CN104202534A - 基于gps和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于GPS和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置及方法，包括GPS接收机、脉冲发生器和多个摄像机单元、多个高速图像采集器、多个采图处理计算机。本发明利用高速摄像机外触发源模式，基于GPS授时，依靠卫星每秒钟起始时刻发出的同步秒脉冲来保证时间同步，实现多摄像机同步控制。不仅同步精度高，而且可靠性非常高，简单实用。

Description

基于GPS和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置及方法

技术领域

    本发明涉及图像采集控制技术，尤其涉及基于GPS和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置及方法。

背景技术

目前，针对动态目标的多摄像机交会测量系统中，常用的多摄像机同步控制方法可以分为以下几种：

1）基于高速摄像机自身具备的自由运行模式（free run）即内触发模式。通过摄像机内触发源进行触发。但是此模式同步精度较差，为毫秒级，在精度要求较高的图像测量系统中，摄像机的帧频一般为500-1000帧/秒，同步误差带来的测量误差不能被接受。

2）基于多路图像数据采集卡实现摄像机间同步。市场上大多数的多路图像采集卡都是基于分时操作、多路视频切换而工作的，而分时操作不能满足运动目标的精密测量。此外，对于高分辨率摄像机，图像数据量较大，单个图像采集卡不能满足多台摄像机的数据传输带宽要求。

3）基于多PCI数据采集卡的多摄像机同步。该方法使用一个PCI卡连接一台摄像机，通过编写PCI数据采集卡驱动程序实现多个PCI卡之间的同步。从而控制摄像机同步采集。该方法需要编写驱动程序，对硬件知识和编程能力要求均较高，而且受主板总线速率及PCI接口数量限制，对于大容量的高速图像和摄像机数量较多的系统不能提供有效的解决办法。

4）基于秒脉冲及网络组播的同步触发模式。该方法通过图像采集软件设计一个组播地址及端口，多台采集设备加入同一个组播地址，通过发送同步触发信息至组播组，完成秒脉冲对时后进行同步采集。该方法多套采集设备间实现对时的时间较长，一般为3~5秒，在高速动态目标测量中，系统工作的即时性不能得到保证。

综合上述情况，目前在动态目标的多摄像机交会测量系统中，现有测量装置或者方法均具有较大的缺陷，不能满足现有的需求。

发明内容

 本发明的目的是提供基于GPS和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置及方法，使多目交会摄像测量过程中，多摄像机能够高精度同步进行采集。

 本发明采用下述技术方案：

基于GPS和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置，包括GPS接收机、脉冲发生器和多个摄像机单元、多个高速图像采集器、多个采图处理计算机；所述的GPS接收机的输出端连接脉冲发生器的输入端，所述脉冲发生器的输出端分别与多个高速图像采集器的输入端连接，所述多个高速图像采集器的输出端分别与对应的采图处理计算机的输入端相连接，摄像机单元的输出端连接高速图像采集器

所述的脉冲发生器通过线缆连接三路信号至图像采集器，分别为用于实现时间同步的秒脉冲信号、同步采集脉冲、像机曝光控制脉冲。

所述脉冲发生器的秒脉冲时间精度为5ns。

所述摄像机单元的曝光控制脉冲（500Hz）精度为1‰。

所述脉冲发生器同步采集脉冲的上升沿时间不大于50ns。

基于GPS和脉冲发生器的多高速摄像机同步控制采集方法，包括以下步骤：

A：初始化设备：将高速图像采集器时间源设置为外部GPS定位的时间，采集模式设置为脉冲触发采集，然后摄像机工作设置为外触发源模式；

B：CPS接收机通过天线接收时间信号，并发送时间信号到脉冲发生器；

C：脉冲发生器接收到时间信号后发送同步采集脉冲信号到各个图像采集器；

D：各个图像采集器接收到同步采集脉冲信号后，发送指令到与其对应连接的摄像机，摄像机对动态图像同时进行采集，并把采集到的图像信息实时存储到图像采集器中。

本发明利用高速摄像机外触发源模式，基于GPS授时，依靠卫星每秒钟起始时刻发出的同步秒脉冲来保证时间同步，实现多摄像机同步控制。不仅同步精度高，而且可靠性非常高，简单实用。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

基于GPS和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置，包括GPS接收机、脉冲发生器和多个摄像机单元、多个高速图像采集器、多个采图处理计算机；所述的GPS接收机的输出端连接脉冲发生器的输入端，所述脉冲发生器的输出端分别与多个高速图像采集器的输入端连接，所述多个高速图像采集器的输出端分别与对应的采图处理计算机的输入端相连接，摄像机单元的输出端连接高速图像采集器

