基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集处理系统

从硬件和软件两方面对摄像机同步的原理和方法进行了研究,设计并实现了基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集和处理系统.提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块作为同步触发信号发生器,并利用Visual C++平台开发了控制程序,能够通过触发信号的周期和波形来调整图像采集频率和摄像机触发电平.设计了软件同步策略,保证多台摄像机之间的图像同步曝光之后能够同步处理.经过验证,所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10 μs,具有设备简单、使用方便、成本低等优点,并且能够消除丢帧、错帧等现象,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案.     

多摄像机同步采集系统的设计与实现

为了实现多摄像机之间同步曝光积分。对摄像机同步的原理和方法进行了研究。结合动态目标多目摄像测量方法设计并实现了同步采集系统,提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块USB-4711A作为同步触发信号发生器,该设备具有USB接口,支持即插即用。利用Visual C＋＋平台开发了控制程序,能够根据图像采集频率和摄像机触发电平调节同步触发信号的周期和波形。经过验证．所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10μs,并且具有设备简单、使用方便、成本低等优点,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案。     

单摄像机全向立体视觉传感器的结构设计

传统宽视场三维测量常采用多传感器构建的测量系统实现,传感器的同步和多传感器测量坐标系的统一两大难点导致测量精度与测量速度难以兼容。为了实现更宽视场范围内目标物的实时三维测量,设计了1种由单摄像机和2个四棱锥反射镜构成的全向立体视觉传感器。2个四棱锥反射镜对称摆放,顶部相对,下四棱锥顶端安装高分辨率工业摄像机。四棱锥反射镜成像形成4对虚拟摄像机,等效于传统双目视觉传感器的1对摄像机同时采集同名特征点,从而由4对虚拟摄像机实现水平4个方向的同步测量。解决了传统双目视觉传感器体积大、视场狭小、图像采集不同步等问题,且有效保证了图像的透视投影不变性,避免了曲面镜成像产生的图像畸变,减小了后续工作难度。     

基于GPS的XP系统下海量图像多机同步采集方法研究

根据惯性导航系统的测试需求,利用RAID等先进技术,构建了一套图像采集存储系统,解决了多摄像机同步工作、大分辨率图像的高速采集和海量数据实时存储的问题。为了解决多设备之间的数据对齐问题,利用GPS秒脉冲和绝对时标以GPS系统实时时钟为基础,并对Windows系统进行高精度定时产生摄像机的外触发信号,实现了不同设备之间的实时数据采集、对齐。试验表明:该测试系统的配置灵活,同步精度高,具有较好的推广使用价值。     

高速连续变量量子密钥分发系统同步技术研究

在高速连续变量量子密钥分发系统中,位帧同步技术是确保准确获取量子信号所携带有效信息的核心技术之一。结合平衡零差探测器测量相干态的正则分量数据,提出了一种简单高效的位帧同步理论方案。基于此理论方案,在重复频率为25MHz的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发系统上进行了实验测试和性能分析。结果表明,所提出的位帧同步方案能有效克服量子信号在密钥分发中受到的环境因素影响,有效实现通信双方同步。     

适用于SGT320E型三轴多功能转台的多串口数据同步采集

SGT320E型三轴多功能转台是进行惯性传感器标定、惯性测量单元(IMU)和姿态航向参考系统(AHRS)性能测试的重要平台;实现三轴多功能转台和待测负载设备的测试数据同步采集,是使用三轴多功能转台面临的关键问题之一;基于同步脉冲机制,提出了转台与待测负载的数据同步输出的3种方法;在对多线程串口通讯CSerialPort类进行改进的基础上,使用Microsoft Visual Studio 2005集成开发环境,开发了多串口数据同步采集软件程序;以XSENS公司生产的MTi微型姿态航向参考系统作为待测负载设备,综合运用信号发生器、USB转多串口设备和笔记本电脑,在三轴多功能转台上开展了系统测试;在同步脉冲信号频率为10 Hz时,软件程序采集得到的4路各6 156个数据保持了严格的时间同步,这表明所提出的多串口数据同步采集方法适用于SGT320E型三轴多功能转台和待测负载设备的测试。     

激光损伤阈值测量装置同步触发模块研究

损伤阈值测量装置是强激光技术的重要技术指标,主要用于强激光光学元件的研制和测试,而同步触发模块作为模块之间时序的控制器,是研制损伤阈值测量装置的关键技术之一。介绍了一种用于激光损伤阈值测量装置的同步触发模块及方法。设计了基于现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA）为主控芯片的硬件方案,通过上位机操控软件设置同步触发参数,来控制各路输出同步信号的宽度和各路信号之间的时序,可极大提高同步触发的精度和效率。通过实验验证,同步脉冲信号之间的调节精度为2 ns,同步脉冲信号的最小宽度为10 ns,满足激光损伤阈值测量装置的要求。     

