CN114630044B - 一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，对多个工业相机的外触发设置以及多个相机同步采集的实现。其方法为将USB转TTL串口模块与计算机和工业相机进行连接，串口模块使用USB串行接口与计算机通讯，串口模块发出的触发信号通过SMA射频线传输到分路器，由分路器进行分路后由GPIO线的2号引脚传输到工业相机。再在上位机上通过LabVIEW控制串口模块发出触发信号，串口模块发出的触发信号经由分路同时抵达各个相机进行同步触发。避免了内触发由于时序芯片的固有的机械性能不一致，所以两个工业相机产生的内触发信号具有时间差。且相比于其他外触发方法具有体积小、成本低、结构简单且易于控制等特点。
Description
技术领域
本发明涉及多相机触发技术领域，具体涉及一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法。
背景技术
多通道同时相移法，指的是利用多个相机采集同一物体在同一时刻下具有不同相移量的若干幅干涉图，以达到动态测量的目的。该方法依据光的偏振原理，将光源出射的光经过偏振器件以及分光元件(偏振片、波片、分光棱镜等)等，最终分别在多个相机的靶面同时形成具有不同相移量的的干涉图，在相机像素之间的高度匹配条件下，通过精确的控制相机之间的同步采集，可同时得到任意时刻下的多幅干涉条纹图，再利用已知的两步或多步相移的算法恢复出物体在每一时刻下的相位信息，从而得到待测物体动态变化过程。
多通道相移动态相位干涉测量系统在测量动态物体的过程中，高精度的同步采集是精准测量的一个重要保障。如果同步采集精度过低，多通道获取的并不是同一时刻的图片，多张干涉图捕获的物体信息就不一致，那就难以实现有效的相位提取。因此，相机高精度的同步采集对双通道相移动态相位测量是很有必要的。
现有的多相机触发模式可分为内触发模式与外触发模式两种。内触发是指通过软件控制采集图像和停止采集，采集速率由软件控制，触发信号是通过软件传输指令通过相机的内部触发模块产生的，最后驱动快门进行工作；外触发是指相机处于待采集状态下，外触发接口等待触发信号，接收到的触发信号的不是由工业相机时序芯片产生,外触发信号直接驱动相机快门工作采集图片，采集速率由外触发信号的频率控制。通过软件设置，可以切换相机的内外触发。从图中可以清晰看到内外触发的最根本的差别在于触发信号的来源不一样。由于相机时序芯片的固有的机械性能不一致，所以两个工业相机产生的内触发信号具有时间差；而外触发信号，在时序芯片上是直接传输,这就降低了两个相机的时序芯片性能不一致导致两路外触发信号产生的时间差。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，有效的避免了内触发由于时序芯片的固有的机械性能不一致，所以两个工业相机产生的内触发信号具有时间差。且本方法相比于其他外触发方法如：主从相机触发、单片机多路触发、FPGA多路触发、信号发生器多路触发等方法具有体积小、成本低、结构简单且易于控制等特点。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，包括如下步骤：
通过USB接口，连接相机和计算机，通过NI MAX确定相机连接成功；
设置相机触发功能，SDK库文件中的TriggerMode函数进行相机触发设置，给TriggerMode函数输入on，即应用相机的外触发模式，给TriggerActivation函数输入Falling Edge，即设置相机为触发信号下降沿触发模式；
将USB转TTL串口模块与计算机和工业相机连接好，串口模块使用USB串行接口与计算机通讯，串口模块发出的触发信号通过SMA射频线传输到分路器，由分路器进行分路后由GPIO线的2号引脚传输到工业相机进行触发；
在软件上通过LabVIEW中使用基于VISA对USB转TTL串口模块串口通讯，通过VISAConfigure Serial Port函数设置好串口模块的的端口号、波特率和数据位参数；在VISA写入中给串口模块发送00信号即可让串口模块发出一个方波信号，在LabVIEW循环结构中先发送00信号再执行采集，即可实现方波信号经过分路器被分为几路后输入多个工业相机实现外触发后再实现同步采集；在硬件上USB转TTL串口模块使用跳帽连接5V电源端和公共输出电源端，设置为5V电源输出；
工业相机在接收到触发信号后进行曝光，在曝光结束后会发出返回信号标示着曝光过程已经结束；使用示波器通过GPIO线的OUT管脚的返回信号来测量多相机的同步精度。
进一步地，通过USB接口，连接相机和计算机，通过NI MAX确定相机连接成功之后，还包括：
调用IMAQdx Enumerate Attributes函数获取相机内部参数列表，调用IMAQdxopen camera打开相机。
进一步地，设置相机触发功能之后，还包括：
设置相机其他功能，包括：曝光设置、增益设置和图像像素大小设置，即在LabVIEW中建立顺序结构，每个序列用来设置一个功能。
进一步地，所有功能模式的设置顺序任意。
进一步地，调用SDK库文件ExposureTime函数进行相机曝光设置，给ExposureTime函数输入一个数值，即设定相机的曝光时间。
