专利名称：光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统和方法
技术领域：
本发明涉及高精度光测设备标定，以及摄像测量学等领域。
背景技术：
光测设备是一种不接触的测量设备，它对目标进行成像，然后通过对图像进行处理的方式来得到目标的位置、姿态以及其它一些信息。由于光测设备测量的精确性，使得光测设备已经广泛的应用于民用和军用的各个领域。在光测设备中，摄像系统是一个重要的装置，它由摄像机，镜头以及其它的附属电路装置组成。在光测设备生产过程中，为了能够清楚了解设备的精度，一般要对摄像系统进行标定。标定的目的即是确定摄像系统的光心、光轴、焦距以及其它的一些物理参数，但这些参数都是摄像系统在静态条件下得到的。伴随着技术的进步以及发展，现代的摄像系统尤其是摄像机出现了多样化，且其 成像的方式也各不相同；同时摄像系统附属的电路处理装置也越来越复杂，这些处理电路不但能够对图像进行A/D或者D/A转换；同时能够对图像进行拉伸、翻转、增强以及剔除坏点等处理。综上所述，这些因素使得摄像机在曝光结束后输出的图像并非为当帧的图像，一般情况下延迟(Γ3帧；而对于有些复杂的摄像系统而言，这个延迟可能有10帧甚至更大。而延迟是不能通过静态条件进行标定的。同时由于图像输出的延迟和摄像系统的设置有关，如摄像机帧频发生了改变，会使得摄像机的延迟也发生变化。延迟对于光测设备测量静态目标没有影响，但对于动态目标的测量则会产生较大的误差。因而有必要对光测设备摄像系统延迟时间进行测量，以消除或减小光测设备对动态目标的测量误差。同时对摄像系统延迟的标定可以为控制光测设备转动的控制系统提供有效的参考，为控制系统的设计调试等提供依据。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，对光测设备摄像系统帧延迟时间进行测量，以达到对摄像系统输出图像延迟的帧数进行精确标定，以提高光测设备的精度。系统包括摄像系统，时统终端，图像记录装置，以及控制和显示LED灯阵列装置。各个装置的功能为时统终端产生中断信号和时间信息，图像记录装置记录图像并叠加时间信息到图像上；摄像系统对LED灯阵列进行成像；控制和显示LED灯阵列装置通过判定时间信息控制LED灯阵列使得LED灯阵列有不同的显示。本发明采用的技术方案为一种光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统，包括摄像系统，时统终端，图像记录装置，以及控制和显示LED灯阵列装置。其特征在于，时统终端连接图像记录装置、摄像系统以及LED灯阵列控制和显示装置，摄像机输出端连接图像记录装置，摄像系统对LED灯阵列进行成像。所述帧延迟测量的装置，LED灯开启以及关闭的时间都远远小于一帧时间，相对可以忽略不计。所述帧延迟测量的装置，记录装置能够将采集到的时间信息并能将其叠加入数字图像当中，以能够后续处理。所述帧延迟测量的装置，不论摄像系统自身产生模拟或者数字图像，都应当能够产生数字图像输出。所述帧延迟测量的装置，时统终端可以采用能够输出中断并对中断进行计数的装
置代替。另外提供一种光测设备摄像系统帧延迟时间测量的方法，包括如下步骤步骤I)、对摄像系统参数进行设置，开启系统；
步骤2)、时统终端输出中断信号，中断信号到达摄像系统触发其开始曝光，同时输出中断信号到控制和显示LED灯阵列装置，以触发控制和显示LED灯阵列装置；步骤3)、控制和显示LED灯阵列装置被触发后，采集时统终端的时间信息，并根据时间信息控制LED灯阵列上哪些LED灯应被点亮，哪些LED灯应关闭；步骤4)、摄像系统在曝光时间段内，对LED阵列上LED灯进行成像；步骤5)、摄像系统曝光结束后，图像记录装置记录摄像系统的输出图像，同时采集时统终端的时间信息，并将其叠加在图像上。步骤6)、根据数字图像上的时间信息以及LED灯阵列的信息，判断摄像机输出图像延迟的帧数。时间信息为通过LED灯阵列得到的时间，减去叠加在图像上的时间。具体例如时间信息为Aft1，其中h为由LED灯阵列反算得到的摄像系统开始曝光的时间，t2
为叠加在图像上的图像记录装置开始记录图像的时间。延迟帧数为￥，其中At为每
