CN112153369B - 一种图像拍摄同步性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字成像技术，具体涉及一种图像拍摄同步性检测方法，以解决现有相机图像拍摄同步性检测精度低、检测方法复杂且检测范围具有局限性的问题。本发明所采用的技术方案为；一种图像拍摄同步性检测方法，首先，对相机同步拍摄误差的粗测，其次，设定拍摄目标的频闪周期、频闪脉宽和1号相机和2号相机的曝光时间，再次，对1号相机和2号相机的误差测试，当2个相机同一帧拍摄到的拍摄目标状态相同，得到粗侧误差，最后，将粗侧误差误差进行迭代测试，找到最终的相机同步拍摄误差。

Description

一种图像拍摄同步性检测方法

技术领域

本发明涉及数字成像技术，具体涉及一种图像拍摄同步性检测方法。

背景技术

同步拍摄是在摄影测量中，两台或多台摄影机在同一瞬间曝光的摄影方式，同步拍摄检测是用于在多个相机同步拍摄时，检测各个相机之间同步拍摄精度的方法。

秒表检测法是常用的同步拍摄检测方法之一，两个或多个相机同步拍摄秒表，通过各个相机同步拍摄的画面中秒表显示的数值，判断相机之间的同步拍摄误差。

秒表分为机械秒表和数字秒表两种类型，若拍摄目标是机械秒表，其精度最高为0.1秒，若拍摄目标是数字秒表，其精度最高为0.01秒，因此采用秒表检测法最高能测量的同步误差为0.01秒。一般照相机的最小曝光时间为 0.00025s，摄像机的最小曝光时间为0.001s，对于同步要求高的应用，例如在3D 拍摄、全景拍摄时，后处理需要多幅图像拼接，同步误差要求低于最小曝光时间，此时秒表检测法最高精度只能到0.01秒，误差太大，无法满足检测精度低于照相机的最小曝光时间0.00025秒或摄像机的最小曝光时间0.001秒的检测要求。

相机行场同步信号测量法也是同步拍摄检测方法之一，使用此方法时，需要在各个相机的内部程序主控模块中，预先设置相同的同步寄存器初始值，主控模块将控制指令发送至同步检测模块后，同步检测模块分别接收各个相机的行场同步信号之间的偏差值，其中场同步信号的偏差即为相机拍摄同步偏差。

采用相机行场同步信号测量法时，需要在相机内部程序中增加同步检测模块，重新编写相机内部逻辑程序，使用这种方法时需要在相机研制时加入检测程序才能进行相机的同步误差检测，对于非自研的相机将无法检测，使用局限性很大。

发明内容

本发明提供了一种图像拍摄同步性检测方法，用以克服现有相机图像拍摄同步性检测精度低，或者检测方法复杂且检测范围具有局限性的问题。

本发明所采用的技术方案为：一种图像拍摄同步性检测方法，包括以下步骤：

1)相机同步拍摄误差的粗测

待测的1号相机和2号相机同时对秒表中的数字或指针进行拍摄，则相机的初始粗测误差ε₀即为秒表中图像的时刻数值差；

2)拍摄目标、1号相机和2号相机的参数设置

2.1)拍摄目标的频闪周期设置为T _n，频闪脉宽设置为(1/(x+1))T _n；

式中：

n为步骤1)之后的同步拍摄次数，n＝1、2、3……；

x为拍摄目标的个数，x为奇数且x≥3；

(x+1)ε₀＞T _n≥2ε₀；

2.2)1号相机和2号相机的曝光时间E _n均设置为0.5T _n；

3)1号相机和2号相机的误差测试

拍摄目标的频闪脉宽以及1号相机和2号相机的曝光时间设置完成后，进行同步拍摄；

若2个相机同一帧拍摄到的x个拍摄目标状态相同，取(1/(x+1))T _n作为相机的粗测误差ε_n；

4)1号相机和2号相机的迭代测试

4.1)将步骤3)中的粗测误差ε_n代替步骤2.1)中的初始粗测误差ε₀，按照步骤2)重新设置拍摄目标的频闪周期和脉宽、相机曝光时间，重复步骤3)，其中：频闪周期T_n根据代替后的粗测误差按下式重新取值：(x+1)ε_n ＞T _n≥2 ε_n ，则脉宽为(1/(x+1))T_n，相机曝光时间为0.5T_n；若2个相机同一帧拍摄到的x个拍摄目标状态相同，则更新相机的粗测误差ε_n；

