專(zhuān)利名稱：一種抗周期性機(jī)械振動(dòng)的攝像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于攝像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種防止振源附近的攝像機(jī)由于周期性機(jī)械振動(dòng)引起圖象失真的抗周期性機(jī)械振動(dòng)的攝像方法。
常用的電子攝像機(jī)包括成像鏡頭和面圖象傳感器，其中面圖象傳感器可使用電荷耦合器件(CCD)等。為了防止攝像機(jī)振動(dòng)引起圖象失真，例如為了防止機(jī)載攝象機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等引起圖象失真，現(xiàn)有技術(shù)采用將攝象機(jī)進(jìn)行機(jī)械減振的方法。為了防止攝像者手動(dòng)等引起圖象失真，現(xiàn)有技術(shù)采用移動(dòng)攝像機(jī)成像鏡頭等機(jī)械部分，使其對(duì)手持?jǐn)z像的移動(dòng)不穩(wěn)定進(jìn)行補(bǔ)償；或是采用在全部探測(cè)平面內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)整所取出的象素平面的位置，該類(lèi)技術(shù)要求保留一個(gè)余量較大的象素?cái)?shù)量以擴(kuò)大象素平面。
上述技術(shù)方案存在的缺點(diǎn)是在機(jī)械減振(包括有源機(jī)械減振)中，將引起設(shè)備的大量增加，效果也不一定理想；在移動(dòng)成像鏡頭技術(shù)方案中，每一個(gè)鏡頭都需要有相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)校正裝置，鏡頭的互換性差；擴(kuò)大象素平面可以減小攝像機(jī)圖象的晃動(dòng)，但是將導(dǎo)致象素增加。
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于解決設(shè)備的大量增加、鏡頭的互換性差、象素增加、抗圖象抖動(dòng)能力差等問(wèn)題，本發(fā)明將提供一種降低或消除與攝像平臺(tái)相連接的振源周期性機(jī)械振動(dòng)等所引起圖象失真的抗周期性機(jī)械振動(dòng)的攝像方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先利用攝取圖像并能將圖像信號(hào)輸出的攝像系統(tǒng)，還利用同步控制系統(tǒng)控制機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位與攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作兩者相同步，使得攝像系統(tǒng)所攝圖像的抖動(dòng)失真降低或消除。并可以采用光電傳感器和或加速度傳感器和或角加速度傳感器和或陀螺儀檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期及相位。為使機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位與攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作兩者相同步，可通過(guò)如下幾種方式達(dá)到1，利用同步控制系統(tǒng)控制攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作按照機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位而同步；利用同步控制系統(tǒng)控制機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位按照攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作的周期及相位而同步；利用同步控制系統(tǒng)使機(jī)械振動(dòng)周期和相位及攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作與同一時(shí)鐘同步。利用同步控制系統(tǒng)按時(shí)基發(fā)生器發(fā)生的時(shí)基信號(hào)，對(duì)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的周期和相位進(jìn)行控制。對(duì)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位可以采用鎖相控制。
在該抗振動(dòng)攝像方法中的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)包括振源和振動(dòng)傳導(dǎo)部分以及攝象系統(tǒng)的機(jī)械部分，它們使攝像機(jī)所攝圖像產(chǎn)生抖動(dòng)等失真。
在本方法中，還可以在機(jī)械振動(dòng)的周期內(nèi)，選擇快門(mén)開(kāi)啟時(shí)的相位使機(jī)械振動(dòng)引起攝像系統(tǒng)的振動(dòng)速度及(或)角速度較小，使機(jī)械振動(dòng)對(duì)每幀圖像質(zhì)量的影響減小，或消除。同時(shí)，如果選擇快門(mén)開(kāi)啟相位的臨近處機(jī)械振動(dòng)引起攝像系統(tǒng)的振動(dòng)速度及(或)角速度也較小，就可以在機(jī)械振動(dòng)與攝像系統(tǒng)的同步，由于某些原因有一些偏差時(shí)，同樣降低或消除振動(dòng)對(duì)圖像的影響，使在振動(dòng)中的攝像系統(tǒng)攝取的圖像與靜止時(shí)攝像系統(tǒng)攝取的圖像，具有一樣的質(zhì)量。本方法即可單獨(dú)使用，也可與其他方法同時(shí)使用。
