CN108093173B - 光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法 - Google Patents

光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，该系统包括：系统时间总控模块为逻辑控制模块和触发模块提供基准时间；逻辑控制模块基于基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；时间光发生模块包括光源矩阵子模块和电参数子模块；触发模块基于基准时间产生触发信号；相机形成光学通路，被触发信号触发后产生采集控制信号；图像传感器被采集控制信号触发，接收光学矩阵信息和被测物的反射光线，以获得第一图像；图像处理模块将光学矩阵信息转换为采集图像的时刻信息，以获得第二图像，第二图像为标记时刻信息的第一图像。本申请能够在极端环境下，精确定位相机拍摄图像的时间。

Description

光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法
技术领域
本发明属于采集图像技术领域，具体涉及一种光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法。
背景技术
相机是工业生产以及科学研究等领域常用的图像采集设备，常被用来拍摄物体动态过程，通过对所采集的图像进行分析，获取某些定性或定量的测量结果。在光测力学实验中，常结合图像处理算法对工业相机采集的图像进行定量分析，以获取被测物的应力、应变、位移等力学量。
在很多应用中，需要两台或多台相机联合工作以实现物体在三维空间的动态测量或实现大视场范围的拼接测量。在这些应用中，为了得到准确的实验分析结果，须保证采集到的图像数据在时间轴上一一对应，这就需要获取实验过程中相机采集每幅图像的时刻。
目前确定图像采集时间的方式是使用图像序号推算出对应的时间，即相机采集第1幅图像的时刻记为0点，假定相机按照设定的帧率m匀速采集每幅图像，则第n幅图像的采集时刻为(n-1)/m。例如，相机的采集帧率为10000fps/s，采集1000幅图像，则每幅图像的时刻分别为：0，100μs，200μs，300μs……99900μs。
以上确定图像采集时间的方法基于两个假设：
(1)相机的启动延时为零，即相机接收到触发信号后立即开始采集图像；
(2)图像连续采集过程中采集的时间间隔是均匀的。
但是，已有研究表明，相机从接收到触发信号到采集第一张图像，存在一个短暂的响应时间。即上述假设(1)不成立。对于独立工作的单台相机来说，因其只需获取图像的相对时间，这个延时绝大多数情况下不影响测量结果的准确性。然而当两台或多台相机联合工作时，由于相机对触发信号的响应时间不同，导致每台相机采集图像的零点不一致，出现相机间的启动时差。该启动时差在高速、高精度的测量和分析应用中，会给实验带来严重的测量和分析错误。例如，在岩石结构粘滑动态过程的实验研究中，岩石断层破坏的瞬态过程为十微秒量级，而两台高速相机间百微秒量级的启动时差使得两台相机采集每幅图像的时刻在时间轴上“错位”，致使最后的测量结果失真。
此外，在整个图像采集过程中，两幅相邻图像的时间间隔并不严格均匀，在此称之为“走时误差”，即上述假设(2)不严格成立。例如，软件触发方式控制下的低速相机，由于精度和稳定性较低，采集到的图像会出现走时误差。
为了解决上述的两个问题，在被测物体上设置光源矩阵，并对光源矩阵中的每个光源进行编号，控制光源矩阵中的每个光源以不同的亮暗周期进行闪烁，是一种定位相机采集图像时间的方法，但是该方法存在以下缺点：
对图像的采集，尤其是光测力学的图像采集中，经常会涉及高温、高风速、高湿度的检测环境，光源无法安装在待测物体上，或者光源即便安装在待测物体上，也会受周围的环境影响而无法正常工作。
因此，提供一种光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，是本技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，能够在高温、高风速、高湿度的极端环境下，精确定位相机拍摄图像的时间，能够对精确定位相机拍摄图像的时间。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光耦合式图像采集时刻标定的系统，包括：
系统时间总控模块，分别与逻辑控制模块、触发模块相耦接，为所述逻辑控制模块和所述触发模块提供基准时间；
所述逻辑控制模块，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；
所述时间光发生模块，包括光源矩阵子模块和电参数子模块，所述光源矩阵子模块和所述电参数子模块相耦接，其中，所述光源矩阵子模块包括至少一个发光单元；
电参数子模块，与所述逻辑控制模块相耦接，接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号产生恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或恒定电流；
光源矩阵子模块，分别与所述逻辑控制模块、所述电参数子模块相耦接，接收所述周期控制信号和所述恒定电参数，其中，所述恒定电参数为所述发光单元提供电能，所述周期控制信号控制所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息；
所述触发模块，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生触发信号，所述触发信号为单次触发信号或连续触发信号；
所述相机，与所述触发模块相耦接，形成光学通路，被所述触发信号触发后产生采集控制信号；其中，所述采集控制信号发送至所述图像传感器，所述光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像；
所述图像传感器，分别与所述相机、所述光源矩阵子模块相耦接，被所述采集控制信号触发，接收所述光学矩阵信息和所述被测物的反射光线，以获得第一图像，所述第一图像包括所述光学矩阵信息和图像光学信息，所述光学图像信息为所述被测物的反射光线在所述图像传感器上的成像；
图像处理模块，与所述图像传感器相耦接，接收所述第一图像，并将所述光学矩阵信息转换为采集图像的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记所述时刻信息的所述第一图像。
进一步地，所述发光单元设置于所述图像传感器表面，或者，所述发光单元通过微型光传导设备连接至所述图像传感器表面。
进一步地，所述微型光传导设备为光纤。
进一步地，所述图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机采集图像的时刻。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种光耦合式图像采集时刻标定的方法，包括：