4.2)重复步骤4.1)，当满足以下任一情况时，测试停止：

①以ε_n作为粗测误差进行测量时，2个相机拍摄到的拍摄目标状态不同，则认为相机同步拍摄误差为ε_n，测试停止；

②以ε_n作为粗测误差进行测量时，若曝光时间E_n为待测2个相机的最小曝光时间，此次测试后测试停止；若曝光时间E_n小于两个待测相机的最小曝光时间，不进行此次测试，以上次测试的粗测误差ε_n作为相机同步拍摄误差。

进一步地，步骤②中，2个相机的最小曝光时间为0.00025s-0.01s。

进一步地，步骤②中，当曝光时间E_n为待测2个相机的最小曝光时间时，若2个相机拍摄到的拍摄目标状态相同，相机同步拍摄误差小于待测2个相机的最小曝光时间。

进一步地，步骤2)中，拍摄目标为LED灯，LED灯具有上升时间短和亮度高的优势，提高了拍摄目标亮、灭这两种状态在图像中的辨识度，LED灯可设置为3个，LED灯由LED控制器发出脉冲信号控制。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明采用的一种图像拍摄同步性检测方法，操作简便，通过相机对拍摄目标的迭代测量可得到相机同步拍摄误差，得到的相机同步拍摄误差低于相机的最小曝光时间0.00025秒或0.001秒，提高了图像拍摄同步性检测精度，同时该方法不需要改变相机内部程序，可直接应用到各类相机中，使用范围更加广泛。

附图说明

图1为本发明一种图像拍摄同步性检测方法实施例1中的相机与拍摄目标位置结构示意图。

图2为本发明一种图像拍摄同步性检测方法实施例1中的LED灯时序控制图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

本实施例中的一种图像拍摄同步性检测方法，包括以下步骤：

1)相机同步拍摄误差的粗测

待测的1号相机和2号相机同时对秒表中的数字或指针进行拍摄，则相机的初始粗测误差ε₀即为秒表中图像的时刻数值差；

2)设置检测系统

如图1所示，拍摄目标设定为3个LED灯，3个LED灯分别为LED1、LED2 和LED3，并将3个LED灯均匀分布设置在1号相机和2号相机的正前方，使2 个相机均可拍摄到LED灯的完整图像，3个LED灯由LED控制器发出3路脉冲信号控制；

3)拍摄目标、1号相机和2号相机的参数设置

3.1)3个LED灯的频闪周期均设置为T₁，频闪脉宽均设置为0.25T₁；

频闪周期T₁为：4ε₀＞T₁≥2ε₀；如图2所示，3个LED灯在一个频闪周期T₁内，从LED1到LED3依次点亮，点亮时间为0.25T₁，一个频闪周期T₁内最后的0.25T₁时间3个LED全灭。

3.2)1号相机和2号相机的曝光时间E₁均设置为0.5T₁，以此曝光时间E₁能拍摄到的LED灯共有4种状态，如表1所示，表1为本发明一种图像拍摄同步性检测方法实施例1中的LED灯状态结果列表，其中t为起始拍摄时刻。时间每过T₁这4种状态循环一次，在一个连续的T₁时间段内，2个相机的起始拍摄间隔大于0.25T₁时，拍摄到的3个LED灯状态均不同。

根据上述频闪周期T₁的计算公式：4ε₀＞T₁≥2ε₀，可得0.5T₁≥ε₀，，即在0.5T₁时间内，所有的相机都能开始同1帧拍摄，开始拍摄后相机的曝光时间为0.5T₁，因此在T₁时间内，所有的相机都能进行1帧完整的拍摄；

4)1号相机和2号相机的误差测试

LED灯的频闪脉宽以及1号相机和2号相机的曝光时间设置完成后，进行同步拍摄；

LED灯的状态每过T₁时间重复一次，而在T₁时间内所有相机已经完成了1 次拍摄，且在任意T₁时间段内，2个相机起始拍摄间隔大于0.25T₁时，每增加 0.25T₁，拍摄到的LED灯状态变化一次，且不重复，因此若2个相机同一帧拍摄到的LED灯状态相同，其相机的粗测误差ε₁≤0.25T₁，即2个相机的同步误差为ε₁≤0.25T₁，由频闪周期T₁的计算公式4ε₀＞T₁≥2ε₀，计算可得0.25T₁＜ε₀，即ε₁≤0.25T₁＜ε₀，因此若2个相机同一帧拍摄到的3个LED灯状态相同，取ε₁的最大值0.25T₁作为相机的粗测误差ε₀；

5)1号相机和2号相机的迭代测试

5.1)将步骤4)中的粗测误差ε₁代替步骤1)中的初始粗测误差ε₀，按照步骤3)重新设置LED灯的频闪周期T₂和脉宽0.25T₂、相机曝光时间0.5T₂，重复步骤4)，若2个相机同一帧拍摄到的3个LED灯状态相同，则更新相机的粗测误差为ε₂，则2个相机的粗测误差ε₂≤0.25T₂＜ε₁，取ε₂的最大值0.25 T₂为此次测量的2个相机同步拍摄误差；

