CN109031926B - 一种摄像装置成像延时时间的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摄像装置成像延时时间的测量装置及方法，测量装置包括依次设置的光源、视频显示装置、感光元件、调理电路及信号波形显示测量装置；还包括信号发生器与驱动电路；测试时，首先校准装置，获得装置本身的延时T'；然后，将被测摄像装置放置于光源与视频显示装置之间；再次，确定调理电路中的比较电压；最后，通过测量，信号波形显示测量装置测量信号发生器输入的信号与调理电路输入信号的时间差，该时间差的绝对值记为|T"|；获得被测摄像装置的延时时间；实现对摄像装置成像延时时间的精确测量。该测量装置能够兼顾模拟视频制式和数字视频制式的摄像装置的成像延时时间的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像装置成像延时时间的测量装置及方法。
背景技术
摄像装置是一类成像设备，通常是通过光电效应，将外界光信号转化为电信号，并经过一系列的处理电路输出可视图像。摄像装置的应用领域是相当广泛的，从手机的拍照设备、家用摄像机到航天监视装置，都有它的身影。
摄像装置的组成通常包括感光器件和处理电路。感光器件目前主流的有两种，分别为CMOS器件和CCD器件，其主要作用是将光信号转化为电信号。处理电路主要作用是调理感光器件输出的电信号，并将电信号转化为可视的视频信号并输出。在上述的转换过程中，由光信号输入到最终的视频信号输出会有一个延时时间，该延时时间是表征摄像装置处理速度的一个重要指标，通常将该延时时间称为该摄像装置的成像延时时间。
摄像装置的成像延时时间的测量对于摄像装置而言意义重大，该指标反映了摄像装置对被拍摄图像的处理速度。特别对于成像延时敏感的场合该指标的测量非常关键，比如高速摄影中，较大的成像延时时间意味着无法很好的捕捉被拍摄物体的所有变化。
目前，对于摄像装置成像延时时间的测量没有完善的测试设备，一般给出的参考值多为理论估算值。即便同一型号下不同实物的摄像装置，由于组成器件的差异性和内部信号的完整性不同，成像延时时间也会有不同。对于不同型号的摄像装置的成像延时时间的差异就更大。
发明内容
为了实现对摄像装置成像延时时间的精确测量，本发明提出了一种摄像装置成像延时时间的测量装置及方法。
本发明的技术解决方案是提供一种摄像装置成像延时时间的测量装置，其特殊之处在于：包括依次设置的光源、视频显示装置、感光元件、调理电路及信号波形显示测量装置；
还包括信号发生器与驱动电路；
上述信号发生器的第一输出端与上述驱动电路的输入端相连，上述信号发生器的第二输出端与上述信号波形显示测量装置相连；
上述驱动电路的输出端与光源相连；
上述信号发生器用于输出两路不同的信号，分别送入驱动电路和信号波形显示测量装置；
上述驱动电路用于接收信号发生器的信号，并产生光源驱动信号；
上述光源根据驱动电路的驱动信号发光，提供给被测摄像装置以可被接收的光线，并照射被测摄像装置的感光面；
上述视频显示装置用于接收并显示被测摄像装置输出的视频信号；视频显示装置包含用于显示视频信号的显示屏，视频信号的亮度越强，显示屏发出的光信号就越强；视频信号的亮度越弱，显示屏发出的光信号就越弱；
上述感光元件用于接收视频显示装置的显示屏发出的光信号，并将不同强度的光信号转换为不同强度的电压信号输出；感光元件所受的光线越强感光元件输出的电压越高，感光元件所受的光线越弱感光元件输出的电压越低。
上述调理电路用于接收感光元件传输的电压信号，判断电压信号与调理电路中比较电压的大小，根据判断结果将上述电压信号调制为能够被信号波形显示测量装置识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置；调理电路内置电压比较器并可设置比较电压值，如果感光元件通过信号线缆输入的电压信号大于设置的比较电压，那么调理电路将通过线缆向信号波形显示测量装置发送可被识别的信号。如果感光元件通过信号线缆输入的信号电压小于设置的比较电压，那么调理电路将无电压信号输出。并且比较电压是连续可调的。
上述信号波形显示测量装置用于接收信号发生器及调理电路发送的信号，并叠加显示输入的信号波形，比较两路信号并输出这两路信号达到波形显示测量装置的时间差。
