[實用新型]一種無線音頻同步系統

有效

• 申請號: 201520249291.8
• 申請日: 2015-04-23
• 公開（公告）號: CN204539301U
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 王向東;謝威;徐文泉;李濟;紀仲秋
• 申請（專利權）人: 國家體育總局體育科學研究所
• 主分類號: H04N5/76
• 分類號: H04N5/76;H04N5/04
• 代理公司: 北京市科名專利代理事務所(特殊普通合伙) 11468
• 代理人: 陳朝陽

技術領域

本實用新型屬于運動影響分析領域，尤其涉及一種無線音頻同步系統。

背景技術

三維運動影像分析早已被廣泛使用在運動生物力學的研究工作中了。在實際測量中，需要從兩個或兩個以上的不同視角的攝像機的圖像中測量出被測物體的二維坐標，然后用直接線性轉換（DLT）的方法重建三維運動學數據，即使用DLT將從多臺攝像機得到的二維坐標轉換為三維坐標。在三維運動影像的測量過程中，保證測量精度、控制誤差是非常重要的。在實際測試中，有兩部份工作對提高精度、減少誤差是起關鍵作用的，即：

（1）時間同步：不同拍攝角度的運動圖像在時間上是同步的；

（2）空間標定：獲得準確的圖像與實際空間在數學上的對應關系；

通過對國內外目前在使用多臺攝像機進行三維錄像解析的同步方法進行了解和總結，主要分為以下方法：

（1）同步采集：

同步采集是將具有同步功能的攝像機（如：工業攝像機、專用攝像機及一些專業攝像機）連接起來，以其中一臺攝像機為主，同步控制其余的攝像機采集圖像采集，實現不同攝像機所采集圖像之間的同步，這種同步方法具有很高的同步精度（由系統硬件實時控制，通常精度可達微秒量級）。

通常同步采集在測試中所使用的攝像機必須同步，以確保各攝像機所記錄的圖像之間沒有時間差，這樣在使用DLT將從多臺攝像機所拍攝圖像中分別獲得的二維坐標轉換為三維空間坐標時，避免時間差引起的測量誤差。但在測試現場同步攝像機有許多困難，首先是需要攝像機具有同步功能，然后需要許多長電纜連接攝像機。然而目前在國內大量使用的普通便攜手持攝像機不具備同步功能，即便使用帶同步功能的攝像機，在測試現場（通常為比賽或訓練現場）鋪設很長的同步電纜線（有時甚至需要穿越跑道）也是不現實的。

（2）非同步采集：

使用不具備同步功能的普通便攜手持攝像機，也就是不同步的攝像機捕捉運動圖像以進行DLT三維運動分析，在拍攝現場并不需要額外的顯示器和電源，非常方便、省時、省力。但是不同步的圖像會帶來在時間上不同步的數據，目前常用的一些減少時間差的方法是：使用額外的燈光同步或錄像中的特殊事件同步，這些方法雖然簡單方便，但同步的精度較差。

下面的例子就是本課題組成員通過實驗來分析、計算由不同時間同步誤差在經過DLT的計算后，造成三維運動學解析數據誤差的研究。通過對自由落體和鐵餅投擲的測量，再使用PEAK?MOTUS運動分析系統計算的坐標和速度數據進行討論。首先的例子是自由落體，攝像機的光軸垂直于運動方向，然后再用鐵餅的數據作為實際的例子進行討論。

????假設所有攝像機拍攝的速度差是很小的、可以忽略，從而攝像機的圖像之間的時間差是恒定的。首先記錄由三個同步攝像機的視頻圖像，然后將一個或兩個攝像機的原始二維坐標在時域中移位、超前或滯后，以模擬攝像機中的圖像的時間差。然后將移位后的二維數據通過DLT和Butterworth濾波器計算后，獲得三維數據，最后比較時移數據與原始同步數據，計算出同步誤差。

????上面自由落體和投擲鐵餅的研究結果表明，在使用三臺未同步的攝像機進行三維錄像解析且攝像機之間的時間差不超過0.01秒時，由圖像的不同步造成被測物體三維坐標的誤差DX，DY和DZ小于0.1米，DV/?V為約10％。盡管非同步的家用手持攝像機會帶來同步誤差，但由于價格便宜、使用方便，它們目前還是被廣泛的應用在三維錄像解析中。研究表明可以用實驗的方法事先對由不同步圖像造成的測量誤差進行評估，而且可以通過下列方法進行控制：（1）盡量減小光軸垂直于運動方向的攝像機的時間誤差；（2）使用第三臺（多臺）攝像機；（3）選擇同步事件來控制攝像機的圖像之間的時間差。本實用新型的這部分研究就是要針對使用多臺非同步攝像機進行三維錄像解析時造成的同步誤差，研發出進一步控制和減小這種誤差的方法和儀器設備。

目前國內絕大多數在比賽和訓練現場采集用于三維解析的錄像時，采用的是非同步采集方法中的最接近近畫面近似法，即不同攝像機用這種方法采集的原始圖像不是同步的，但在圖像采集的同時，使用采用閃光或其他特殊事件作為多臺攝像機的同步信號，用來查找不同攝像機的錄像中最接近同步事件的畫面。