基于帧频信号的图像存储时序控制方法

针对长时间服役光学设备图像存储系统性能退化和可靠性降低的问题,设计了新的图像存储系统结构。提出了一种基于帧频信号的时序控制方法,以帧频信号为基准驱动系统软硬件工作,结合秒信号、帧频信号与串口时间生成绝对时间,实现了四路独立数据流的同步采集,通过两级缓存机制保证数据采集-打包-存储之间的速率冗余匹配,对图像转移时间误差进行了修正。检测结果表明,系统时序得到了有效控制,长时间采集存储数据稳定可靠不丢帧,时间同步精度优于1ms。     

单目摄像机-激光测距传感器位姿测量系统

在单目视觉测量中,由于模型自身的限制,沿摄像机光轴方向上的位移测量精度一般远低于垂直光轴方向上的位移测量精度.首先,从数学模型上分析了单目视觉位姿测量在沿光轴方向上位移测量精度低的原因;然后,为了提高沿摄像机光轴方向上的位移测量精度,通过在沿摄像机光轴方向上加装一个高精度的激光测距传感器,设计了一种单目摄像机-激光测距...     

图像数据异地采集同步电路设计

在兵器靶场测试中,为了获得不同位置弹丸炸点同一时刻的图像,需要将多台异地测量站放置的摄像机同步采集图像数据,提出了图像数据异地同步采集方案,采用GPS技术设计了一种高精度时统系统。该系统采用GPS授时,由时统控制电路和计数器电路实现本地时钟功能,记录每个测量站摄像机起拍时间,从而实现图像数据采集的异地同步,同步精度可以达到微秒级。     

空间非合作目标自旋速率测量方法与实验

为了实现对失稳、快旋空间非合作目标运动状态的测量,提出一种基于单目相机序列图像的测量方法。根据目标与探测器的投影几何关系,推导和证明了测量方法的可行性。根据空间光照环境的特点,给出一种基于MSER特征的图像处理方法,用于稳定提取目标在图像中的投影角。根据获得的多帧序列投影角值,通过设定合理的多项式拟合模型,计算非合作目标的自旋速率。最后通过在轨图像数据,进一步验证了方法的有效性和测量精度。实验结果表明:对于某60°/s的快旋非合作目标,用1 Hz帧频的单目相机观测150 s,该方法对目标的测量均值为60.07°,测量标准偏差为0.05°/s,实现了稳定可靠、高精度的空间非合作目标运动状态测量。     

CCD电视系统实时位置测量的误差分析

本文就CCD电视摄像机对运动物体目标瞬时位置测量精度的几个问题进行讨论。文章首先分析了由于CCD成象器件结构特征和电子热噪音对目标位置测量精度的影响,给出位置测量误差与电视测量系统量化等级的关系,提出在保证一定测量精度下量化等级的选择原则。文章还分析了用普通电视摄象机组成的电视经纬仪测量运动目标位置的局限性,提出为获得较高的测量精度,选用高帧频电视摄象机的必要性。     

一种单目视觉位姿测量系统的误差分析方法

针对单目视觉位姿测量传统误差分析方法中只考虑单一误差因素，分析结果与工程实际有较大差异的问题，提出一种考虑多误差因素共同作用的误差分析方法。根据单目视觉系统的测量范围和相机参数建立其位姿测量模型；综合考虑相机内参、镜头畸变、图像点、靶标三维点等误差因素，将其同时引入位姿测量模型进行分析；分析抑制不同参数误差及提高相机分辨率等在多误差因素共同作用下对位姿测量结果的影响，找到最有效的精度优化方法。采用小型机械臂手眼定位中的单目视觉位姿测量系统进行实验，结果表明通过抑制相机径向畸变误差和提高相机分辨率，能够有效地提升该系统的位姿测量精度，位姿精度分别提升6.57%、4.21%和5.88%、5.54%。     

高功率激光装置打靶精度测试技术

 多路激光打靶精度在惯性约束聚变实验中起着至关重要的作用,提出了基于X光针孔相机的激光打靶精度测试方法。根据显微镜读取的靶平面坐标系的靶孔中心坐标及打多孔靶后X光针孔相机所记录的靶孔中心坐标,建立靶平面坐标系和X光针孔相机坐标系之间的转换关系;通过打焦斑靶,建立焦斑模板,采用套模板的方法,读取X光针孔相机坐标系中焦斑中心坐标;由靶平面坐标系和X光针孔相机坐标系之间的转换关系,求出靶平面坐标系中焦斑中心坐标,计算得到激光打靶精度,分析打靶精度测试结果的不确定度,从而给出多路激光打靶精度测量技术和方法。     

