CN107485840A - 一种万帧高速摄像电动计时器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于体育自动计时技术领域，具体涉及一种万帧高速摄像电动计时器及其工作方法；该万帧高速摄像电动计时器包括发令传感器、主控板、接收板、图像采集系统和供电系统；图像采集系统包括CCD板、分光镜和镜头；主控板与接收板电性连接；主控板通过CCD驱动接口与CCD板电性连接；接收板包括CPU、无线模块、GPS模块；主控板包括FPGA、RTC、CCD驱动接口、大容量SDRAM和千兆网口；所述FPGA通过千兆网口与上位机电性连接。系统采用了FPGA技术，实现高精度计时功能；系统采用了高速千兆网络数据传输方案，实现系统的高效实时传输；系统架构简单，系统稳定性更高、降低了生产成本。

Description

一种万帧高速摄像电动计时器及其工作方法

技术领域

本发明属于体育自动计时技术领域，具体涉及一种万帧高速摄像电动计时器及其工作方法。

背景技术

随着技术的进步，国际体育界的计时精度越来越高。国内目前的终点摄像设备存在以下问题：

1.计时精度低；

2.高速图像拍摄的数据处理能力差，限制了计时精度和图像质量的提高，且系统稳定性差；

3.采用多个处理器协同工作，才能完成摄像计时功能，结构复杂使得其稳定性差，且增加了生产成本。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供一种万帧高速摄像电动计时器，计时精度高、高速图像拍摄的数据处理能力好、且系统稳定性好、成本低。

一种万帧高速摄像电动计时器，包括发令传感器、控制中心系统、发令接收系统、图像采集系统和供电系统；

所述控制中心系统为主控板；所述发令接收系统为接收板；所述图像采集系统包括CCD板、分光镜和镜头；所述CCD板、所述分光镜和所述镜头依次组合为一体；所述供电系统包括电源板、锂电池；所述锂电池用于给所述电源板供电，所述电源板上设有充电接口；所述电源板分别给所述接收板、所述主控板和所述CCD板供电；

所述发令传感器与接收板有线或者无线通讯连接；

所述主控板与所述接收板电性连接；所述主控板通过CCD驱动接口与所述CCD板电性连接；所述接收板与所述镜头电性连接；

所述接收板包括CPU、若干个无线模块、GPS模块；所述CPU分别与所述无线模块、GPS模块电性连接；所述CPU通过驱动电路与OLED屏电性连接；

所述主控板包括FPGA、RTC、CCD驱动接口、大容量SDRAM和千兆网口；所述千兆网口包括相互连接的网络PHY和RJ45；所述FPGA分别与所述RTC、所述CCD驱动接口、所述大容量SDRAM电性连接；所述FPGA通过千兆网口与上位机电性连接；

所述CCD板包括信号驱动模块、CCD、模拟信号放大模块和ADC；所述信号驱动模块、所述CCD、所述模拟信号放大模块和所述ADC依次电性连接，且所述信号驱动模块与所述ADC电性连接。

优选地，所述CCD为RGB三路单色线阵CCD、三色线阵CCD或彩色面阵CCD。

优选地，所述镜头的调节方式为：手动旋转调节、机械式调节或电子信号调节，机械式调节或电子信号调节通过电信号调节。

优选地，发令传感器与接收板之间通过有线发令、工业无线发令或云端发令方式连接。

优选地，所述主控板与一拍摄按钮电性连接。

优选地，所述无线模块为两个，两个所述无线模块为两个工业频段的无线模块，分别在不同频率下独立工作。

优选地，所述接收板上预设有一个有线发令触发接口，用于防止复杂环境下无线信号不稳定工作。

优选地，所述CPU通过报警电路与蜂鸣器电性连接。

一种上述的万帧高速摄像电动计时器的工作方法：在比赛前的准备阶段，架设设备时，调整好镜头内部的光圈以及焦距，并通过调整设备云台使镜头对准终点线；裁判根据运动员情况，启动拍摄终点线的图像采集系统；在发令的同时，发令传感器立即发送无线发令信号给接收板，当接收板接收到发令信号，接收板发送控制信号给主控板，主控板记下发令的北京时间；并将图像采集系统采集到的图像数据实时传输到上位机，当比赛结束后，停止拍摄，根据上位机处理图像数据的结果，确定运动对象到达终点的时间。

该万帧高速摄像电动计时器的工作方法具体的是：在发令的同时，发令传感器发送无线发令信号至接收板内部的两个无线模块，无线模块再将此信号发送至CPU，CPU将此信号传递到主控板的FPGA,FPGA记下此刻精准的北京时间，经过处理，得出发令北京时间；CPU驱动OLED屏，用于显示系统状态；

FPGA发送的时序控制信号，经过CCD板上的信号驱动模块，分别同步供给CCD和ADC，实现时序控制；从镜头进来的光信号，经过分光镜作用分为RGB三原色，CCD将这些光信号转换成相应的一系列的模拟电信号；经过CCD板上的模拟信号放大模块放大；放大后的模拟电信号经过专用的ADC处理转换为数字信号；CCD板将处理之后的图像数据通过CCD驱动接口发送给FPGA；

