一種攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多攝像機視覺系統(tǒng)及其圖像同步獲取方法及圖像同步獲取裝置，該方法不僅對攝像機進行同步控制，并且考慮了攝像機曝光時間同信息投射設備刷新頻率的關系，使拍攝的圖像攜載更完備的光信息；通過軟件方法解決了圖像獲取中丟幀及多設備拍攝不一致問題。
【專利說明】一種攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及攝像機同步領域，特別涉及一種采用投射裝置向被攝物投射信息光時，多攝像機協(xié)同工作時攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法及裝置。
【背景技術】
[0002]計算機技術及工業(yè)攝像機的日新月異，利用多攝像機對物體進行形面測量、位姿估算、大場景目標識別等眾多領域中得到了廣泛應用。在實際應用中，一個攝像機往往不能滿足需要，如面積比較大的場景監(jiān)測，一個攝像機在保證清晰度的前提下監(jiān)測面積有限，這里需要多個攝像機分別監(jiān)測各自負責區(qū)域，再將局部圖像拼接成整體圖像。在多攝像機視覺測量系統(tǒng)中，為有效減少被測物凸起遮擋等情況，可以采用三個攝像機構建成兩兩獨立的立體視覺系統(tǒng)，應用中通過向被測物投射信息光，通過攝像機捕獲圖像并解晰出特征惟一的光信息，進而完成測量。在多攝像機協(xié)同工作時通常需要同步控制，主要分為硬同步與軟同步。硬同步指多臺攝像機在同一時間開始曝光采集圖像；軟同步指某一時刻所獲得的圖像是攝像機群在同一控制信號下采集的圖像?，F(xiàn)有技術中，更多關注于硬同步，并且沒有考慮信息投射設備相關特性。傳統(tǒng)信息投射裝置采用白光作為光源，將要投射的信息刻劃在玻璃片上，通過步進電機控制承載特定圖案的玻璃片運動從而完成不同信息的切換。由于白光光源持續(xù)投射，以這種方式投射信息時只需要多攝像機實現(xiàn)硬同步即可，但是這種方式對控制系統(tǒng)較為復雜，精度要求很高，運動效率較慢；更換投射信息只能重新制作玻璃片，而且受投射裝置大小限制，玻璃片所承載的圖案數(shù)量有限。隨著DLP技術的發(fā)展，這種更為方便靈活的信息投射方式逐步受到業(yè)界的認可。盡管其能夠提供流明度很高的光信息，但畢竟不是持續(xù)光源，而是依靠不斷刷新保證信息的正常顯示。現(xiàn)階段，在多攝像機視覺系統(tǒng)中，對攝像機曝光時間同投射設備沒有做限制，在高精度的測量系統(tǒng)中，某幀圖像上下的曝光不一致也會受到圖像處理中的整體處理而產(chǎn)生微小差異，這在高精尖測量領域會引起精度的不穩(wěn)定等問題。此外對攝像機丟幀、或某一設備的短時故障考慮不充分。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明針對目前現(xiàn)狀，提出了一種多攝像機視覺系統(tǒng)及其圖像同步獲取方法及圖像同步獲取裝置，該方法不僅對攝像機進行同步控制，并且考慮了攝像機曝光時間同信息投射設備刷新頻率的關系，使拍攝的圖像攜載更完備的光信息；通過軟件方法解決了圖像獲取中丟幀及多設備拍攝不一致問題。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法，每拍攝一幀圖像包括以下步驟:
步驟1、向所有攝像機和投射設備發(fā)出控制信號，控制所有的攝像機和投射設備工作；步驟2、投射設備進行投射信息的同時，全部攝像機同步進行拍攝；并且攝像機曝光時間同投射設備刷新頻率應該滿足如下關系，
Exposuretime =N* Refreshtime ；Exposuretime表示攝像機曝光時間；
Refreshtime為投射設備刷新一次的時間；
N為正整數(shù)；
步驟3、所有的攝像機拍攝完成，判定本次拍攝是否成功，如果拍攝成功，獲取所有攝像機得到的圖像數(shù)據(jù)，否則，重新拍攝。
[0005]進一步的，上述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法中:所述的步驟3中，判定本次拍攝是否成功包括以下步驟:
步驟301、初始化全部攝相機參數(shù)；
步驟302、設直攝像機起始拍攝時間為當如系統(tǒng)時間；
步驟303、判斷所有攝像機圖像是否成功保存，，判斷標準是:如果直到當前系統(tǒng)時間減去起始拍攝時間不小于給定的最大攝像機拍攝時間閾值時，還有任何一臺攝像機圖像沒有保存成功，則表示表明攝像機拍攝過程中出現(xiàn)故障，否則，表示拍攝成功。
[0006]進一步的，上述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法中:步驟I中，投射設備工作包括以下步驟:
步驟A、將要投射信息傳遞給投射設備；
步驟B、投射設備投射接收 到的投射信息。
