高精度同步的多路圖像採集系統及其時間同步方法
2023-05-30 15:03:56 2
高精度同步的多路圖像採集系統及其時間同步方法
【專利摘要】本發明公開了高精度同步的多路圖像採集系統和方法。系統包括：時間源、多個視頻採集單元和多個攝像機。方法包括S1到S6多個步驟。本發明採用同步時間信號同步攝像機拍攝觸發信號，實現了多路攝像機的拍攝時刻（曝光時刻）的嚴格同步，而且拍攝時刻嚴格同步於時間源時間，滿足了高精度多路圖像同步採集的要求；通過在記錄觸發脈衝的時間戳信息，使得圖像標記的時間戳即為拍攝時刻，提高了時間戳標記精度，有利於對多路圖像的後續信息提取和測量分析工作，具有良好的經濟和社會效益。
【專利說明】高精度同步的多路圖像採集系統及其時間同步方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像採集領域，尤其涉及一種高精度同步的圖像採集系統，本發明還涉及一種圖像採集系統的時間同步方法。
【背景技術】
[0002]TTL:電晶體-電晶體邏輯電平，通常數據表示採用二進位規定，如+5V等價於邏輯「 I 」，OV等價於邏輯「0」，這被稱做TTL信號系統，這是計算機處理器控制的設備內部各部分之間通信的標準技術。
[0003]RS485:—種典型的串行通訊標準。
[0004]IRIG-B:BP B型碼，時幀速率為I幀/s，可傳遞100位的信息。作為應用廣泛的時間碼，B型碼具用攜帶信息量大，高解析度，適用於遠距離傳輸，接口標準化，國際通用等特點。
[0005]隨著圖像處理技術的發展，基於圖像信息的測量技術在工業、航空等領域廣泛應用。例如，根據某類飛機測量項目的需求，要求高精度同步採集記錄多路攝像機拍攝的高清視頻圖像，以便事後可根據所記錄的多路視頻圖像數據，進行信息提取和測量分析。測量對於採集記錄設備的一個關鍵技術指標是:多路視頻圖像具有高精度的時間同步性。一方面，要求多路視頻畫面之間在時間上具有嚴格的同步性，同步精度達到Ius ;另一方面，要求每幀視頻畫面標記的拍攝時間嚴格同步於飛機系統時間，時間同步性精度要達到10us。
[0006]現有的視頻採集記錄設備，主要採用「被動」同步方式，各路視頻採集單元通過NTP等時間同步協議與系統時間同步，時間同步精度不高，一般在1ms左右，各採集單元實時採集到視頻圖像後，通過軟體獲取系統時間並進行時間戳標記，獲取的系統時間戳不精確，不能精確同步於飛機系統時間。此外，各路攝像機本身的曝光時刻是獨立不受控制的，因此各路視頻畫面之間時間同步精度低。
【發明內容】
[0007]為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種可實現多路圖像採集時間高精度同步和高精度時間戳標記的圖像採集系統。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明的另一個目的是提供一種可實現多路圖像採集系統的時間高精度同步和高精度時間戳標記的方法。
[0009]本發明所採用的技術方案是:
一種高精度同步的多路圖像採集系統，其包括:時間源，用於提供同步脈衝信號和同步時間信號；多個視頻採集單元，所述視頻採集單元包括觸發脈衝生成模塊和時間戳標記模塊，所述觸發脈衝生成模塊用於生成並輸出與同步脈衝信號同步的觸發信號，並輸出觸發信號到攝像機，所述時間戳標記模塊用於接收同步時間信號、觸發信號和來自攝像機拍攝的圖像/視頻信號，並根據這些信號生成帶有時間戳標記的圖像/視頻數據；多個攝像機，分別用於根據觸發信號進行拍攝。
