CN112929575A - 多目视觉深度曝光同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多目视觉深度曝光同步方法及系统，方法包括：触发多个单目视觉相机进行第一次曝光，获取图像数据；对第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算得到第二次曝光的曝光时间；在计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发多个单目视觉相机进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与同步信号的同步时刻一致。本发明能够根据位置和场景的变化实现多目视觉相机的曝光同步，从而使得多目视觉相机不再受位置和场景的限制，显著提高多目视觉的爆光同步精度。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及多目视觉深度曝光同步方法及系统。
背景技术
多目视觉是机器视觉领域中一个重要的研究课题，被广泛应用于各种领域；在视觉导航领域中，如无人机视觉惯导、AGV视觉导航等；在工业测量领域，用于目标检测与跟踪；在识别领域，常用于目标识别、目标跟踪以及场景识别等。相机能够工作在外触发模式下，当接收到触发信号时完成曝光；但是，由于多目相机的目标亮度以及拍摄的技术不同，在拍摄照片过程中曝光时间往往也是不同的，因而造成多目爆光的同步性差异。
现有的多目视觉相机大多朝向一致，其进光量近似，因而曝光时间对同步精度的影响较小；但是当多目视觉相机位于不同方位，且具有明显的场景亮度差异时，多目视觉的曝光同步精度较差。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的一个目的是提供一种多目视觉深度曝光同步方法，包括：
触发多个单目视觉相机进行第一次曝光，获取图像数据；
对所述第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算，得到第二次曝光的曝光时间；
在所述计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发多个单目视觉相机进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与利用FPGA产生的同步信号的同步时刻一致。
采用以上技术方案，所述同步时刻为同步信号中高电平信号的保持时间的中点时刻。
采用以上技术方案，触发多个单目视觉相机进行第一次曝光前，配置多个单目视觉相机，将多个单目视觉相机设置为外触发模式。
采用以上技术方案，多个单目视觉相机设置为不同方向或相同方向。
采用以上技术方案，在所述第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算时，使用权重均值算法求得图像亮度平均值，根据求得的图像亮度平均值动态调整曝光时间，使图像亮度平均值处于设定的图像亮度范围值内。
采用以上技术方案，多个单目视觉相机采集的图像数据缓存到FPGA，图像数据通过网络接口发送至主机。
采用以上技术方案，所述FPGA的网络接口为GMII接口，采用UDP协议的千兆以太网完成数据传输。
采用以上技术方案，在计算得到所述第二次曝光的曝光时间后更新多个单目视觉相机关于曝光时间的配置。
采用以上技术方案，使用所述计算得到的曝光时间对第二次曝光进行曝光补偿，将所述曝光时间的二分之一时间作为第二次曝光同步的曝光补偿参数，在所述曝光时间的中点时刻触发多个单目视觉相机进行第二次曝光。
本发明的另一目的是提供一种多目视觉深度曝光同步系统，所述系统包括：
获取模块，所述获取模块用于当触发多个单目视觉相机进行第一次曝光时获取图像数据；
曝光计算模块，所述曝光计算模块用于对所述第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算，得到第二次曝光的曝光时间；
曝光同步模块，所述曝光同步模块用于在所述计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发多个单目视觉相机进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与利用FPGA产生的同步信号的同步时刻一致。