系统安装与设置步骤，包括：
根据试验需求，设置被测物及相机的相对位置，将系统时间总控模块分别与逻辑控制模块、触发模块相耦接，将速搜触发模块与所述相机相耦接，并将所述相机与图像传感器相耦接，将所述图像传感器与图像处理模块相耦接；
将所述逻辑控制模块与时间光发生模块相耦接，所述时间光发生模块包括相耦接的光源矩阵子模块和电参数子模块，将所述逻辑控制模块分别与所述光源矩阵子模块、所述电参数子模块相耦接；
所述光源矩阵子模块包括至少一个发光单元，根据试验需求，设置所述发光单元的个数，并将所述发光单元与图像传感器相耦接；
开启所述相机并设置所述相机帧率及曝光时间；
图像采集步骤，包括：
开启所述系统时间总控模块，所述系统时间总控模块为所述逻辑控制模块和所述触发模块提供基准时间；
所述逻辑控制模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；
所述电参数子模块接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号产生恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或恒定电流；
所述光源矩阵子模块接收所述周期控制信号和所述恒定电参数，其中，所述恒定电参数为所述发光单元提供电能，所述周期控制信号控制所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息；
所述触发模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生触发信号，所述触发信号为单次触发信号或连续触发信号；
所述相机形成光学通路，被所述触发信号触发后产生采集控制信号；其中，所述采集控制信号发送至所述图像传感器，光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像所述光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像；
所述图像传感器被所述采集控制信号触发，接收所述光学矩阵信息和所述被测物的反射光线，以获得第一图像，所述第一图像包括所述光学矩阵信息和图像光学信息，所述光学图像信息为所述被测物的反射光线在所述图像传感器上的成像；
图像处理步骤，包括：
所述图像处理模块接收所述第一图像，并将所述光学矩阵信息转换为采集图像的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记所述时刻信息的所述第一图像。
进一步地，将所述发光单元设置于所述图像传感器表面，或者，将所述发光单元通过微型光传导设备连接至所述图像传感器表面，以使所述光学矩阵信息被所述图像传感器采集。
进一步地，所述微型光传导设备为光纤。
进一步地，所述图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机采集图像的时刻。
进一步地，所述灰度二值化法，进一步为：根据设定的阈值，将所述发光单元的灰度信息分为亮、暗两种状态，所述发光单元的灰度小于该发光单元的阈值，判定该发光单元为暗，并以0表示，所述发光单元的灰度大于该发光单元的阈值，判定该发光单元为亮，并以1表示，将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0和1组成的数值，并根据所述光源矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0和1组成的数值转换为采集此图的时刻。
进一步地，所述灰度线性插值法，进一步为：根据设定的阈值上限和阈值下限，将发光单元的亮暗情况分为亮、暗和灰三种状态，所述发光单元的灰度小于或等于该发光单元阈值下限，判定该发光单元为暗，用0表示；所述发光单元的灰度大于或等于该发光单元的阈值上限，判定该发光单元为亮，用1表示；所述发光单元的灰度位于该发光单元的所述阈值上限和所述阈值下限之间，判断该发光单元为灰，通过线性插值计算，该发光单元的亮暗情况用大于0且小于1实数表示；将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0～1是实数组成的数值，并根据所述光源矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0～1是实数组成的数值转换为采集此图的时刻。
与现有技术相比，本申请所述的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，达到了如下效果：
(1)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，将光源矩阵子模块的发光单元与图像传感器相耦接，使得光学矩阵信息能够被图像传感器采集，图像传感器采集图像显示清晰度较低的边缘部分作为光学矩阵信息的采集部分，从而通过光源矩阵的亮暗情况实现对相机图像采集时刻的精确测量和定位；
(2)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，由于光源矩阵子模块与图像传感器耦接，因此，解决了被测物体附近环境较为恶劣，光源矩阵子模块无法放置装置的问题，而且是针对图像传感器进行的改造，基本能够适应所有环境的改变，而且在相机的镜头更换的之后，仍能保证测量结果具有时间定位的功能；
(3)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，对被测物的测量无损伤，且测量精度高，能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；
(4)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，能够用于测量多台相机的启动时差，测量的多台相机启动时差精度高，避免了两台相机采集每幅图像的时刻在时间轴上错位从而引起的测量结果失真的问题；
(5)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，能够对走时误差进行校准，避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题；
(6)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，可根据实际应用要求，调节光源矩阵子模块中发光单元的排列方式、周期、所包含的发光单元的个数等，实现不同光强、不同精度、不同采集时长下时间的定位；
