CN107257435A - 一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法 - Google Patents

一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法，属于天文技术与视频监控技术领域。本发明包括天文图像采集相机、监视相机、工作站、回馈信号光电隔离电路、触发信号光电隔离电路Ⅰ、触发信号光电隔离电路Ⅱ及望远镜控制系统。本发明对USB3.0相机、GigE相机在同一台工作站上进行二次技术开发，使得两台相机在望远镜控制系统输出的相机图像采集信号的触发下进行图像的采集、显示、存储。该发明既能保证天文用USB3.0相机与监视用GigE相机工作的独立性，又能实现对USB3.0相机的图像采集、显示和存储的同时实现GigE相机监视的快捷控制。

Description

一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法，属于天文技术与视频监控技术领域。
背景技术
目前国内对于多相机的使用，大多使用相同的相机，如: 安防监控中多相机图像拼接、基于机器视觉的产品检测、基于多相机的人脸识别、三维目标重建等，相同相机的接口类型、使用环境及开发平台也是一样的，使用相同的相机既便于统一开发，也便于使用。然而在中科院各个天文台的观测站的观测中既要实现对天文图像的观测又要对望远镜等设备情况进行监视。所以就不可避免的要使用至少两台不同类型的相机分别进行图像的采集及设备的监视。
对于天文目标的观测属于科学研究领域，会使用高分辨率、高动态范围的科学级相机。科学级的相机价格都比较昂贵。而对于设备的监视来说，使用普通工业相机即可满足需求。不同的类型的相机对应的数据传输接口是不一样的、相机所对应的生产厂家也可能是不一样的，这样便会增加开发及控制的难度。在对不同厂家、不同类型相机的开发及控制当中，对于两个相机分别采用两台工作站进行输出显示及相应的存储也可以，但随之成本也会增加。若是在一台工作站上分两个软件分别进行两台相机的独立采集及显示，那么会增加操作的繁琐性。
在实际的天文观测与设备监视的控制中，对于设备控制信号传输当中的安全性要求比较高，也要充分考虑到触发线路的抗干扰能力，这对于提升整个系统的安全性与可靠性非常重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法，以解决两台不同接口类型、不同开发平台的相机在同一台工作站上统一、快捷控制的问题。
本发明技术方案是：一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法，包括图像采集相机1、监视相机2、工作站3、回馈信号光电隔离电路4、触发信号光电隔离电路Ⅰ6、触发信号光电隔离电路Ⅱ7及望远镜控制系统5；其中图像采集相机1与监视相机2连接到观测室的工作站3上，工作站3经过回馈信号光电隔离电路4连接望远镜控制系统5，望远镜控制系统5分别通过触发信号光电隔离电路Ⅱ7、触发信号光电隔离电路Ⅰ6连接图像采集相机1、监视相机2；
当图像采集相机1、监视相机2接收到由望远镜控制系统5分别经触发信号光电隔离电路Ⅱ7、触发信号光电隔离电路Ⅰ6发送的图像采集触发信号后，图像采集相机1、监视相机2采集图像，并将图像传送到工作站3；当图像采集相机1采集完成后，工作站3通过回馈信号光电隔离电路4发送图像采集完成信号到望远镜控制系统5，结束采集任务时，望远镜控制系统5发送结束脉冲信号，当两相机接收到结束脉冲信号后，分别结束相机当前帧图像采集任务完成后即分别结束两相机的图像采集、显示、存储。
所述图像采集相机1的接口类型为USB3.0接口，监视相机2接口类型为GigE接口；图像采集相机1采用天文相机、监视相机2采用工业相机；在windows操作系统下两相机对应软件开发包支持的同一开发软件工具配置信息不同，图像采集相机1、监视相机2配置信息使用的开发软件编译设置为一个基于x64，一个基于win32，相机的库文件分别基于64位和32位编译器。
所述的图像采集相机1的图像采集、显示、存储与监视相机2的图像采集、显示、存储是相互独立的，两个相机的控制与图像采集是在各自的平台上独立运行的。