本发明的有益效果：本发明在单目视觉相机第一次曝光时获取图像数据，将图像数据参与曝光计算得到第二次曝光的曝光时间，在计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发多个单目视觉相机第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与同步信号的同步时刻一致，能够根据位置和场景的变化实现多目视觉相机的曝光同步，从而使得多目视觉相机不再受位置和场景的限制，显著提高了多目视觉的曝光同步精度，易于普及。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种图像采集设备的结构示意图。
图2是本发明实施例公开的一种双目视觉深度曝光同步方法的流程示意图。
图3是本发明实施例公开的一种双目视觉深度曝光同步方法的另一示意图。
图4是本发明实施例公开的一种双目视觉深度曝光同步方法中双目视觉相机的曝光时间同步示意图。
图5是本发明实施例公开的一种双目视觉深度曝光同步系统的结构示意图。
图中标号说明：11、单目视觉相机；12、FPGA；13、主机；21、获取模块；211、记录单元；22、曝光计算模块；221、动态调整单元；23、曝光同步模块；231、深度曝光补偿单元。
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。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了更加清楚的阐述本发明实施例公开的一种多目视觉深度曝光同步方法及系统。本发明其中一个优选实施例对一种双目视觉深度曝光同步方法及系统进行详尽的阐述，该双目视觉深度曝光同步方法及系统扩展到多目视觉的同步应用上即可。
本发明一个优选实施例公开了一种双目视觉深度曝光同步方法及系统，能够根据位置和场景的变化实现两个单目视觉相机的曝光同步，使得两个单目视觉相机的曝光时间的中点一致，从而能够显著提高双目视觉的同步精度。以下分别进行详细说明。
为了更好的理解本发明实施例公开的一种双目视觉深度曝光同步方法及系统，下面先对本发明实施例适用的图像采集设备的结构进行描述。
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种图像采集设备的结构示意图。在图1所示的结构中，图像采集设备包括双目视觉相机(即两个单目视觉相机11)、FPGA12和主机13，FPGA12通过DVP接口连接两个单目视觉相机11，FPGA12通过以太网与主机13建立连接。其中FPGA12指现场可编程门阵列；另外两个单目视觉相机11为两个CMOS传感器模组，两个CMOS传感器模组由FPGA12独立控制，其外部触发信号由FPGA12提供。CMOS传感器模组优选为单色全局快门传感器，该模式下，所有像素在同一时刻同时曝光，有效地避免了果冻效应的产生。
图1所示的图像采集设备，设备启动时，建立主机13与FPGA12的连接，主机13根据实际应用需求满足图像接收条件后，向FPGA12发送系统启动指令，初始化设备，配置CMOS传感器模组的寄存器，将其设置为外触发模式，FPGA12产生触发信号触发CMOS传感器模组采集图像数据，并将采集的双目实时图像数据传输给主机13。本发明实施例不做限定。
基于图1所示的图像采集设备，本发明实施例公开了一种双目视觉深度曝光同步方法。请参阅图2和图3，图2是本发明实施例公开的一种双目视觉深度曝光同步方法的流程示意图。图2和图3所描述的方法可以应用于图1所示的图像采集设备。该双目视觉深度曝光同步方法可以包括以下步骤：
S201、触发两个单目视觉相机11进行第一次曝光，获取图像数据。
示例地，双目视觉相机(即两个单目视觉相机11)位于不同方向，例如两个单目视觉相机11位于FPGA12的两个相反方向，当然两个单目视觉相机11还可以是其他形式的不同方向，甚至本发明实施例两个单目视觉相机11还可以是同一方向，本发明不以此为限定。
示例地，FPGA12产生触发信号，两个单目视觉相机11接收到来自FPGA12的触发信号后进行第一次曝光，两个单目视觉相机11产生高电平信号，高电平保持时间即为第二次爆光的曝光时间。具体的，当FPGA12获取两个单目视觉相机11产生的高电平信号后，记录其图像时间戳，图像时间戳的曝光开始时刻为高电平信号上升沿时间，图像时间戳的曝光结束时刻为高电平信号下降沿时间。例如图像时间戳精度为10ns。
示例地，FPGA12触发两个单目视觉相机11进行第一次曝光后，当收到帧数据有效信号时获取图像数据，并且将上述的图像时间戳打包至帧尾数据中，连同图像数据一并缓存。
示例地，本发明实施例的第一次曝光被认为是无效同步，详见图3所示的第一次曝光。在图3中，两个单目视觉相机CAM0和CAM1在第一次曝光中产生的高电平信号的曝光时间的中点不对齐，即CAM0和CAM1的曝光不同步。
S202、对第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算，得到第二次曝光的曝光时间。
