CN111093021A - 一种相机的时域同步方法 - Google Patents

Abstract

一种相机的时域同步方法，涉及相机领域，包括以下步骤测试相机从启动到曝光的延迟时间；当前时间与延迟时间之和等于预设时间时，启动相机。当前时间与延迟时间之和等于预设时间时，启动相机，使得相机开始曝光的时间与预设时间相等，从而消除了延迟时间对相机准确曝光时间的干扰，避免了由于相机内部处理时间之间的差异，而影响到天文摄影精度的现象发生。

Description

一种相机的时域同步方法

技术领域

本发明涉及相机领域，特别涉及一种相机的时域同步方法。

背景技术

铯原子钟它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高，目前，最好的铯原子钟达到2000万年才相差 1 秒。现在国际上， 普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准。GPS卫星系统最终采用的就是铯原子钟。现有的GPS模块除能够实现卫星定位的功能之外还能够输出一时间信号，时间信号包括基于铯原子钟跃迁频率的PPS信号以及基于PPS信号输出的校准时间。

天文摄影为一特殊的摄影技术，可记录各种天体和天象，月球、行星甚至遥远的深空天体。同时，为了能够清晰的捕捉到天体的位置等图像特征，一般在进行天文摄影过程中，大多采用多点高频的拍摄方式，即在不同位置同时对天体进行高频率的图像捕捉。由于拍摄距离遥远以及天体运动的客观原因，当位于不同位置的相机对天体的图像捕捉时间产生细微偏差时，多组相机所拍摄出来的天体图像也会产生极大的偏差，为此，如何保证多组相机能够同步对天体进行图像捕捉，是天文领域技术人员一直致力解决的技术问题。

由于GPS卫星系统中原子钟的计时具有高精度的特性，现有技术中大多采用GPS中的原子钟提供拍摄的时间，从而实现多组相机图像采集的同步性。即首先在相机中输入预设的时间，多组相机接收来自GPS卫星系统输出的时间，当GPS卫星系统输出的时间达到预设时间时，多组相机进行同步拍摄。这样就避免了远距离通信或硬件原因造成的多组相机之间拍摄启动时间出现偏差的情况出现，使得位于多个地点的多组相机能够同步启动拍摄。

但是在相机实际启动拍摄过程中，可以大概的分为两个时间段：相机曝光的时间，以及从启动拍摄到曝光之间的延迟时间时间，延迟时间与曝光时间之和为相机拍摄一帧图像所用时间。由于相机的硬件种类以及状态的不同，不同的相机，其延迟时间是存在差异的。这就导致，即使是多组相机同步启动拍摄，相机曝光获取图像的时间也是存在差异的，从而影响了天文摄影中图像获取的准确性以及精确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种相机的时域同步方法，其优点是能够避免由于相机内部处理时间之间的差异，而影响到天文摄影精度的现象发生。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种相机的时域同步方法，包括以下步骤：

步骤1：测试相机从启动到曝光的延迟时间；

步骤2：当前时间与延迟时间之和等于预设时间时，启动相机。

通过采用上述技术方案，当前时间与延迟时间之和等于预设时间时，启动相机，使得相机开始曝光的时间与预设时间相等，从而消除了延迟时间对相机准确曝光时间的干扰，避免了由于相机内部处理时间之间的差异，而影响到天文摄影精度的现象发生。

进一步的，所述步骤1还包括：

步骤1-1：安装一用于照亮相机图像传感器的测试灯，并截断相机图像传感器对相机外部光线的接收；

步骤1-2：控制相机内的图像传感器持续循环工作，所述图像传感器每次启动时输出一测试信号；

步骤1-3：当图像传感器输出测试信号的同时，控制所述测试灯闪烁一次；

步骤1-4：通过控制器调节图像传感器输出测试信号与测试灯闪烁之间的时间长度，将图像传感器输出黑色图像的持续时间输出为延迟时间，将图像传感器输出亮色图像的持续时间输出为曝光时间。

通过采用上述技术方案，由于截断了相机图像传感器对相机外部光线的接收，当测试灯不发光时，图像传感器曝光生成的图像为黑色的图像，当测试灯在图像传感器曝光时间内发光时，图像传感器生成的图像为亮色图像。当相机持续循环工作时，图像传感器会进行自运行，其运行的时间将由延迟时间与曝光时间间隔排列组成。通过多次通过控制器调节图像传感器输出测试信号与测试灯闪烁之间的时间长度，测得测试灯未在曝光时间内闪烁的单段持续时间，即为延迟时间。该方法仅在结构上增加了测试灯，结构变化简单，在实现测量延迟时间的基础上，降低了相机的生产成本。

