CN106027909B - 一种基于微机电惯性传感器与摄像机的船载视频同步采集系统及方法 - Google Patents

一种基于微机电惯性传感器与摄像机的船载视频同步采集系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统及方法，其包括：捷联安装于摄像机的微机电惯性传感器，该微机电惯性传感器能够实时采集摄像机的姿态数据，并周期性发送用以对摄像机进行曝光控制的同步触发信号；摄像机，该摄像机根据前述同步触发信号进行曝光拍摄，以采集对应的视频数据；以及分别与前述微机电惯性传感器、摄像机连接的上位机，该上位机能够对前述微机电惯性传感器、摄像机进行参数设定并同步存储前述姿态数据、视频数据。本发明专利能够利用惯性传感器发出同步触发信号控制摄像机的曝光时间，以实现惯性传感器数据与视频数据的同步采集存储，为进一步的船载视频电子稳像算法提供数据保障。

Description

一种基于微机电惯性传感器与摄像机的船载视频同步采集系 统及方法
技术领域
本发明专利涉及微机电惯性传感器技术和视频同步采集技术，具体是涉及一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统及方法。
背景技术
船载视频技术是利用船载摄像机拍摄船内人员活动，甲板或舱内货物情况以及船外海面上其他目标,以实现对感兴趣的场景进行存储记录，以及利用先进的分析技术对视频进行理解，实现更高层次的应用的技术。
同时，利用船载视频对海上目标的探测还可以有效地辅助雷达和船舶自动识别系统等传统的目标探测系统，尤其是对未安装船舶自动识别系统的不易于被雷达探测的弱小目标，对海上交通安全、海上遇险船舶和落水人员的搜寻救助、海盗入侵检测和预警等方面均具有重要的意义。然而，现有的安装在船上的成像系统均存在随着本船的航行以及海上风浪的影响而上下颠簸和摇摆，产生六自由度运动，导致图像摇摆不定，不利于人员观测以及后续的视频处理的问题，因此，研究如何对原始视频数据进行稳像处理是十分必要的。同时在利用微机电惯性传感器实时测量摄像机姿态进行辅助的电子稳像方案中，微机电惯性传感器与摄像机视频采集的同步对于保障数据质量至关重要。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统，该系统能够利用惯性传感器发出同步触发信号控制摄像机的曝光时间，进而实现惯性传感器数据与视频数据的同步采集。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统，其特征在于：
包括
捷联安装于摄像机的微机电惯性传感器，该微机电惯性传感器能够实时采集摄像机的姿态数据，并周期性发送用以对摄像机进行曝光控制的同步触发信号，所述姿态数据包括但不限于摄像机三轴加速度、摄像机三轴角速度；
摄像机，该摄像机根据前述同步触发信号进行曝光拍摄，以采集对应的视频数据；
以及分别与前述微机电惯性传感器、摄像机连接的上位机，该上位机能够对前述微机电惯性传感器、摄像机进行参数设定并同步存储前述姿态数据、视频数据。
进一步的，作为本发明的优选方案，
所述微机电惯性传感器通过USB将摄像机前述姿态数据传输至所述上位机，并通过触发线将同步触发信号传输至所述摄像机。
进一步的，作为本发明的优选方案，
所述摄像机通过USB将其根据前述同步触发信号进行曝光拍摄所采集的视频数据向上位机传输。
进一步的，作为本发明的优选方案，
所述微机电惯性传感器通过设置步长因子调节前述同步触发信号的输出频率，以实现对前述摄像机曝光频率的控制，进而控制摄像机帧率。
进一步的，作为本发明的优选方案，
所述摄像机为具备曝光时间控制接口、同步触发控制接口的工业相机。
本发明的目的还提供一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集方法，其包括如下步骤：
S1、实时采集摄像机的姿态数据，并周期性发送用以对摄像机进行曝光控制的同步触发信号，所述姿态数据包括但不限于摄像机三轴加速度、摄像机三轴角速度；
S2、根据前述同步触发信号进行曝光拍摄，以采集对应的视频数据；
S3、实时同步存储前述姿态数据、视频数据。
进一步的，作为本发明的优选方案，
所述同步触发信号通过设置步长因子调节输出频率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明专利能够利用惯性传感器发出同步触发信号控制摄像机的曝光时间，进而实现惯性传感器数据与视频数据的同步采集，为进一步的船载视频电子稳像算法提供数据保障。
附图说明
图1为本发明所述系统的电路原理结构示意图；
图2为本发明所述方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
发明设计原理：为了有效解决现有船载视频采集系统，在微机电惯性传感器与摄像机视频采集的同步方面的问题，本发明设计了一种基于微机电惯性传感器与摄像机的船载视频同步采集系统，以实现根据惯性传感器发出同步触发信号控制摄像机的曝光时间，进而实现惯性传感器数据与视频数据的同步采集。
具体的，如图1所示，所述视频同步采集系统主要包括下述三个部分，其分别为：
(1)捷联于摄像机的微机电惯性传感器，该微机电惯性传感器能够实时采集摄像机的姿态数据，并周期性发送用以对摄像机进行曝光控制的同步触发信号，并通过USB方式将前述姿态数据传输至上位机，所述姿态数据包括但不限于摄像机三轴加速度、摄像机三轴角速度，所述同步触发信号的发送周期由实际视频同步采集参数的需求随机设定；具体的，作为本发明的优选实例，所述系统中的惯性传感器，具备USB输出接口，以通过USB方式与上位机连接并向其同步传输其所采集的姿态数据，同时该惯性传感器通过数据线或称为触发线将其所设定的同步触发信号向摄像机传输；具体的，作为本发明的进一步优选实例，所述系统中的同步触发信号通过数据线直接接入摄像机触发接入端；具体的，作为本发明的进一步优选实例，所述系统中的同步触发信号可灵活通过微机电惯性传感器配置，配置方式优选采用对同步触发信号的输出频率设定步长因子的方式以实现对前述摄像机曝光频率的控制，进而控制摄像机帧率；由于微机电惯性传感器具有较高的采集传输速率，为了能够高效存储与当前时刻所采集的姿态数据一一对应的视频图像，因此可在姿态数据中设置对应的识别标识，具体的，作为本发明的进一步优选实例，所述微机电惯性传感器在向摄像机发送同步触发信号时，同步在当前时刻所采集的姿态数据中配置同步触发信号识别标识，以便于上位机实现姿态数据与视频数据同步存储。