[0010]優選的，所述同步脈衝信號為TTL整秒脈衝信號，所述同步時間信號為RS485同步時間信號。
[0011]優選的，所述視頻採集單元還包括壓縮處理模塊，所述壓縮處理模塊用於對帶有時間戳標記的圖像/視頻數據進行壓縮處理。
[0012]優選的，其還包括數據存儲單元，所述數據存儲單元的輸入端連接到壓縮處理模塊的輸出端。
[0013]優選的，所述時間源包括:IRIG_B時間源和解碼單元，所述解碼單元用於解碼IRIG-B時間源信號，並輸出同步時間信號和同步脈衝信號到多個視頻採集單元。
[0014]優選的，所述觸發脈衝生成模塊和時間戳標記模塊均集成在FPGA晶片中。
[0015]一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法，其應用於上述的高精度同步的多路圖像採集系統，所述方法包括步驟:S1，多個視頻採集單元分別連接到時間源，獲取同步脈衝信號和同步時間信號；S2，視頻採集單元根據同步時間信號，生成與同步脈衝信號同步的觸發信號輸出到攝像機；S3，視頻採集單元在每個觸發脈衝生成的同時，對應於同步時間信號，產生一個該時刻的時間戳；S4，攝像機根據觸發信號進行拍攝；S5，攝像機將拍攝的圖像數據回傳到視頻採集單元；S6，視頻採集單元將觸發脈衝對應的時間戳嵌入到該觸發脈衝觸發拍攝的圖像數據中。
[0016]優選的，所述同步脈衝信號為TTL整秒脈衝信號，所述同步時間信號為RS485同步時間信號。
[0017]優選的，所述步驟S2具體包括子步驟:S21，視頻採集單元產生多個觸發脈衝組成觸發信號，並令每秒第一個觸發脈衝的上升沿與TTL整秒脈衝信號中的脈衝上升沿對齊；S22，輸出觸發信號到攝像機。
[0018]優選的，其還包括步驟:S7，對嵌入有時間戳的圖像數據進行壓縮處理；S8，對壓縮處理後的圖像數據進行存儲。
[0019]本發明的有益效果是:
本發明一種高精度同步的多路圖像採集系統採用同步時間信號同步攝像機拍攝觸發信號，實現了多路攝像機的拍攝時刻(曝光時刻)的嚴格同步，而且拍攝時刻嚴格同步於時間源時間，滿足了高精度多路圖像同步採集的要求；通過在記錄觸發脈衝的時間戳信息，使得圖像標記的時間戳即為拍攝時刻，提高了時間戳標記精度，有利於對多路圖像的後續信息提取和測量分析工作，具有良好的經濟和社會效益。
[0020]另外，本發明還通過採用TTL整秒脈衝作為同步時間信號，使得拍攝觸發信號同步更加簡單，同步誤差小於Ius ;通過採用對應於時間源的RS485同步時間信號的時間戳標記，使得時間戳標記更加簡潔明了。
[0021]本發明可應用於各種多路圖像採集系統。
[0022]本發明的另一個有益效果是:
本發明一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法採用同步時間信號同步攝像機拍攝觸發信號，實現了多路攝像機的拍攝時刻(曝光時刻)的嚴格同步，而且拍攝時刻嚴格同步於時間源時間，滿足了高精度多路圖像同步採集的要求；通過在記錄觸發脈衝的時間戳信息，使得圖像標記的時間戳即為拍攝時刻，提高了時間戳標記精度，有利於對多路圖像的後續信息提取和測量分析工作，具有良好的經濟和社會效益。
[0023]另外，本發明還通過採用TTL整秒脈衝作為同步時間信號，使得拍攝觸發信號同步更加簡單，同步誤差小於Ius ;通過採用上升沿對齊同步方式，使得觸發脈衝和同步時間信號的同步更加精確；通過採用對應於時間源的RS485同步時間信號的時間戳標記，使得時間戳標記更加簡潔明了。