[0007]進一步的，上述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法中:步驟I中，投射設備工作時:
事先在投射設備上設立硬件存儲單元，將所要投射信息按編號全部存儲在投射設備的硬件存儲單元中，包括以下步驟:
步驟a、投射設備收到需要投射的信號的編號；
步驟b，投射設備根據(jù)編號尋址相應的投射信息；
步驟C、投射設備該投射信息。
[0008]本發(fā)明還提供了一種攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步控制裝置，包括計算機、一組攝像機、投射設備，還包括同步信號發(fā)生器，所述的同步信號發(fā)生器由所述的計算機控制，產(chǎn)生同步信號同時控制所有的攝像機和投射設備同步；攝像機采集的數(shù)據(jù)轉送到所述的計算機中，所述的攝像機曝光時間同投射設備刷新頻率應該滿足如下關系，
Exposuretime =N* Refreshtime ；
Exposuretime表示攝像機曝光時間；
Refreshtime為投射設備刷新一次的時間；
N為正整數(shù)；
所述的計算機中，判斷所有的攝像機在拍攝每一幀圖像時，是否拍攝成功，如果拍攝成功則保存所有的攝像機的數(shù)據(jù)，否則控制所有的攝像機重拍該幀圖像。
[0009]進一步的，上述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步控制裝置中:在每臺攝像機還包括控制所述的攝像機工作的分機，每臺攝像機將數(shù)據(jù)暫存于分機中，再通過數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)匯總于計算機中。
[0010]進一步的，上述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步控制裝置中:所述的計算機對投射設備的控制方式包括兩種形式，一種是將要投射信息傳遞給投射設備，然后投射設備投射特定信息；另一種方式為投射設備設立硬件存儲單元，將所要投射信息按編號全部存儲在投射設備的硬件存儲單元中，當要投射某一信息時只需要向投射設備發(fā)射序號，投射設備便從存儲區(qū)中對應數(shù)據(jù)進行投射。
[0011]本發(fā)明中，信息投射設備在工作過程中將按其刷新頻率不停地投射信息，為了獲得更高質量的圖像，控制攝像機曝光時間恰好等于刷新一次時間的整數(shù)倍，避免了因非整數(shù)倍時而使圖像上部分同下部分信息刷新不一致問題，尤其是高幀率、高精度測量時，信息精準的獲取對其信息識別有重要意義。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，實現(xiàn)了攝像機與投射設備的完全同步，并且約束了攝像機曝光時間與投射設備刷新頻率；當攝像機采集完成即可觸發(fā)回調函數(shù)，該方法有效控制了多攝像機的數(shù)據(jù)采集統(tǒng)一，有效解決了多攝像機丟幀、錯幀、及攝像機不同步等問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例1結構圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例2框圖。
[0015]圖3為本發(fā)明中攝像機拍攝流程圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。基于本發(fā)明中的實施例都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0017]實施例1采用由單個計算機架構模式如圖1所示，實施例2采用主機、分機架構模式如圖2所示。
[0018]單機系統(tǒng)硬件架構如圖1所示。控制系統(tǒng)通過同步信號發(fā)生器同時控制投射設備與攝像機，攝像機采集的數(shù)據(jù)直接回傳到計算機中。該架構適用于攝像機數(shù)量不是很多，攝像機間距離較近的應用。
[0019]實施例2的主機分機系統(tǒng)如圖2所示，為每個攝像機單獨配備了一個單獨的計算機，系統(tǒng)內(nèi)稱為分機。當用觸發(fā)信號控制投射設備與攝像機進行拍攝時，每個攝像機將數(shù)據(jù)暫存于分機中，再通過數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)匯總于主計算機。該系統(tǒng)架構適用于攝像機數(shù)據(jù)多，攝像機間、攝像機與主機距離遠的應用。
[0020]上述兩個實施例中，計算機對投射設備的控制方式分為兩種形式，一種是將要投射信息傳遞給投射設備，然后投射設備投射特定信息；另一種方式為投射設備設立硬件存儲單元，將所要投射信息按編號全部存儲在投射設備的硬件存儲單元中，當要投射某一信息時只需要向投射設備發(fā)射序號，投射設備便從存儲區(qū)中對應數(shù)據(jù)進行投射。