一种天文图像采集与设备监视系统的控制方法：图像采集相机1与监视相机2的采集方式为工作站3在启动图像采集相机1与监视相机2并完成相应的参数配置后发送信号给望远镜控制系统5，由望远镜控制系统5分别发送两路脉冲信号给图像采集相机1与监视相机2，图像采集相机1开始其单帧模式下的图像采集、显示、存储，监视相机2开始其视频模式下的显示、存储；图像采集相机1每接收到一个脉冲信号就采集一幅天文图像，采集完成后由工作站3通过回馈信号光电隔离电路4发送回馈信号给望远镜控制系统5，并同时使图像采集相机1处于等待状态直到下一个脉冲信号的到来，脉冲信号的产生时间、产生个数由用户对望远镜控制系统5的设置决定；监视相机2的采集方式为相机接收到望远镜控制系统5发送来的脉冲信号即开始进行对望远镜图像的显示、存储。
所述控制方法的具体步骤如下：
A、将图像采集相机1和监视相机2连接到同一台工作站3上，当监视相机2打开时，能同时打开图像采集相机1；然后分别在图像采集相机1和监视相机2的界面上对相机进行相应的参数配置并使相机处于等待触发信号的状态；
B、通过望远镜控制系统5分别发送两路脉冲信号给两相机，一路经过触发信号光电隔离电路Ⅰ6进行光电隔离及驱动后传输给监视相机2以触发其开始设备的监视及图像存储，另一路信号经过触发信号光电隔离电路Ⅱ7进行光电隔离及驱动后传输给图像采集相机1以触发其开始图像的采集、显示、存储；监视相机2接收到开始脉冲信号后立即开始对望远镜设备监视的实时显示、存储，直到结束脉冲信号到来时才结束任务；图像采集相机1接收到望远镜控制系统5一次脉冲信号就以最新设置的曝光时间、增益参数采集一帧图像；
C、图像采集相机1采集完成时由工作站3通过回馈信号光电隔离电路4发送回馈信号给望远镜控制系统5，然后图像采集相机1继续处于等待触发状态，图像采集相机1接收到一次触发信号就采集一帧图像；
D、最后由望远镜控制系统5发送结束脉冲信号，当两相机接收到结束脉冲信号后，分别结束相机当前帧图像采集任务完成后即分别结束两相机的图像采集、显示、存储；最后退出采集系统程序。
所述步骤A中，图像采集相机1的图像采集与显示设置为帧频模式，并设置其曝光时间、增益参数；监视相机2工作在视频模式，设置其采集速度，保存文件类型参数。
本发明的有益效果是：主要用于对两台不同接口类型、不同开发平台的相机在同一台工作站上进行统一、快捷的控制。对于两个相机不同开发平台的程序在开发过程中保证他们程序平台设置的独立性，在系统工作时又能够在不影响其相互独立性的基础上使得两个不同开发平台的相机能够同时启动并在外触发信号的作用下以各自的采集设置开始图像的采集、显示、存储，使得工作人员对两相机的操作能够方便、快捷。本发明所述的不同接口类型相机为常用的与计算机连接的两种不同相机接口类型。
附图说明
图1是天文图像采集与设备监视系统硬件连接图；
图2为实施例2的硬件连接图；
图3是回馈信号光电隔离电路中信号的光电隔离电路图；
图4是触发信号光电隔离电路中信号的光电隔离电路图；
图5是天文图像采集与设备监视系统工作流程图；
图1-2中各标号：1-图像采集相机、2-监视相机、3-工作站、4-回馈信号光电隔离电路、5-望远镜控制系统、6-触发信号光电隔离电路Ⅰ、7-触发信号光电隔离电路Ⅱ、8-图像采集相机Ⅰ、9-触发信号光电隔离电路Ⅲ。天文相机为USB3.0接口相机，工业相机为GigE接口相机，望远镜控制系统（5）由通用微处理器及其附加电路、运动控制卡及其相关附加电路构成。
图3中Vin1为输入端、L1为BT202发光二极管、R1为330Ω电阻、虚线框部分为TLP521光电耦合器、R2为550Ω电阻、Vout1为输出端。图中Vin1端连接工作站（3），Vout1端连接望远镜控制系统（5）。
图4中Vin2为输入端、L2为BT202发光二极管、R3为330Ω电阻、虚线框部分为TLP521光电耦合器、R4为550Ω电阻、Vout2为输出端。图中Vin2端连接望远镜控制系统（5），Vout2端连接工作站（3）；图4与图5不共电源，接地端不共地。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-5所示，一种天文图像采集与设备监视系统及其控制方法，包括图像采集相机1、监视相机2、工作站3、回馈信号光电隔离电路4、触发信号光电隔离电路Ⅰ6、触发信号光电隔离电路Ⅱ7及望远镜控制系统5；其中图像采集相机1与监视相机2连接到观测室的工作站3上，工作站3经过回馈信号光电隔离电路4连接望远镜控制系统5，望远镜控制系统5分别通过触发信号光电隔离电路Ⅱ7、触发信号光电隔离电路Ⅰ6连接图像采集相机1、监视相机2；