所述的脉冲发生器通过线缆连接三路信号至图像采集器，分别为用于实现时间同步的秒脉冲信号、同步采集脉冲、像机曝光控制脉冲。脉冲发生器通过线缆连接三路信号至图像采集器，秒脉冲信号实现时间同步。同步采集脉冲为一高电平或低电平（在此以低电平为例），同步采集脉冲维持在低电平状态，操作人员在图像采集开始时刻，通过按钮改变同步采集脉冲为高电平，触发图像采集器开始工作，500Hz像机曝光控制脉冲控制摄像机进行拍摄，图像采集器将拍摄的图像数据存储。多台图像采集器使用同一个触发脉冲和同一个500Hz采集脉冲，实现多像机同步控制。

本发明中所述脉冲发生器的秒脉冲时间精度为5ns。所述摄像机单元的曝光控制脉冲（500Hz）精度为1‰。所述脉冲发生器同步采集脉冲的上升沿时间不大于50ns。此为最优方案，不仅能高效的对多个摄像头同步采集，而且精度高。

基于GPS和脉冲发生器的多高速摄像机同步控制采集方法，包括以下步骤：

A：初始化设备：将高速图像采集器时间源设置为外部GPS定位的时间，采集模式设置为脉冲触发采集，然后摄像机工作设置为外触发源模式；

B：CPS接收机通过天线接收时间信号，并发送时间信号到脉冲发生器；

C：脉冲发生器接收到时间信号后发送同步采集脉冲信号到各个图像采集器；

D：各个图像采集器接收到同步采集脉冲信号后，发送指令到与其对应连接的摄像机，摄像机对动态图像同时进行采集，并把采集到的图像信息实时存储到图像采集器中。

本发明利用GPS接收器接收到的秒脉冲信号，在秒脉冲上升沿进行时间同步，每秒同步一次。在一个秒脉冲周期内，脉冲发生器产生频率为500Hz的像机曝光控制脉冲，将时间进行500等分，在触发摄像机拍摄的同时，将时间戳在每个脉冲的上升沿记录在图片数据中，并存储在高速图像采集器内。多台高速图像采集器通过连接同一个脉冲发生器，保证了多台摄像机采集的图像数据时间同步。与现有的高速摄像机同步控制采集技术相比，基于GPS和脉冲发生器的控制技术从时间同步和采集控制同步方面进行了有机结合，并充分利用了高速摄像机外触发源模式。时间与控制同步精度高，技术实现简单、方便，且接口灵活、可扩展性强，具有很好的通用性和可靠性。

Claims (6)

1.基于GPS和脉冲发生器的多摄像机同步控制装置，其特征在于：包括GPS接收机、脉冲发生器和多个摄像机单元、多个高速图像采集器、多个采图处理计算机；所述的GPS接收机的输出端连接脉冲发生器的输入端，所述脉冲发生器的输出端分别与多个高速图像采集器的输入端连接，所述多个高速图像采集器的输出端分别与对应的采图处理计算机的输入端相连接，摄像机单元的输出端连接高速图像采集器。

2.根据权利要求1所述的基于GPS和脉冲发生器的多高速摄像机同步控制装置，其特征在于：所述的脉冲发生器通过线缆连接三路信号至图像采集器，分别为用于实现时间同步的秒脉冲信号、同步采集脉冲、像机曝光控制脉冲。

3.根据权利要求2所述的基于GPS和脉冲发生器的多高速摄像机同步控制装置，其特征在于：所述脉冲发生器的秒脉冲时间精度为5ns。

4.根据权利要求3所述的基于GPS和脉冲发生器的多高速摄像机同步控制装置，其特征在于：所述摄像机单元的曝光控制脉冲（500Hz）精度为1‰。

5.根据权利要求4所述的基于GPS和脉冲发生器的多高速摄像机同步控制装置，其特征在于：所述脉冲发生器同步采集脉冲的上升沿时间不大于50ns。

6.基于GPS和脉冲发生器的多高速摄像机同步控制采集方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：初始化设备：将高速图像采集器时间源设置为外部GPS定位的时间，采集模式设置为脉冲触发采集，然后摄像机工作设置为外触发源模式；

B：CPS接收机通过天线接收时间信号，并发送时间信号到脉冲发生器；

C：脉冲发生器接收到时间信号后发送同步采集脉冲信号到各个图像采集器；

D：各个图像采集器接收到同步采集脉冲信号后，发送指令到与其对应连接的摄像机，摄像机对动态图像同时进行采集，并把采集到的图像信息实时存储到图像采集器中。