(7)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，将图片中空余的无用数据成功地利用了起来，不仅适应性强，实施难度也较低，根据被测物体占图像的百分比不同，算法也可以做相应的调整，灵活性也很强。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中的光耦合式图像采集时刻标定的系统图；
图2为本发明实施例中的光源矩阵子模块与图像传感器的一种耦接示意图；
图3为本发明实施例中的光源矩阵子模块与图像传感器的另一种耦接示意图；
图4为本发明实施例2中的光耦合式图像采集时刻标定的方法的流程图；
图5为本发明实施例3中的精确定位相机启动时差的流程图；
图6为本发明实施例3中定位图像采集时刻的原理图；
图7为本发明实施例3中的两台相机启动时差的统计图；
图8为本发明实施例4中精确定位相机走时误差的流程图；
图9为本发明实施例4中定位图像采集时刻的原理图；
图10为本发明实施例4中的相机走时误差的统计图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
另外，本说明书并没有将权利要求书公开的构件和方法步骤限定于实施方式的构件和方法步骤。特别是，在实施方式中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其结构顺序和邻接顺序以及制造方法等只要没有具体的限定，就仅作为说明例，而不是将本发明的范围限定于此。附图中所示的结构部件的大小和位置关系是为了清楚地进行说明而放大示出。
以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。
实施例1
图1为本发明实施例1中的光耦合式图像采集时刻标定的系统图。请参见图1，该系统包括：
系统时间总控模块1，分别与逻辑控制模块2、触发模块3相耦接，为逻辑控制模2和触发模块3提供基准时间。
逻辑控制模块2，接收基准时间，并基于基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号。
时间光发生模块3，包括光源矩阵子模块402和电参数子模块401，光源矩阵子模块402和电参数子模块401相耦接，其中，光源矩阵子模块401包括至少一个发光单元。
电参数子模块401，与逻辑控制模块2相耦接，接收电参数控制信号，并根据电参数控制信号产生恒定电信号，恒定电信号为恒定电压或恒定电流。
光源矩阵子模块402，分别与逻辑控制模块2、电参数子模块401相耦接，接收周期控制信号和恒定电参数，其中，恒定电参数为发光单元提供电能，周期控制信号控制发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息。
触发模块3，接收基准时间，并基于基准时间产生触发信号，触发信号为单次触发信号或连续触发信号。
相机5，与触发模块3相耦接，形成光学通路，被触发信号触发后产生采集控制信号；其中，采集控制信号发送至图像传感器6，光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像。需要说明的是，通常相机包括图像传感器，但由于本发明对图像传感器进行了重新设计，因此，本发明中所说的相机包括除图像传感器以外的相机的其他所有部件。
图像传感器6，分别与相机5、光源矩阵子模块402相耦接，被采集控制信号触发，接收光学矩阵信息和被测物8的反射光线，以获得第一图像，第一图像包括光学矩阵信息和图像光学信息，光学图像信息为被测物的反射光线在图像传感器上的成像。
图像处理模块7，与图像传感器6相耦接，接收第一图像，并将光学矩阵信息转换为采集图像的时刻信息，以获得第二图像，第二图像为标记时刻信息的第一图像。
在本发明中，光学矩阵信息是由发光单元以不同周期亮暗闪烁形成的，由于不同时刻，光学矩阵信息不同，从而能够通过识别光学矩阵信息实现对时刻的定位。发光单元的亮暗规律如下：对发光单元进行编号，并按照公式(I)设置每个发光单元的亮暗周期，
Figure BDA0001507997850000091
公式(I)中，xn(t)表示第n个发光单元t时刻的亮暗，xn(t)＝1表示发光单元为亮，xn(t)＝0表示发光单元为暗；n表示发光单元的编号，n为正整数且n≧1；α表示相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率，1<α≦2；T0为n个发光单元中，亮暗频率最快的发光单元的亮暗周期；τn表示编号为n的发光单元的延时时间；k为各发光单元当前的周期数，N为自然数集，αn-1T0表示光学矩阵信息所表达的最大不重复时间。
α和τn取不同的值时，编码效果不同，以下针对不同的α和τn取值进行说明。
在一些可选的实施方式中，α＝2且τn＝0。此时，相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率为2，且各发光单元没有延时，编码为标准的二进制码，该方法使用方式简单，可直接将所得编码直接转换为时间。
在一些可选的实施方式中，1<α<2且τn＝0，此时，相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率大于1且小于2，且各光源没有延时。该编码方法较为简单，且表示时间的发光单元在某一时刻不会全部跳变或部分跳变，进而避免发光单元在图像之间的混叠，无法辨认各发光单元的编号的情况。
在一些可选的实施方式中，α＝2，τn＝2n-3T0，且光学矩阵信息所表达的最大不重复时间为αn-2T0。此时，相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率为2，各光源的延时时间为τn＝2n-3T0，也就是各发光单元的1/4周期，该方法可以有效的解决表示时间的发光单元在某一时刻全部跳变或部分跳变所造成的发光单元的图像之间的混叠问题，而且编码转换较简单。
本实施例提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统，将光源矩阵子模块的发光单元与图像传感器相耦接，使得光学矩阵信息能够被图像传感器采集，图像传感器采集图像显示清晰度较低的边缘部分作为光学矩阵信息的采集部分，从而通过光源矩阵的亮暗情况实现对相机图像采集时刻的精确测量和定位；由于光源矩阵子模块与图像传感器耦接，因此，解决了被测物体附近环境较为恶劣，光源矩阵子模块无法放置装置的问题，而且是针对图像传感器进行的改造，基本能够适应所有环境的改变，而且在相机的镜头更换的之后，仍能保证测量结果具有时间定位的功能；对被测物的测量无损伤，且测量精度高，能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量。
图2为本发明实施例中的光源矩阵子模块与图像传感器的一种耦接示意图。请参见图2，在一些可选的实施方式中，发光单元4021设置于图像传感器6的表面。该设置方式较为简单。应当理解，发光单元4021应设置在图像传感器的边缘处，以防止发光单元影响图像传感器对被测物图像的显示。
