CN112055196B - 一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法 - Google Patents

一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法。步骤1：将两个相机分别与计算机相连接，组成双目视觉系统；步骤2：将双目视觉系统放置在室内，隔绝自然光，并设置闪烁光源；步骤3：分别设置相机的参数，并将两个相机的镜头均对准静止物体；步骤4：利用计算机控制两个相机同步采集图像；步骤5：将采集的图像制成两个相机的平均灰度曲线；步骤6：分析两个相机采集频率是否稳定，并计算两个相机同步采集时间间隔。本发明用以解决将图像数据传输到计算机缓存时的系统时间作为相机图像采集时间；但是这个时间并不可靠，数据在传输的过程中会出现各种延迟，以计算机记录的图像采集时间计算相机图像采集时间间隔不准确的问题。

Description

一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法
技术领域
本发明属于双目视觉测量的技术领域；具体涉及一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法。
背景技术
在进行立体视觉测量时，需要控制两个相机同步触发，但是在实际的过程中，两台相机图像采集时间不完全一致。相机以较高的频率采集图像时，两台相机图像采集的时间差需要控制在更小的区间内，这就要求系统具有较高的同步性能。
评价同步性能的基础是准确地获得相机图像采集时间。一般将图像数据传输到计算机缓存时的系统时间作为相机图像采集时间。但是这个时间并不可靠，数据在传输的过程中可能出现各种延迟，以计算机记录的图像采集时间计算相机图像采集时间间隔不准确。
发明内容
本发明提供了一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法，用以解决一般将图像数据传输到计算机缓存时的系统时间作为相机图像采集时间；但是这个时间并不可靠，数据在传输的过程中可能出现各种延迟，以计算机记录的图像采集时间计算相机图像采集时间间隔不准确的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法，所述测量方法包括以下步骤，
步骤1：将两个相机分别与计算机相连接，组成双目视觉系统；
步骤2：将双目视觉系统放置在室内，隔绝自然光，并设置闪烁光源；
步骤3：分别设置两个相机的参数，并将相机的镜头对准静止物体，使两个相机的成像内容相同，参数为采集频率和曝光时间；
步骤4：利用计算机控制两个相机同步采集图像；
步骤5：将采集的图像制成两个相机的平均灰度曲线；
步骤6：通过步骤5的平均灰度曲线分析两相机采集频率是否稳定，并计算两相机同步采集时间间隔。
进一步的，所述步骤3中，采集频率为100Hz，曝光时间小于3ms。
进一步的，所述步骤6平均灰度曲线分析过程具体为，以采集图像的平均灰度作为采样信号，以灯光的明暗变化作为原始信号；若相机的频率稳定且灯光的频率稳定，相机采样频率低于原始信号的频率的2倍，由采样定理知，会出现采样混叠；所述混叠频率由下式确定，
Figure BDA0002650904560000021
/>
其中，fa为混叠频率；fs为原始频率；SF为相机的采样频率；Int表示取整函数，为保留一个数字的整数部分；
na取值为1，则混叠频率fa满足式：
fa＝|fs-SF| (2)
由平均灰度曲线是否光滑，判断出相机采集频率是否稳定。
进一步的，两个相机采集的图像平均灰度以混叠频率fa作周期变化；两个相机得到的图像平均灰度曲线不重合，两条曲线存在相位差；假设相位差为
Figure BDA0002650904560000022
当同步采集图像时，两个相机采集图像的时间间隔为ΔTa；灯光闪烁的周期为Ta；若相机同步采集的时间间隔小于Ta，则有：
Figure BDA0002650904560000023
设相机采集图像的明暗变化以Nt张图像为一个周期，两个相机采集的图像平均灰度曲线的相位相差Na张图像，则两个相机采集图像的时间间隔为ΔTa表示为：
Figure BDA0002650904560000024
一条曲线中，两个相邻极小值点序号的差对应了一个混叠信号周期的长度；左相机、右相机极小值点序号的差对应了混叠信号的相位差；由式(4)计算两相机同步采集时间间隔。
本发明的有益效果是：
利用灯光闪烁频率为100Hz的特性，提出了一种能有效测量两台相机同步采集时间间隔的方法。当相机的采集频率与灯光的闪烁频率相近时，由于采样混叠，相机采集的图像会出现周期性明暗变化。由两相机采集混叠信号的相位差就可以计算出同步采集的时间间隔。这种方法简单、易用，对设备要求低，能达到较高的测量精度。
附图说明
图1本发明的方法流程图。
图2本发明的双目视觉系统示意图。
图3本发明的图像明暗周期性变化图，(a)-(f)分别为一个周期内，图像按时间顺序明暗变化的图像
图4本发明的图像平均灰度曲线图，(a)第1组图像的平均灰度曲线图，(b)第2组图像的平均灰度曲线图，(c)第3组图像的平均灰度曲线图，(d)第4组图像的平均灰度曲线图，(e)第5组图像的平均灰度曲线图，(f)第6组图像的平均灰度曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法，所述测量方法包括以下步骤，
步骤1：将两个相机分别与计算机相连接，组成双目视觉系统；
步骤2：将双目视觉系统放置在室内，隔绝自然光，并设置闪烁光源；
步骤3：分别设置两个相机的参数，并将相机的镜头对准静止物体，使两个相机的成像内容相同，参数为采集频率和曝光时间；
步骤4：利用计算机控制两个相机同步采集图像；
步骤5：将采集的图像制成两个相机的平均灰度曲线；
步骤6：通过步骤5的平均灰度曲线分析两相机采集频率是否稳定，并计算两相机同步采集时间间隔。
进一步的，所述步骤3中，采集频率为100Hz，曝光时间小于3ms。
进一步的，所述步骤6平均灰度曲线分析过程具体为，以采集图像的平均灰度作为采样信号，以灯光的明暗变化作为原始信号；若相机的频率稳定且灯光的频率稳定，相机采样频率低于原始信号的频率的2倍，由采样定理知，会出现采样混叠；所述混叠频率由下式确定，
Figure BDA0002650904560000031
其中，fa为混叠频率；fs为原始频率，即灯光闪烁的频率；SF为相机的采样频率；Int表示取整函数，为保留一个数字的整数部分；
na取值为1，则混叠频率fa满足式：
fa＝|fs-SF| (2)
由平均灰度曲线是否光滑，判断出相机采集频率是否稳定。
进一步的，两个相机采集的图像平均灰度以混叠频率fa作周期变化；但是由于两个相机采集图像不能保证完全同步，两个相机得到的图像平均灰度曲线不重合，两条曲线存在相位差；假设相位差为
Figure BDA0002650904560000041
当同步采集图像时，两个相机采集图像的时间间隔为ΔTa；灯光闪烁的周期为Ta；若相机同步采集的时间间隔小于Ta，则有：
Figure BDA0002650904560000042
设相机采集图像的明暗变化以Nt张图像为一个周期，两个相机采集的图像平均灰度曲线的相位相差Na张图像，则两个相机采集图像的时间间隔为ΔTa表示为：
Figure BDA0002650904560000043
一条曲线中，两个相邻极小值点序号的差对应了一个混叠信号周期的长度；左相机、右相机极小值点序号的差对应了混叠信号的相位差；由式(4)计算两相机同步采集时间间隔。
本发明提出了一种利用灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法，这种方法这种只需要使用常见的闪烁光源，如连接到普通市电上的LED灯或日光灯，就能准确地得到相机图像采集时间间隔。
实施例2
将两个相机与计算机连接，使用计算机控制相机，组成双目视觉系统。两相机分别命名为左相机与右相机。隔绝自然光。照明灯光的电源为220V交流电，交流电频率为50Hz，灯光闪烁频率为100Hz。将相机对准墙壁，如图2所示。
以软触发方式采集图像。曝光时间为1ms，采集频率为100Hz，采集时长为30s。采集图像为灰度图像，位深度为8，灰度值取值范围为0到255，图像分辨率为1024pixel×1024pixel。
采集多组试验图像。分析采集图像灰度变化的规律，采集图像明暗变化如图3所示。以采集图像的次序作为横坐标，以采集图像的平均灰度为纵坐标，作图像的平均灰度曲线，如图4所示。
左、右相机采集图像的灰度变化曲线是光滑的，这说明在图像采集过程中，灯光的闪烁频率与相机的采集频率保持稳定。在各组试验中，左、右相机采集图像灰度变化曲线的相位差是稳定的，这说明在试验时长内，左、右相机同步采集的时间间隔是稳定的。各种试验的混叠频率不完全相同，混叠信号的周期在10s左右，这是因为灯光闪烁频率在不同的试验中微小的变化。
一条曲线中，两个相邻极小值点序号的差对应了一个混叠信号周期的长度。左、右相机极小值点序号的差对应了混叠信号的相位差。由此计算得到各组试验中，两相机采集图像的时间间隔，如表1所示。
表1
Figure BDA0002650904560000051
/>

