CN105530433A - 多相机系统的取像同步控制装置 - Google Patents

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任云涛
龚秋明
杜修力
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Abstract

本发明涉及一种多相机系统的取像同步控制装置，该取像同步控制装置包括主控计算机、触发控制单元、一个或多个图像采集单元、和一个或多个取像装置；触发控制单元用于接收主控计算机的取像指令，并且按照预先设定的脉冲周期和脉冲宽度发出脉冲信号至一个或多个取像装置进行取像；一个或多个图像采集单元，用于采集所对应的取像装置中的取像数据，并且以预设格式的文件名进行存储。本发明提出的多相机系统的取像同步控制装置，可以精确控制多个相机的曝光时间，保证多个相机获取的影像在时间、空间上的一致性。

Description

多相机系统的取像同步控制装置
技术领域
本发明涉及拍摄技术领域，尤其涉及一种多相机系统的取像同步控制装置。
背景技术
多个拍照装置，即多个相机组成的系统广泛应用于立体视觉、三维成像、多点取像的空间位置测量以及大视野并行取像等场合，并具备广阔的发展前景。在这些采用多相机系统来执行测量和健康的应用中，往往要求多相机的图像采集是同步的，由此使得多个相机的投影中心相重合，并便于后期的图像处理。
发明内容
如何精确控制多个相机的曝光时间，保证多个相机获取的影像在时间、空间上的一致性非常重要。
根据本发明的实施例，提供了一种多相机系统的取像同步控制装置，包括：主控计算机、触发控制单元、一个或多个图像采集单元、和一个或多个取像装置；
所述触发控制单元，用于接收所述主控计算机的取像指令，并且按照预先设定的脉冲周期和脉冲宽度发出脉冲信号至一个或多个取像装置进行取像；
所述一个或多个图像采集单元，用于采集所对应的所述取像装置中的取像数据，并且以预设格式的文件名进行存储；
其中，所述触发控制单元、以及所述一个或多个图像采集单元由所述主控计算机通过运行主控软件进行监控；所述主控计算机通过通讯网络与所述触发控制单元、以及所述一个或多个图像采集单元连接。
根据一种实施例，每个图像采集单元被配置为由具有磁盘阵列的计算机、图像采集卡、取像装置和采集控制软件组成的设备。
根据一种实施例，所述预设格式为至少以下一项：
图像采集单元编号的格式；
任意字符串与所述图像采集单元编号的格式；或
任意字符串、间隔符与所述图像采集单元编号的格式；
其中，所述图像采集单元编号为根据所述一个或多个取像装置的空间位置按照一定方向顺次编号。
根据一种实施例，所述通讯网络包括RS-485总线或以太网。
根据一种实施例，所述触发控制单元包括以下至少一项：
驱动与信号分配单元，用于接收所述脉冲信号，并且生成对一个或多个所述取像装置进行驱动的驱动信号；
一个或多个级联驱动与信号分配单元，用于接收所述驱动与信号分配单元转发的所述脉冲信号，并且生成对一个或多个所述取像装置进行驱动的驱动信号；
其中，所述驱动与信号分配单元包括用于将所述脉冲信号发送给所述级联驱动与信号分配单元的级联信号输出接口。
根据一种实施例，每个取像装置包括全帧相机或逐行相机。
根据一种实施例，所述脉冲宽度被确定为小于或等于所述一个或多个取像装置所设定的曝光时间，所述曝光时间小于或等于所述一个或多个取像装置所允许的最长曝光时间中的最小值。
根据一种实施例，所述脉冲周期被确定为大于或等于所述一个或多个取像装置在所述曝光时间下连续取像时的最长取像周期。
根据本发明的实施例，多相机系统的取像同步控制装置可以精确控制多个相机的曝光时间，保证多个相机获取的影像在时间、空间上的一致性。
附图说明
本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出的实施方式及其描述用来解释本发明的原理。在附图中：
图1是段隧道在二维坐标系中的状态示意图；
图2是根据本发明实施例的多相机系统的取像同步控制装置的结构框图；
图3是根据本发明另一实施例的多相机系统的取像同步控制装置的结构框图；
图4是根据本发明的示例性实施例，可用于实现多相机系统的取像同步控制装置的内部组件的方框图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素和部件的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
图1示出了一段隧道10的示意图，根据本发明的实施例可以应用于其中。为了确保工程质量和满足规定的安全标准，在隧道10的施工过程中和完工之后，可以对其进行检测，以发现其内表面可能存在的裂缝、突起、漏水区域等。这种检测可以通过使用一个或多个运动平台(例如机械或电力驱动的小车)来进行，每个运动平台上可以分别安装有一个或多个拍照单元等，并且可以沿着隧道的延伸方向(在图1的示例中是Y轴方向)行进。隧道10内还可以设置轨道20等，以使运动平台能够更容易和准确地沿预定方向行进。应当注意，虽然在以下说明中以隧道检测作为示例来便于阐述本申请的技术方案，但是本发明的范围不限于此；有关的多相机系统的取像同步控制系统可以适用于各种应用场合，尤其是多相机拍摄的场合。
