CN102384743A - 基于灰度的数字摄影测量自动配光系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于灰度的数字摄影测量自动配光系统及其控制方法，所述系统包括CCD或CMOS图像传感器、四个光纤收发器、计算机、配光用照明灯和灯光控制器，CCD或CMOS图像传感器、第一光纤收发器、第二光纤收发器和计算机顺次连接，计算机、第三光纤收发器、第四光纤收发器和灯光控制器顺次连接，灯光控制器的输出端与配光用照明灯相连。所述方法包括以下步骤，步骤1：启动测试系统；步骤2：计算机给CCD或CMOS图像传感器赋曝光时间的初值；步骤3：CCD或CMOS图像传感器拍摄一张图像；步骤4：计算机对由光缆传来的图像信息进行分析处理并计算每一个像素点的灰度值。按照本发明所提供的测试系统与控制方法，在可能遇到的各种天气条件下均可得到良好的测试结果。

Description

基于灰度的数字摄影测量自动配光系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种数字摄影测量自动配光系统与控制方法，特别是根据图像灰度值的大小适时调节数字摄影测量配光参数的自动配光系统与控制方法。

背景技术

数字摄影测量的精度在很大程度上取决于数字图像的清晰度，决定数字图像清晰度的主要因素是数字摄影测量用图像传感器的技术质量水平和配光的准确性。工程测试用图像传感器大多是一些特殊制造的高技术质量水平的CCD图像传感器或CMOS图像传感器。其中，CCD：ChargeCoupled Device，电荷藕合器件，CMOS：Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

图像传感器自身的精度不存在任何问题，但技术质量水平越高的CCD(或CMOS)图像传感器，其光学敏感性通常亦越强，即对测试环境光学特性的要求越高。正因为如此，凡是利用CCD(或CMOS)图像传感器进行工程测试的场所，均需要为之配置良好的光照环境(要求光照均匀且稳定、光照既不可太强也不可太弱)。然而，对于室外用于高速行驶车辆的性能测试的自然光照环境，晴天正午时分的光照度高达200000Lux。其中，勒克司(lux，法定符号lx)照度单位，为距离一个光强为1cd的光源，在1米处接受的照明强度。普通阴雨天的光照度约2000Lux，雷暴雨前乌云压顶时的光照度约为100Lux，夜间的光照度有时不足10Lux，为了解决光照如此悬殊的数字摄影测试问题，传统的方法是通过调节光圈和曝光时间调节进入图像传感器的透光量，在光线特别弱的时候辅之闪光进行测量。然而，对于测试频率非常高(每天测试1000辆以上的车辆)的汽车室外道路性能测试：①由于CCD(或CMOS)图像传感器光圈的调节是利用感光器测出被测对象的光照度，再通过机械装置自动将光圈调整到一个合适的数值，这种调节方式需要被测对象在设定的测试点停留约2秒的时间，对于高速运行的车辆来讲是绝对不可能的事情；②闪光灯不可能长时间高速闪亮使用。上述2点原因正是数字摄影测试不便用于汽车室外道路试验的原因。

发明内容

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种基于灰度的数字摄影测量自动配光系统及其控制方法。

一种基于灰度的数字摄影测量自动配光系统，所述系统包括CCD或CMOS图像传感器、四个光纤收发器、计算机、配光用照明灯和灯光控制器，CCD或CMOS图像传感器、第一光纤收发器、第二光纤收发器和计算机顺次连接，计算机、第三光纤收发器、第四光纤收发器和灯光控制器顺次连接，灯光控制器的输出端与配光用照明灯相连。