靶丸空间坐标的高精度测定技术

为在惯性约束聚变系统中开展靶丸空间坐标的高精度测量,针对人工方式瞄准方法在安装调试上存在费力费时、自动化程度不高等缺点,采用基于双目视觉的方法,利用高精度2维标定板,通过迭代方法使角点提取精度达到0.1个亚像素,采用奇异值分解法来去除奇异点、改进的张正友标定算法等手段提高了标定精度。实验表明,在坐标测量精度均为25μm,距离测量的系统最大误差小于100μm,指标能满足系统要求。     

A high-speed image sensing technique with adjustable frame rate based on an ordinary CCD

In the sinusoidal phase modulating interferometer technique, the high-speed CCD is necessary to detect the interference signals. The reason of ordinary CCD's low frame rate was analyzed, and a novel high-speed image sensing technique with adjustable frame rate based on an ordinary CCD was proposed. And the principle of the image sensor was analyzed. When the maximum frequency and channel bandwidth were constant, a custom high-speed sensor was designed by using the ordinary CCD under the control of the special driving circuit. The frame rate of the ordinary CCD has been enhanced by controlling the number of pixels of every frame; therefore, the ordinary of CCD can be used as the high frame rate image sensor with small amount of pixels. The multi-output high-speed image sensor has the deficiencies of low accuracy, and high cost, while the high-speed image senor with small number of pixels by using this technique can overcome theses faults. The light intensity varying with time was measured by using the image sensor. The frame rate was up to 1600 frame per second (f/s), and the size of every frame and the frame rate were adjustable. The correlation coefficient between the measurement result and the standard values were higher than 0.98026, and the relative error was lower than 0.53%. The experimental results show that this sensor is fit to the measurements of sinusoidal phase modulating interferometer technique.     

10m×10m大靶面激光立靶设计

针对10m×10m大靶面、高精度立靶坐标测量的要求,提出了一种激光阵列式光电立靶坐标测量系统,该立靶采用半导体激光平行光管形成平行光光源,高灵敏度光电二极管及相应信号放大、转换电路组成接收阵列,光源和接收器件相距10m,当飞行弹丸穿越激光形成的光幕时,分别在X和Y方向上挡住了投射在某一个或几个光电二极管上的光线,该光电二极管对应的信号放大、转换电路将二极管产生的微弱电信号放大、整形,最后输出脉冲信号,后续信号编码识别电路将判断出被挡住光线的光电二极管的编号,进而得出弹丸穿越该光幕的X坐标和Y坐标。经实弹试验证明,系统具有测量靶面大,精度高的优点。     

超分辨率图像重构技术在航天器相对位置测量中的应用

以两颗航天器间相对位置参数测量为研究对象,确定了基于单目计算机视觉及目标特征的测量方案,提出了基于超分辩率图像重构技术的航天器间相对位置的高精度测量方法。分析讨论了图像传感器的观察模型、图像传感器及光学测量系统的点扩散函数、配准方法、重构原理及方法。利用地面试验验证了该方法的正确性。试验结果表明:该方法与基于单帧图像及目标特征的方法、基于插值的方法相比较,在测量精度及稳定性等方面都有了较大的提高;与基于单帧图像及目标特征的方法相结合,不仅可以保证在不同作用距离上相对位置的高精度测量,而且具有较高的测量稳定性和可靠性。     

基于单数码相机的三维视觉测量数据拼接方法

针对大型物体三维形貌视觉测量,提出了一种新的视觉测量三维数据拼接方法。以一台高分辨率数码相机作为全局测量设备,在测量过程中固定不动,并以数码相机坐标系作为全局坐标系。视觉传感器流动到不同位置对物体各子区域进行测量,获得局部坐标系下的三维数据。以一平面靶标为中介将视觉传感器在各位置的局部坐标系统一到全局坐标系下,从而将三维数据统一到全局坐标系下,完成三维拼接。该方法无需在被测物上贴标记,因此适用于任何材质的被测物,且消除了拼接累积误差。实验结果表明,该方法相对拼接误差为0.076%。以Venus石膏像为被测对象,视觉传感器对其三个局部区域进行测量,给出了局部测量结果及拼接结果。     

基于成像板-X射线条纹相机的精密耦合技术

为实现惯性约束聚变(ICF)实验中同时获取靶点的X射线1维动态和2维静态积分图像,提出了一种全新的X射线图像采集方法。结合成像板与X射线条纹相机的工作特性,通过在阴极狭缝前精密耦合成像板,实现X射线图像到达狭缝的同时采集其外围区域的静态积分图像。该方法具有对靶点X射线图像的1维动态与2维静态图像对比分析、成像系统像面位置精密空间定位的功能。利用该方法在神光Ⅱ装置上实现搭载Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜获得内爆靶球压缩流线图,并应用于流体不稳定性实验中。