本發(fā)明具有如下效果(1)、可通過(guò)將其振源產(chǎn)生的周期性振動(dòng)與攝像系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻這兩者相同步的方法，從而有效地利用象素防止圖像晃動(dòng)，并獲得高質(zhì)量圖像。
(2)、當(dāng)利用同步的方法消除抖動(dòng)并提高每幀(場(chǎng))圖像質(zhì)量時(shí)，對(duì)成像鏡頭的互換無(wú)任何限制。無(wú)需移動(dòng)成像鏡頭或其他任何機(jī)械部分，也不會(huì)導(dǎo)致象素不必要的增加。
(3)、本發(fā)明實(shí)施例用電子裝置代替了機(jī)械裝置，未增加任何精密機(jī)械設(shè)備，所以具有無(wú)響應(yīng)快慢的問(wèn)題、體積小、重量輕、系統(tǒng)本身不怕振動(dòng)、可靠性好等特點(diǎn)。
(4)、本發(fā)明這種防止圖像晃動(dòng)的特性還可以有效地用于其它更小的裝置中。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖。
本發(fā)明所述的實(shí)施例如圖1包括時(shí)基發(fā)生器1、同步控制系統(tǒng)2、攝像系統(tǒng)3、后續(xù)設(shè)備4、機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)5，圖中大箭頭A表示機(jī)械振動(dòng)的傳遞，時(shí)基發(fā)生器1用來(lái)產(chǎn)生統(tǒng)一的時(shí)基信號(hào)，輸出至同步控制系統(tǒng)2。同步控制系統(tǒng)2用來(lái)控制攝像系統(tǒng)3的幀(場(chǎng))頻(或快門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻)和鎖相控制振源的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。使攝像系統(tǒng)3的每個(gè)快門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻都于機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)5振動(dòng)周期內(nèi)的某個(gè)固定相位相同步(或變化比較緩慢)，攝像系統(tǒng)3用以攝取圖像，并將圖像轉(zhuǎn)換成信號(hào)輸出至后續(xù)設(shè)備4以便顯示或記錄、處理、傳輸?shù)鹊龋瑪z像系統(tǒng)3中的面圖像傳感器可設(shè)計(jì)在一個(gè)硅板上用陣列金屬極制成，面圖像傳感器并不局限于使用CCD，它也能夠采用斗鏈電荷耦合器件(BBD)、金屬氧化物半導(dǎo)體器件(MOS)或者電荷注入器件(CID)。后續(xù)設(shè)備4可采用寬同步范圍的圖像傳輸及顯示等裝置。
可將本實(shí)例應(yīng)用于航空模型。其中攝象機(jī)的成像鏡頭，在有些場(chǎng)合必須采用長(zhǎng)焦鏡頭，這會(huì)使攝像系統(tǒng)3的角振動(dòng)問(wèn)題變得突出。一般情況下，為了提高圖像的分辨率，成像鏡頭的相對(duì)光欄都很大，而且圖像傳感器的靈敏度已經(jīng)很高，攝像系統(tǒng)3的快門(mén)開(kāi)啟時(shí)間也已經(jīng)很短，所以高速曝光是現(xiàn)實(shí)的。如果機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)5中的振源部分既為航空模型的動(dòng)力部分采用兩行程的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速可設(shè)定為200周/秒，攝像系統(tǒng)3采用PAL制式，場(chǎng)頻為50赫茲，同步控制系統(tǒng)2將時(shí)基發(fā)生器1產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào)經(jīng)分別分頻后提供給攝像系統(tǒng)3并與發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速鎖相，則振動(dòng)系統(tǒng)與攝像系統(tǒng)的頻率比正好為4∶1。既發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)四個(gè)周期，攝像系統(tǒng)3的快門(mén)開(kāi)啟一次，且開(kāi)啟時(shí)刻都處在所對(duì)應(yīng)周期內(nèi)的某一固定相位上。該相位的選取如前所述應(yīng)在這一相位及附近，攝像系統(tǒng)3的角振動(dòng)幅度最小，這樣就可以保證在攝像系統(tǒng)3隨航模一同振動(dòng)的情況下，即使出現(xiàn)一些鎖相不穩(wěn)定現(xiàn)象，仍將輸出穩(wěn)定、清晰的圖像。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可鎖定在200周/秒上。如要求轉(zhuǎn)速更高，可鎖定在250周/秒上(或300周/秒等等)，則頻率比為5∶1。在航空模型和攝像機(jī)同時(shí)工作時(shí)，也可改變振動(dòng)系統(tǒng)與攝像系統(tǒng)的頻率比，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，無(wú)論攝像系統(tǒng)怎樣振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷有多大，圖像總是不受發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。