示例地，视觉图像采集时，光照太强会使图像过曝，光照不足会造成欠曝；过曝和欠曝的图像质量都不理想，因此需要根据场景光照情况实时调整曝光时间。通常而言，我们通过计算图像的亮度平均值来估算当前的光照强度，本发明实施例将第一次曝光获得的图像数据参与自动曝光计算，使用权重均值算法求得图像亮度平均值，根据求得的图像亮度平均值动态调整曝光时间，使图像亮度平均值处于系统设定的图像亮度范围值内，以此实现自动曝光的功能。例如若平均亮度过低则增加曝光时间相反则减少曝光时间。
示例地，通过自动曝光计算确定曝光时间后，更新两个单目视觉相机11关于曝光时间的配置，即将两个单目视觉相机11的曝光时间更新为计算得到的曝光时间，等待二次触发曝光，第二次曝光的曝光时间即为上述计算得到的曝光时间。
示例地，两个单目视觉相机11采集的图像数据分别缓存到FPGA12的两个存储器中，图像数据通过网络接口发送至主机13，FPGA12的网络接口为GMII接口，采用UDP协议的千兆以太网完成数据传输，实际数据传输速率为96MB/s。
S203、在计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发两个单目视觉相机11进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与利用FPGA12产生的同步信号的同步时刻一致。
可选的，同步时刻为同步信号中高电平信号的保持时间的中点时刻。
示例地，使用曝光计算得到的曝光时间对第二次曝光进行曝光补偿，获得触发第二次曝光的触发信号的输出时间。具体的，使用曝光计算得到的曝光时间的二分之一时间作为第二次曝光同步的曝光补偿参数，在该曝光时间的中点时刻触发两个单目视觉相机11进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与同步信号的同步时刻一致。如此通过使用曝光计算得到的曝光时间参与下一次的曝光补偿，实现两个单目视觉相机11的曝光同步，保证两个单目视觉相机11的曝光时间的中间时刻与同步信号的同步时刻对齐，即曝光中点一致，详见图4所示。
示例地，同步信号为FPGA12产生的固定频率的同步信号，该同步信号的固定频率对应固定时间，该固定时间即为系统设定的曝光间隔时间，曝光间隔时间即相邻两次曝光的间隔时间，同步时刻为同步信号中高电平信号的保持时间的中点时刻，当同步时刻与第二次曝光产生的高电平信号的曝光时间的中点时刻一致时，即系统实现曝光同步，详见图4所示。
可见，在图2所描述的方法中，本发明实施例在单目视觉相机11第一次曝光时获取图像数据，将图像数据参与曝光计算得到第二次曝光的曝光时间，在计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发两个单目视觉相机11进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与同步信号的同步时刻一致，能够根据位置和场景的变化实现两个单目视觉相机11的曝光同步，从而使得两个单目视觉相机11不再受位置和场景的限制，显著提高了两个单目视觉相机11的同步精度。
基于图1所示的图像采集设备，本发明实施例公开了一种双目视觉深度曝光同步系统。请参阅图5，图5是本发明实施例公开的一种双目视觉深度曝光同步系统。其中，图5所描述的双目视觉深度曝光同步系统可以应用于图像采集设备，该双目视觉深度曝光同步系统可以包括以下模块：
获取模块21，用于在触发两个单目视觉相机11第一次曝光时获取图像数据。
曝光计算模块22，用于对第一次曝光获得的图像数据进行曝光计算得到第二次爆光的曝光时间。
曝光同步模块23，用于在计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发两个单目视觉相机11进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与利用FPGA产生的同步信号的同步时刻一致。
可选的，同步时刻为同步信号中高电平信号的保持时间的中点时刻。
本发明实施例在单目视觉相机11第一次曝光时获取图像数据，将图像数据参与曝光计算得到第二次曝光的曝光时间，在计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发两个单目视觉相机11进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与同步信号的同步时刻一致，能够根据位置和场景的变化实现两个单目视觉相机11的曝光同步，从而使得两个单目视觉相机11不再受位置和场景的限制，显著提高了两个单目视觉相机11的同步精度。
作为一种可行的实施方式，获取模块21包括记录单元211，当获取模块21获取两个单目视觉相机11产生的高电平信号后，记录单元211用于记录其图像时间戳，图像时间戳的曝光开始时刻为高电平信号上升沿时间，图像时间戳的曝光结束时刻为高电平信号下降沿时间。具体内容见上面内容，本发明在这里不做赘述。