(2)摄像机，该摄像机能够接受微机电惯性传感器的同步触发信号，并根据前述同步触发信号进行曝光拍摄，以采集对应的视频数据，并将采集到的视频数据发送至上位机；具体的，作为本发明的优选实例，所述系统中摄像机采用具有全局快门且有效像素达到1288(H)×964(V)的工业相机，通过GPIO接口接收惯性传感器发出的同步触发信号，通过USB接口将其根据前述同步触发信号进行曝光拍摄所采集的视频数据传输至上位机，以实现视频数据的有效采集；
(3)分别与前述微机电惯性传感器、摄像机连接的上位机，该上位机能够对前述微机电惯性传感器、摄像机进行参数设定并同步存储前述姿态数据、视频数据；具体的，作为本发明的优选实例，所述系统中的上位机采用性能稳定的工控机，采用USB与微机电惯性传感器以及摄像机连接，实现对微机电惯性传感器和摄像机的参数设定以及摄像机采集视频数据的同步存储；具体的，作为本发明的进一步优选实例，上位机对接收到的惯性数据即姿态数据进行标识判断，若当前时刻所接收到的姿态数据中配置有同步触发信号识别标识，则将该姿态数据与当前时刻所接收到视频数据进行同步关联存储，否则直接存储该姿态数据。
具体的工作过程：上位机启动同步采集参数配置程序即根据同步采集视频帧率的需要，配置微机电惯性传感器的步长因子以实现同步触发信号的输出频率设定；随后上位机启动采集程序，惯性传感器通过USB向上位机发送摄像机姿态数据，如三轴加速度、三轴角速度数据，同时通过触发线向摄像机发送同步触发信号，摄像机响应该同步触发信号并进行曝光且同时将其所采集的视频数据通过USB向上位机传输；若上位机判断接收到的惯性数据即姿态数据具备同步触发信号的标识，且由于每一个同步触发信号的标识可认定为对应一帧视频图像，因此进行数据关联匹配并存储，以实现惯性传感器采集数据与摄像机采集数据的同步采集与存储，为后续的电子稳像技术提供精确的数据基础并为智能视频分析提供了有力的技术支撑。
如图2，本发明的目的还提供一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集方法，其包括如下步骤：
S1、实时采集摄像机的姿态数据，并周期性发送用以对摄像机进行曝光控制的同步触发信号，所述姿态数据包括但不限于摄像机三轴加速度、摄像机三轴角速度；具体的，作为本发明的优选实例，所述同步触发信号通过设置步长因子调节输出频率；
S2、根据前述同步触发信号进行曝光拍摄，以采集对应的视频数据；
S3、实时同步存储前述姿态数据、视频数据。
作为本发明的优选实例，所述方法在向摄像机发送同步触发信号时，同步在当前时刻所采集的姿态数据中配置同步触发信号识别标识，以便于实现姿态数据与视频数据同步存储。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统，其特征在于：
包括
捷联安装于摄像机的微机电惯性传感器，该微机电惯性传感器能够实时采集摄像机的姿态数据，并周期性发送用以对摄像机进行曝光控制的同步触发信号；所述微机电惯性传感器在向摄像机发送同步触发信号时，同步在当前时刻所采集的姿态数据中配置同步触发信号识别标识；
摄像机，该摄像机能够根据前述同步触发信号进行曝光拍摄，并采集对应的视频数据；
以及分别与前述微机电惯性传感器、摄像机连接的上位机，该上位机能够对前述微机电惯性传感器、摄像机进行参数设定并同步存储前述姿态数据、视频数据。
2.根据权利要求1所述的基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统，其特征在于：
所述微机电惯性传感器通过USB将摄像机前述姿态数据传输至所述上位机，并通过触发线将同步触发信号传输至所述摄像机。
3.根据权利要求1所述的基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统，其特征在于：
所述微机电惯性传感器通过设置步长因子调节前述同步触发信号的输出频率，以实现对前述摄像机曝光频率的控制。
4.根据权利要求1所述的基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统，其特征在于：
所述摄像机通过USB将其根据前述同步触发信号进行曝光拍摄所采集的视频数据向上位机传输。
5.根据权利要求1所述的基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集系统，其特征在于：
所述摄像机为具备曝光时间控制接口、同步触发控制接口的工业相机。
6.一种基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集方法，其特征在于：
其包括如下步骤：
S1、微机电惯性传感器实时采集摄像机的姿态数据，并周期性发送用以对摄像机进行曝光控制的同步触发信号，所述微机电惯性传感器在向摄像机发送同步触发信号时，同步在当前时刻所采集的姿态数据中配置同步触发信号识别标识；所述姿态数据包括但不限于摄像机三轴加速度、摄像机三轴角速度；
S2、根据前述同步触发信号进行曝光拍摄，以采集对应的视频数据；
S3、实时同步存储前述姿态数据、视频数据。
7.根据权利要求6所述的基于微机电惯性传感器与摄像机的视频同步采集方法，其特征在于：
所述同步触发信号通过设置步长因子调节输出频率。
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