[0021]上述兩個實施例中，計算機還需要判斷，在攝像機拍攝完成每一幀圖像后，是否所有的攝像機圖像都保存成功，只有所有的攝像機圖像都保存成功，才說明所拍攝的這一幀圖像成功拍攝，有時，在眾多的攝像機中僅僅只有一臺攝像機圖像沒有保存成功，都會判定，這一幀圖像拍攝不成功，需要控制征候系統(tǒng)重新拍攝。
[0022]系統(tǒng)采用同步信號發(fā)生器對攝像機及投射設備進行控制，具體控制過程為當要拍攝被測物某種光信息時，采用同步信號發(fā)生器發(fā)出控制信號，投射設備進行投射信息的同時，全部攝像機同步進行采集；并且攝像機曝光時間同投射設備刷新頻率應該滿足如下關系，
Exposuretime =N* Refreshtime Exposuretime表示攝像機曝光時間；
Refreshtime為投射設備刷新一次的時間，即為I秒除以投射設備刷新頻率；
N為正整數(shù)；
其中N可以根據(jù)獲取圖像質量及實際應用做相應調整；
在計算機中，判斷所有的攝像機在拍攝每一幀圖像時，是否拍攝成功，如果拍攝成功則保存所有的攝像機的數(shù)據(jù)，否則控制所有的攝像機重拍該幀圖像。
[0023]這里攝像機開始拍攝時間即曝光起始時間，這一時間也即投射設備開始投射信息的開始時間。
[0024]信息投射設備在工作過程中將按其刷新頻率不停地投射信息，為了獲得更高質量的圖像，控制攝像機曝光時間恰好等于刷新一次時間的整數(shù)倍，避免了因非整數(shù)倍時而使圖像上部分同下部分信息刷新不一致問題，尤其是高幀率、高精度測量時，信息精準的獲取對其信息識別有重要意義。
[0025]拍攝過程如下:
在拍攝一幀圖像時，首選向所有攝像機和投射設備發(fā)出控制信號，控制所有的攝像機和投射設備工作；
其次，投射設備進行投射信息的同時，全部攝像機同步進行拍攝；此時，設置攝像機曝光時間同投射設備刷新頻率應該滿足如下關系，
Exposuretime =N* Refreshtime ；
Exposuretime表示攝像機曝光時間；
Refreshtime為投射設備刷新一次的時間；
N為正整數(shù)；
在所有的攝像機拍攝完成后，判定本次拍攝是否成功，如果拍攝成功，獲取所有攝像機得到的圖像數(shù)據(jù)，否則，重新拍攝該幀圖像。
[0026]判定拍攝是否成功，就是指在規(guī)定的時間內(nèi)，所有的攝像機所拍攝的數(shù)據(jù)都成功保存，具體的，在計算機中進行判斷時，判定拍攝是否成功是，以攝像機同步進行拍攝時為起點，設置一個時間閾值，當?shù)竭_這個閾值時，檢測所有的攝像機圖像是否都保存成功，如果所有的攝像機圖像都保存成功，則被為拍攝成功，可以繼續(xù)拍攝下一幀圖像，如果其中有任何一臺攝像機圖像沒有保存成功，則該幀圖像需要重新拍攝。
[0027]本實施例中，在計算機中判定拍攝是否成功的計算機程序的編程思想如下:
攝像機在拍攝時，通過設置標志變量來標識攝像機工作狀態(tài)，并且根據(jù)拍攝時間是否
超時判斷本次拍攝是否成功。
[0028]設置攝像機數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針變量，根據(jù)攝像機數(shù)量定為pBufferDataj，其中i為攝像機編號；
設置攝像機采集圖像標志bBufferSave_i, O表示不保存圖像數(shù)據(jù)，I表示保存圖像數(shù)據(jù)；其中i為攝像機編號；
設置攝像機成功保存圖像標志bSaveSuccesed_i,0表示未保存成功，I表示保存成功；其中i為攝像機編號； 為每個攝像機構造用于數(shù)據(jù)實時處理的回調函數(shù)CALLBACKCam_i，其具體工作為當有外觸發(fā)信號輸入時，如果攝像機采集圖像標志為bBufferSave」為1，則將攝像機中采集數(shù)據(jù)復制到該攝像機的存儲區(qū)，置該攝像機保存圖像標志為bSaveSuccesed_i為I。
[0029]具體應用中拍攝控制如下:
根據(jù)攝像機成功保存圖像標志bSaveSuccesed_i以及拍攝時間來判定本次拍攝是否成功，具體步驟為:
(1)初始化全部攝相機參數(shù)及相關準備工作；
(2)設置攝像機起始拍攝時間CameraSnap_start為當前系統(tǒng)時間；
(3)設置超時等待標志bTimesDelay為FALSE；
(4)判斷所有攝像機bSaveSuccesed_i標志是否全為I;如果不全為1，獲得當前系統(tǒng)時間 CameraSnap_current ;如果 CameraSnap_current 減 CameraSnap_start 小于給定的最大攝像機拍攝時間閾值(可以根據(jù)攝像機實際情況設定)表明攝像機還沒有拍攝完成，繼續(xù)等待，轉步驟(4);如果CameraSnap_current減CameraSnap_start不小于給定的最大攝像機拍攝時間閾值，則表明攝像機拍攝過程中出現(xiàn)故障，需要重新拍攝，置超時等待標志bTimesDelay為TRUE,轉步驟(5);如果所有攝像機bSaveSuccesed_i標志全為I,表示本次拍攝成功，轉步驟(6)。