图2示出了根据本发明的示例性实施例，用于对隧道10的内表面进行取像的一种多相机系统的取像同步控制装置的示意图。该多相机系统的取像同步控制装置包括：主控计算机100、触发控制单元200、图像采集单元300以及取像装置400。
触发控制单元200用于接收主控计算机100的取像指令，并且按照预先设定的脉冲周期和脉冲宽度发出的脉冲信号至取向装置400进行取像，而且，触发控制单元200可以通过增强脉冲信号来提高驱动的取像装置400的数量。在一种实施例中，脉冲宽度被确定为小于或等于取像装置400所设定的曝光时间，曝光时间小于或等于取像装置400所允许的最长曝光时间中的最小值。在一种实施例中，脉冲周期被确定为大于或等于取像装置400在曝光时间下连续取像时的最长取像周期。
图像采集单元300可以为一个或多个。每个图像采集单元300被配置为由具有磁盘阵列的计算机、图像采集卡、取像装置和采集控制软件组成的设备。图像采集单元300用于采集所对应的取像装置400中的取像数据，并且以预设格式作为文件名进行存储。在一种实施例中，预设格式为至少以下一项：图像采集单元编号的格式；任意字符串与图像采集单元编号的格式；任意字符串、间隔符(例如空格、下划线，可以起到间隔作用的标识符号)与图像采集单元编号的格式；其中，每个图像采集单元编号为根据一个或多个取像装置的空间位置按照一定方向顺次编号。通过以预设格式进行存储的方式提高了后续通过图像采集单元编号(图像采集单元编号对应着图像的相对位置)调用与拼接图像的高效性。
在一种实施例中，取像装置400可以为一个或者多个。取像装置400可以是数字式相机，例如使用CCD或者CMOS元件作为感光元件的相机。在一种实施例中，取像装置400包括全帧相机或逐行相机。取像装置400每次曝光时拍摄目标对象上的一段线状区域(例如宽度小于1毫米的区域)。在一种实施例中，取像装置400具备外触发的电子快门，并且接受由触发控制单元200控制其取像周期的操作。
图3示出了根据本发明的示例性实施例，用于对隧道10的内表面进行取像的一种多相机系统的取像同步控制装置中触发控制单元200的结构示意图。触发控制单元200包括驱动与信号分配单元201用于接收触发控制单元200发出的脉冲信号，并且生成对一个或多个取像装置400进行驱动的驱动信号。在一种实施例中，触发控制单元，还可以包括级联驱动与信号分配单元202，级联驱动与信号分配单元202可以为一个或者多个，用于接收通过驱动与信号分配单元201转发的脉冲信号，并且生成对一个或多个取像装置400(连接在级联驱动与信号分配单元202上)进行驱动的驱动信号；其中，驱动与信号分配单元201包括用于将脉冲信号发送给级联驱动与信号分配单元202的级联信号输出接口。
多相机系统的取像同步控制装置中各个部件之间的连接可以采用多种形式，既可以是有线连接，也可以是无线连接。
综上所述，根据本发明实施例提供的多相机系统的取像同步控制装置可以包括：主控计算机、触发控制单元、一个或多个图像采集单元、和一个或多个取像装置；触发控制单元用于接收主控计算机的取像指令，并且按照预先设定的脉冲周期和脉冲宽度发出脉冲信号至一个或多个取像装置进行取像；一个或多个图像采集单元，用于采集所对应的取像装置中的取像数据，并且以预设格式的文件名进行存储；其中，触发控制单元、以及一个或多个图像采集单元由主控计算机通过运行主控软件进行监控；主控计算机通过通讯网络(通讯网络可以包括RS-485总线或以太网)与触发控制单元、以及一个或多个图像采集单元连接。根据本发明的实施例，可以精确控制多个相机的曝光时间，保证多个相机获取的影像在时间、空间上的一致性。
根据本发明的实施例，多相机系统的取像同步控制装置的工作类型分为启动取像与停止取像。
启动取像为每次取像为从主控计算机向所有图像采集单元发出带有文件名的开始取像指令；图像采集单元收到取像指令后启动图像采集操作并以收到的文件名、间隔符与该图像采集单元编号为文件名的形式进行存储，同时向主控计算机发回开始取像应答；其中，图像采集单元收到取像命令的时间虽然有先后，但此时由于取像装置没有触发信号，取像装置并没有图像数据输出给采集卡。当主控计算机收到所有图像采集单元的开始取像应答后，向触发控制单元发送开始取像指令；触发控制单元收到取像指令后开始将触发信号输出给各图像采集单元的取像装置(或者给采集卡，采集卡再触发取像装置)，在触发信号的控制下，取像装置产生曝光并将图像数据送给采集卡后进行存储。
停止取像为从主控计算机向触发控制单元发送停止取像指令；触发控制单元收到停止取像指令命令后，停止触发信号的输出，之后向主控计算机发回停止取像应答，当取像装置接收不到触发信号时，取像装置不再产生曝光和图像输出；主控计算机在收到触发控制单元的停止取像应答后，向所有图像采集单元发送停止取像指令，图像采集单元收到停止取像指令后，停止图像采集、关闭存储文件。