[0024]本發明可應用於各種多路圖像採集系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明:
圖1是高精度同步的多路圖像採集系統一種實施例的結構示意圖；
圖2是本發明視頻採集單元一種實施例的內部結構示意圖；
圖3是本發明一種時間邏輯關係示意圖。
【具體實施方式】
[0026]需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
[0027]如圖1和圖2所示，以應用在飛機系統中為例。一種高精度同步的多路圖像採集系統，其包括:時間源，用於提供同步脈衝信號和同步時間信號。該實施例中，所述時間源為對飛機IRIG-B時間源解碼的時間源，包括飛機IRIG-B時間源和解碼單元，所述解碼單元用於解碼IRIG-B時間源信號，並輸出RS485同步時間信號和TTL整秒脈衝信號到多個視頻採集單元。其中，TTL整秒脈衝信號為由多個秒脈衝組成的TTL電平信號。當然，除了 TTL整秒脈衝信號，也可以根據需要在飛機IRIG-B時間源中提取其它信號作為同步脈衝信號；除了 RS485同步時間信號，也可以採用其它傳輸方式傳輸同步時間信號，如RS232。
[0028]多個視頻採集單元，分別用於接收同步脈衝信號和同步時間信號，並輸出與同步脈衝信號同步的觸發信號到攝像機。其中，觸發信號為由多個觸發脈衝組成的信號。
[0029]多個攝像機，分別用於根據觸發信號進行拍攝。
[0030]視頻採集單元包括觸發脈衝生成模塊和時間戳標記模塊，所述觸發脈衝生成模塊用於生成並輸出與同步脈衝信號同步的觸發信號，並輸出觸發信號到攝像機，所述時間戳標記模塊用於接收同步時間信號、觸發信號和來自攝像機拍攝的圖像/視頻信號，並根據這些信號生成帶有時間戳標記的圖像/視頻數據。
[0031]其中，觸發脈衝生成模塊接收TTL整秒脈衝信號，按照要求的視頻幀率，生成攝像機觸發信號。如圖3所示，以要求視頻幀率30fps為例，其內部邏輯為TTL整秒脈衝信號的30倍頻邏輯，可令每秒第一個觸發脈衝的上升沿與秒脈衝上升沿對齊，如此，可避免累積誤差，確保觸發信號和TTL整秒脈衝信號的嚴格同步。該實施例中，觸發脈衝生成模塊採用FPGA實現。由於各視頻採集單元的輸出的觸發信號均嚴格同步於時間源的TTL整秒脈衝信號，並採用FPGA實現高精度的倍頻邏輯，因此各視頻採集單元輸出的觸發脈衝高精度同步，其同步誤差小於lus。
[0032]其中，如圖3所示，時間戳標記模塊，用於完成對每幀視頻數據進行時間戳標記，實現原理為:每個觸發脈衝生成的同時，對應於RS485時間同步信號,產生一個該時刻的時間戳，因此時間戳標記的時刻即為攝像機觸發拍攝(曝光)的時刻，進而使得該時間戳是完全準確的。還是以要求視頻幀率30fps為例，圖中，以與秒脈衝對齊的觸發脈衝的上升沿為tO時刻，則上一觸發脈衝為t0-l/30s時刻，下一觸發脈衝為t0+l/30s時刻，依次類推。相鄰的多個觸發脈衝構成觸發序列，多個時間戳構成了時間戳序列，攝像機完成觸發拍攝(曝光)並將該幀圖像數據發送至時間戳標記模塊，時間戳標記模塊按觸發序列將預先準備好的時間戳嵌入到對應的幀圖像裡，因此該幀圖像便具有了一個嚴格同步於秒脈衝的時間戳。由於RS485時間同步信號也可能產生傳輸時延,可通過與TTL整秒脈衝信號的整秒同步對齊修正時延，提聞時間標刻精度。利用該時間戮可完成聞精度的圖像/視頻同步回放分析。該實施例中，採用FPGA實現時間戳標記模塊功能。FPGA運行速度快，內部集成鎖項環，可以把外部時鐘倍頻，核心頻率可以到幾百兆，更加提高了系統的實時性和精確性。