作为一种可行的实施方式，曝光计算模块22包括动态调整单元221，在曝光计算模块22对第一次曝光获得的图像数据进行曝光计算时，使用权重均值算法求得图像亮度平均值，动态调整单元221用于根据求得的图像亮度平均值动态调整曝光时间，使图像亮度平均值处于系统设定的图像亮度范围值内。具体内容见上面内容，本发明在这里不做赘述。
作为一种可行的实施方式，曝光同步模块23包括深度曝光补偿单元231，深度曝光补偿单元231用于使用计算得到的曝光时间对第二次曝光进行曝光补偿，获得触发第二次曝光的触发信号的输出时间。进一步地，深度曝光补偿单元231用于使用曝光计算得到的曝光时间的二分之一时间作为第二次曝光同步的曝光补偿参数，在该曝光时间的中点时刻触发两个单目视觉相机11进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与同步信号的同步时刻一致。具体内容见上面内容，本发明在这里不做赘述。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
Claims (10)
1.一种多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于，包括：
触发多个单目视觉相机进行第一次曝光，获取图像数据；
对所述第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算，得到第二次曝光的曝光时间；
在所述计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发多个单目视觉相机进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与利用FPGA产生的同步信号的同步时刻一致。
2.如权利要求1所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：所述同步时刻为同步信号中高电平信号的保持时间的中点时刻。
3.如权利要求1所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：触发多个单目视觉相机进行第一次曝光前，配置多个单目视觉相机，将多个单目视觉相机设置为外触发模式。
4.如权利要求1所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：多个单目视觉相机设置为不同方向或相同方向。
5.如权利要求1所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：在所述第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算时，使用权重均值算法求得图像亮度平均值，根据求得的图像亮度平均值动态调整曝光时间，使图像亮度平均值处于设定的图像亮度范围值内。
6.如权利要求5所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：多个单目视觉相机采集的图像数据缓存到FPGA，图像数据通过网络接口发送至主机。
7.如权利要求6所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：所述FPGA的网络接口为GMII接口，采用UDP协议的千兆以太网完成数据传输。
8.如权利要求1所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：在计算得到所述第二次曝光的曝光时间后更新多个单目视觉相机关于曝光时间的配置。
9.如权利要求1所述的多目视觉深度曝光同步方法，其特征在于：使用所述计算得到的曝光时间对第二次曝光进行曝光补偿，将所述曝光时间的二分之一时间作为第二次曝光同步的曝光补偿参数，在所述曝光时间的中点时刻触发多个单目视觉相机进行第二次曝光。
10.一种多目视觉深度曝光同步系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，所述获取模块用于当触发多个单目视觉相机进行第一次曝光时获取图像数据；
曝光计算模块，所述曝光计算模块用于对所述第一次曝光获取的图像数据进行曝光计算，得到第二次曝光的曝光时间；
曝光同步模块，所述曝光同步模块用于在所述计算得到的曝光时间的中点时刻时，触发多个单目视觉相机进行第二次曝光，使得第二次曝光的曝光时间的中点时刻与利用FPGA产生的同步信号的同步时刻一致。
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