图3为本发明实施例中的光源矩阵子模块与图像传感器的另一种耦接示意图。请参见图3，在一些可选的实施方式中，发光单元4021通过微型光传导设备8连接至图像传感器6的表面。该方式便于对发光单元4021的个数及排列进行设计，应当理解，微型光传导设备8应连接图像传感器的边缘处，以防止影响图像传感器对被测物图像的显示。
可选地，微型光传导设备8为光纤。光线成本较低且易于实现。
可选地，图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将光源矩阵的灰度信息转换为相机采集图像的时刻。
灰度二值化法，将发光单元的灰度信息分为亮、暗两种状态，发光单元的灰度小于该发光单元的阈值，判定该发光单元为暗，并以0表示，发光单元的灰度大于该发光单元的阈值，判定该发光单元为亮，并以1表示，将依次编号的发光单元的亮暗情况形成一组由0和1组成的数值，并根据发光单元每个发光单元的亮暗周期和亮暗次数，将该组由0和1组成的数值转换为采集此图的时刻，阈值为该发光单元的最大灰度值的一半。
通过灰度二值化能够精确定位图像采集的时刻，测量精度为最小周期的半周期，本发明的最小周期是指亮、暗的时间间隔最小的发光单元的周期。
灰度线性插值法，将发光单元的亮暗情况分为亮、暗和灰三种状态，发光单元的灰度小于或等于该发光单元阈值下限，判定该发光单元为暗，用0表示；发光单元的灰度大于或等于该发光单元的阈值上限，判定该发光单元为亮，用1表示；发光单元的灰度位于该发光单元的阈值上限和阈值下限之间，判断该发光单元为灰，通过线性插值计算，该发光单元的亮暗情况用大于0且小于1的实数表示；将发光单元的亮暗情况形成一组由0～1的实数组成的数值，并根据发光单元矩阵的每个发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0～1的实数组成的数值转换为采集此图的时刻。
确定第i号发光单元的阈值上限和阈值下限的方法是：实验开始前，依次对第i号发光单元的灰度阈值上限、下限进行标定。保持相机的采集帧率、曝光时间等参数不变，设置i号发光单元持续亮的状态，拍摄多张图像，并对图像中发光单元的灰度值进行统计，取最小值作为阈值上限；设置i号发光单元持续暗的状态，拍摄多张图像，并对图像中各发光单元的灰度值进行统计，取最大值作为阈值下限。
经过线性插值法，能够提高相机采集图像时刻的精度，能够更为精确的定位相机采集图像的时刻，避免出现图像“错位”的情况，进而提高对被测物的测量精度。
需要说明的是，本发明中每个发光单元亮暗各一次的时间为其所对应的周期，每个发光单元亮一次或暗一次的时间为其所对应的半周期。发光单元的周期可调，且每个发光单元的周期均不相同。由于每个发光单元的亮暗周期不同，在不同时刻，各发光单元的整体亮暗情况不同，因此，以这种光源编码的形式，能够精确测量相机采集图像的时刻。
实施例2
利用本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统，本实施例提供了一种光耦合式图像采集时刻标定的方法，图4为本发明实施例2中的光耦合式图像采集时刻标定的方法的流程图，请参见图4，该方法包括：
步骤S101：系统安装与设置步骤：包括：
根据试验需求，设置被测物及相机的相对位置，将系统时间总控模块分别与逻辑控制模块、触发模块相耦接，将速搜触发模块与相机相耦接，并将相机与图像传感器相耦接，将图像传感器与图像处理模块相耦接；
将逻辑控制模块与时间光发生模块相耦接，时间光发生模块包括相耦接的光源矩阵子模块和电参数子模块，将逻辑控制模块分别与光源矩阵子模块、电参数子模块相耦接；
光源矩阵子模块包括至少一个发光单元，根据试验需求，设置发光单元的个数，并将发光单元与图像传感器相耦接；
开启相机并设置相机帧率及曝光时间。需要说明的是，相机的曝光时间等于亮暗频率最快的发光单元的半周期。
步骤S102：图像采集步骤，包括：
开启系统时间总控模块，系统时间总控模块为逻辑控制模块和触发模块提供基准时间；
逻辑控制模块接收基准时间，并基于基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；
电参数子模块接收电参数控制信号，并根据电参数控制信号产生恒定电信号，恒定电信号为恒定电压或恒定电流；
光源矩阵子模块接收周期控制信号和恒定电参数，其中，恒定电参数为发光单元提供电能，周期控制信号控制发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息；
触发模块接收基准时间，并基于基准时间产生触发信号，触发信号为单次触发信号或连续触发信号；
相机形成光学通路，被触发信号触发后产生采集控制信号；其中，采集控制信号发送至图像传感器，光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像；
图像传感器被采集控制信号触发，接收光学矩阵信息和被测物的反射光线，以获得第一图像，第一图像包括光学矩阵信息和图像光学信息，光学图像信息为被测物的反射光线在所述图像传感器上的成像。
步骤S103：图像处理步骤，包括：
图像处理模块接收第一图像，并将光学矩阵信息转换为采集图像的时刻信息，以获得第二图像，第二图像为标记时刻信息的第一图像。
本实施例提供的光耦合式图像采集时刻标定的方法，采用光源编码的方式表示相机采集时刻的绝对时间或相对时间，实现了对相机图像采集时间的精确测量与定位；对被测物体无损伤，测量精度高，能够满足多种条件下对多种被测物体的测量。
可选地，设置周期控制信号的周期的参数为：对发光单元进行编号，并按照公式(I)设置每个发光单元的亮暗周期，
Figure BDA0001507997850000131
公式(I)中，xn(t)表示第n个发光单元t时刻的亮暗，xn(t)＝1表示发光单元为亮，xn(t)＝0表示发光单元为暗；n表示发光单元的编号，n为正整数且n≧1；α表示相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率，1<α≦2；T0为n个发光单元中，亮暗频率最快的发光单元的亮暗周期；τn表示编号为n的发光单元的延时时间；k为发光单元各发光单元当前的周期数，N为自然数集，αn-1T0表示光学矩阵信息所表达的最大不重复时间。
α和τn取不同的值时，编码效果不同，以下针对不同的α和τn取值进行说明。
在一些可选的实施方式中，α＝2且τn＝0。此时，相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率为2，且各发光单元没有延时，编码为标准的二进制码，该方法使用方式简单，可直接将所得编码直接转换为时间。