进一步的，所述相机设置有用于遮住图像传感器的遮光盖，并通过遮光盖截断相机图像传感器对相机外部光线的接收。

进一步的，阶段相机图像传感器对相机外部光线的接收的方法为：将相机置于黑暗环境中。

进一步的，所述当前时间由设置在相机内部的GPS时钟模块提供。

通过采用上述技术方案，GPS时钟模块能够提供精准的时间，在一定程度上增加了对相机启动时间控制的精确性。

进一步的，所述GPS时钟模块连接有用于计算PPS信号脉冲数量的计数器，所述当前时间包括由GPS时钟模块直接输出的校准时间以及由计数器输出的微调时间。

通过采用上述技术方案，由于一般的GPS时钟模块仅能输出具体到秒的时间，而大多相机的延迟时间以及曝光时间均小于1秒，通过计数器实现对PPS信号的脉冲计数，从而实现了对每一秒时间的细化计算，从而输出小于1秒的时间单位，当控制器计算出延迟时间时，可由计数器实现对延迟时间的精确补偿。

进一步的，所述测试灯设置在相机的内侧壁上，测试灯的位置与图像传感器接收相机外部光线的路径互不干涉。

进一步的，所述相机内设置有驱动图像传感器工作的中央控制模块，所述中央控制模块连接所述GPS时钟模块和计数器，用于接收所述当前时间与延迟时间，每当中央控制模块接收到所述微调时间，计数器清零。

通过采用上述技术方案，由于计数器的作用是为了对每一秒进行细化，计数器清零可实现降低计数器的计数数量，使得计数器计算的时间在1秒范围内，不但在一定程度上增强了GPS时钟模块提供时间的准确性，也提高了对延迟时间补偿的精准性。

综上所述，本发明具有以下有益效果：由于实现了对延迟时间的测定，使得相机能够在启动拍摄时排除延迟时间的干扰，从而保证多组相机同时拍摄时的同步性，进而保证天文摄像过程中图像采集的准确性。

附图说明

图1是相机的时域同步方法的流程图；

图2是相机内部系统的系统图；

图3是测试灯的位置结构示意图。

图中，1、相机；2、测试灯；3、遮光盖；4、图像传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

一种相机的时域同步方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：测试相机1从启动到曝光的延迟时间。

步骤1-1：安装一用于照亮相机1图像传感器4的测试灯2，并截断相机1图像传感器4对相机1外部光线的接收.

步骤1-2：控制相机1内的图像传感器4持续循环工作，图像传感器4每次启动时输出一测试信号；

步骤1-3：当图像传感器4输出测试信号的同时，控制所述测试灯2闪烁一次；

步骤1-4：通过控制器调节图像传感器4输出测试信号与测试灯2闪烁之间的时间长度，将图像传感器4输出黑色图像的持续时间输出为延迟时间，将图像传感器4输出亮色图像的持续时间输出为曝光时间。

步骤2：当前时间与延迟时间之和等于预设时间时，启动相机1。

如图2所示，其中，图像传感器4设置在相机1内部，相机1设置有与图像传感器4配合的图像采集口，图像采集口设置有用于遮住图像传感器4的遮光盖3，并通过遮光盖3截断相机1图像传感器4对相机1外部光线的接收。此处对于截断相机1图像传感器4对相机1外部光线的接收的方法不做限定，如，将相机1置于黑暗环境中也在本实施例的说明范围内。

进一步的，如图2所示，相机1内部还设置有GPS时钟模块、与GPS时钟模块连接的计数器和中央控制模块。再参照图3所示，上述测试灯2设置在相机1的内侧壁，并通过控制器连接中央处理模块。测试灯2 的位置与图像传感器4接收相机1外部光线的路径互不干涉，且测试灯2的照射范围包含图像传感器4的感光面。