当图像采集相机1、监视相机2接收到由望远镜控制系统5分别经触发信号光电隔离电路Ⅱ7、触发信号光电隔离电路Ⅰ6发送的图像采集触发信号后，图像采集相机1、监视相机2采集图像，并将图像传送到工作站3；当图像采集相机1采集完成后，工作站3通过回馈信号光电隔离电路4发送图像采集完成信号到望远镜控制系统5，结束采集任务时，望远镜控制系统5发送结束脉冲信号，当两相机接收到结束脉冲信号后，分别结束相机当前帧图像采集任务完成后即分别结束两相机的图像采集、显示、存储。
作为本发明的进一步方案，所述图像采集相机1的接口类型为USB3.0接口，监视相机2接口类型为GigE接口；图像采集相机1采用天文相机、监视相机2采用工业相机；在windows操作系统下两相机对应软件开发包支持的同一开发软件工具配置信息不同，图像采集相机1、监视相机2配置信息使用的开发软件编译设置为一个基于x64，一个基于win32，相机的库文件分别基于64位和32位编译器。
作为本发明的进一步方案，所述的图像采集相机1的图像采集、显示、存储与监视相机2的图像采集、显示、存储是相互独立的，两个相机的控制与图像采集是在各自的平台上独立运行的。
作为本发明的进一步方案，所述的望远镜控制系统5可以由通用微处理器及其附件电路、运动控制卡及其相关附加电路构成，该控制系统可由微处理器按望远镜观测控制要求产生相机图像采集的触发脉冲信号；此外，该控制系统也接收来自工作站的图像采集完成信号。
一种天文图像采集与设备监视系统的控制方法：图像采集相机1与监视相机2的采集方式为工作站3在启动图像采集相机1与监视相机2并完成相应的参数配置后发送信号给望远镜控制系统5，由望远镜控制系统5分别发送两路脉冲信号给图像采集相机1与监视相机2，图像采集相机1开始其单帧模式下的图像采集、显示、存储，监视相机2开始其视频模式下的显示、存储；图像采集相机1每接收到一个脉冲信号就采集一幅天文图像，采集完成后由工作站3通过回馈信号光电隔离电路4发送回馈信号给望远镜控制系统5，并同时使图像采集相机1处于等待状态直到下一个脉冲信号的到来，脉冲信号的产生时间、产生个数由用户对望远镜控制系统5的设置决定；监视相机2的采集方式为相机接收到望远镜控制系统5发送来的脉冲信号即开始进行对望远镜图像的显示、存储，监视相机2的实时显示部分与存储部分均是以视频模式进行。
作为本发明的进一步方案，所述控制方法的具体步骤如下：
A、将图像采集相机1和监视相机2连接到同一台工作站3上，当监视相机2打开时，能同时打开图像采集相机1；然后分别在图像采集相机1和监视相机2的界面上对相机进行相应的参数配置并使相机处于等待触发信号的状态；
具体设计时，使用通用开发工具软件并利用相机自带的软件开发包，在监视相机2的初始化程序中添加相应代码完成对使用图像采集相机1图像采集程序入口执行代码的调用，然后分别编写相应的界面程序以实现在监视相机运行的同时打开天文图像采集相机程序，即所述天文图像采集与设备监视系统运行时，能同时打开图像采集相机1和监视相机2及其相机界面，然后分别在图像采集相机1和监视相机2的界面上对相机进行相应的参数配置并使相机处于等待触发信号的状态；图像采集相机1的图像采集与显示需设置为帧频模式，并设置其曝光时间、增益等参数。监视相机2工作在视频模式，需设置其采集速度，保存文件类型等参数。
B、通过望远镜控制系统5分别发送两路脉冲信号给两相机，一路经过触发信号光电隔离电路Ⅰ6进行光电隔离及驱动后传输给监视相机2以触发其开始设备的监视及图像存储，另一路信号经过触发信号光电隔离电路Ⅱ7进行光电隔离及驱动后传输给图像采集相机1以触发其开始图像的采集、显示、存储；监视相机2接收到开始脉冲信号后立即开始对望远镜设备监视的实时显示、存储，直到结束脉冲信号到来时才结束任务；图像采集相机1接收到望远镜控制系统5一次脉冲信号就以最新设置的曝光时间、增益参数采集一帧图像；
C、图像采集相机1采集完成时由工作站3通过回馈信号光电隔离电路4发送回馈信号给望远镜控制系统5，然后图像采集相机1继续处于等待触发状态，图像采集相机1接收到一次触发信号就采集一帧图像；
D、最后由望远镜控制系统5发送结束脉冲信号，当两相机接收到结束脉冲信号后，分别结束相机当前帧图像采集任务完成后即分别结束两相机的图像采集、显示、存储；最后退出采集系统程序。