在一些可选的实施方式中，1<α<2且τn＝0，此时，相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率大于1且小于2，且各发光单元没有延时。该编码方法较为简单，且表示时间的发光单元在某一时刻不会全部跳变或部分跳变，进而避免发光单元在图像之间的混叠，无法辨认各发光单元的编号的情况。
在一些可选的实施方式中，α＝2，τn＝2n-3T0，且光学矩阵信息所表达的最大不重复时间为αn-2T0。此时，相邻编号的发光单元的亮暗周期的倍率为2，各发光单元的延时时间为τn＝2n-3T0，也就是各发光单元的1/4周期，该方法可以有效的解决表示时间的发光单元在某一时刻全部跳变或部分跳变所造成的发光单元图像之间的混叠问题，而且编码转换较简单。
由于发光单元在相机的曝光时间内呈现亮的状态的时长不同，则矮图像传感器上形成的各发光单元的灰度不同，发光单元在相机的曝光时间内呈现亮的状态的时长越长，则该发光单元在图像中的灰度越大。
图像处理模块识别图像中的每个发光单元的位置和灰度信息，根据设置的阈值，采用灰度二值化法或线性插值法转换为相机采集图像的时刻信息，生成第二图像，第二图像为标定时刻信息的第一图像。关于灰度二值化法或线性插值法请参照实施例1中的相关说明，此处不作赘述。
本实施例提供的光耦合式图像采集时刻标定的方法，采用光源编码的方式表示相机采集时刻的绝对时间或相对时间，实现了对相机图像采集时间的精确测量与定位；对被测物体无损伤，测量精度高，能够满足多种条件下对多种被测物体的测量。
实施例3
利用本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统，并在本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的方法的基础上，本实施例提供了一种精确测量两台或多台相机之间启动时差的方法，图5为本发明实施例3中的精确定位相机启动时差的流程图，请参见图5，该方法包括：
步骤S201：系统安装步骤
根据试验需求，设置被测物及相机的相对位置，将系统时间总控模块分别与逻辑控制模块、触发模块相耦接，将速搜触发模块与相机相耦接，并将相机与图像传感器相耦接，将图像传感器与图像处理模块相耦接；将逻辑控制模块与时间光发生模块相耦接，时间光发生模块包括相耦接的光源矩阵子模块和电参数子模块，将逻辑控制模块分别与光源矩阵子模块、电参数子模块相耦接；光源矩阵子模块包括至少一个发光单元，根据试验需求，设置发光单元的个数，并将发光单元与图像传感器相耦接。在本实施例中，设置8个发光单元，发光单元通过光线与图像传感器耦接，这8个发光单元依次编号为第1号至第8号。
在该步骤中，需要对发光单元的周期进行设置，发光单元的周期随着编号的增加以2n的形式递增，将发光单元亮一次或暗一次的时间半周期设为T，发光单元的周期则为2T，即：
2T1＝20μs，闪烁128次；
2T2＝40μs，闪烁64次；
2T3＝80μs，闪烁32次；
2T4＝160μs，闪烁16次；
2T5＝320μs，闪烁8次；
2T6＝640μs，闪烁4次；
2T7＝1.28ms，闪烁2次；
2T8＝2.56ms，闪烁1次。
需要说明的是，本实施例中发光单元的闪烁时长并不限于随着发光单元编号的增大以2n的形式递增，此时，α＝2且τn＝0，当然，还可以按照公式(I)中其他的α和τn的值进行设置。本实施例对此不作限制。
步骤S202：开启相机并调节相机焦距
在本实施例中，将第一相机和第二相机的帧率设置为10000fps/s，曝光时间设置为10μs。对两台相机的启动时差进行测量，两台相机均为高速相机，两台相机分别为第一相机和第二相机。调节相机的焦距以被测物的成像清晰且不过曝为准。与第一相机耦接的图像传感器为第一图像传感器，与第二相机耦接的图像传感器为第二图像传感器，可以将每个发光单元分别通过光线与第一图像传感器和第二图像传感器耦接，也可以准备两个相同的光源矩阵子模块，每个光源矩阵子模块与一个图像传感器耦接。
步骤S203：开启相机并设置相机帧率及曝光时间。需要说明的是，相机的曝光时间等于亮暗频率最快的发光单元的半周期。
步骤S204：数据采集
开启系统时间总控模块，系统时间总控模块为逻辑控制模块和触发模块提供基准时间；
逻辑控制模块接收基准时间，并基于基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；
电参数子模块接收电参数控制信号，并根据电参数控制信号产生恒定电信号，恒定电信号为恒定电压或恒定电流；在本实施例中，恒定电信号为5V的电压信号。
光源矩阵子模块接收周期控制信号和恒定电参数，其中，恒定电参数为发光单元提供电能，周期控制信号控制发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息。周期控制信号如步骤201中设定的方式进行发送。
触发模块接收基准时间，并基于基准时间产生触发信号，触发信号为单次触发信号或连续触发信号。在本实施例中，触发信号为单次触发信号，因为本实施例是为了测量两台相机之间的启动时差，因此，获得相机启动时刻采集的图像即可。
相机形成光学通路，被触发信号触发后产生采集控制信号；其中，采集控制信号发送至图像传感器，光学通路使被测物的反射光线在图像传感器上成像；
图像传感器被采集控制信号触发，接收光学矩阵信息和被测物的反射光线，以获得第一图像，第一图像包括光学矩阵信息和图像光学信息，光学图像信息为被测物的反射光线在所述图像传感器上的成像。
步骤S205：重复步骤S204，在本实施例中，重复测量100次，对测量结果进行统计。
步骤S206：数据处理
具体地，本实施例中的定位图像采集时刻的原理如图6所示，假设第一相机和第二相机采集到的第1个图像都处于8号发光单元的同一个周期内，由于不同时刻各发光单元的亮暗情况不同，因此，能够根据拍摄到图像的亮暗情况，测量第一相机和第二相机的启动时差。判断发光单元灰度信息的原理如图6所示，即曝光时间内发光单元的亮的时间越长，灰度值越大。将相机所采集的的图像信息导入到图像处理模，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将各发光单元的灰度信息转换为相机采集图像的时刻。
首先，对第1次测量的所有图像的灰度进行统计，并将所有图像的按照灰度从小到大的顺序进行排列。
灰度二值化法，根据设定的阈值，将发光单元的灰度信息分为亮、暗两种状态，发光单元的灰度小于该发光单元的阈值，判定该发光单元为暗，并以0表示，发光单元的灰度大于该发光单元的阈值，判定该发光单元为亮，并以1表示，将发光单元的亮暗情况形成一组由0和1组成的数值，并根据每个发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0和1组成的数值转换为采集此图的时刻。则第一相机和第二相机的启动时差为：
ΔT启动＝T第一相机-T第二相机
＝(aT8+m1T1+m2T2+m3T3+m4T4+m5T5+m6T6+m7T7+m8T8)-(aT8+m1′T1+m2′T2+m3′T3+m4′T4+m5′T5+m6′T6+m7′T7+m8′T8)