进一步地，光源的发光面与被测摄像装置的感光面相对放置。
进一步地，视频显示装置包括显示屏，被测摄像装置的视频显示在该显示屏上，感光元件的感光面置于显示屏前端，显示屏的发光面与感光元件的感光面相对放置，感光面能够接收显示屏光线的变化。
进一步地，信号发生器、驱动电路及光源之间均通过信号线缆连接；
视频显示装置通过视频传输电缆与被测摄像装置相连；
感光元件、调理电路、信号波形显示测量装置及信号发生器之间均通过信号线缆相连。
本发明还提供一种利用上述的装置测量摄像装置成像延时时间的方法，包括以下步骤：
步骤一、校准上述的摄像装置成像延时时间的测量装置，获得摄像装置成像延时时间的测量装置本身的延时T'；
步骤二、将被测摄像装置放置于光源与视频显示装置之间；
步骤三、启动被测摄像装置、视频显示装置、感光元件、调理电路与信号波形显示测量装置；确定调理电路中的比较电压，消除环境光对本测量装置的影响。
步骤四、启动信号发生器，发送两个同步信号分别送入驱动电路与信号波形显示测量装置；
驱动电路驱动光源发光，发出的光叠加在环境光上并照射至被测摄像装置，被测摄像装置将亮度增强的视频信号显示到视频显示装置的显示屏上，显示屏上显示增强的光信号被感光元件探测获得，感光元件将增强的光信号转化为增高的电压信号输入至调理电路；调理电路将感光元件输入的增高的电压信号与步骤三设置的比较电压进行比较，当输入的增高的电压信号大于比较电压时，调理电路将所述的增高的电压信号调制为信号波形显示测量装置能够识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置；信号波形显示测量装置测量信号发生器输入的信号与调理电路输入信号的时间差，该时间差的绝对值记为|T"|；
步骤五、被测摄像装置的延时时间为T＝|T"|-T'。
进一步地，上述步骤一具体为：
首先，启动感光元件、调理电路与信号波形显示测量装置，将调理电路的比较电压设置为0V。
其次，不断增大调理电路的比较电压值并同时观察信号波形显示测量装置的显示信号。比较电压增大到信号波形显示测量装置无信号显示时停止，并将此比较电压固定不动。
再次，调整光源与感光元件的相互位置，使得光源的发光面与感光元件的感光面相对放置；
再次，启动信号发生器，发送两个同步信号分别送入驱动电路与信号波形显示测量装置；驱动电路驱动光源发光，光线叠加在环境光上，并照射感光元件的感光面，感光元件将增强的光信号转化为增强的电压信号，调理电路将所述增强的电压信号调制为信号波形显示测量装置能够识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置；信号波形显示测量装置测量信号发生器送入的信号与调理电路送入信号的时间差，该时间差的绝对值记为|T1|；
最后，获得摄像装置成像延时时间的测量装置本身的延时T'＝|T1|+T2，其中T2为视频显示装置的时间延时。
进一步地，步骤二中将被测摄像装置的感光面与光源的发光面相对放置，将被测摄像装置通过视频传输电缆与视频显示装置连接。
进一步地，步骤三具体为：
首先，将调理电路的初始比较电压设置为0V；视频显示装置的显示屏显示被测摄像装置的视频信号，感光元件接收视频显示装置的显示屏发出的光信号，并将光信号转换为电压信号输入至调理电路，调理电路将所述电压信号调制为信号波形显示测量装置能够识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置；
其次，不断增大比较电压并同时观察信号波形显示测量装置的显示信号，当比较电压增大到信号波形显示测量装置无信号显示时停止，将此时的电压作为步骤四中的比较电压。
需要注意的是，在本装置测试前，需要确认环境光线不会引起被测摄像装置的饱和，即被测摄像装置的视频输出亮度达到最大。
本发明的有益效果是：
1、通过设置调理电路的比较电压，消除了环境光对本测量装置的影响，保证了本测量装置的稳定性。
2、本测量装置在测量结果的计算时引入了测量装置本身的时间延时，并且该时间延时的主要部分是通过测量装置本身的设计可测的，进而保证了本测量装置的测量结果的准确性。
3、通过探测视频显示装置的输出光线的方式，从而可以不指定被测摄像装置的输出格式，保证了本测量装置的通用性。