L ΔΙ J
帧的时间间隔，L」为取整算符。步骤7)、对摄像机进行不同的设置，重新完成I)到5)步操作，实现在不同设置下对摄像系统设置下的标定。其中，LED灯阵列控制装置能够根据时统终端不同的时间信息，点亮或关闭LED阵列上的不同LED灯，LED灯阵列形成的LED灯开启或关闭阵列应大于测量延迟的帧数。其中，摄像系统输出LED面板图像应当能够分辨面板上的LED灯的点亮或者关闭。本发明和现有技术相比的优点在于I、本发明由于引入时统终端，使得摄像系统对曝光时刻的控制以及控制和显示LED灯阵列装置对LED灯阵列的控制都可以精确到微秒，使得标定结果更精确可靠。2、本发明不但可以得到摄像系统输出图像延迟帧数，同时可以精确得到延迟时间(根据需要，精度可达到毫秒以下)，达到了对光测设备摄像系统的精确标定，为后期数据时空配准提供依据。


图I为摄像系统帧延迟时间测量系统框图示意图；图中，I为图像记录装置,2为摄像系统,3为时统终端,4为控制和显示LED灯阵列装置，5为LED灯阵列；图2为摄像系统帧延迟时间测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。一种光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统，包括摄像系统2，时统终端3，图像记录装置1，控制和显示LED灯阵列装置4以及LED灯阵列5，时统终端3连接记录装置1，摄像系统2以及控制和显示LED灯阵列装置4，摄像系统2输出端连接图像记录装置1，摄像系统2对LED灯阵列5进行成像。所述帧延迟时间测量的系统，LED灯开启以及关闭的时间都远远小于一帧时间，相对可以忽略不计；所述帧延迟时间测量的系统，记录装置能够将采集到的时间信息并能将其叠加入数字图像当中，以能够后续处理；所述帧延迟时间测量的系统，不论摄像系统自身产生模拟或者数字图像，都应当能够产生数字图像输出；
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所述帧延迟时间测量的系统，时统终端可以采用能够输出中断并对中断进行计数的装置代替。其中时统终端采用成都天奥电子股份有限公司的XHTF7100系产品，其产生外同步频率以及授时精度在微秒级别；其中控制和显示LED灯阵列装置采用Xilinx公司生产的Virtex E系列FPGA，记录装置采用NARD FLASH作为存储介质，其数据记录控制以及采集时间的器件为Virtex E系列FPGA。图像记录装置和摄像系统通过Cameralink接口连接。LED灯阵列由发光二极管搭建，根据摄像系统成像特点选用不同的LED发光二极管，例如采用红外摄像机时可采用红外发光二极管。LED灯阵列的布局和间隔等要依据摄像系统的镜头、焦距等参数设定，以达到能够在摄像系统所成的图像上分辨LED灯的情况。本发明按图2所示的流程实施。一种光测设备摄像系统帧延迟时间测量的方法，包括如下步骤测量过程的具体步骤为步骤I)、对摄像系统参数进行设置，开启系统；步骤2)、时统终端输出中断信号，中断信号到达摄像系统触发其开始曝光，同时输出中断信号到控制和显示LED灯阵列装置，以触发控制和显示LED灯阵列装置；步骤3)、控制和显示LED灯阵列装置被触发后，采集时统终端的时间信息，并根据时间信息控制LED灯阵列上哪些LED灯应被点亮，哪些LED灯应关闭；步骤4)、摄像系统在曝光时间段内，对LED阵列上LED灯进行成像；步骤5)、摄像系统曝光结束后，图像记录装置记录摄像系统的输出图像，同时采集时统终端的时间信息，并将其叠加在图像上。步骤6)、根据数字图像上的时间信息以及LED灯阵列的信息，判断摄像机输出图像延迟的帧数。帧延迟时间为通过LED灯阵列得到的时间，减去叠加在图像上的时间。步骤7)、对摄像机进行不同的设置，重新完成I)到5)步操作，实现在不同设置下对摄像系统设置下的标定。所述帧延迟时间测量的方法，控制和显示LED灯阵列装置能够根据时统终端不同的时间信息，点亮或关闭LED阵列上的不同LED灯。LED灯阵列形成的LED灯开启或关闭组合个数应大于摄像系统延迟的帧数。