进一步地，调用SDK库文件中的GainAuto函数进行相机增益设置，给GainAuto函数输入off，即关闭相机自动增益模式。
进一步地，调用SDK库文件中的AcquisitionMode函数进行相机采集模式设置，给AcquisitionMode函数输入continuous，即打开相机连续采集模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
(1)采用外触发的触发模式，避免了内触发模式由于工业相机的时序芯片的固有机械性能带来的误差，显著提高了触发精度。
(2)相比于主从相机触发模式、单片机多路触发模式、FPGA开发板多路触发模式等精简了触发模块，不需要对芯片进行开发使整个系统更加简单更加便于设置。
(3)USB转TTL串口模块可以完美的与LabVIEW结合，方便了整个系统的一体化与集成化，扩大了应用范围。
(4)工业相机曝光完成发出的信号可以实时检测，用于判断本系统的同步精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是整个同步外触发流程图；
图2是工业相机外触发设置程序图；
图3是USB转TTL串口模块与计算机和工业相机的连接示意图；
图4是实现LabVIEW对USB转TTL串口模块串口通讯程序图；
图5是USB转TTL串口模块引脚图；
图6是同步精度图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，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。
结合图1至图6，本发明为一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，首先将工业相机设置为外触发模式(下降沿触发)；其次，配置USB转TTL串口模块，按照一定频率输出方波信号；然后通过SMA射频连接线以及分路器将方波信号分路，再通过GPIO线缆将方波信号(触发信号)输入进入工业相机，工业相机检测到方波信号的下降沿后开始曝光；最后使用工业相机曝光完成后通过GPIO线缆给出的返回信号测量多个相机之间的同步误差。
如图1所示，实施上述过程的具体步骤如下：
步骤一：通过USB接口，连接相机和计算机，通过NI MAX确定相机连接成功。
步骤二：根据图2所示的程序设置相机触发功能，SDK库文件中的TriggerMode函数进行相机触发设置，给TriggerMode函数输入on，即应用相机的外触发模式，给TriggerActivation函数输入Falling Edge，即设置相机为触发信号下降沿触发模式。
步骤三：根据图3，将USB转TTL串口模块与计算机和工业相机连接好，串口模块使用USB串行接口与计算机通讯，串口模块发出的触发信号通过SMA射频线传输到分路器，由分路器进行分路后由GPIO线的2号引脚传输到工业相机进行触发。
步骤四：根据图4，在软件上通过LabVIEW中使用基于VISA对USB转TTL串口模块串口通讯，通过VISA Configure Serial Port函数设置好串口模块的的端口号、波特率、数据位等参数。在VISA写入中给串口模块发送00信号即可让串口模块发出一个方波信号，所以只需在LabVIEW循环结构中先发送00信号再执行采集，即可实现方波信号经过分路器被分为几路后输入多个工业相机实现外触发后再实现同步采集。在硬件上USB转TTL串口模块使用跳帽连接图5所示的5V电源端和公共输出电源端，设置为5V电源输出。
步骤五：工业相机在接收到触发信号后进行曝光，在曝光结束后会发出返回信号标示着曝光过程已经结束。根据图3的连接方式，使用示波器通过GPIO线的4号管脚(OUT管脚)的返回信号来测量多相机的同步精度。同步精度如图6所示。
本发明以FLIR公司的BFS-U3-16S2M-CS型号CMOS工业相机为例进行说明。
选用的相机为FLIR公司的CMOS工业相机，型号为BFS-U3-16S2M-CS，像素数为1440×1080，全幅最大帧率为226FPS，CMOS传感器为Sony IMX273，像素大小为3.45μm。
步骤一：通过USB接口，连接相机和计算机，通过NI MAX确定相机连接成功。
步骤二：调用IMAQdx Enumerate Attributes函数获取相机内部参数列表，调用IMAQdx open camera打开相机。
步骤三：设置相机各模块功能，包括触发设置、曝光设置、增益设置和图像像素大小设置等，即在LabVIEW中建立顺序结构，每个序列用来设置一个功能，所有模式的设置顺序任意，具体操作如下：
(1)调用SDK库文件中的TriggerMode函数进行相机触发设置，给TriggerMode函数输入on，即应用相机的外触发模式。
(2)调用SDK库文件ExposureTime函数进行相机曝光设置，给ExposureTime函数输入一个数值，即设定相机的曝光时间，本款相机的曝光时间为4μs-30s。
(3)调用SDK库文件中的GainAuto函数进行相机增益设置，给GainAuto函数输入off，即关闭相机自动增益模式。
(4)调用SDK库文件中的AcquisitionMode函数进行相机采集模式设置，给AcquisitionMode函数输入continuous，即打开相机连续采集模式。