FPGA将收到的图像数据通过千兆网口发送至上位机处理。

本发明的有益效果为：系统采用了FPGA，其图像数据处理速度快，实现了高精度计时功能；系统采用了高速千兆网络数据传输方案，实现了高效实时传输；系统架构简单，稳定性更高，大大地降低了生产成本和维修成本。

附图说明

图1是本发明的控制中心系统、发令接收系统、图像采集系统和供电系统的连接关系示意图。

图2是本发明一种万帧高速摄像电动计时器结构示意图。

图3是本发明的接收板结构示意图。

图4是本发明的主控板结构示意图。

图5是本发明的CCD板结构示意图。

图6是本发明的万帧高速摄像电动计时器工作流程图。

附图标号说明：1为主控板，2为接收板，3为CCD板。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例只用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种万帧高速摄像电动计时器，包括发令传感器、控制中心系统、发令接收系统、图像采集系统和供电系统。

如图1和图2所示，所述控制中心系统为主控板；所述发令接收系统为接收板；所述图像采集系统包括CCD板、分光镜和镜头；所述CCD板、所述分光镜和所述镜头依次组合为一体；所述供电系统包括电源板、锂电池；所述锂电池用于给所述电源板供电，所述电源板上设有充电接口；所述电源板分别给所述接收板、所述主控板和所述CCD板供电。

所述发令传感器与接收板有线或者无线通讯连接。所述主控板与所述接收板电性连接；所述主控板通过CCD驱动接口与所述CCD板电性连接；所述接收板与所述镜头电性连接。

如图3所示，所述接收板包括CPU、若干个无线模块、GPS模块；所述CPU分别与所述无线模块、GPS模块电性连接；所述CPU通过驱动电路与OLED屏电性连接。

如图4所示，所述主控板包括FPGA、RTC、CCD驱动接口、大容量SDRAM和千兆网口；所述千兆网口包括相互连接的网络PHY和RJ45；所述FPGA分别与所述RTC、所述CCD驱动接口、所述大容量SDRAM电性连接；所述FPGA通过千兆网口与上位机电性连接。

如图5所示，所述CCD板包括信号驱动模块、CCD、模拟信号放大模块和ADC；所述信号驱动模块、所述CCD、所述模拟信号放大模块和所述ADC依次电性连接，且所述信号驱动模块与所述ADC电性连接。

本发明中，所述CCD为RGB三路单色线阵CCD、三色线阵CCD或彩色面阵CCD。

本发明中，所述镜头的调节方式为：手动旋转调节、机械式调节或电子信号调节，机械式调节或电子信号调节通过电信号调节。

本发明中，发令传感器与接收板之间通过有线发令、工业无线发令或云端发令方式连接。

工作流程如下：

如图6所示，在比赛前的准备阶段，架设设备时，调整好镜头内部的光圈以及焦距，并通过调整设备云台使镜头对准终点线；裁判根据运动员情况，启动拍摄终点线的图像采集系统；在发令的同时，发令传感器立即发送无线发令信号给接收板，当接收板接收到发令信号，接收板发送控制信号给主控板，主控板记下发令的北京时间；并将图像采集系统采集到的图像数据实时传输到上位机，当比赛结束后，停止拍摄，根据上位机处理图像数据的结果，确定运动对象到达终点的时间。

以上具体的是，在发令的同时，发令传感器发送无线发令信号至接收板内部的两个无线模块，无线模块再将此信号发送至CPU，CPU将此信号传递到主控板的FPGA,FPGA记下此刻精准的北京时间，经过处理，得出发令北京时间；CPU驱动OLED屏，用于显示系统状态；

FPGA发送的时序控制信号，经过CCD板上的信号驱动模块，分别同步供给CCD和ADC，实现时序控制；从镜头进来的光信号，经过分光镜作用分为RGB三原色，CCD将这些光信号转换成相应的一系列的模拟电信号；经过CCD板上的模拟信号放大模块放大；放大后的模拟电信号经过专用的ADC处理转换为数字信号；CCD板将处理之后的图像数据通过CCD驱动接口发送给FPGA；

FPGA将收到的图像数据通过千兆网口发送至上位机处理，由上位机这些数据进行进一步处理和应用。同时，保存数据到大容量SDRAM中，作为临时缓存。防止传输路径出现意外导致重要数据丢失，万一出现了意外，可以通过重传机制再次把数据从大容量SDRAM中获取到。其中，RTC是给系统提供一个掉电不丢失的北京时间，用于系统内部北京时间初始化的参考。

