CN205039906U - 一种用于3d扫描图像匹配的工业相机及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于3D扫描图像匹配的工业相机及系统，该系统包括上位机，主相机，从相机。上位机和主相机与所有从相机连接通讯，主相机与所有从相机连接通讯。通过控制主从相机的曝光时间，并引入曝光计数作为图像匹配的依据，精确控制多个工业相机的曝光时间的一致性。本实用新型保证了多相机获取的影像在时间和空间上的一致性。

Description

一种用于3D扫描图像匹配的工业相机及系统

技术领域

本实用新型涉及3D扫描领域，尤其涉及一种用于3D扫描图像匹配的系统提供一种用于3D扫描图像匹配的工业相机。

背景技术

近年来，随着工业4.0概念的提出，3D扫描逐渐走出实验室，走向现实。随着3D扫描技术的发展，3D扫描技术被广泛应用的各行各业。尤其在人体数字化，工业在线检测，服装CAD等行业应用尤为广泛。而在上述应用中经常会应用到双相机或者多个相机同时进行采集图像数据后通过软件计算合成3D图像。通过引进多个图像传感器采集图像，能大幅提高采集图像的质量和效率。不同相机在同一时间，不同角度对同一目标物进行图像数据采集，然后将图像数据上传到上位机，运行于上位机的软件把不同相机同时采集的图像数据进行合成3D图像。如果要想得到高精度的3D图像，就要求所有与上位机相连接参与采集图像数据的工业相机在同一时刻曝光采集图像数据。为了实现多台工业相机在同一时刻曝光采集图像，传统的方式是通过主控端的上位机连续向所连接的工业相机分别发送指令要求曝光。这种方法首先忽略了上位机运行的操作系统一般都是多任务非实时操作系统，使用计算机语言描述的要求曝光的指令语句即使在形式上是连续执行的，但由于线程调度的问题，在实际执行语句的时刻有比较大的时间偏差，而且也很难确定偏差的时长。其次，上位机向工业相机发送曝光指令一般都是通过计算机总线完成的，一般的计算机总线，如USB总线、网线都是使用非等时传输指令，电脑指令通过总线统一发送，但到达不同工业相机的时刻却存在比较大的时间偏差，并且很难确定偏差的时长。最终，基于上述两个因素，上位机所连接的多台工业相机的实际曝光时刻就存在无法确定的偏差。

上述方法存在的第二个问题是，相机的曝光和传输是分离的，相机曝光产生的图像数据传输到上位机的时刻也是不确定的，上位机无法准确对不同相机上传的图片进行分组处理。

综上所述，如何精确控制多个工业相机的曝光时间，保证多相机获取的影像在时间、空间上的一致性非常重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于3D扫描图像匹配的工业相机及系统，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于3D扫描图像匹配的工业相机，包含数字逻辑电路模块部分,CPU（运算和控制核心）模块和感光芯片曝光模块。工业相机的CPU模块负责与相连的上位机通讯，负责将相机曝光产生的图像数据上传。数字逻辑电路模块负责接受相机CPU的工作指令和对外接受和发送信号，同时对相机的曝光模块发送曝光指令信号。感光芯片曝光模块在接受到上述数字逻辑电路模块发来的曝光指令后曝光图像。

基于上述的工业相机，本实用新型还提供一种用于3D扫描图像匹配的系统。包括上位机，上述工业相机。进一步的，上述工业相机包括主相机，从相机一，从相机二，从相机N（N为常数，是根据实际需要来决定连接上位机的相机数量）。主相机和从相机与上位机通过接口相连接，所有的从相机和主相机通过接口相连接。

相应的本实用新型提供的一种用于3D扫描图像匹配的系统包括如下步骤：

上位机发送曝光计数给主相机的CPU，该曝光计数作为主相机的启动指令。主相机CPU在接受到曝光计数后发送曝光指令给主相机的数字逻辑电路模块并要求数字逻辑电路控制在时间T1后对主相机的感光芯片模块进行曝光，时间T1可通过软件接口进行设定。主相机数字逻辑电路模块在接受到曝光指令后通过电路编码向与之相连接的从相机的数字逻辑电路模块发送曝光计数，发送时间不变且可测量为T2。从相机的数字电路模块在接受到主相机发来的曝光计数后，在时间（T1-T2）后向各自的感光芯片模块发送曝光指令。在从相机完成曝光后，从相机各自的CPU模块将曝光的图像数据和从各自数字逻辑电路读取出的曝光计数一起上传给上位机。上位机将接受到的主相机和从相机上传的图像数据进行判断处理。