作为本发明的进一步改进，所述灯光控制器的输出端与6～10只配光用照明灯相连。

作为本发明的进一步改进，所述灯光控制器的输出端用屏蔽信号线与配光用照明灯相连。

作为本发明的进一步改进，所述配光用照明灯分布在道路的两侧。

作为本发明的进一步改进，所述CCD或CMOS图像传感器的光圈为8。

作为本发明的进一步改进，第一光纤收发器与第二光纤收发器之间，第三光纤收发器与第四光纤收发器之间分别用光缆连接。

一种基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：启动测试系统；

步骤2：计算机给CCD或CMOS图像传感器赋曝光时间的初值；

步骤3：CCD或CMOS图像传感器拍摄一张图像；

步骤4：计算机对由光缆传来的图像信息进行分析处理并计算每一个像素点的灰度值，

若最大灰度点的灰度值P_M在设定的范围P_min≥P_M≥P_max内，保持此曝光时间；

若最大灰度点的灰度值P_M不在设定的范围内，首先调节曝光时间：当曝光时间t满足t_min≥t≥t_max的条件时，若图像灰度P_M≥P_max，则减小曝光时间，每次减小Δt₁；若图像灰度P_M≤P_min，则增大曝光时间，每次增大Δt₂；当曝光时间已调至t＝t_min或t＝t_max时，测试系统已不可能通过改变曝光时间来获得良好的测试图像信息，这时计算机向灯光控制器发出调节点亮照明灯数量的控制信息，灯光控制器根据计算机发来的控制信息自动增加或减少照明灯的数量，以达到所需的测试效果：若图像灰度P_M≥P_max，则减少照明灯的数量，直到所有的照明灯全部关掉；若图像灰度P_M≤P_min，则增加照明灯的数量，每次增加一组，直到所有的照明灯全部开启。

作为本发明的进一步改进，步骤1与2之间还包括以下步骤，测试系统自动进入自检，如自检发现系统设备异常，则计算机发出语音报警，并在显示屏上显示出故障设备的名称，如测试系统全部设备都工作正常，则进行步骤2。

作为本发明的进一步改进，步骤2中，计算机给CCD或CMOS图像传感器赋曝光时间的初值为50μS，若最大灰度点的灰度值PM的取值的最大值Pmax为230和最小值Pmin为80，当曝光时间t的取值的最大值t_max为100μS，最小值t_min为10μS，Δt₁和Δt₂取值为5μS至10μS。

作为本发明的进一步改进，每隔固定时间重新进行一次曝光时间和配光照明灯数量的调节。所述固定时间优选为5s至10s。

本发明的有益效果是：按照本发明所提供的测试系统与控制方法，在可能遇到的各种天气条件下均可得到良好的测试结果。

对于室外用于高速行驶车辆的性能测试的自然光照环境，本发明解决光照悬殊的数字摄影测试问题，满足测试频率非常高(每天测试1000辆以上的车辆)的汽车室外道路性能测试：使数字摄影测试方便的应用于汽车室外道路试验。

附图说明

图1是本发明基于灰度的数字摄影测量自动配光系统结构示意图；

图2是本发明基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制方法的流程图。

图中各部件名称如下：

1、1′-第一组照明灯，2、2′-第二组照明灯，3、3′-第三组照明灯，4、4′-第四组照明灯，5、5′-第五组照明灯，6--安装支架，7-CCD(CMOS)传感器，8、11-第一对光纤收发器，即第一光纤收发器8、第二光纤收发器11，9-灯光控制器，10、12-第二对光纤收发器，即第三光纤收发器12、第四光纤收发器10，13-计算机。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，基于灰度的数字摄影测量自动配光系统主要由CCD(或CMOS)图像传感器7、光纤收发器、计算机13、配光用照明灯、灯光控制器组成9。

其中：CCD(或CMOS)图像传感器7测得的图像信息(电信号)通过光纤收发器转换为光信号后由光缆传送到计算机端的光纤收发器，光纤收发器再将光信号变换为原电信号传给计算机；灯光控制器的输出端用屏蔽信号线与6～10只配光用照明灯相连，计算机发出的灯光控制信号通过光纤收发器转换为光信号后由光缆传送到灯光控制器端的光纤收发器，光纤收发器再将光信号变换为电信号传给灯光控制器。由于在道路汽车行驶性能测试过程中，图像传感器的光圈不可能适时调整，因此将光圈固定在经过试验确定的数值上。光圈的大小与环境光的强弱及曝光时间有关，为了避免高速行驶车辆在摄影测试过程中因拖影带来的测试误差，曝光时间应小于100μS；为了给曝光时间留有足够的调节范围，按照50μS的曝光时间确定CCD(或CMOS)图像传感器的光圈；为了避免晴天正午时分导致CCD(或CMOS)图像传感器中每个像元中的电荷量达到饱和而向周围扩散，使得图像模糊不易辨认，经反复试验，光圈定为8能够获得良好的测试效果。

基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制过程与方法如图2所示。启动测试系统后，测试系统自动进入自检。如自检发现系统设备异常，则计算机发出语音报警，并在显示屏上显示出故障设备的名称，如“图像传感器故障”或“灯光控制器故障”等；若测试系统全部设备都工作正常，计算机给CCD(或CMOS)图像传感器赋曝光时间的初值(50μS)，CCD(或CMOS)图像传感器拍摄一张图像，计算机对由光缆传来的图像信息进行分析处理并计算每一个像素点的灰度值，若最大灰度点的灰度值在设定的范围(230≥P_M≥80)内，保持此曝光时间。为了避免雷暴天气环境光大幅跳跃变化对测试效果的影响，每隔5分钟(选优5分钟，但不限于5分钟，如可以为4至20分钟等等)重新进行一次曝光时间和配光照明灯数量的调节。

