圖像採集器、多個採圖處理計算機；所述的GPS接收機的輸出端連接脈衝發生器的輸入端，所述脈衝發生器的輸出端分別與多個高速圖像採集器的輸入端連接，所述多個高速圖像採集器的輸出端分別與對應的採圖處理計算機的輸入端相連接，攝像機單元的輸出端連接高速圖像採集器。
2.根據權利要求1所述的基於GPS和脈衝發生器的多高速攝像機同步控制裝置，其特徵在於:所述的脈衝發生器通過線纜連接三路信號至圖像採集器，分別為用於實現時間同步的秒脈衝信號、同步採集脈衝、像機曝光控制脈衝。
3.根據權利要求2所述的基於GPS和脈衝發生器的多高速攝像機同步控制裝置，其特徵在於:所述脈衝發生器的秒脈衝時間精度為5ns。
4.根據權利要求3所述的基於GPS和脈衝發生器的多高速攝像機同步控制裝置，其特徵在於:所述攝像機單元的曝光控制脈衝(500Hz)精度為1%。。
5.根據權利要求4所述的基於GPS和脈衝發生器的多高速攝像機同步控制裝置，其特徵在於:所述脈衝發生器同步採集脈衝的上升沿時間不大於50ns。
6.基於GPS和脈衝發生器的多高速攝像機同步控制採集方法，其特徵在於:包括以下步驟: A:初始化設備:將高速圖像採集器時間源設置為外部GPS定位的時間，採集模式設置為脈衝觸發採集，然後攝像機工作設置為外觸發源模式； B:CPS接收機通過天線接收時間信號，並發送時間信號到脈衝發生器； C:脈衝發生器接收到時間信號後發送同步採集脈衝信號到各個圖像採集器； D:各個圖像採集器接收到同步採集脈衝信號後，發送指令到與其對應連接的攝像機，攝像機對動態圖像同時進行採集，並把採集到的圖像信息實時存儲到圖像採集器中。
【文檔編號】H04N5/232GK104202534SQ201410517373
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】王華濤, 朱喜明, 王樹才, 梁金輝, 楊麗麗 申請人:中國電子科技集團公司第二十七研究所