附图说明
图1为视频显示装置与感光元件的位置关系图；
图2为光源与被测摄像装置位置关系图；
图3为校准摄像装置成像延时时间的测量装置时的示意图；
图4为摄像装置成像延时时间的测量装置的示意图。
图中附图标记为：1-光源、11-发光面、2-被测摄像装置、22-被测摄像装置的感光面、3-视频显示装置、31-显示屏、4-驱动电路、5-信号发生器、6-感光元件、61-感光元件的感光面、7-信号波形显示测量装置、8-调理电路、9-视频传输电缆、10-信号线缆。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
如图4，本发明测量装置包括光源1、视频显示装置3、感光元件6、调理电路8、信号发生器5、驱动电路4和信号波形显示测量装置7。测试时，将被测摄像装置2置于该测量装置中。在该测量装置中，信号发生器5，一端通过信号线缆10与驱动电路4相连，另一端通过信号线缆10与信号波形显示测量装置7相连。信号发生器5启动后，可以输出两路同步信号，分别送入驱动电路4和信号波形显示测量装置7。驱动电路4，一端通过信号线缆10与光源1相连，另一端通过信号线缆10与信号发生器5相连，驱动电路4接收信号发生器5发送的信号并产生光源驱动信号，经光源驱动信号发送至光源1。光源1用于提供给被测摄像装置2以可被接收的光线，光源1的发光面11与被测摄像装置的感光面22相对放置(如图2)，光源1接收到驱动电路4发送的信号后进行发光。视频显示装置3通过视频传输电缆9与被测摄像装置2相连，视频显示装置3包括有显示屏31，能够接收被测摄像装置2的视频并显示在显示屏31上。感光元件的感光面61置于视频显示装置3的显示屏31前端，显示屏31的发光面与感光元件的感光面61相对放置(如图1)，感光面能够接收显示屏31光线的变化，并将光信号转换为电压信号输出。调理电路8的输入端通过信号线缆10与感光元件6相连，输出端通过信号线缆10与信号波形显示测量装置7相连，调理电路8能够接收感光元件6发送的电信号，调理电路8可以设置比较电压，如果感光元件6通过信号线缆10输入的信号电压大于设置的比较电压，那么调理电路8将该电信号调制为信号波形显示测量装置7可接收的信号，并通过信号线缆10向信号波形显示测量装置7发送可被识别的信号。如果感光元件6通过信号线缆10输入的信号电压小于设置的比较电压，那么调理电路8将无信号输出。信号波形显示测量装置7一端通过信号线缆10与调理电路8相连，另一端通过信号线缆10与信号发生器5相连。信号波形显示测量装置7用于接收两路信号，一路为信号发生器5输出的信号，一路为调理电路8输出的信号，信号波形显示测量装置7能够叠加显示输入的信号波形，并且能够比较这两路信号的到达时间并给出这两路信号的时间差。
利用上述装置通过以下步骤实现延时时间的测量：
步骤一，测量被测摄像装置2前，需要对上述延时时间测量装置进行校准，用于提高测量的准确性。校准连接如图3所示。
首先，启动感光元件6、调理电路8与信号波形显示测量装置7，将调理电路8的比较电压设置为0V。
其次，不断增大调理电路8的比较电压值并同时观察信号波形显示测量装置7的显示信号。比较电压增大到信号波形显示测量装置7无信号显示时停止，并将此比较电压固定。
再次，调整光源1与感光元件6的相互位置，使得光源1的发光面11与感光元件的感光面61相对放置；
再次，启动信号发生器5，发送两个同步信号分别送入驱动电路4与信号波形显示测量装置7；驱动电路4驱动光源1发光，光线叠加在环境光上，并照射感光元件的感光面61，感光元件6将增强的光信号转化为增强的电压信号，调理电路8将所述增强的电压信号调制为信号波形显示测量装置7能够识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置7；信号波形显示测量装置7测量信号发生器5送入的信号与调理电路8送入信号的时间差，该时间差的绝对值记为|T1|；
最后，获得摄像装置成像延时时间的测量装置本身的延时T'＝|T1|+T2，其中T2为视频显示装置3的时间延时。