＝∑(mi-mi′)Ti
其中，ΔT为第一相机和第二相机的启动时差；T第一相机和T第二相机分别为第一相机和第二相机拍摄第1个图像的时刻；a为第8号发光单元(周期最大的发光单元)已经过的完整周期数，mi为第一相机拍摄的图像中编号为i的发光单元的亮暗情况，mi′为第二相机拍摄的图像中编号为i的发光单元的亮暗情况，且发光单元亮时m的值为1，发光单元暗时m的值为0。
在本实施例中，i为1～8的整数。
例如，以某次两台相机采集到的第1个图像中的1-8号发光单元的亮暗情况分别为：
亮暗暗亮暗暗暗暗；暗暗暗亮暗暗暗暗。
对应的由0和1组成的数值为：
10010000；00010000。则ΔT启动＝(1-0)T1＝T1
那么，这两台相机的启动时差为第1号发光单元的半周期，即T1＝10μs。
通过灰度二值化能够精确定位图像采集的时刻，测量精度为最小周期的半周期，本发明所述的最小周期是指亮、暗的时间间隔最小的发光单元的周期。
灰度线性插值法，根据设定的阈值上限和阈值下限，将发光单元的亮暗情况分为亮、暗和灰三种状态，发光单元的灰度小于或等于该发光单元阈值下限，判定该发光单元为暗，用0表示；发光单元的灰度大于或等于该发光单元的阈值上限，判定该发光单元为亮，用1表示；发光单元的灰度位于该发光单元的阈值上限和阈值下限之间，判断该发光单元为灰，通过线性插值计算，该发光单元的亮暗情况用大于0且小于1的实数表示；将发光单元的亮暗情况形成一组由0～1的实数组成的数值，并根据每个发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0～1的实数组成的数值转换为采集此图的时刻。
确定第i号发光单元的阈值上限和阈值下限的方法是：实验开始前，依次对第i号发光单元的灰度阈值上限、下限进行标定。保持相机的采集帧率、曝光时间等参数不变，设置i号发光单元持续亮的状态，拍摄多张图像，并对图像中发光单元的灰度值进行统计，取最小值作为阈值上限；设置i号发光单元持续暗的状态，拍摄多张图像，并对图像中发光单元的灰度值进行统计，取最大值作为阈值下限。
以第一相机41拍摄的第y次重复实验的启动时刻拍摄的图像为例，该图像为8号发光单元的第1个周期内的图像，拍摄的图片的发光单元的亮暗为：
灰灰灰暗暗暗暗暗，
第1-3号发光单元处于灰态，假设第1、2、3号发光单元的阈值上限分别为210、205、200，阈值下限分别是10、5、0，此图像中第1-3号发光单元的灰度为60、55、150则拍摄该图像的时间为：
T第一相机＝m3T3+m2T2+m1T1
＝(150-0)/(200-0)*40+(55-5)/(205-5)*20+(60-10)/(210-10)*10
＝37.5μs
即：第一相机第y次重复实验的启动时刻所拍摄的图像的时刻为第37.5μs，求得两台相机的启动时刻，对这两台相机的启动时刻求差，即得到这两台相机的启动时差。
需要说明的是，采用灰度线性插值法进行计算，当发光单元的图像为灰时，mi(第i号发光单元的亮暗情况)的值为线性插值的计算结果。
通过灰度线性插值法，能够更为精确的定位相机采集图像的时刻，也能够更为精确的判断两台相机之间的启动时差，精度值小于最小周期的半周期。
为了更准确的测量相机的启动时差，将100次重复测量的结果进行统计，统计结果如图7所示：
图7的横坐标是启动时差，此处的启动时差为第一相机启动时间减去第二相机的启动时间；纵坐标为各启动时差在100次重复测量的结果中所占的比例，由图7可以看出，两台相机的启动时差集中分布在0-200μs的范围内。
本实施例提供的精确测量两台或多台相机启动时差的方法，采用光源编码的方式表示相机采集时刻的绝对时间或相对时间，能够测量两台高速相机之间的启动时差，并对启动时差进行校准，避免了两台相机采集每幅图像的时刻在时间轴上错位从而引起的测量结果失真的问题；对被测物体的影响小，测量精度高，能够满足多种条件下对多种被测物体的测量。
实施例4
利用本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统，并在本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的方法的基础上，本实施例提供了一种精确测量相机走时误差的方法，图8为本发明实施例4中精确定位相机走时误差的流程图，请参见图8，该方法包括：
步骤S301：系统安装步骤
根据试验需求，设置被测物及相机的相对位置，将系统时间总控模块分别与逻辑控制模块、触发模块相耦接，将速搜触发模块与相机相耦接，并将相机与图像传感器相耦接，将图像传感器与图像处理模块相耦接；将逻辑控制模块与时间光发生模块相耦接，时间光发生模块包括相耦接的光源矩阵子模块和电参数子模块，将逻辑控制模块分别与光源矩阵子模块、电参数子模块相耦接；光源矩阵子模块包括至少一个发光单元，根据试验需求，设置发光单元的个数，并将发光单元与图像传感器相耦接。在本实施例中，设置8个发光单元，发光单元可以设置在图像传感器的表面上，这8个发光单元依次编号为第1号至第8号。
本实施例中的相机为低速相机，因为低速相机可能会存在走时误差，而高速相机的走时相对准确。
在该步骤中，需要对发光单元的周期进行设置，发光单元的周期随着编号的增加以2n的形式递增，将发光单元亮一次或暗一次的时间半周期设为T，发光单元的周期则为2T，即：
2T1＝1.2ms，闪烁128次；
2T2＝2.4ms，闪烁64次；
2T3＝4.8ms，闪烁32次；
2T4＝9.6ms，闪烁16次；
2T5＝19.2ms，闪烁8次；
2T6＝38.4ms，闪烁4次；
2T7＝76.8ms，闪烁2次；
2T8＝153.6ms，闪烁1次。
需要说明的是，本实施例中发光单元的闪烁时长并不限于随着发光单元编号的增大以2n的形式递增，即α＝2且τn＝0，当然，还可以按照公式(I)中其他的α和τn的值进行设置。本实施例对此不作限制。
步骤S302：开启相机并调节相机焦距
在本实施例中，将相机的帧率设置为10fps/s，曝光时间设置为600μs。
步骤S303：开启相机并设置相机帧率及曝光时间。需要说明的是，相机的曝光时间等于亮暗频率最快的发光单元的半周期。
步骤S304：数据采集
开启系统时间总控模块，系统时间总控模块为逻辑控制模块和触发模块提供基准时间；
逻辑控制模块接收基准时间，并基于基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；
电参数子模块接收电参数控制信号，并根据电参数控制信号产生恒定电信号，恒定电信号为恒定电压或恒定电流；在本实施例中，恒定电信号为5V的电压信号。
光源矩阵子模块接收周期控制信号和恒定电参数，其中，恒定电参数为发光单元提供电能，周期控制信号控制发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息。周期控制信号如步骤301中设定的方式进行发送。
