[發(fā)明專利]校正多臺(tái)高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)間同步性的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410592859.6
• 申請(qǐng)日: 2014-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN104301719A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬少鵬;張瑞楠;張宏寬;曹彥彥;朱宇博;馬沁巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N17/00
• 分類號(hào): H04N17/00;G04G7/00
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及工程檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種校正多臺(tái)高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)間同步性的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高速相機(jī)是指可以極高的采集速度采集并存貯圖像的相機(jī)，目前高速相機(jī)已成為研究動(dòng)態(tài)和超動(dòng)態(tài)過(guò)程(如瞬態(tài)的爆炸或失穩(wěn)破壞過(guò)程、高速飛行過(guò)程、生命和化學(xué)領(lǐng)域中的快速變化過(guò)程等)必不可少的測(cè)量工具。除了定性的圖像觀察和分析，結(jié)合光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)識(shí)別方法，高速相機(jī)還可被用來(lái)定量測(cè)量高速物體的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)的速度、加速度等動(dòng)態(tài)信息；結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)等全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，還可獲得被測(cè)物體的動(dòng)態(tài)位移及應(yīng)變場(chǎng)。

單臺(tái)高速相機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體某一角度的面內(nèi)測(cè)量，然而在一些復(fù)雜情況下，單臺(tái)相機(jī)并不能滿足研究需要：例如，汽車碰撞實(shí)驗(yàn)時(shí)間極短(0～0.3秒)且費(fèi)用昂貴，為了獲得更全面的信息以指導(dǎo)安全設(shè)計(jì)，需要在汽車的前后、左右各放置一臺(tái)高速相機(jī)進(jìn)行多角度測(cè)量；研究材料的抗爆能力時(shí)，爆炸所產(chǎn)生的沖擊力會(huì)引起離面位移，此時(shí)需要用兩臺(tái)高速相機(jī)進(jìn)行雙目測(cè)量獲得材料的三維形貌以評(píng)價(jià)試件的抗爆能力。高速相機(jī)多角度測(cè)量和雙目測(cè)量可統(tǒng)稱為高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量。多角度測(cè)量，其關(guān)鍵問(wèn)題是“拼接”，即將同一時(shí)刻各臺(tái)相機(jī)所拍攝圖像融合成一幅圖像；而雙目測(cè)量的問(wèn)題“匹配”，需要將同一時(shí)刻拍攝的兩幅圖像坐標(biāo)統(tǒng)一到整體的空間坐標(biāo)系。因而，確保多臺(tái)高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量的精度，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是要保證各臺(tái)高速相機(jī)記錄的為同一時(shí)刻物體的圖像，即高速相機(jī)采集到的圖像數(shù)據(jù)在時(shí)間軸上能夠嚴(yán)格對(duì)應(yīng)起來(lái)，否則失去了聯(lián)合測(cè)量的意義。但是對(duì)于高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問(wèn)題：

(1)高速設(shè)備從接收觸發(fā)信號(hào)到開始采集的過(guò)程中間有一個(gè)非常短暫但確實(shí)存在的響應(yīng)時(shí)間，準(zhǔn)確的說(shuō)是“對(duì)同步觸發(fā)信號(hào)有一段響應(yīng)時(shí)間”。這便是所謂的對(duì)同步觸發(fā)信號(hào)響應(yīng)時(shí)間之差(簡(jiǎn)稱為同步時(shí)差，下同)。即使觸發(fā)信號(hào)同時(shí)到達(dá)各個(gè)高速相機(jī)，但不同高速相機(jī)的第一幅圖像也可能不是同時(shí)采集的，二者存在時(shí)差。

(2)由于高速相機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)器定義的單位時(shí)間長(zhǎng)度也可能不同(很小，但真實(shí)存在)，這就造成了長(zhǎng)時(shí)間采集過(guò)程中各個(gè)高速設(shè)備采集到的同一過(guò)程的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到時(shí)間軸的時(shí)候就有可能出現(xiàn)誤差，這一誤差稱為走時(shí)誤差。走時(shí)誤差是高速相機(jī)計(jì)時(shí)器時(shí)差的一個(gè)累積過(guò)程，因而其隨著拍攝時(shí)間逐漸增大，其累計(jì)所產(chǎn)生的時(shí)間誤差同樣不容忽視。

隨著高速相機(jī)拍攝幀率不斷提高，同步時(shí)差和走時(shí)誤差已經(jīng)逐漸成為制約實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性的最大障礙。現(xiàn)有技術(shù)中由于缺少對(duì)高速相機(jī)的時(shí)間誤差研究很難應(yīng)用于高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量的時(shí)間校準(zhǔn)，因此開發(fā)一種校正多臺(tái)高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)間同步性的系統(tǒng)就顯得十分迫切。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決現(xiàn)有多臺(tái)高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量中無(wú)法精確測(cè)量和修正啟動(dòng)時(shí)差和走時(shí)時(shí)差的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)各高速相機(jī)精確對(duì)時(shí)，確保高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量的精度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N校正多臺(tái)高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)間同步性的系統(tǒng)，用于測(cè)量和修正高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)差和走時(shí)誤差，包括：高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量裝置、光信號(hào)發(fā)射裝置和時(shí)間同步性裝置，其中，

所述高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量裝置，包括：至少兩臺(tái)的高速相機(jī)和觸發(fā)開關(guān)，該高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量裝置分別與所述光信號(hào)發(fā)射裝置和所述時(shí)間同步性裝置相耦接，用于采集所述光信號(hào)發(fā)射裝置發(fā)出的光強(qiáng)按照正弦變化的激光斑點(diǎn)圖像，并將采集的圖像傳輸至所述時(shí)間同步性裝置；其中，

所述觸發(fā)開關(guān)，與所述高速相機(jī)相耦接，用于啟動(dòng)高速相機(jī)采集圖像；

所述高速相機(jī)，分別與所述觸發(fā)開關(guān)和所述時(shí)間同步性裝置相耦接，用于采集所述光信號(hào)發(fā)射裝置發(fā)送的光強(qiáng)按照正弦變化的激光斑點(diǎn)圖像，并將采集的圖像傳輸至所述時(shí)間同步性裝置；

所述光信號(hào)發(fā)射裝置，包括：正弦信號(hào)發(fā)射器、阻抗匹配器、激光管、激光耦合光纖、分光器和光屏，該光信號(hào)發(fā)射裝置與所述高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量裝置相耦接，用于產(chǎn)生并同時(shí)發(fā)送多路激光正弦周期信號(hào)至所述高速相機(jī)聯(lián)合測(cè)量裝置；其中，

所述正弦信號(hào)發(fā)射器，與阻抗匹配器相耦接，用于產(chǎn)生周期可調(diào)節(jié)的正弦電壓信號(hào)，并將所述正弦電壓信號(hào)發(fā)送至所述阻抗匹配器；

所述阻抗匹配器，分別與所述正弦信號(hào)發(fā)射器和所述激光管相耦接，用于將所述正弦信號(hào)發(fā)射器發(fā)送的正弦電壓信號(hào)調(diào)節(jié)到所述激光管的額定電壓范圍內(nèi)，并將所述正弦電壓信號(hào)發(fā)送至所述激光管；

所述激光管，分別與所述阻抗匹配器和所述分光器相耦接，用于形成與所述阻抗匹配器發(fā)送的正弦電壓信號(hào)相匹配的激光正弦周期信號(hào)，并將所述激光正弦周期信號(hào)發(fā)送至所述分光器；