CN112153372A - 一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，包括：图案动态变换装置，基于FPGA发出的脉冲信号触发图案按照预设时间间隔以及预设变换顺序进行变换，所述预设时间间隔根据测量误差精度要求确定；多台高速相机，用于基于同步控制信号拍摄图案动态变换装置当前的图案；同步误差计算模块，用于根据多台高速相机拍摄图案的序号差值获取多台相机之间的同步信号时间误差。本发明实现了对不同测量误差精度要求的同步误差计算，且对测量误差精度的控制方法便于实现，同步误差计算方法简单。

Description

一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统
技术领域
本发明涉及信号同步控制技术领域，具体涉及一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统。
背景技术
目前高速相机的帧率最大能达到100万帧，广泛应用于火药爆破分析、弹道分析、高分辨率高速显微镜成像、汽车碰撞试验、快速流体观测等领域，有时候需要使用多台高速相机来对试验过程进行观测、观测很短时间内试验的变化情况。
目前使用多台高速相机来进行同步拍摄时，需要对同步误差进行测量以便于进行同步校准，现有技术中会通过图像的时间戳和帧间隔等判断获取多台高速相机的同步误差，但是判断出高速相机的同步误差精度是固定的且只能达到ms级别，不能达到现在大部分客户要求的多种误差精度要求以适应不同使用场景。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，包括：
图案动态变换装置，基于FPGA发出的脉冲信号触发图案按照预设时间间隔以及预设变换顺序进行变换，所述预设时间间隔根据测量误差精度要求确定；
多台高速相机，用于基于同步控制信号拍摄图案动态变换装置当前的图案；
同步误差计算模块，用于根据多台高速相机拍摄图案的序号差值获取多台相机之间的同步信号时间误差。
作为上述方案的进一步优化，所述图案动态变换装置，包括：
图案形成单元，包括多个亮灭状态不同的LED灯形成；
图案切换控制单元，包括多个与LED灯连接的方波脉冲信号发出电路，用于控制当前时刻预设时间间隔后至少有一个LED灯亮灭状态发生切换。
作为上述方案的进一步优化，所述图案切换控制单元，包括：
方波脉冲信号发生器；
方波脉冲信号延时电路，与所述方波脉冲信号发生器连接，用于产生多个具有不同时延的方波脉冲信号；
所述第i个方波脉冲信号的时延为tdelay(i)＝(i-1)*Δt，其中i＝1,2,...,n，Δt为所述预设时间间隔；
作为上述方案的进一步优化，多个所述LED灯按顺序排列，第i个LED灯连接第i个方波脉冲信号。
作为上述方案的进一步优化，所述LED灯个数为m，方波脉冲信号的周期为m*Δt。
作为上述方案的进一步优化，所述方波脉冲信号占空比为50％。
作为上述方案的进一步优化，所述测量误差精度要求为1微秒，则预设时间间隔为1微秒。
作为上述方案的进一步优化，还包括与多台摄像机连接的同步信号控制器。
本发明的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，具备如下有益效果：
1.本发明通过设置图案动态变换装置，通过同步控制信号控制多台高速摄像机拍摄图案动态变换装置当前的图案，得到同一同步控制信号下不同高速摄像机采集的不同图案，以此判断多台相机之间的同步误差，误差测量方法简单且能够精准获取误差值。
2.本发明通过设置图案动态变换装置中图案变换时间间隔，达到不同测量误差精度要求，比如测量误差精度要求为1微秒，则图案变换时间间隔设置1微秒，实现两个摄像机之间同步误差超过1微秒时，就会在同步控制信号下拍摄到两个不同的图像，以此推断两个摄像机之间具有同步误差，并能实现准确计算误差值。
3.本发明的图案动态变换装置通过阵列式排列的多个LED灯的亮灭状态不同切换实现对图案切换以及切换时间间隔的控制，便于实现对两两不同图案序号的差值计算，从而便于计算多台相机之间的同步误差。
附图说明
图1为本发明的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统的系统结构框图；
图2为本发明的图案动态变换装置的图案变换方法的一个实施例，其中图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7分别为不同时刻图案显示效果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释，
参见图1，本发明实施例提供了一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，包括：
图案动态变换装置，基于FPGA发出的脉冲信号触发图案按照预设时间间隔以及预设变换顺序进行变换，可以理解的是在预设周期内切换显示的图案不能重复出现多次，以便于区分识别；
与多台摄像机连接的同步信号控制器；
多台高速相机，用于基于同步控制信号拍摄图案动态变换装置当前的图案，在图案动态变换装置不断以预设时间间隔变换图案的时候，多台高速相机在同步控制信号下被触发对动态变换的图案进行拍摄，在所有高速相机因同步控制信号同步被触发拍摄的情况下，所有相机拍摄的图像应当是相同的，若多台相机拍摄的图案是不同的，则说明多台高速相机被触发拍摄的时间是有误差的，具体的误差计算由同步误差计算模块实现；
同步误差计算模块，用于根据多台高速相机拍摄图案的序号差值获取多台相机之间的同步信号时间误差，所述同步信号时间误差为序号差值与所述预设时间间隔的乘积。
基于同步误差计算模块提供的误差计算方法，预设时间间隔根据测量误差精度要求确定，对于高速摄像机的同步信号误差测量要求，实际应用中，测量误差精度要求为1微秒，在此精度要求下，图案变换的预设时间间隔为1微秒，从而实现由序号差值与所述预设时间间隔的乘积计算同步信号时间误差。