[0033]優選的，所述視頻採集單元還包括壓縮處理模塊，所述壓縮處理模塊用於對帶有時間戳標記的圖像/視頻數據進行壓縮處理。該實施例中，採用DSP晶片實現壓縮處理模塊功能。
[0034]優選的，其還包括數據存儲單元，所述數據存儲單元的輸入端連接到壓縮處理模塊的輸出端。
[0035]本發明一種高精度同步的多路圖像採集系統採用同步時間信號同步攝像機拍攝觸發信號，實現了多路攝像機的拍攝時刻(曝光時刻)的嚴格同步，而且拍攝時刻嚴格同步於時間源時間，滿足了高精度多路圖像同步採集的要求；通過在記錄觸發脈衝的時間戳信息，使得圖像標記的時間戳即為拍攝時刻，提高了時間戳標記精度，有利於對多路圖像的後續信息提取和測量分析工作，具有良好的經濟和社會效益。
[0036]另外，本發明還通過採用TTL整秒脈衝作為同步時間信號，使得拍攝觸發信號同步更加簡單，同步誤差小於Ius ;通過採用對應於時間源的RS485同步時間信號的時間戳標記，使得時間戳標記更加簡潔明了。
[0037]本發明可應用於各種多路圖像採集系統。
[0038]一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法，其應用於上述的高精度同步的多路圖像採集系統，所述方法包括步驟:S1，多個視頻採集單元分別連接到時間源，獲取同步脈衝信號和同步時間信號；S2，視頻採集單元根據同步時間信號，生成與同步脈衝信號同步的觸發信號輸出到攝像機；S3，視頻採集單元在每個觸發脈衝生成的同時，對應於同步時間信號，產生一個該時刻的時間戳；S4，攝像機根據觸發信號進行拍攝；S5，攝像機將拍攝的圖像數據回傳到視頻採集單元；S6，視頻採集單元將觸發脈衝對應的時間戳嵌入到該觸發脈衝觸發拍攝的圖像數據中。
[0039]優選的，所述同步脈衝信號為TTL整秒脈衝信號，所述同步時間信號為RS485同步時間信號。
[0040]優選的，所述步驟S2具體包括子步驟:S21，視頻採集單元產生多個觸發脈衝組成觸發信號，並令每秒第一個觸發脈衝的上升沿與TTL整秒脈衝信號中的脈衝上升沿對齊；S22，輸出觸發信號到攝像機。
[0041]優選的，其還包括步驟:S7，對嵌入有時間戳的圖像數據進行壓縮處理；S8，對壓縮處理後的圖像數據進行存儲。
[0042]顯然的，由於同一時間戳的圖像拍攝時刻嚴格同步，用戶調用同一時刻時間戳的各個攝像機拍攝的圖像數據，對後續的處理和分析工作有重要意義，如應用於飛機系統中，可通過多個攝像機對目標多個時刻不同角度圖像採集，在多維坐標系中模擬建立精確的目標運動軌跡和模型。
[0043]—種多路圖像米集系統的聞精度時間同步方法實現原理對應於上述的一種聞精度同步的多路圖像採集系統，在此不做累述。
[0044]本發明一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法採用同步時間信號同步攝像機拍攝觸發信號，實現了多路攝像機的拍攝時刻(曝光時刻)的嚴格同步，而且拍攝時刻嚴格同步於時間源時間，滿足了高精度多路圖像同步採集的要求；通過在記錄觸發脈衝的時間戳信息，使得圖像標記的時間戳即為拍攝時刻，提高了時間戳標記精度，有利於對多路圖像的後續信息提取和測量分析工作，具有良好的經濟和社會效益。
[0045]另外，本發明還通過採用TTL整秒脈衝作為同步時間信號，使得拍攝觸發信號同步更加簡單，同步誤差小於Ius ;通過採用上升沿對齊同步方式，使得觸發脈衝和同步時間信號的同步更加精確；通過採用對應於時間源的RS485同步時間信號的時間戳標記，使得時間戳標記更加簡潔明了。
[0046]本發明可應用於各種多路圖像採集系統。