实施例2：如图1-5所示，一种天文图像采集与设备监视系统，该实施例由图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8、监视相机2、一台工作站3、一个望远镜控制系统5、一个回馈信号光电隔离电路4及三个触发信号光电隔离电路组成；其中图像采集相机1 、图像采集相机Ⅰ8与监视相机2分别通过数据传输线连接到观测室的工作站3上，工作站3经过回馈信号光电隔离电路4连接望远镜控制系统5，望远镜控制系统5分别通过触发信号光电隔离电路Ⅱ7、触发信号光电隔离电路Ⅲ9、触发信号光电隔离电路Ⅰ6连接图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8与监视相机2。
所述天文图像采集与设备监视系统的控制方法的具体步骤如下：
A、使用图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8和监视相机2相应的数据线将两相机连接到同一台工作站上，使用通用开发工具软件并利用相机自带的软件开发包，在监视相机3的初始化程序中添加相应代码完成对两台图像采集相机图像采集程序入口执行代码的调用，然后分别编写相应的界面程序以实现在监视相机运行的同时打开天文图像采集相机程序，然后分别在图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8和监视相机2的界面上对相机进行相应的参数配置并使相机处于等待触发信号的状态；图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8的图像采集与显示需设置为帧频模式，并设置其曝光时间、增益等参数。监视相机2工作在视频模式，需设置其采集速度，保存文件类型等参数。
B、通过望远镜控制系统5分别发送三路脉冲信号，三路脉冲信号分别经过触发信号光电隔离电路Ⅱ7、触发信号光电隔离电路Ⅲ9 、触发信号光电隔离电路Ⅰ6进行光电隔离及驱动后传输给图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8、监视相机2；监视相机2接收到开始脉冲信号后立即开始对设备监视的实时显示、存储，直到结束脉冲信号到来时才结束任务；图像采集相机1 、图像采集相机Ⅰ8接收到望远镜控制系统5一次脉冲信号就以最新设置的曝光时间、增益等参数采集一帧图像。
C、图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8采集完成时分别由工作站3发送各自回馈信号给望远镜控制系统5，然后相机继续处于等待触发状态，图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8接收到一次触发信号就采集一次图像。
D、由望远镜控制系统5发送结束脉冲信号，当两相机接收到结束脉冲信号后，分别结束相机当前帧图像采集任务完成后即分别结束两相机的图像采集、显示、存储。最后单击程序关闭按钮即可退出采集系统程序。
图像采集相机1、图像采集相机Ⅰ8、监视相机2与工作站3之间的数据传输是相互独立的。
所述的望远镜控制系统5由通用微处理器及其附件电路、运动控制卡及其相关附加电路构成，该控制系统可由微处理器按望远镜观测控制要求产生相机图像采集的触发脉冲信号；此外，该控制系统也接收来自工作站的图像采集完成信号。
如图3所示为触发信号光电隔离电路的光电隔离电路图，其中Vin1输入端连接望远镜控制系统5，Vout2端连接相机，当望远镜控制系统5的触发信号到来时发光二极管L1即发出红光，光电耦合器TLP521将望远镜控制系统5与相机端进行光电隔离以减小触发脉冲信号传输过程的电路干扰、保证在望远镜控制系统5对相机进行触发控制的安全性，电源Vc1端的电阻R2作用为驱动电路运行。
如图4所示为回馈信号光电隔离电路中信号的光电隔离电路图，其中Vin1输入端连接工作站3，Vout2端连接望远镜控制系统5，当工作站3回馈信号到来时发光二极管L2即发出红光，光电耦合器TLP521将工作站3与望远镜控制系统5进行光电隔离以减小回馈信号传输过程的电路干扰、增加电路安全性，电源Vc2端的电阻R4作用为驱动电路运行。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种天文图像采集与设备监视系统，其特征在于：包括图像采集相机（1）、监视相机（2）、工作站（3）、回馈信号光电隔离电路（4）、触发信号光电隔离电路Ⅰ（6）、触发信号光电隔离电路Ⅱ（7）及望远镜控制系统（5）；其中图像采集相机（1）与监视相机（2）连接到观测室的工作站（3）上，工作站（3）经过回馈信号光电隔离电路（4）连接望远镜控制系统（5），望远镜控制系统（5）分别通过触发信号光电隔离电路Ⅱ（7）、触发信号光电隔离电路Ⅰ（6）连接图像采集相机（1）、监视相机（2）；