触发模块接收基准时间，并基于基准时间产生触发信号，触发信号为单次触发信号或连续触发信号。在本实施例中，触发信号为连续触发信号，以实现对相机的连续触发。
相机形成光学通路，被触发信号触发后产生采集控制信号；其中，采集控制信号发送至图像传感器，光学通路使被测物的反射光线在图像传感器上成像；
图像传感器被采集控制信号触发，接收光学矩阵信息和被测物的反射光线，以获得第一图像，第一图像包括光学矩阵信息和图像光学信息，光学图像信息为被测物的反射光线在所述图像传感器上的成像。
步骤S305：数据处理
具体地，定位图像采集时刻的原理如图9所示，假设相邻的两次图像采集的时刻都处于8号发光单元的同一个周期内，由于不同时刻各发光单元的亮暗情况不同，因此，能够根据拍摄到图像的亮暗情况，相机的走时误差。判断发光单元灰度信息的原理如图9所示，即曝光时间内发光单元的亮的时间越长，灰度值越大。将相机所采集的的图像信息导入到图像处理模，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将发光单元的灰度信息转换为相机采集图像的时刻。
首先，对测量的所有图像的灰度进行统计，并将所有图像的按照灰度从小到大的顺序进行排列。
灰度二值化法，相机的走时误差为：
ΔT走时误差＝T测量-T标准
其中，ΔT走时误差是走时误差，T测量是相邻两个图像的后一个图像的拍摄时间减去前一个图像的拍摄时间的实际时间差，T标准是相邻两个图像之间的标准时间差。
在本实施例中，相机的帧率设置为10fps/s，所以T标准为100ms，而T测量通过图像中发光单元的亮暗读出。例如，某两个相邻的图像中的发光单元的亮暗情况为：
暗亮暗暗暗暗暗暗；暗暗暗亮暗亮暗亮；
对应的由0和1组成的数值为：
10000000；00010101；
则T测量＝T4+T6+T8-T2＝99.6ms。
此时，ΔT走时误差＝T测量-T标准＝99.6ms-100ms＝-0.4ms
因此，采用灰度二值化法，能够在一定程度上测量相机的走时误差。
利用灰度线性插值法，进行识别，例如，在某两个相邻图像中的发光单元的灰度信息为：
灰灰暗暗暗暗暗暗；暗暗暗亮暗亮暗亮；
通过统计计算，第1、2号发光单元的阈值上限分别200、205，阈值下限分别是0、5，此处识别的1、2号发光单元的灰度分别为100、105，则拍摄该图像的时间为
则T测量
＝(m8T8+m6T6+m4T4)-(m2T2+m1T1)
＝76.8+19.2+4.8-[(105-5)/(205-5)*1.2+(100-0)/(200-0)*0.6]
＝99.9ms。
此时，ΔT走时＝T测量-T标准＝99.9ms-100ms＝-0.1ms
需要说明的是，采用灰度线性插值法进行计算，当发光单元的图像为灰时，mi(第i号发光单元的亮暗情况)的值为线性插值的计算结果。
采用灰度线性插值法进行计算，能够将走时误差的测量精度显著提高，精度值小于最小周期的半周期。
需要说明的是，本实施例中的灰度二值化法和灰度线性插值法的计算例仅为示例性列举，相机的拍摄的图片的实际亮暗情况取决于相机本身的走时情况。
为了更准确的测量相机的走时差，将一次拍摄的1000张图像的走时误差进行统计(1000张图像共包括999次测量的走时误差)，统计结果如图10所示：
图10的横坐标是走时误差值，纵坐标为各走时误差值在999次重复测量的走时误差中所占的比例，由图10可以看出，该相机的走时误差集中在-0.1ms到+0.1ms之间，符合相机的走时精度；而出现几次走时误差在-1ms左右，此时走时出现明显的误差。
本实施例提供的精确测量相机走时误差的方法，采用光源编码的方式表示相机采集时刻的绝对时间或相对时间，能够测量相机的走时误差，并对走时误差进行校准，避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题。
与现有技术相比，本申请所述的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，达到了如下效果：
(1)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，将光源矩阵子模块的发光单元与图像传感器相耦接，使得光学矩阵信息能够被图像传感器采集，图像传感器采集图像显示清晰度较低的边缘部分作为光学矩阵信息的采集部分，从而通过光源矩阵的亮暗情况实现对相机图像采集时刻的精确测量和定位；
(2)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，由于光源矩阵子模块与图像传感器耦接，因此，解决了被测物体附近环境较为恶劣，光源矩阵子模块无法放置装置的问题，而且是针对图像传感器进行的改造，基本能够适应所有环境的改变，而且在相机的镜头更换的之后，仍能保证测量结果具有时间定位的功能；
(3)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，对被测物的测量无损伤，且测量精度高，能够满足多种恶劣条件下对多种被测物体的测量；
(4)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，能够用于测量多台相机的启动时差，测量的多台相机启动时差精度高，避免了两台相机采集每幅图像的时刻在时间轴上错位从而引起的测量结果失真的问题；
(5)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，能够对走时误差进行校准，避免了由于走时误差引起的测量精度较低的问题；
(6)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，可根据实际应用要求，调节光源矩阵子模块中发光单元的排列方式、周期、所包含的发光单元的个数等，实现不同光强、不同精度、不同采集时长下时间的定位；
(7)本发明提供的光耦合式图像采集时刻标定的系统和方法，将图片中空余的无用数据成功地利用了起来，不仅适应性强，实施难度也较低，根据被测物体占图像的百分比不同，算法也可以做相应的调整，灵活性也很强。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。由于方法部分已经对本申请实施例进行了详细描述，这里对实施例中涉及的结构与方法对应部分的展开描述省略，不再赘述。对于结构中具体内容的描述可参考方法实施例的内容，这里不再具体限定。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
由于方法部分已经对本申请实施例进行了详细描述，这里对实施例中涉及的结构与方法对应部分的展开描述省略，不再赘述。对于结构中具体内容的描述可参考方法实施例的内容，这里不再具体限定。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.光耦合式图像采集时刻标定的系统，其特征在于，包括：
