[發明專利]高速運動物體拍攝裝置及拍攝方法

在審

• 申請號: 201410677323.4
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104333706A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 陳民杰;李飛
• 申請（專利權）人: 嘉興景焱智能裝備技術有限公司
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/232
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明涉及物體攝像技術領域，尤其涉及一種高速運動物體拍攝裝置及拍攝方法。

背景技術

數字成像技術中的CIS?傳感器工作的原理是，每個像素單元的感光二極管不停的捕獲入射光子并轉換成電荷(光電子)，存儲在單元中，即曝光。控制電路將每個像素單元存儲的電荷放大并依次讀出，形成數字圖像。通常，圖像采集開始時，控制電路同時將每個像素單元積累的電荷清零，然后開始曝光。達到預設的曝光時間后，控制電路將所有像素單元的電荷同時轉移到采樣保持電路，曝光結束。然后依次讀出每個像素的電荷量，形成數字圖像。這種曝光控制的方式，稱為全局電子快門。

要得到一張明暗度合適并且低噪的圖像，從物理上說，就是要捕獲合適數量的光子。對于高速運動的小型物體，要拍攝出清晰的照片，必須使用極短的曝光時間，例如：10us。在這極短的曝光時間內，要捕獲合適數量的光子，需要使用亮度極高的光源。由于這種光源在曝光瞬間發出亮度極高的光照，通常無法持續常亮，否則可能會由于發熱過大而損壞。這種光源，屬于瞬間光源(相對于常亮光源)，或稱閃光燈。

參見附圖1，外部信號或者軟件觸發相機曝光，相機曝光開始后，輸出閃光燈觸發信號，觸發閃光。外部信號通常來自光電開關、運動軸位置比較或者數字IO。由于存在曝光與閃光的延時和抖動因素，使實際的曝光位置產生較大的滯后和不確定性，在對高速運動物體拍攝時，會產生圖像位置抖動的現象。

為了解決上述問題，現有技術中利用伺服電機位置比較或光電開關信號觸發曝光，但是，光電開關的精度以及輸出延時降低了觸發精度。利用電子快門控制曝光時間，無法達至曝光時間的分辨率。另外曝光位置的不確定性使運動物體的速度越大，圖像抖動越大。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種高速運動物體拍攝裝置及拍攝方法，通過計算運動物體的實時速度，補償曝光和閃光的延遲時間，改善拍攝效果。

本發明采取的技術方案是：

一種高速運動物體拍攝裝置，其特征是，包括觸發控制單元、脈沖發生器、光源控制器、閃光燈和相機，所述脈沖發生器與所述觸發控制單元相連，所述觸發控制單元連接所述相機和所述光源控制器，所述閃光燈連接所述光源控制器，所述脈沖發生器將高速運動物體的運動信息轉換成脈沖信號并發送至所觸發控制單元，所述觸發控制單元根據脈沖計數器計算的脈沖量得出所述運動物體的實時速度，根據所述脈沖計數器和實時速度生成閃光觸發信號和曝光觸發信號，所述閃光觸發信號送至所述閃光燈，所述曝光觸發信號送至所述相機。

進一步，所述觸發控制單元根據所述脈沖計數器、實時速度和預設的閃光超前時間和曝光超前時間，確定閃光提前量和曝光提前量，根據設定的曝光位置確定曝光觸發位置和閃光觸發位置，根據所述脈沖計數器和曝光觸發位置以及閃光觸發位置生成所述閃光觸發信號和曝光觸發信號。

進一步，所述脈沖發生器為旋轉編碼器、脈沖光柵尺或電機驅動器位置脈沖輸出。

進一步，所述高速運動物體由直線電機驅動，所述脈沖發生器為所述直線電機自帶的光柵尺。

進一步，所述曝光觸發信號通過軟件觸發生成。

進一步，所述觸發控制單元與光源控制器連接至總線。

一種應用如上所述的高速運動物體拍攝裝置的拍攝方法，其特征是，包括如下步驟：

（1）所述脈沖發生器將所述運動物體的運動信息轉換成脈沖信號，并發送至所述觸發控制器；

（2）所述觸發控制單元根據所述脈沖計數器計算的脈沖量，得到所述運動物體的實時速度；

（3）根據所述實時速度、設定的曝光超前時間和閃光超期時間確定曝光提前量和閃光提前量；

（4）根據設定的曝光位置確定曝光觸發位置和閃光觸發位置，

（5）根據所述脈沖計數器和曝光觸發位置以及閃光觸發位置生成所述閃光觸發信號和曝光觸發信號；

（6）所述閃光觸發信號傳送至所述光源控制器，所述曝光觸發信號傳送至所述相機；

（7）所述光源控制器根據所述閃光觸發信號控制所述閃光燈，所述相機根據所述曝光觸發信號控制曝光，實現拍攝。

進一步，所述曝光觸發信號通過軟件觸發生成。

進一步，所述觸發控制單元由光源控制器通過總線控制。

本發明的有益效果是：

（1）通過旋轉編碼器和脈沖光柵可以得到運動物體的精確實時速度和位置，從而得到優化的曝光和閃光觸發信號；

（2）通過閃光燈來精確控制曝光時間；

（3）通過軟件設置光源控制器和觸發控制單元，精度高。