Claims (3)

1.一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤，
步骤1：将两个相机分别与计算机相连接，组成双目视觉系统；
步骤2：将双目视觉系统放置在室内，隔绝自然光，并设置闪烁光源；
步骤3：分别设置两个相机的参数，并将相机的镜头对准静止物体，使两个相机的成像内容相同，所述参数为采集频率100Hz和曝光时间小于3ms，相机采样频率低于灯光闪烁频率的2倍；
步骤4：利用计算机控制两个相机同步采集图像；
步骤5：将采集的图像制成两个相机的平均灰度曲线；
步骤6：通过步骤5的平均灰度曲线分析两相机采集频率是否稳定，并计算两相机同步采集时间间隔。
2.根据权利要求1所述一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法，其特征在于，所述步骤6平均灰度曲线分析过程具体为，以采集图像的平均灰度作为采样信号，以灯光的明暗变化作为原始信号；若相机的频率稳定且灯光的频率稳定，相机采样频率低于原始信号的频率的2倍，由采样定理知，会出现采样混叠；混叠频率由下式确定，
Figure FDA0003873433670000011
其中，fa为混叠频率；fs为原始频率；SF为相机的采样频率；Int表示取整函数，为保留一个数字的整数部分；
na取值为1，则混叠频率fa满足式：
fa＝|fs-SF| (2)
由平均灰度曲线是否光滑，判断出相机采集频率是否稳定。
3.根据权利要求2所述一种基于灯光闪烁的两相机同步采集时间间隔测量方法，其特征在于，两个相机采集的图像平均灰度以混叠频率fa作周期变化；两个相机得到的图像平均灰度曲线不重合，两条曲线存在相位差；假设相位差为
Figure FDA0003873433670000012
当同步采集图像时，两个相机采集图像的时间间隔为ΔTa；灯光闪烁的周期为Ta；若相机同步采集的时间间隔小于Ta，则有：
Figure FDA0003873433670000013
设相机采集图像的明暗变化以Nt张图像为一个周期，两个相机采集的图像平均灰度曲线的相位相差Na张图像，则两个相机采集图像的时间间隔为ΔTa表示为：
Figure FDA0003873433670000021
一条曲线中，两个相邻极小值点序号的差对应了一个混叠信号周期的长度；左相机、右相机极小值点序号的差对应了混叠信号的相位差；由式(4)计算两相机同步采集时间间隔。
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