本实用新型提供的一种用于3D扫描图像匹配的工业相机及系统，可以控制所有和上位机相连的工业相机在相同时刻曝光，保证上位机接受到的不同相机曝光的图像数据是同一时刻曝光产生的，提高3D图像处理的精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供一种用于3D扫描图像匹配系统结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供一种基于双相机采集图像的3D扫描图像匹配流程图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。参见图1，本实用新型实施提供了一种用于3D扫描图像匹配的系统。包括上位机30，主相机10，从相机一20，从相机二。主相机和所有的从相机结构都是一样的，以图1中从相机一做说明，包括CPU模块201,接受上位机发送的命令和数据或者发送数据给上位机，同样的也可以从与之相连接的是数字电路模块202读取数据。相机还包括数字电路模块202，其功能是接受CPU201传输的指令，或者接受外部电路发送的指令数据并可以对与之相连接的感光芯片203模块发送曝光指令。而感光芯片203在接受到数字电路模块发送来的指令后进行曝光图像。

在本实用新型实施所提供一种用于3D扫描图像匹配系统可以控制所有与上位机相连接的工业相机在相同时刻同时曝光，可以消除非等时传输造成的多个相机在接受信号时间上的差异，从而获得高匹配度的图像数据来合成3D图像。

基于图1所述的结构示意图，下面以双目相机（一个主相机，一个从相机）的3D扫描图像匹配系统对所述实用新型作描述，参见图2。包括如下步骤：

步骤S001，上位机启动系统，同时通知所有的相机完成初始化工作。上位机发送曝光计数给主相机，这里的曝光计数为i（i为常数，i从0开始计数）；较佳的，所述的上位机采用PC。所述的上位机和相机连接可根据实际的情况选择千兆网接口，火线接口或者USB接口。

步骤S101，主相机的CPU在接收到所述上位机发送曝光计数，所述曝光计数作为主相机的曝光指令。

步骤S102，主相机的数字电路模块在接收到所述上位机发送的曝光计数后，在时间T1后，通知主相机的感光芯片曝光模块进行曝光图像。并且，主相机通过数字电路编码在时间T2后将所述的曝光计数发送给从相机的数字电路模块。所述的时间T1和时间T2均是可以测量的。

需要说明的是，本领域专业技术人员可以通过编程进行将所述参数时间T1，和时间T2烧录相机的内存中，相机在工作时将所述参数进行读取设置。

步骤S201，所述从相机的数字电路模块在接收到所述主相机的数字电路模块发送的曝光计数。所述曝光计数同时也作为所述从相机的曝光指令。

步骤S202,在经过时间（T1-T2）后，所述从相机的数字电路模块发送曝光指令给所述从相机的感光芯片，所述从相机的感光芯片模块收到曝光指令后立即曝光图像。

步骤S103，所述主相机感光芯片模块在接收到曝光指令则立即曝光图像。

步骤S104，所述主相机的CPU模块将其感光芯片模块曝光生成的图像数据发送回给上位机。

步骤S203，所述从相机CPU从所述从相机的数字电路模块读取出所述数字电路模块在步骤S201接收到的曝光计数i，并连同所述从相机的感光芯片模块曝光生成的图像数据一起发回给上位机。

步骤S002，所述上位机在接收到所述主相机和所述从相机发送的图像数据后，根据所述图像数据的帧号，判断是否是同一组图像数据。所述帧号就是上述步骤中的曝光计数i。

进一步的，由于一些外围影响，如果所述上位机接收到的主相机和从相机发送的图像数据的帧号不同，则可以判断接收到的图像数据非同时刻曝光产生的，即为不匹配，所述上位机可以做丢弃数据处理。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于3D扫描图像匹配的工业相机，其特征在于：包括CPU模块，数字电路模块，感光芯片曝光模块；其中，所述CPU模块为所述工业相机的控制模块，负责接收上位机发送的指令和将所述感光芯片曝光模块曝光的图像数据上传到上位机；所述CPU模块负责发送指令给数字电路模块；所述数字电路模块，连接于所述CPU模块，用于接收所述CPU模块发送的指令，并按照设定的时间参数发送曝光指令给所述感光芯片模块；不同工业相机的数字电路模块之间通过接口可以双向连通，进行数据交互；

所述感光芯片曝光模块，连接于所述数字电路模块；

所述感光芯片曝光模块在接收到所述数字电路模块发送的曝光指令后启动曝光程序采集图像。

2.一种用于3D扫描图像匹配的系统，其特征是，包括：

权利要求1所述的工业相机；

上位机；所述上位机与所述工业相机相连接；所述工业相机包括主相机，从相机；所述主相机与所有从相机相连；其中，所述主相机用于接收所述上位机发送的曝光计数，并负责转发曝光计数给与其相连的所有从相机。