若最大灰度点的灰度值不在设定的范围(230≥P_M≥80)内，首先调节曝光时间：当曝光时间t满足10μS≥t≥100μS的条件时，若图像灰度P_M≥230，则减小曝光时间，每次减小10μS(也可以设为5至15μS)；若图像灰度P_M≤80，则增大曝光时间，每次增大10μS。当曝光时间已调至t＝10μS或t＝100μS时，测试系统已不可能通过改变曝光时间来获得良好的测试图像信息，这时计算机向灯光控制器发出调节点亮照明灯数量的控制信息，灯光控制器根据计算机发来的控制信息自动增加或减少照明灯的数量，以达到所需的测试效果：若图像灰度P_M≥230，则减少照明灯的数量，每次减少一组，其减少照明灯数量的顺序是5、5′--4、4′--3、3′--2、2′--1、1′，直到所有的照明灯全部关掉；若图像灰度P_M≤80，则增加照明灯的数量，每次增加一组，其增加照明灯数量的顺序是1、1′--2、2′--3、3′--4、4′--5、5′，直到所有的照明灯全部开启。经过在各种不同天气的不同光照环境下进行了长达5000小时的试验，按照本发明所提供的测试系统与控制方法，在可能遇到的各种天气条件下均可得到良好的测试结果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于灰度的数字摄影测量自动配光系统，其特征在于：所述系统包括CCD或CMOS图像传感器(7)、四个光纤收发器、计算机(13)、配光用照明灯和灯光控制器(9)，CCD或CMOS图像传感器(7)、第一光纤收发器(8)、第二光纤收发器(11)和计算机(13)顺次连接，计算机(13)、第三光纤收发器(12)、第四光纤收发器(10)和灯光控制器(9)顺次连接，灯光控制器(9)的输出端与配光用照明灯相连。

2.根据权利要求1所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统，其特征在于：所述灯光控制器(9)的输出端与6～10只配光用照明灯相连。

3.根据权利要求2所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统，其特征在于：所述灯光控制器(9)的输出端用屏蔽信号线与配光用照明灯相连。

4.根据权利要求2所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统，其特征在于：所述配光用照明灯分布在道路的两侧。

5.根据权利要求1所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统，其特征在于：所述CCD或CMOS图像传感器的曝光时间设为50μS，光圈为8。

6.一种基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制方法，其特征在于：

包括以下步骤，

步骤1：启动测试系统；

步骤2：计算机给CCD或CMOS图像传感器赋曝光时间的初值；

步骤3：CCD或CMOS图像传感器拍摄一张图像；

步骤4：计算机对由光缆传来的图像信息进行分析处理并计算每一个像素点的灰度值，

若最大灰度点的灰度值P_M在设定的范围P_min≥P_M≥P_max内，保持此曝光时间；

若最大灰度点的灰度值P_M不在设定的范围内，首先调节曝光时间：当曝光时间t满足t_min≥t≥t_max的条件时，若图像灰度P_M≥P_max，则减小曝光时间，每次减小Δt₁；若图像灰度P_M≤P_min，则增大曝光时间，每次增大Δt₂；当曝光时间已调至t＝t_min或t＝t_max时，测试系统已不可能通过改变曝光时间来获得良好的测试图像信息，这时计算机向灯光控制器发出调节点亮照明灯数量的控制信息，灯光控制器根据计算机发来的控制信息自动增加或减少照明灯的数量，以达到所需的测试效果：若图像灰度P_M≥P_max，则减少照明灯的数量，直到所有的照明灯全部关掉；若图像灰度P_M≤P_min，则增加照明灯的数量，每次增加一组，直到所有的照明灯全部开启。

7.根据权利要求6所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制方法，其特征在于：步骤1与2之间还包括以下步骤，测试系统自动进入自检，如自检发现系统设备异常，则计算机发出语音报警，并在显示屏上显示出故障设备的名称，如测试系统全部设备都工作正常，则进行步骤2。

8.根据权利要求6所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制方法，其特征在于：步骤2中，计算机给CCD或CMOS图像传感器赋曝光时间的初值为50μS，若最大灰度点的灰度值PM的取值的最大值Pmax为230和最小值Pmin为80，当曝光时间t的取值的最大值t_max为100μS，最小值t_min为10μS，Δt₁和Δt₂取值为5μS至10μS。

9.根据权利要求6所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制方法，其特征在于：每隔固定时间重新进行一次曝光时间和配光照明灯数量的调节。

10.根据权利要求9所述的基于灰度的数字摄影测量自动配光系统的控制方法，其特征在于：所述固定时间为5s至10s。

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