具体的，上述图案动态变换装置，包括：
图案形成单元，包括多个亮灭状态不同的LED灯形成；
图案切换控制单元，包括多个与LED灯连接的方波脉冲信号发出电路，用于控制当前时刻预设时间间隔后至少有一个LED灯亮灭状态发生切换，即每隔预设时间间隔后都会产生一个新的图案。
其中，本发明实施例提供一种实现对LED灯图案切换控制的简便方案，在图案切换控制单元内包括：
方波脉冲信号发生器，用于产生方波脉冲信号，可记为第1个方波脉冲信号；
方波脉冲信号延时电路，与方波脉冲信号发生器连接，用于产生多个具有不同时延的方波脉冲信号；
所述第i个方波脉冲信号的时延为tdelay(i)＝(i-1)*Δt，其中i＝1,2,...,n,n-1为延时电路的总个数，为所述预设时间间隔，在该方波脉冲信号延时电路的设计下，实现每隔Δt后至少有一个LED灯Δt的亮灭状态被改变，从而实现每隔Δt后图案均会发生变换。
为了方便对LED灯以及其形成的图案切换顺序进行编号，本发明实施例采用将多个所述LED灯按顺序排列，第i个LED灯连接第i个方波脉冲信号，由于方波脉冲信号的时延依次等间隔增加，实现LED灯按顺序进行亮灭状态的切换。
优选的，LED灯个数为m，方波脉冲信号的周期为m*Δt，实现在一个方波脉冲信号的周期内每个LED灯均至少进行过一次亮灭状态变换，当然LED灯个数要适当，且LED灯的排列形成的图案面积要小，以使图案变换的种类数足够且图案形成单元形成的LED图案能被相机完整清晰的拍摄，优选的LED灯个数采用100个，且排列形成10*10的阵列。
为了便于同步误差计算模块获取多台高速相机拍摄图案的序号差值，采用方波脉冲信号占空比采用50％，这样实现的LED灯图案变换效果(以测量误差精度要求为1微秒为例)为：
刚开始没有任何脉冲发出时，LED灯阵列中的所有LED全灭，如图2-1所示；
当第1个方波脉冲信号到达第1个LED灯(t1)，控制LED1灯切换到亮的状态，此时图案效果如图2-2所示，只有LED1亮、其余LED灭；
当1微秒后第2个方波脉冲信号到达第2个LED灯(t2)，控制LED2灯切换到亮的状态，此时LED1和LED2亮，其余灯灭，如图2-3所示；
当第50个方波脉冲信号到达第50个LED灯(t50)，控制LED50灯切换到亮的状态，此时LED1到LED50亮，其余灯灭，如图2-4所示；
当第51个方波脉冲信号到达第51个LED灯(t51)，控制LED51灯切换到亮的状态，此时LED1灯切换到灭的状态，LED2到LED50亮，其余灯灭，如图2-5所示；
依次类推，中间50个连续的亮的LED灯依次每隔1微秒后移一位，第100个方波脉冲信号到达第100个LED灯(t100)，控制LED100灯切换到亮的状态，此时LED1灯到LED50均切换到灭的状态，LED51到LED100亮，如图2-6所示；
下一微秒后，第1个LED灯切换到亮的状态，开始第2周期方波脉冲信号控制，此时图案效果如图2-7所示，此刻的图案效果为：LED灯亮的总个数和灭的总个数均为50，且前面若干个LED灯为亮，中间50个LED灯为灭的状态，后面若干个LED灯为亮，且前面LED灯为亮的个数每隔1微秒增多1个，相应的后面LED灯为亮的个数每隔1微秒减少1个；
采用这样的图案变换切换控制效果后，在整个图案变换过程中，多台高速相机基于同步控制信号拍摄图案动态变换装置当前的图案，并将拍摄出来的图案按顺序传输到同步误差计算模块；
同步误差计算模块，前50个LED灯里亮灯个数的差异即为两两拍摄图案的序号差值，从而简化同步误差的计算。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：包括：
图案动态变换装置，基于FPGA发出的脉冲信号触发图案按照预设时间间隔以及预设变换顺序进行变换，所述预设时间间隔根据测量误差精度要求确定；
多台高速相机，用于基于同步控制信号拍摄图案动态变换装置当前的图案；
同步误差计算模块，用于根据多台高速相机拍摄图案的序号差值获取多台相机之间的同步信号时间误差。
2.根据权利要求1所述的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：所述图案动态变换装置，包括：
图案形成单元，包括多个亮灭状态不同的LED灯形成；
图案切换控制单元，包括多个与LED灯连接的方波脉冲信号发出电路，用于控制当前时刻预设时间间隔后至少有一个LED灯亮灭状态发生切换。
3.根据权利要求2所述的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：所述图案切换控制单元，包括：
方波脉冲信号发生器；
方波脉冲信号延时电路，与所述方波脉冲信号发生器连接，用于产生多个具有不同时延的方波脉冲信号；
所述第i个方波脉冲信号的时延为tdelay(i)＝(i-1)*Δt，其中i＝1,2,...,n，Δt为所述预设时间间隔。
4.根据权利要求3所述的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：多个所述LED灯按顺序排列，第i个LED灯连接第i个方波脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：所述LED灯个数为m，方波脉冲信号的周期为m*Δt。
6.根据权利要求5所述的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：所述方波脉冲信号占空比为50％。
7.根据权利要求1所述的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：还包括与多台摄像机连接的同步信号控制器。
8.根据权利要求6所述的一种精度可控的多台高速相机同步误差测量系统，其特征在于：所述测量误差精度要求为1微秒，则预设时间间隔为1微秒。
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