5.2)重复步骤5.1)，以上一步的同步误差测试结果为粗测误差，迭代测试 2个相机的同步误差是否满足更低的误差值，当满足以下任一情况时，测试停止：

①以ε_n作为粗测误差进行测量时，2个相机拍摄到的拍摄目标状态不同，则认为相机同步拍摄误差为ε_n，测试停止，其中n为步骤1)之后的同步拍摄次数，n＝1、2、3……；

②以ε_n作为粗测误差进行测量时，若曝光时间E_n为待测2个相机的最小曝光时间，此次测试后测试停止；若曝光时间E_n小于两个待测相机的最小曝光时间，不进行此次测试，以上次测试的粗测误差ε_n作为相机同步拍摄误差。

当以ε_n作为粗测误差进行测量时，将拍摄目标频闪周期设置为T_n，将2个相机曝光时间设置为E_n：

当拍摄目标的个数x为奇数时，(x+1)ε_n＞T_n≥2ε_n，E_n为0.5T_n。

在步骤②中，2个相机的最小曝光时间为0.00025s-0.01s。

在步骤②中，当曝光时间E_n为待测2个相机的最小曝光时间时，若2个相机拍摄到的拍摄目标状态相同，相机同步拍摄误差小于待测2个相机的最小曝光时间。

在步骤2)中，拍摄目标为LED灯，LED灯具有上升时间短和亮度高的优势，提高了拍摄目标亮、灭这两种状态在图像中的辨识度，LED灯可设置为3 个，LED灯由LED控制器发出脉冲信号控制。

表1

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种图像拍摄同步性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)相机同步拍摄误差的粗测

待测的1号相机和2号相机同时对秒表中的数字或指针进行拍摄，则相机的初始粗测误差ε₀即为秒表中图像的时刻数值差；

2)拍摄目标、1号相机和2号相机的参数设置

2.1)拍摄目标的频闪周期设置为T_n，频闪脉宽设置为(1/(x+1))T_n；

式中：

n为步骤1)之后的同步拍摄次数，n＝1、2、3……；

x为拍摄目标的个数，x为奇数且x≥3；

(x+1)ε₀＞T_n≥2ε₀；

2.2)1号相机和2号相机的曝光时间E_n均设置为0.5T_n；

3)1号相机和2号相机的误差测试

拍摄目标的频闪脉宽以及1号相机和2号相机的曝光时间设置完成后，进行同步拍摄；

若2个相机同一帧拍摄到的x个拍摄目标状态相同，取(1/(x+1))T_n作为相机的粗测误差ε_n；

4)1号相机和2号相机的迭代测试

4.1)将步骤3)中的粗测误差ε_n代替步骤1)中的初始粗测误差ε₀，按照步骤2)重新设置拍摄目标的频闪周期和脉宽、相机曝光时间，重复步骤3)，其中：频闪周期T_n根据代替后的粗测误差按下式重新取值：(x+1)ε_n ＞T_n≥2ε_n ，则脉宽为(1/(x+1))T_n，相机曝光时间为0.5T_n；若2个相机同一帧拍摄到的x个拍摄目标状态相同，则更新相机的粗测误差ε_n；

4.2)重复步骤4.1)，当满足以下任一情况时，测试停止：

①以ε_n作为粗测误差进行测量时，2个相机拍摄到的拍摄目标状态不同，则认为相机同步拍摄误差为ε_n，测试停止；

②以ε_n作为粗测误差进行测量时，若曝光时间E_n为待测2个相机的最小曝光时间，此次测试后测试停止；若曝光时间E_n小于两个待测相机的最小曝光时间，不进行此次测试，以上次测试的粗测误差ε_n作为相机同步拍摄误差。

2.根据权利要求1所述的一种图像拍摄同步性检测方法，其特征在于：步骤②中，2个相机的最小曝光时间为0.00025s-0.01s。

3.根据权利要求2所述的一种图像拍摄同步性检测方法，其特征在于：步骤②中，当曝光时间E_n为待测2个相机的最小曝光时间时，若2个相机拍摄到的拍摄目标状态相同，相机同步拍摄误差小于待测2个相机的最小曝光时间。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种图像拍摄同步性检测方法，其特征在于：步骤2)中，拍摄目标为LED灯。

5.根据权利要求4所述的一种图像拍摄同步性检测方法，其特征在于：步骤2)中，LED灯由LED控制器发出脉冲信号控制。

6.根据权利要求5所述的一种图像拍摄同步性检测方法，其特征在于：步骤2)中，LED灯为3个。

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