通过本发明提出的多相机系统的取像同步控制装置，可以实现多台取像装置高速图像采集的精确同步，随意控制启、停采集及其存储的文件名，且控制简单、方便；而且，虽然取像装置高速拍摄时要求的存储带宽很高，但各取像装置的存储独立进行，带宽需求没有叠加效应。
本发明的各个部件可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。图4是根据本发明的示例性实施例，可用于实现多相机系统的取像同步控制装置的内部组件的方框图。该取像同步控制装置例如可以是工作站。该取像同步控制装置包括总线409，用于连接下述各个组件。该取像同步控制装置包括处理器405，处理器405例如可以是分别具有一个或多个处理核心的一个或多个中央处理单元(CPU)，或者一个或多个图形处理单元，或者其他处理元件，例如数字信号处理器(DSP)。该取像同步控制装置可以包括缓存406，缓存可以耦合到处理器405或者集成到处理器405中作为其组成部分。该取像同步控制装置可以包括系统存储器，例如只读存储器(ROM)403和随机存取存储器(RAM)404。该取像同步控制装置还可以包括存储设备(也称为外部存储器)402，存储设备402可以是非易失性计算机可读介质，例如光盘、磁盘(例如硬盘或软盘驱动器)、磁光盘、闪存等。数据可以从存储设备402、ROM403或RAM404拷贝到缓存406，以免处理器405等待数据所造成的延迟并从而改善总体性能。
该取像同步控制装置可以包括至少一个输入设备401，用于用户与该处理装置之间的交互。输入设备401例如可以包括键盘、鼠标、运动输入器件、图像捕捉元件、重力传感器、声音接收元件、触摸屏等。该取像同步控制装置还可以包括至少一个输出设备408。输出设备408可以是本领域公知的输出机构，例如扬声器、蜂鸣器、闪光灯、图像投影单元、振动输出元件、屏幕或触摸屏等。该取像同步控制装置还可以包括用于以有线或无线方式进行数据通信的通信接口407。例如，通信接口407可以包括基于各种蜂窝协议、WiFi、蓝牙、红外或近场通信(NFC)而发送和接收数据的天线，和/或包括基于USB(包括micro-USB、mini-USB等)、FireWire、HDMI、Lightening等协议的硬件插口。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变形，这样的修改和变形均落入由所述权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种多相机系统的取像同步控制装置，该取像同步控制装置包括：主控计算机、触发控制单元、一个或多个图像采集单元、和一个或多个取像装置；
所述触发控制单元，用于接收所述主控计算机的取像指令，并且按照预先设定的脉冲周期和脉冲宽度发出脉冲信号至一个或多个取像装置进行取像；
所述一个或多个图像采集单元，用于采集所对应的所述取像装置中的取像数据，并且以预设格式的文件名进行存储；
其中，所述触发控制单元、以及所述一个或多个图像采集单元由所述主控计算机通过运行主控软件进行监控；所述主控计算机通过通讯网络与所述触发控制单元、以及所述一个或多个图像采集单元连接。
2.根据权利要求1所述的取像同步控制装置，其中，每个图像采集单元被配置为由具有磁盘阵列的计算机、图像采集卡、取像装置和采集控制软件组成的设备。
3.根据权利要求1所述的取像同步控制装置，其中，所述预设格式为至少以下一项：
图像采集单元编号的格式；
任意字符串与所述图像采集单元编号的格式；或
任意字符串、间隔符与所述图像采集单元编号的格式；
其中，所述图像采集单元编号为根据所述一个或多个取像装置的空间位置按照一定方向顺次编号。
4.根据权利要求1所述的取像同步控制装置，其中，所述通讯网络包括RS-485总线或以太网。
5.根据权利要求1所述的取像同步控制装置，其中，所述触发控制单元包括以下至少一项：
驱动与信号分配单元，用于接收所述脉冲信号，并且生成对一个或多个所述取像装置进行驱动的驱动信号；
一个或多个级联驱动与信号分配单元，用于接收通过所述驱动与信号分配单元转发的所述脉冲信号，并且生成对一个或多个所述取像装置进行驱动的驱动信号；
其中，所述驱动与信号分配单元包括用于将所述脉冲信号发送给所述级联驱动与信号分配单元的级联信号输出接口。
6.根据权利要求1所述的取像同步控制装置，其中，每个取像装置包括全帧相机或逐行相机。
7.根据权利要求1所述的取像同步控制装置，其中，所述脉冲宽度被确定为小于或等于所述一个或多个取像装置所设定的曝光时间，所述曝光时间小于或等于所述一个或多个取像装置所允许的最长曝光时间中的最小值。
8.根据权利要求1所述的取像同步控制装置，其中，所述脉冲周期被确定为大于或等于所述一个或多个取像装置在所述曝光时间下连续取像时的最长取像周期。
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