当图像采集相机（1）、监视相机（2）接收到由望远镜控制系统（5）分别经触发信号光电隔离电路Ⅱ（7）、触发信号光电隔离电路Ⅰ（6）发送的图像采集触发信号后，图像采集相机（1）、监视相机（2）采集图像，并将图像传送到工作站（3）；当图像采集相机（1）采集完成后，工作站（3）通过回馈信号光电隔离电路（4）发送图像采集完成信号到望远镜控制系统（5），结束采集任务时，望远镜控制系统（5）发送结束脉冲信号，当两相机接收到结束脉冲信号后，分别结束相机当前帧图像采集任务完成后即分别结束两相机的图像采集、显示、存储。
2.根据权利要求1所述的天文图像采集与设备监视系统，其特征在于：所述图像采集相机（1）的接口类型为USB3.0接口，监视相机（2）接口类型为GigE接口；图像采集相机（1）采用天文相机、监视相机（2）采用工业相机；在windows操作系统下两相机对应软件开发包支持的同一开发软件工具配置信息不同，图像采集相机（1）、监视相机（2）配置信息使用的开发软件编译设置为一个基于x64，一个基于win32，相机的库文件分别基于64位和32位编译器。
3.根据权利要求1所述的天文图像采集与设备监视系统，其特征在于：所述的图像采集相机（1）的图像采集、显示、存储与监视相机（2）的图像采集、显示、存储是相互独立的，两个相机的控制与图像采集是在各自的平台上独立运行的。
4.一种权利要求1-3任一项所述的天文图像采集与设备监视系统的控制方法，其特征在于：图像采集相机（1）与监视相机（2）的采集方式为工作站（3）在启动图像采集相机（1）与监视相机（2）并完成相应的参数配置后发送信号给望远镜控制系统（5），由望远镜控制系统（5）分别发送两路脉冲信号给图像采集相机（1）与监视相机（2），图像采集相机（1）开始其单帧模式下的图像采集、显示、存储，监视相机（2）开始其视频模式下的显示、存储；图像采集相机（1）每接收到一个脉冲信号就采集一幅天文图像，采集完成后由工作站（3）通过回馈信号光电隔离电路（4）发送回馈信号给望远镜控制系统（5），并同时使图像采集相机（1）处于等待状态直到下一个脉冲信号的到来，脉冲信号的产生时间、产生个数由用户对望远镜控制系统（5）的设置决定；监视相机（2）的采集方式为相机接收到望远镜控制系统（5）发送来的脉冲信号即开始进行对望远镜图像的显示、存储。
5.根据权利要求4所述的天文图像采集与设备监视系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法的具体步骤如下：
A、将图像采集相机（1）和监视相机（2）连接到同一台工作站（3）上，当监视相机（2）打开时，能同时打开图像采集相机（1）；然后分别在图像采集相机（1）和监视相机（2）的界面上对相机进行相应的参数配置并使相机处于等待触发信号的状态；
B、通过望远镜控制系统（5）分别发送两路脉冲信号给两相机，一路经过触发信号光电隔离电路Ⅰ（6）进行光电隔离及驱动后传输给监视相机（2）以触发其开始设备的监视及图像存储，另一路信号经过触发信号光电隔离电路Ⅱ（7）进行光电隔离及驱动后传输给图像采集相机（1）以触发其开始图像的采集、显示、存储；监视相机（2）接收到开始脉冲信号后立即开始对望远镜设备监视的实时显示、存储，直到结束脉冲信号到来时才结束任务；图像采集相机（1）接收到望远镜控制系统（5）一次脉冲信号就以最新设置的曝光时间、增益参数采集一帧图像；
C、图像采集相机（1）采集完成时由工作站（3）通过回馈信号光电隔离电路（4）发送回馈信号给望远镜控制系统（5），然后图像采集相机（1）继续处于等待触发状态，图像采集相机（1）接收到一次触发信号就采集一帧图像；
D、最后由望远镜控制系统（5）发送结束脉冲信号，当两相机接收到结束脉冲信号后，分别结束相机当前帧图像采集任务完成后即分别结束两相机的图像采集、显示、存储；最后退出采集系统程序。
6.根据权利要求5所述的天文图像采集与设备监视系统的控制方法，其特征在于：所述步骤A中，图像采集相机（1）的图像采集与显示设置为帧频模式，并设置其曝光时间、增益参数；监视相机（2）工作在视频模式，设置其采集速度，保存文件类型参数。
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