步骤二，将被测摄像装置2放置于延时时间测量装置的系统中。被测摄像装置2通过视频传输电缆9与视频显示装置3连接。将光源1的发光面11与被测摄像装置的感光面22相对放置，保证被测摄像装置的感光面22能够完全接收光源1发出的光线。将视频显示装置3的显示屏31的发光面与感光元件的感光面61相对放置，使得感光元件的感光面61能够完全接收视频显示装置3的显示屏的发光面发出的光线。
步骤三，启动被测摄像装置2、视频显示装置3、感光元件6、调理电路8与信号波形显示测量装置7。
首先，将调理电路8的初始比较电压设置为0V，因为此时被测摄像装置2、视频显示装置3、感光元件6、调理电路8已经工作，被测摄像装置2将对环境光成像(确保此时环境光不会造成被测摄像装置2的输出视频信号亮度饱和)并将视频信号输入到视频显示装置3。视频显示装置3的显示屏31显示视频信号，显示屏31的光线被感光元件6接收。感光元件6产生电压信号输入至调理电路8中，调理电路8将该电压与初始比较电压(一定大于0V)比较，并将调理后的信号输入至波形显示测量装置7中。
其次，不断增大调理电路8的比较电压并同时观察信号波形显示测量装置7的显示信号。当比较电压增大到信号波形显示测量装置7无信号显示时停止，并保持该设置的比较电压。
步骤四，启动信号发生器5，发送两个同步信号分别送入驱动电路4与信号波形显示测量装置7。驱动电路4驱动光源1发光，光线叠加在环境光并照射入被测摄像装置2中。被测摄像装置2将感应到的更强的光线变化显示到视频显示装置3的屏幕上。屏幕的光线增强被感光元件6探测获得，并产生更强的电压信号，并将该更强的电压信号输入至调理电路8。调理电路8将感光元件6输入的电压信号与步骤三设置的比较电压进行比较，大于该比较电压(肯定是大于的)时，调理电路8将输出电信号至信号波形显示测量装置7。信号波形显示测量装置7测量信号发生器5输入的信号与调理电路8输入信号的时间差，该时间差的绝对值记为|T"|。
步骤五，被测摄像装置的延时时间为T＝|T"|-T'。
Claims (9)
1.一种摄像装置成像延时时间的测量装置，其特征在于：包括依次设置的光源(1)、视频显示装置(3)、感光元件(6)、调理电路(8)及信号波形显示测量装置(7)；
还包括信号发生器(5)与驱动电路(4)；
所述信号发生器(5)的第一输出端与所述驱动电路(4)的输入端相连，所述信号发生器(5)的第二输出端与所述信号波形显示测量装置(7)相连；
所述驱动电路(4)的输出端与光源(1)相连；
所述信号发生器(5)用于输出两路同步信号，分别送入驱动电路(4)和信号波形显示测量装置(7)；
所述驱动电路(4)用于接收信号发生器(5)的信号，并产生光源驱动信号；
所述光源(1)用于根据驱动电路(4)的驱动信号发光，并照射至被测摄像装置的感光面(22)；
所述视频显示装置(3)用于接收并显示被测摄像装置(2)输出的视频信号；
所述感光元件(6)用于接收视频显示装置(3)的显示屏(31)发出的光信号，并将不同强度的光信号转换为不同强度的电压信号输出；
所述调理电路(8)内置电压比较器并可设置比较电压值，所述调理电路(8)用于接收感光元件(6)传输的电压信号，判断电压信号与调理电路中比较电压的大小，根据判断结果将所述电压信号调制为能够被信号波形显示测量装置(7)识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置(7)；
所述信号波形显示测量装置(7)用于接收信号发生器(5)及调理电路(8)发送的信号，并叠加显示输入的信号波形，比较两路信号并输出这两路信号达到波形显示测量装置(7)的时间差。
2.根据权利要求1所述的摄像装置成像延时时间的测量装置，其特征在于：光源(1)的发光面(11)与被测摄像装置的感光面(22)相对放置。
3.根据权利要求1所述的摄像装置成像延时时间的测量装置，其特征在于：视频显示装置(3)包括显示屏(31)，显示屏(31)的发光面与感光元件的感光面(61)相对放置。
4.根据权利要求1所述的摄像装置成像延时时间的测量装置，其特征在于：当所述调理电路(8)的输入电压大于比较电压时，调理电路(8)将输入电压调理为所述信号波形显示测量装置(7)可识别的信号；当输入电压小于比较电压时，调理电路(8)将无信号输出；该比较电压值连续可调。
5.根据权利要求1所述的摄像装置成像延时时间的测量装置，其特征在于：
信号发生器(5)、驱动电路(4)及光源(1)之间均通过信号线缆(10)连接；