上述整个过程中，由供电系统产生各路电压，给系统各个电路模块输送电能。

本发明中，所述主控板与一拍摄按钮电性连接；用于手动启动和停止拍摄图像。

本发明中，所述无线模块为两个；两个所述无线模块为两个工业频段的无线模块，分别在不同频率下独立工作，用于确保无线通讯的可靠工作。

本发明中，所述接收板上预设有一个有线发令触发接口，用于防止复杂环境下无线信号不稳定工作。

本发明中，所述CPU通过报警电路与蜂鸣器电性连接。用于系统的声音提醒，例如电量不足提醒，触发提醒等。

RTC用于提供一个掉电不丢失的北京时间，GPS模块用于提供一个同步精准的北京时间；上电复位时，GPS模块和RTC能为系统提供一个参考的初始北京时间。

本发明的三个CCD板和分光镜，可以采用彩色面阵CCD模块替代。

本发明中，为了方便镜头瞄准终点线，配合目镜来用。

该设备可应用于国际国内田径比赛项目的跑步计时，中高考跑步类项目的计时，以及各种运动物体的速度测量和计时测量，比如滑冰，龙舟，皮划艇，自行车，赛车，赛马，赛狗等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：包括发令传感器、控制中心系统、发令接收系统、图像采集系统和供电系统；

所述控制中心系统为主控板；所述发令接收系统为接收板；所述图像采集系统包括CCD板、分光镜和镜头；所述CCD板、所述分光镜和所述镜头依次组合为一体；所述供电系统包括电源板、锂电池；所述锂电池用于给所述电源板供电，所述电源板上设有充电接口；所述电源板分别给所述接收板、所述主控板和所述CCD板供电；

所述发令传感器与接收板有线或者无线通讯连接；

所述主控板与所述接收板电性连接；所述主控板通过CCD驱动接口与所述CCD板电性连接；所述接收板与所述镜头电性连接；

所述接收板包括CPU、若干个无线模块、GPS模块；所述CPU分别与所述无线模块、GPS模块电性连接；所述CPU通过驱动电路与OLED屏电性连接；

所述主控板包括FPGA、RTC、CCD驱动接口、大容量SDRAM和千兆网口；所述千兆网口包括相互连接的网络PHY和RJ45；所述FPGA分别与所述RTC、所述CCD驱动接口、所述大容量SDRAM电性连接；所述FPGA通过千兆网口与上位机电性连接；

所述CCD板包括信号驱动模块、CCD、模拟信号放大模块和ADC；所述信号驱动模块、所述CCD、所述模拟信号放大模块和所述ADC依次电性连接，且所述信号驱动模块与所述ADC电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：所述CCD为RGB三路单色线阵CCD、三色线阵CCD或彩色面阵CCD。

3.根据权利要求1所述的一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：所述镜头的调节方式为：手动旋转调节、机械式调节或电子信号调节，机械式调节或电子信号调节通过电信号调节。

4.根据权利要求1所述的一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：发令传感器通过有线发令、工业无线发令或云端发令方式与接收板通讯连接。

5.根据权利要求1所述的一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：所述无线模块为两个。

6.根据权利要求5所述的一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：两个所述无线模块为两个工业频段的无线模块，分别在不同频率下独立工作。

7.根据权利要求1所述的一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：所述接收板上预设有一个有线发令触发接口，用于防止复杂环境下无线信号不稳定工作。

8.根据权利要求1所述的一种万帧高速摄像电动计时器，其特征在于：所述CPU通过报警电路与蜂鸣器电性连接。

9.一种根据权利要求1所述的万帧高速摄像电动计时器的工作方法，其特征在于：在比赛前的准备阶段，架设设备时，调整好镜头内部的光圈以及焦距，并通过调整设备云台使镜头对准终点线；裁判根据运动员情况，启动拍摄终点线的图像采集系统；在发令的同时，发令传感器立即发送无线发令信号给接收板，当接收板接收到发令信号，接收板发送控制信号给主控板，主控板记下发令的北京时间；并将图像采集系统采集到的图像数据实时传输到上位机，当比赛结束后，停止拍摄，根据上位机处理图像数据的结果，确定运动对象到达终点的时间。

10.一种根据权利要求9所述的万帧高速摄像电动计时器的工作方法，其特征在于：在发令的同时，发令传感器发送无线发令信号至接收板内部的两个无线模块，无线模块再将此信号发送至CPU，CPU将此信号传递到主控板的FPGA,FPGA记下此刻精准的北京时间，经过处理，得出发令北京时间；CPU驱动OLED屏，用于显示系统状态；

FPGA发送的时序控制信号，经过CCD板上的信号驱动模块，分别同步供给CCD和ADC，实现时序控制；从镜头进来的光信号，经过分光镜作用分为RGB三原色，CCD将这些光信号转换成相应的一系列的模拟电信号；经过CCD板上的模拟信号放大模块放大；放大后的模拟电信号经过专用的ADC处理转换为数字信号；CCD板将处理之后的图像数据通过CCD驱动接口发送给FPGA；

FPGA将收到的图像数据通过千兆网口发送至上位机处理。