CN105430387B - 一种相机/摄像机曝光时间测试系统及方法 - Google Patents

一种相机/摄像机曝光时间测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种相机/摄像机曝光时间测试系统及方法。包括高精度时间脉冲发生器、LED灯阵列、主控计算机。本发明提供了一种精度高、操作方便、成本低的相机/摄像机曝光时间测试系统及方法。

Description

一种相机/摄像机曝光时间测试系统及方法
技术领域
本发明属于光电测试领域，涉及一种测试系统，尤其涉及一种相机/摄像机曝光时间测试系统及方法。
背景技术
随着相机、摄像机技术的日趋成熟，数字相机和摄像机已经成为主流，对于现在广泛应用的数字相机和摄像机而言，一般采用内置式电子快门，无法直接测量数码相机的曝光时间，标准规定的方法已经不再适用。为此中国计量科学研究院的研究人员在《数码相机曝光时间标定方法研究》中提出了通过辅助快门的方法进行曝光时间的测试。该方法测试原理如下：
数字相机、摄像机的曝光量(H)等于其电子快门的曝光时间(t)与像面照度(E)的乘积即：
H＝E×t (1)
式中：H：曝光量，表现为图像灰度；
E:像面照度，各参数确定时为一常数；
t：曝光时间。
则曝光时间为：
式中：H1：辅助快门完全开启，开启设备自身快门下的曝光量；
H2：设备内置电子快门完全开启，启动辅助快门下的曝光量；
t1：辅助快门的标定曝光时间；
t2：：被测设备曝光时间
该方法中假定参数E为一常数，但实际测试中影响参数E的因素比较多，如光源稳定度、均匀性；辅助开门位置和运动方式和感光器件响应度。误差不易控制，操作难度较大，不易在产品检测领域推广。
广州计量检测技术研究院的研究人员提出动态目标拍摄法进行曝光时间测试。该方法是拍摄运动物体的运动轨迹，当数字相机拍摄旋转点光源，若设置光源旋转一周的时间大于曝光时间，则曝光时间与所得图像中点光源轨迹关系为:曝光时间为影像轨迹角度除以光源旋转角速度。该方法存在的问题主要：(1)轨迹转动角度测量难度较大。(2)不易制得高转速高稳定度的目标装置。(3)图像诡异边缘易出现拖尾现象，带入了测试误差。因此该方法也就不易推广。
发明内容
为了解决背景技术中所提到无法直接测量数码相机/摄像机的曝光时间的技术问题，本发明提供了一种测试过程简单，易于工程实现的一种相机/摄像机曝光时间测试系统及方法。
为实现以上发明目的，本发明提供以下技术方案：一种相机/摄像机曝光时间测试系统，其特殊之处在于：
包括高精度时间脉冲发生器、LED灯阵列、主控计算机；
所述主控计算机包括用于采集被测摄像机图像数据的图像采集单元、频率控制单元和图像显示单元；
所述的高精度时间脉冲发生器分别与LED灯阵列和频率控制单元连接；所述频率控制单元分别与图像采集单元和高精度时间脉冲发生器相连；
所述LED灯阵列包括可控制LED灯亮度的驱动模块、快速反应LED、LED控制模块；
所述高精度时间脉冲发生器包括铷原子频率标准和B码产生器；
所述铷原子频率标准为：日漂移率1×10-11～6×10-13/1d，频稳定度：取样时间1s：s＝5×10-11～5×10-12/1s；频率准确度A：2×10-10～5×10-11/1s；
上述述高精度时间脉冲发生器输出脉冲方波的频率为1Hz、10Hz、100Hz、1KHz、10KHz和100KHz；
上述快速反应LED的点亮时间和熄灭时间为ns级；
上述LED灯阵列包括：n×m(n,m≥4)个等间距排列的LED。
一种相机/摄像机曝光时间测试系统的测试方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】将被测相机/摄像机固定放置；
2】将LED灯阵列放置在相机前，调节LED灯阵列位置使LED灯阵列覆盖相机视场；
3】点亮LED灯阵列，调节LED亮度，使LED灯阵列中的每个LED灯在相机规定曝光时间下所成像清晰可辨；
4】根据所测相机/摄像机的曝光时间范围或标称值，取高于该曝光时间范围或标称值至少1个数量级的频率为输出频率。设置高精度时间脉冲发生器的输出该频率；
5】使用相机对LED灯阵列连续拍摄若干幅图像，主控计算机采集所拍摄到的图像；
6】使用主控计算机回放所拍摄图像，查看各幅图像中所拍摄到的LED灯珠数并取平均值N；
7】使用下列公式计算曝光时间：
公式(1)中：t为曝光时间计算值；N为所拍摄到的LED平均灯珠数；f为高精度时间脉冲发生器的输出频率。