视频显示装置(3)通过视频传输电缆(9)与被测摄像装置(2)相连；
感光元件(6)、调理电路(8)、信号波形显示测量装置(7)及信号发生器(5)之间均通过信号线缆(10)相连。
6.一种利用权利要求1至5任一所述的测量装置测量摄像装置成像延时时间的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、校准权利要求1至5任一所述的摄像装置成像延时时间的测量装置，获得摄像装置成像延时时间的测量装置本身的延时T'；
步骤二、将被测摄像装置(2)放置于光源(1)与视频显示装置(3)之间；
步骤三、启动被测摄像装置(2)、视频显示装置(3)、感光元件(6)、调理电路(8)与信号波形显示测量装置(7)；确定调理电路(8)中的比较电压；
步骤四、启动信号发生器(5)，发送两个同步信号分别送入驱动电路(4)与信号波形显示测量装置(7)；
驱动电路(4)驱动光源(1)发光，光源(1)发出的光叠加在环境光上并照射至被测摄像装置(2)，被测摄像装置(2)产生亮度增强的视频信号显示到视频显示装置(3)的显示屏(31)上，显示屏(31)上显示增强的光信号被感光元件(6)探测获得，感光元件(6)将增强的光信号转化为增高的电压信号输入至调理电路(8)；调理电路(8)将感光元件(6)输入的增高的电压信号与步骤三设置的比较电压进行比较，当输入的增高的电压信号大于比较电压时，调理电路(8)将所述的增高的电压信号调制为信号波形显示测量装置(7)能够识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置(7)；信号波形显示测量装置(7)测量信号发生器(5)输入的信号与调理电路(8)输入信号的时间差，该时间差的绝对值记为|T"|；
步骤五、被测摄像装置的延时时间为T＝|T"|-T'。
7.根据权利要求6所述的测量摄像装置成像延时时间的方法，其特征在于，所述步骤一具体为：
首先，启动感光元件(6)、调理电路(8)与信号波形显示测量装置(7)，将调理电路(8)的比较电压设置为0V；
其次，不断增大调理电路(8)的比较电压值并同时观察信号波形显示测量装置(7)的显示信号，比较电压增大到信号波形显示测量装置(7)无信号显示时停止，并将此比较电压固定；
再次，调整光源(1)与感光元件(6)的相互位置，使得光源(1)的发光面(11)与感光元件的感光面(61)相对放置；
再次，启动信号发生器(5)，发送两个同步信号分别送入驱动电路(4)与信号波形显示测量装置(7)；驱动电路(4)驱动光源(1)发光，光线叠加在环境光上，并照射感光元件的感光面(61)，感光元件(6)将增强的光信号转化为增强的电压信号，调理电路(8)将所述增强的电压信号调制为信号波形显示测量装置(7)能够识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置(7)；信号波形显示测量装置(7)测量信号发生器(5)送入的信号与调理电路(8)送入信号的时间差，该时间差的绝对值记为|T1|；
最后，获得摄像装置成像延时时间的测量装置本身的延时T'＝|T1|+T2，其中T2为视频显示装置(3)的时间延时。
8.根据权利要求6所述的测量摄像装置成像延时时间的方法，其特征在于：步骤二中将被测摄像装置的感光面(22)与光源(1)的发光面(11)相对放置，将被测摄像装置(2)通过视频传输电缆(9)与视频显示装置(3)连接。
9.根据权利要求6所述的测量摄像装置成像延时时间的方法，其特征在于，步骤三具体为：
首先，将调理电路(8)的初始比较电压设置为0V；视频显示装置(3)的显示屏(31)显示被测摄像装置(2)的视频信号，感光元件(6)接收视频显示装置(3)的显示屏(31)发出的光信号，并将光信号转换为电压信号输入至调理电路(8)，调理电路(8)将所述电压信号调制为信号波形显示测量装置(7)能够识别的信号，并将所述信号发送至信号波形显示测量装置(7)；
其次，不断增大比较电压并同时观察信号波形显示测量装置(7)的显示信号，当比较电压增大到信号波形显示测量装置(7)无信号显示时停止，将此时的电压作为步骤四中的比较电压。
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