所述帧延迟测量的方法，其特征是摄像系统输出LED灯阵列图像应当能够分辨面板上的LED灯的点亮或者关闭。 以上所述，仅为本发明的部分实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解到的替换或增减，都应涵盖在本发 明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统，其特征是，包括图像记录装置(1)，摄像系统(2)，时统终端(3)，控制和显示LED灯阵列装置(4)以及LED灯阵列(5)，时统终端(3)连接图像记录装置(I)、摄像系统(2)以及控制和显示LED灯阵列装置(4)，摄像系统(2 )输出端连接图像记录装置(I)，摄像系统(2 )对LED灯阵列(5 )进行成像。
2.根据权利要求I所述的光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统，其特征是，LED灯开启以及关闭的时间都远远小于一帧时间，相对可以忽略不计。
3.根据权利要求I所述的光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统，其特征是，记录装置能够将采集到时统终端的时间信息并能将其叠加入数字图像当中，以能够后续处理。
4.根据权利要求I所述的光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统，其特征是，不论摄像系统自身产生模拟或者数字图像，都应当能够产生数字图像输出。
5.根据权利要求I所述的光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统，其特征是，时统终端可以采用能够输出中断并对中断进行计数的装置代替。
6.一种光测设备摄像系统帧延迟时间测量的方法，其特征是，包括如下步骤 步骤I)、对摄像系统参数进行设置，开启系统； 步骤2)、时统终端输出中断信号，中断信号到达摄像系统触发其开始曝光，同时输出中断信号到控制和显示LED灯阵列装置，以触发控制和显示LED灯阵列装置； 步骤3)、控制和显示LED灯阵列装置被触发后，采集时统终端的时间信息，并根据时间信息控制LED灯阵列上哪些LED灯应被点亮，哪些LED灯应关闭； 步骤4)、摄像系统在曝光时间段内，对LED阵列上LED灯进行成像； 步骤5)、摄像系统曝光结束后，图像记录装置记录摄像系统的输出图像，同时采集时统终端的时间信息，并将其叠加在图像上； 步骤6)、根据数字图像上的时间信息以及LED灯阵列的信息，判断摄像机输出图像延迟的帧数，时间信息为通过LED灯阵列得到的时间，减去叠加在图像上的时间； 步骤7)、对摄像系统参数进行不同的设置，重新完成I)到5)步操作，实现在不同设置下对摄像系统的标定。
7.根据权利要求6所述的光测设备摄像系统帧延迟时间测量的方法，其特征是，控制和显示LED灯阵列装置能够根据时统终端不同的时间信息，点亮或关闭LED阵列上的不同LED灯，LED灯阵列形成的LED灯开启或关闭阵列应大于测量延迟的帧数。
8.根据权利要求6所述的光测设备摄像系统帧延迟时间测量的方法，其特征是，摄像系统输出的LED灯阵列图像应当能够分辨LED灯的点亮或者关闭。
全文摘要
本发明公开了一种光测设备摄像系统帧延迟时间测量的系统及方法，包括图像记录装置(1)，摄像系统(2)，时统终端(3)，控制和显示LED灯阵列装置(4)以及LED灯阵列(5)，通过摄像系统输出的数字图像上的时间信息以及LED灯阵列的信息，判断摄像机输出图像延迟的帧数；时统终端提供时间以及外部中断信号；图像记录装置记录摄像系统的图像并叠加记录时刻的时间信息；控制和显示LED灯阵列装置根据外部中断信号以及时间信息控制LED阵列开关LED灯；摄像系统对LED阵列进行成像。本发明的系统及方法实现了对摄像系统输出图像延迟时间的精确标定。
文档编号G01C25/00GK102892027SQ20121037510
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者张涯辉, 何培龙, 张桐, 杜俊峰, 张孟伟 申请人:中国科学院光电技术研究所