步骤四：根据图3，将USB转TTL串口模块与计算机和工业相机连接好，串口模块使用USB串行接口与计算机通讯，串口模块发出的触发信号通过SMA射频线传输到分路器，由分路器进行分路后由GPIO线的2号引脚传输到工业相机进行触发。
步骤五：根据图4，在软件上通过LabVIEW中使用基于VISA对USB转TTL串口模块串口通讯，通过VISA Configure Serial Port函数设置好串口模块的的端口号、波特率、数据位等参数。在VISA写入中给串口模块发送00信号即可让串口模块发出一个方波信号，所以只需在LabVIEW循环结构中先发送00信号再执行采集，即可实现方波信号经过分路器被分为几路后输入多个工业相机实现外触发后再实现同步采集。在硬件上USB转TTL串口模块使用跳帽连接图5所示的5V电源端和公共输出电源端，设置为5V电源输出。
步骤六：工业相机在接收到触发信号后进行曝光，在曝光结束后会发出返回信号标示着曝光过程已经结束。根据图3的连接方式，使用示波器通过GPIO线的4号管脚(OUT管脚)的返回信号来测量多相机的同步精度。同步精度如图6所示。其中1，3通道为曝光触发信号，2，4通道为曝光返回信号。通过检测2，4信号的时间差来表征同步触发精度，如图所示同步触发精度小于10微秒。
本发明涉及一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，重点是对多个工业相机的外触发设置以及多个相机同步采集的实现。硬件部分由高速工业相机，USB转TTL外触发器(主控芯片CH340)，SMA射频连接线，分路器，GPIO连接线以及计算机组成，高速工业相机通过USB接口的线缆与计算机连接，USB转TTL外触发器通过USB接口与计算机连接，USB转TTL外触发器发出的信号通过SMA射频连接线以及分路器传输到各个工业相机。整个多相机同步采集系统具有高精确度、体积小、成本低、稳定、编程容易的优点。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过USB接口，连接相机和计算机，通过NI MAX确定相机连接成功；
设置相机触发功能，SDK库文件中的TriggerMode函数进行相机触发设置，给TriggerMode函数输入on，即应用相机的外触发模式，给TriggerActivation函数输入Falling Edge，即设置相机为触发信号下降沿触发模式；
将USB转TTL串口模块与计算机和工业相机连接好，串口模块使用USB串行接口与计算机通讯，串口模块发出的触发信号通过SMA射频线传输到分路器，由分路器进行分路后由GPIO线的2号引脚传输到工业相机进行触发；
在软件上通过LabVIEW中使用基于VISA对USB转TTL串口模块串口通讯，通过VISAConfigure Serial Port函数设置好串口模块的的端口号、波特率和数据位参数；在VISA写入中给串口模块发送00信号即可让串口模块发出一个方波信号，在LabVIEW循环结构中先发送00信号再执行采集，即可实现方波信号经过分路器被分为几路后输入多个工业相机实现外触发后再实现同步采集；在硬件上USB转TTL串口模块使用跳帽连接5V电源端和公共输出电源端，设置为5V电源输出；
工业相机在接收到触发信号后进行曝光，在曝光结束后会发出返回信号标示着曝光过程已经结束；使用示波器通过GPIO线的OUT管脚的返回信号来测量多相机的同步精度。
2.根据权利要求1所述的多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，其特征在于，通过USB接口，连接相机和计算机，通过NI MAX确定相机连接成功之后，还包括：
调用IMAQdx Enumerate Attributes函数获取相机内部参数列表，调用IMAQdx opencamera打开相机。
3.根据权利要求1所述的多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，其特征在于，设置相机触发功能之后，还包括：
设置相机其他功能，包括：曝光设置、增益设置和图像像素大小设置，即在LabVIEW中建立顺序结构，每个序列用来设置一个功能。
4.根据权利要求3所述的多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，其特征在于，所有功能模式的设置顺序任意。
5.根据权利要求3所述的多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，其特征在于，调用SDK库文件ExposureTime函数进行相机曝光设置，给ExposureTime函数输入一个数值，即设定相机的曝光时间。
6.根据权利要求3所述的多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，其特征在于，调用SDK库文件中的GainAuto函数进行相机增益设置，给GainAuto函数输入off，即关闭相机自动增益模式。
7.根据权利要求3所述的多通道动态干涉测量中多相机外触发同步触发方法，其特征在于，调用SDK库文件中的AcquisitionMode函数进行相机采集模式设置，给AcquisitionMode函数输入continuous，即打开相机连续采集模式。
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