[0047]以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。
【權利要求】
1.一種高精度同步的多路圖像採集系統，其特徵在於，其包括: 時間源，用於提供同步脈衝信號和同步時間信號； 多個視頻採集單元，所述視頻採集單元包括觸發脈衝生成模塊和時間戳標記模塊， 所述觸發脈衝生成模塊用於生成並輸出與同步脈衝信號同步的觸發信號，並輸出觸發信號到攝像機， 所述時間戳標記模塊用於接收同步時間信號、觸發信號和來自攝像機拍攝的圖像/視頻信號，並根據這些信號生成帶有時間戳標記的圖像/視頻數據； 多個攝像機，分別用於根據觸發信號進行拍攝。
2.根據權利要求1所述的一種高精度同步的多路圖像採集系統，其特徵在於，所述同步脈衝信號為TTL整秒脈衝信號，所述同步時間信號為RS485同步時間信號。
3.根據權利要求2所述的一種高精度同步的多路圖像採集系統，其特徵在於，所述視頻採集單元還包括壓縮處理模塊，所述壓縮處理模塊用於對帶有時間戳標記的圖像/視頻數據進行壓縮處理。
4.根據權利要求3所述的一種高精度同步的多路圖像採集系統，其特徵在於，其還包括數據存儲單元，所述數據存儲單元的輸入端連接到壓縮處理模塊的輸出端。
5.根據權利要求1至4任一項所述的一種高精度同步的多路圖像採集系統，其特徵在於，所述時間源包括=IRIG-B時間源和解碼單元，所述解碼單元用於解碼IRIG-B時間源信號，並輸出同步時間信號和同步脈衝信號到多個視頻採集單元。
6.根據權利要求1至4任一項所述的一種高精度同步的多路圖像採集系統，其特徵在於，所述觸發脈衝生成模塊和時間戳標記模塊均集成在FPGA晶片中。
7.一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法，其特徵在於，其應用於權利要求1至6任一項所述的高精度同步的多路圖像採集系統，所述方法包括步驟: SI，多個視頻採集單元分別連接到時間源，獲取同步脈衝信號和同步時間信號； S2，視頻採集單元根據同步時間信號，生成與同步脈衝信號同步的觸發信號輸出到攝像機； S3，視頻採集單元在每個觸發脈衝生成的同時，對應於同步時間信號，產生一個該時刻的時間戳； S4，攝像機根據觸發信號進行拍攝； S5，攝像機將拍攝的圖像數據回傳到視頻採集單元； S6，視頻採集單元將觸發脈衝對應的時間戳嵌入到該觸發脈衝觸發拍攝的圖像數據中。
8.根據權利要求7所述的一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法，其特徵在於，所述同步脈衝信號為TTL整秒脈衝信號，所述同步時間信號為RS485同步時間信號。
9.根據權利要求8所述的一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法，其特徵在於，所述步驟S2具體包括子步驟: S21，視頻採集單元產生多個觸發脈衝組成觸發信號，並令每秒第一個觸發脈衝的上升沿與TTL整秒脈衝信號中的脈衝上升沿對齊； S22，輸出觸發信號到攝像機。
10.根據權利要求9所述的一種多路圖像採集系統的高精度時間同步方法，其特徵在於，其還包括步驟: S7，對嵌入有時間戳的圖像數據進行壓縮處理； S8，對壓縮處理後的圖像數據進行存儲。
【文檔編號】H04N5/232GK104270567SQ201410462674
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】陳輝, 陳高鵬, 韓向偉, 王海蛟 申請人:深圳市南航電子工業有限公司