本发明的优点是：本发明利用拍摄多幅图像，通过查看图像所拍摄目标状态来进行相机曝光时间计算，提供了一种测试过程简单，易于工程实现的相机摄像机曝光时间测试系统及方法。
本发明使用LED灯阵列作为目标，具有高亮度、低功耗、快速反应的良好特性。使用调节工作电流的方式改变LED光能量，使目标特征明显且更易分辨。可满足不同曝光时间的测试要求。使用快速反应LED灯珠，其响应时间(包括点亮时间和熄灭时间)为ns级，有效的减了由于LED响应特性带来的测试误差。该LED灯阵列所包含的LED灯珠数应不少于50个(测试最高误差接近2％)，为提高测试精度可增加LED灯珠数。
本发明使用高精度时间脉冲发生器作为信号源，使用高精度、高稳定度、可溯源至国家计量标准的铷原子频率标准作为时间基准，由B码产生器输出1Hz、10Hz、100Hz、1KHz、10KHz及100KHz等多种不同频率的脉冲方波。可以满足s级到us级的曝光时间测试。其日漂移率1×10-11～6×10-13/1D，频稳定度：取样时间1s：s＝5×10-11～5×10-12/1S；频率准确度A：2×10-10～5×10-11/1S。提供了高精度、高稳定度时间基准有效减少了测试误差。
本发明使用高精度、高灵敏度图像采集卡作为最终图像数据的采集，使该设备适用于相机及摄像机的曝光时间测试，拓展了测试功能。在进行摄像机曝光时间测试时，该采集卡可以进行数字信号和模拟信号采集。适用于多种摄像机。
本发明利用图像处理技术和计算机控制技术实现了相机摄像机曝光时间自动测试，节省了劳动力和成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
其中1-LED灯阵列、2-被测摄像机、3-主控计算机、4-高精度时间脉冲发生器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容加以详细说明。
图1给出了本发明的一个具体实施例。相机/摄像机曝光时间测试系统，包括高精度时间脉冲发生器4、LED灯阵列1、主控计算机3；主控计算机3包括用于采集被测摄像机图像数据的图像采集单元、用于控制高精度时间脉冲发生器输出频率的频率控制单元和用于显示相机或摄像机所拍照的图像的图像显示单元；高精度时间脉冲发生器4分别与LED灯阵列1和频率控制单元连接；频率控制单元分别与图像采集单元和高精度时间脉冲发生器4相连；LED灯阵列1包括可控制LED灯亮度的驱动模块、快速反应LED、LED控制模块；高精度时间脉冲发生器4包括铷原子频率标准(铷原子频率标准是铷原子钟的一种)和B码产生器；上述铷原子频率标准是铷原子钟的一种；上述B码产生器是用于北斗或GPS校时的一种通用设备，能够接收外来信号自动产生各种时标信号；铷原子频率标准为：日漂移率1×10-11～6×10-13/1d，频稳定度：取样时间1s：s＝5×10-11～5×10-12/1s；频率准确度A：2×10-10～5×10-11/1s，上述铷原子频率标准指在一定时间内，如1天，1秒内的铷原子频率。高精度时间脉冲发生器4输出脉冲方波的频率为1Hz、10Hz、100Hz、1KHz、10KHz和100KHz；快速反应LED的点亮时间和熄灭时间为ns级；LED灯阵列由n×m(n,m≥4)个LED等间距排列组成。
相机/摄像机曝光时间测试系统的测试方法，包括以下步骤：
1】将被测相机/摄像机固定到合适位置；即将相机/照相机固定；
2】将LED灯阵列放置在相机前，调节LED灯阵列位置使LED灯阵列刚好覆盖相机视场；
3】点亮LED灯阵列，调节LED亮度，使LED灯阵列中的每个LED灯在相机规定曝光时间下所成像清晰可辨；在相机国标中对成像的清晰的定义包括主观评价和客观评价，这里使用主观评价，客观评价一般拍摄鉴别率板测量，这里不适用，只能使用主观评价；意指LED灯珠清晰可辨；
4】根据所测相机/摄像机的曝光时间范围或标称值，取高于该值至少1个数量级的频率为输出频率；设置高精度时间脉冲发生器的输出该频率；步骤4】需要根据产品的曝光时间范围或标称值选择输出频率。
5】使用相机对LED灯阵列连续拍摄若干幅图像，主控计算机采集所拍摄到的图像；
6】使用主控计算机回放所拍摄图像，查看各幅图像中所拍摄到的LED灯珠数并取平均值N；
7】使用下列公式计算曝光时间：
公式(1)中：t为曝光时间计算值；N为所拍摄到的LED平均灯珠数；f为高精度时间脉冲发生器的输出频率。