系统时间总控模块，分别与逻辑控制模块、触发模块相耦接，为所述逻辑控制模块和所述触发模块提供基准时间；
所述逻辑控制模块，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；
时间光发生模块，包括光源矩阵子模块和电参数子模块，所述光源矩阵子模块和所述电参数子模块相耦接，其中，所述光源矩阵子模块包括至少一个发光单元；
电参数子模块，与所述逻辑控制模块相耦接，接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号产生恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或恒定电流；
光源矩阵子模块，分别与所述逻辑控制模块、所述电参数子模块相耦接，接收所述周期控制信号和所述恒定电信号，其中，所述恒定电信号为所述发光单元提供电能，所述周期控制信号控制所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息；
所述触发模块，接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生触发信号，所述触发信号为单次触发信号或连续触发信号；
相机，与所述触发模块相耦接，形成光学通路，被所述触发信号触发后产生采集控制信号；其中，所述采集控制信号发送至图像传感器，所述光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像；
所述图像传感器，分别与所述相机、所述光源矩阵子模块相耦接，被所述采集控制信号触发，接收所述光学矩阵信息和所述被测物的反射光线，以获得第一图像，所述第一图像包括所述光学矩阵信息和图像光学信息，所述图像光学信息为所述被测物的反射光线在所述图像传感器上的成像；其中，所述发光单元设置于所述图像传感器表面，或者，所述发光单元通过微型光传导设备连接至所述图像传感器表面；
图像处理模块，与所述图像传感器相耦接，接收所述第一图像，并将所述光学矩阵信息转换为采集图像的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记所述时刻信息的所述第一图像。
2.根据权利要求1所述的光耦合式图像采集时刻标定的系统，其特征在于，所述微型光传导设备为光纤。
3.根据权利要求1-2任一所述的光耦合式图像采集时刻标定的系统，其特征在于，
所述图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机采集图像的时刻。
4.光耦合式图像采集时刻标定的方法，其特征在于，包括：
系统安装与设置步骤，包括：
根据试验需求，设置被测物及相机的相对位置，将系统时间总控模块分别与逻辑控制模块、触发模块相耦接，将速搜触发模块与所述相机相耦接，并将所述相机与图像传感器相耦接，将所述图像传感器与图像处理模块相耦接；
将所述逻辑控制模块与时间光发生模块相耦接，所述时间光发生模块包括相耦接的光源矩阵子模块和电参数子模块，将所述逻辑控制模块分别与所述光源矩阵子模块、所述电参数子模块相耦接；
所述光源矩阵子模块包括至少一个发光单元，根据试验需求，设置所述发光单元的个数，并将所述发光单元与图像传感器相耦接；
开启所述相机并设置所述相机帧率及曝光时间；
图像采集步骤，包括：
开启所述系统时间总控模块，所述系统时间总控模块为所述逻辑控制模块和所述触发模块提供基准时间；
所述逻辑控制模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生电参数控制信号和周期控制信号；
所述电参数子模块接收所述电参数控制信号，并根据所述电参数控制信号产生恒定电信号，所述恒定电信号为恒定电压或恒定电流；
所述光源矩阵子模块接收所述周期控制信号和所述恒定电信号，其中，所述恒定电信号为所述发光单元提供电能，所述周期控制信号控制所述发光单元以设定的周期进行亮暗闪烁，以形成表示时刻的光学矩阵信息；
所述触发模块接收所述基准时间，并基于所述基准时间产生触发信号，所述触发信号为单次触发信号或连续触发信号；
所述相机形成光学通路，被所述触发信号触发后产生采集控制信号；其中，所述采集控制信号发送至所述图像传感器，光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像所述光学通路使被测物的反射光线在所述图像传感器上成像；
所述图像传感器被所述采集控制信号触发，接收所述光学矩阵信息和所述被测物的反射光线，以获得第一图像，所述第一图像包括所述光学矩阵信息和图像光学信息，所述图像光学 信息为所述被测物的反射光线在所述图像传感器上的成像；其中，将所述发光单元设置于所述图像传感器表面，或者，将所述发光单元通过微型光传导设备连接至所述图像传感器表面，以使所述光学矩阵信息被所述图像传感器采集；
图像处理步骤，包括：
所述图像处理模块接收所述第一图像，并将所述光学矩阵信息转换为采集图像的时刻信息，以获得第二图像，所述第二图像为标记所述时刻信息的所述第一图像。
5.根据权利要求4所述的光耦合式图像采集时刻标定的方法，其特征在于，所述微型光传导设备为光纤。
6.根据权利要求4-5任一所述的光耦合式图像采集时刻标定的方法，其特征在于，
所述图像处理模块，利用灰度二值化法或灰度线性插值法将所述光源矩阵的灰度信息转换为所述相机采集图像的时刻。
7.根据权利要求6所述的光耦合式图像采集时刻标定的方法，其特征在于，所述灰度二值化法，进一步为：根据设定的阈值，将所述发光单元的灰度信息分为亮、暗两种状态，所述发光单元的灰度小于该发光单元的阈值，判定该发光单元为暗，并以0表示，所述发光单元的灰度大于该发光单元的阈值，判定该发光单元为亮，并以1表示，将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0和1组成的数值，并根据所述光源矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0和1组成的数值转换为采集此图的时刻。
8.根据权利要求7所述的光耦合式图像采集时刻标定的方法，其特征在于，所述灰度线性插值法，进一步为：根据设定的阈值上限和阈值下限，将发光单元的亮暗情况分为亮、暗和灰三种状态，所述发光单元的灰度小于或等于该发光单元阈值下限，判定该发光单元为暗，用0表示；所述发光单元的灰度大于或等于该发光单元的阈值上限，判定该发光单元为亮，用1表示；所述发光单元的灰度位于该发光单元的所述阈值上限和所述阈值下限之间，判断该发光单元为灰，通过线性插值计算，该发光单元的亮暗情况用大于0且小于1实数表示；将所述发光单元的亮暗情况形成一组由0～1是实数组成的数值，并根据所述光源矩阵的每个所述发光单元的周期和亮暗次数，将该组由0～1是实数组成的数值转换为采集此图的时刻。
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