GPS时钟模块连接GPS卫星系统，并输出时间信号，时间信号包括基于GPS原子钟跃迁频率的PPS信号以及基于PPS信号输出的校准时间。计数器连接GPS时钟模块并接收PPS信号，计数器用于计算PPS信号脉冲数量，并输出相应的微调时间。上述中央控制模块连接GPS时钟模块和计数器，并接收来自GPS时钟模块的校准时间，以及来自计数器的微调时间。由于校准时间只能够精确到秒，微调时间可精确到千分之一秒或更小的计数单位，使得中央控制模块可根据校准时间和微调时间得知精确的当前时间。

中央控制其还用于接收预设时间，预设时间可由外部计算机或控制系统提供，此处不做限定。

进一步的，上述控制器、计数器以及中央处理模块均集成于同一控制芯片，控制芯片采用ARM芯片。

由以上所述内容可知，当需要通过多组相机1同时进行天文摄影时，首先对相机1进行校准：截断图像传感器4的与相机1外部的光路传输，通过控制器控制图像传感器4进行持续自循环启动，每当图像传感器4拍摄一帧图像时，均会经过一段延迟时间以及一段曝光时间，每当图像传感器4启动拍摄时，同时输出一测试信号，控制器接收到测试信号后控制测试灯2闪烁一次，此处测试灯2闪烁的亮灯时间远小于相机1的延迟时间。通过控制器不断调节从自身接收测试信号至测试灯2闪烁之间的时间。当测试灯2在相机1的延迟时间内发光时，相机1曝光输出的图像为黑色，当测试灯2在相机1的曝光时间内发光时，相机1图像传感器4可感应到测试灯2发出的亮光，从而输出亮色的图像，将图像传感器4输出亮色图像的持续时间输出为曝光时间。控制器测算出延迟时间以及曝光时间后，将延迟时间以及曝光时间输出到中央控制模块，中央控制模块将延迟时间加成到当前时间。在拍摄阶段，当前时间与延迟时间之和等于预设时间时， 由中央控制模块输出控制图像传感器4启动的启动信号，使得各相机1在实际拍摄过程中均能够避免自身延迟时间的干扰，实现了多组相机1的同时曝光拍摄。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种相机的时域同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：测试相机(1)从启动到曝光的延迟时间；

步骤2：当前时间与延迟时间之和等于预设时间时，启动相机(1)。

2.根据权利要求1所述的一种相机(1)的时域同步方法，其特征在于：所述步骤1还包括：

步骤1-1：安装一用于照亮相机(1)图像传感器(4)的测试灯(2)，并截断相机(1)图像传感器(4)对相机(1)外部光线的接收；

步骤1-2：控制相机(1)内的图像传感器(4)持续循环工作，所述图像传感器(4)每次启动时输出一测试信号；

步骤1-3：当图像传感器(4)输出测试信号的同时，控制所述测试灯(2)闪烁一次；

步骤1-4：通过控制器调节图像传感器(4)输出测试信号与测试灯(2)闪烁之间的时间长度，将图像传感器(4)输出黑色图像的持续时间输出为延迟时间，将图像传感器(4)输出亮色图像的持续时间输出为曝光时间。

3.根据权利要求2所述的一种相机(1)的时域同步方法，其特征在于：所述测试灯(2)设置在相机(1)的内侧壁上，测试灯(2)的位置与图像传感器(4)接收相机(1)外部光线的路径互不干涉。

4.根据权利要求3所述的一种相机的时域同步方法，其特征在于：所述相机(1)设置有用于遮住图像传感器(4)的遮光盖(3)，并通过遮光盖(3)截断相机(1)图像传感器(4)对相机(1)外部光线的接收。

5.根据权利要求3所述的一种相机的时域同步方法，其特征在于：阶段相机(1)图像传感器(4)对相机(1)外部光线的接收的方法为：将相机(1)置于黑暗环境中。

6.根据权利要求3所述的一种相机的时域同步方法，其特征在于：所述当前时间由设置在相机(1)内部的GPS时钟模块提供。

7.根据权利要求6所述的一种相机的时域同步方法，其特征在于：所述GPS时钟模块连接有用于计算PPS信号脉冲数量的计数器，所述当前时间包括由 GPS时钟模块直接输出的校准时间以及由计数器输出的微调时间。

8.根据权利要求7所述的一种相机的时域同步方法，其特征在于：所述相机(1)内设置有驱动图像传感器(4)工作的中央控制模块，所述中央控制模块连接所述GPS时钟模块和计数器，用于接收所述当前时间与延迟时间，每当中央控制模块接收到所述微调时间，计数器清零。

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