在轉(zhuǎn)速改變過(guò)程中，還可先將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高到222周/秒，場(chǎng)頻為55.5赫茲，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)50赫茲11％，顯示器可以直接正常工作。接著提高頻率比到5∶1，場(chǎng)頻為44.4赫茲，低于標(biāo)準(zhǔn)50赫茲11.2％，顯示器仍然可以直接正常工作。只是在頻率比突然變化時(shí)，圖像可能因顯示器自身的同步調(diào)整產(chǎn)生瞬間抖動(dòng)一次。但在電路上稍作考慮，即可消除這種抖動(dòng)。這樣當(dāng)全部或部分采用模擬電路時(shí)，系統(tǒng)也可很好地工作。
上面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案已經(jīng)作了詳細(xì)的描述。但是，本發(fā)明并不完全限于以上所述的內(nèi)容；從以上揭示的內(nèi)容以及通過(guò)實(shí)施本發(fā)明，對(duì)其進(jìn)行各種改變是可能的。為了說(shuō)明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用選擇最佳實(shí)施例進(jìn)行描述。這樣有利于技術(shù)熟練的人在各種實(shí)例中使用本發(fā)明以及對(duì)其進(jìn)行各種適于具體情況的改動(dòng)。因此，本發(fā)明的范圍是由所附各權(quán)利要求及其等同物所限定的。
權(quán)利要求
1.一種抗周期性機(jī)械振動(dòng)的攝像方法，首先利用攝取圖像并能將圖像信號(hào)輸出的攝像系統(tǒng)，其特征在于還利用同步控制系統(tǒng)控制機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位與攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作兩者相同步，使得攝像系統(tǒng)所攝圖像的抖動(dòng)失真降低或消除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于采用光電傳感器和或加速度傳感器和或角加速度傳感器和或陀螺儀檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期及相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于利用同步控制系統(tǒng)控制攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作按照機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位而同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于利用同步控制系統(tǒng)控制機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位按照攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作的周期及相位而同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征還在于利用同步控制系統(tǒng)使機(jī)械振動(dòng)周期和相位及攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)動(dòng)作與同一時(shí)鐘同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的方法，其特征還在于利用同步控制系統(tǒng)按時(shí)基發(fā)生器發(fā)生的時(shí)基信號(hào)，對(duì)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的周期和相位進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5、6中所述的方法，其特征還在于對(duì)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位采用鎖相控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防止振源附近的攝像機(jī)由于周期性機(jī)械振動(dòng)引起圖象失真的抗周期性機(jī)械振動(dòng)的攝像方法。利用能夠攝取圖像并將圖像信號(hào)輸出的攝像系統(tǒng),利用同步控制系統(tǒng)使機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)周期和相位與攝象系統(tǒng)的幀頻或快門(mén)開(kāi)啟相同步,從而使圖像的抖動(dòng)失真降低或消除,并獲得高質(zhì)量的圖像。并對(duì)成像鏡頭的互換無(wú)任何限制,也無(wú)需增加像素、減振系統(tǒng)或移動(dòng)圖像拾取裝置。由于用電子裝置代替了機(jī)械裝置,具有無(wú)響應(yīng)快慢的問(wèn)題、體積小、重量輕、精度高、不怕振動(dòng)、可靠性好等特點(diǎn)。該方法可與其它抗振動(dòng)攝象方法一同使用。
文檔編號(hào)G05D19/00GK1366210SQ01111410
公開(kāi)日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月6日
發(fā)明者李也凡 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所