Claims (2)

1.一种相机/摄像机曝光时间测试系统，其特征在于：包括高精度时间脉冲发生器、LED灯阵列、主控计算机；
所述主控计算机包括图像采集单元、频率控制单元和图像显示单元；
所述的高精度时间脉冲发生器分别与LED灯阵列和频率控制单元连接；所述频率控制单元分别与图像采集单元和高精度时间脉冲发生器相连；
所述LED灯阵列包括可控制LED灯亮度的驱动模块、快速反应LED、LED控制模块；
所述高精度时间脉冲发生器包括铷原子频率标准和B码产生器；
所述铷原子频率标准为：日漂移率1×10-11～6×10-13/1d，频稳定度：取样时间1s：s＝5×10-11～5×10-12/1s；频率准确度A：2×10-10～5×10-11/1s；
所述高精度时间脉冲发生器输出脉冲方波的频率为1Hz、10Hz、100Hz、1KHz、10KHz和100KHz；
所述快速反应LED的点亮时间和熄灭时间为ns级；
所述LED灯阵列包括：n×m个等间距排列的LED，其中n,m≥4。
2.基于权利要求1所述的一种相机/摄像机曝光时间测试系统的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】将被测相机/摄像机固定放置；
2】将LED灯阵列放置在被测相机/摄像机前，调节LED灯阵列位置使LED灯阵列覆盖相机视场；
3】点亮LED灯阵列，调节LED亮度，使LED灯阵列中的每个LED灯在被测相机/摄像机规定曝光时间下所成像清晰可辨；
4】根据被测相机/摄像机的曝光时间范围或标称值，取高于该曝光时间范围或标称值至少1个数量级的频率为输出频率；设置高精度时间脉冲发生器的输出该频率；
5】使用被测相机/摄像机对LED灯阵列连续拍摄若干幅图像，主控计算机采集所拍摄到的图像；
6】使用主控计算机回放所拍摄图像，查看各幅图像中所拍摄到的LED灯珠数并取平均值N；
7】使用下列公式计算曝光时间：
<mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>f</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
公式(1)中：t为曝光时间计算值；N为所拍摄到的LED平均灯珠数；f为高精度时间脉冲发生器的输出频率。
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