[0030](5)如果超時等待標志bTimesDelay為TRUE ;清理攝像機資源,恢復攝像機初始標志，返回步驟(I)重新拍攝；如果超時等待標志bTimesDelay為FALSE,轉步驟(6)。
[0031](6)獲取所有攝像機得到的圖像數(shù)據(jù)，恢復攝像機標志，如果需要繼續(xù)拍攝，轉步驟⑵。
[0032]攝像機拍攝流程圖如圖3所示。
【權利要求】
1.一種攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法，其特征在于:該方法中，每拍攝一幀圖像包括以下步驟: 步驟1、向所有攝像機和投射設備發(fā)出控制信號，控制所有的攝像機和投射設備工作；步驟2、投射設備進行投射信息的同時，全部攝像機同步進行拍攝；并且攝像機曝光時間同投射設備刷新頻率應該滿足如下關系，
Exposuretime =N* Refreshtime ； Exposuretime表示攝像機曝光時間； Refreshtime為投射設備刷新一次的時間； N為正整數(shù)； 步驟3、所有的攝像機拍攝完成，判定本次拍攝是否成功，如果拍攝成功，獲取所有攝像機得到的圖像數(shù)據(jù)，否則，重新拍攝。
2.根據(jù)權利要求1所述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法，其特征在于:所述的步驟3中，判定本次拍攝是否成功包括以下步驟: 步驟301、初始化全部攝相機參數(shù)； 步驟302、設直攝像機起始拍攝時間為當如系統(tǒng)時間； 步驟303、判斷所有攝像機圖像是否成功保存，判斷標準是:如果直到當前系統(tǒng)時間減去起始拍攝時間不小于給定的最大攝像機拍攝時間閾值時，還有任何一臺攝像機圖像沒有保存成功，則表示表明攝像機拍攝過程中出現(xiàn)故障，否則，表示拍攝成功。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法，其特征在于:步驟I中，投射設備工作包括以下步驟: 步驟A、將要投射信息傳遞給投射設備； 步驟B、投射設備投射接收到的投射信息。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步方法，其特征在于:步驟I中，投射設備工作時: 事先在投射設備上設立硬件存儲單元，將所要投射信息按編號全部存儲在投射設備的硬件存儲單元中，包括以下步驟: 步驟a、投射設備收到需要投射的信號的編號； 步驟b，投射設備根據(jù)編號尋址相應的投射信息； 步驟C、投射設備該投射信息。
5.一種攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步控制裝置，包括計算機、一組攝像機、投射設備，其特征在于:還包括同步信號發(fā)生器，所述的同步信號發(fā)生器由所述的計算機控制，產(chǎn)生同步信號同時控制所有的攝像機和投射設備同步；攝像機采集的數(shù)據(jù)轉送到所述的計算機中，所述的攝像機曝光時間同投射設備刷新頻率應該滿足如下關系，
Exposuretime =N* Refreshtime ； Exposuretime表示攝像機曝光時間； Refreshtime為投射設備刷新一次的時間； N為正整數(shù)； 所述的計算機中，判斷所有的攝像機在拍攝每一幀圖像時，是否拍攝成功，如果拍攝成功則保存所有的攝像機的數(shù)據(jù)，否則控制所有的攝像機重拍該幀圖像。
6.根據(jù)權利要求5所述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步控制裝置，其特征在于:在每臺攝像機還包括控制所述的攝像機工作的分機，每臺攝像機將數(shù)據(jù)暫存于分機中，再通過數(shù)據(jù)傳輸控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)匯總于計算機中。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的攝像機視覺系統(tǒng)中圖像同步控制裝置，其特征在于:所述的計算機對投射設備的控制方式包括兩種形式，一種是將要投射信息傳遞給投射設備，然后投射設備投射特定信息；另一種方式為投射設備設立硬件存儲單元，將所要投射信息按編號全部存儲在投射設備的硬件存儲單元中，當要投射某一信息時只需要向投射設備發(fā)射序號，投射設備便 從存儲區(qū)中對應數(shù)據(jù)進行投射。
【文檔編號】H04N5/232GK103475887SQ201310292886
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權日:2013年7月12日
【發(fā)明者】車向前, 邊莉, 趙燦, 周波, 何萬濤, 孟祥林, 李永新, 霍濱焱 申請人:黑龍江科技大學