一種高速圖像采集處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于圖像采集處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種針對高速運動物體測量的高速圖像采集處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中用于高速運動物體的追蹤拍攝，通常采用具有較高的采圖幀率的高速圖像采集處理裝置。高速圖像采集處理裝置能夠清晰、完整地記錄運動過程，并克服了普通相機存在的模糊、重影、拖尾現(xiàn)象的缺陷，廣泛應(yīng)用于記錄分析物體的運動變化、快速振動、微小變形等過程。當用于拍攝很高速度的運動物體時，要求裝置具有非常高的采圖頻率，有時甚至需要達到納秒級時間間隔頻率。但是，現(xiàn)有技術(shù)中圖像傳感器的幀率的較少提高即導(dǎo)致價格的較大提高，特別是達到納秒級時間間隔的的圖像傳感器，價格更是極其昂貴，因而在大量需要進行高速拍攝的場合，因高幀率圖像傳感器的價格制約而限制了其使用。顯然，我們需要一種采圖幀率更高并且價格更為低廉的高速圖像采集裝置，以適應(yīng)越來越多的聞速追蹤拍攝的應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的高速圖像采集處理裝置存在的低頻率圖像傳感器不能用于高速運動物體的追蹤拍攝、高頻率傳感器的價格極其昂貴、限制了使用等缺陷與不足，提供一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，采用分光裝置將入射光分兩路至兩路CXD相機，并采用FPGA輸出控制信號控制兩路相機依時觸發(fā)、分時曝光，實現(xiàn)用低頻率圖像傳感器完成高頻率圖像采集，顯著降低了裝置成本，提高了采圖頻率，特別適用于高速運動物體測量的圖像采集處理。
[0004]本實用新型為實現(xiàn)技術(shù)目的采用的技術(shù)方案是:一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，包括圖像采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)包括分光棱鏡、兩路CCD相機和相機調(diào)節(jié)裝置，所述分光棱鏡用于將入射光分成兩束子光束后分別進入兩路CCD相機，所述相機調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)兩路CXD相機的空間位置，所述圖像處理系統(tǒng)包括FPGA，所述FPGA包括相機時序控制單元、圖像合成單元和圖像預(yù)處理單元，所述相機時序控制單元用于向兩路CCD相機發(fā)出脈沖控制信號控制兩路CCD相機依時觸發(fā)、分時曝光，所述圖像合成單元將兩路CCD相機的圖像合成為連續(xù)圖像，所述圖像預(yù)處理單元用于圖像的預(yù)處理。
[0005]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述FPGA分別向兩路CXD相機發(fā)出的脈沖信號，高電平時觸發(fā)CCD相機進行曝光采集圖像，低電平時觸發(fā)CCD相機停止曝光采集圖像，所述兩路CCD相機單次曝光采集時間和單次曝光采集周期均相等，所述兩路CCD相機開始曝光采集的間隔時間小于單次曝光采集時間。
[0006]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述分光棱鏡為半透半反棱鏡。
[0007]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述相機調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)兩路CXD相機在X軸、Y軸、X軸旋轉(zhuǎn)的三自由度方向上的誤差小于I像素，并且調(diào)節(jié)兩路CCD相機位于同一水平面內(nèi)。
[0008]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)采用幾何標定法對兩路CCD相機采集的圖像進行去鏡頭畸變處理及坐標變換，使同一物體出現(xiàn)在兩路CCD相機的同一位置。
[0009]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)采用亮度標定法調(diào)節(jié)兩路CCD相機采集圖像的亮度保持一致。
[0010]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)還包括DSP處理器和兩片外掛SDRAM暫存器，所述DSP —端連接FPGA，另一端通過以太網(wǎng)輸出接口連接上位機，所述DSP用于圖像的后處理，將完成后處理完成的圖像數(shù)據(jù)傳輸至上位機中，所述兩片外掛SDRAM暫存器分別連接FPGA和DSP，分別用于FPGA和DSP的圖像數(shù)據(jù)的暫存。
[0011]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)還包括連接FPGA的Linear BPIFlash和連接DSP的NAND Flash，所述Linear BPI Flash存儲器用于存儲相機控制信號及相機配置參數(shù)，所述NAND Flash用于存儲DSP上電時序程序。
[0012]一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)還包括入光口和濾光片。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的優(yōu)點在于:
[0014]1、采用分光裝置分光兩路至兩路CCD相機，并采用FPGA輸出控制信號控制兩路相機依時觸發(fā)、分時曝光，實現(xiàn)用低頻率圖像傳感器完成高頻率圖像采集，顯著降低了裝置成本。
[0015]2、設(shè)置有相機調(diào)節(jié)裝置，對兩路⑶D相機在X、Y、X軸旋轉(zhuǎn)三個方向上進行微調(diào)，通過位置調(diào)節(jié)消除空間位置誤差和加工誤差，使得兩路CCD相機采集的圖像通過相機坐標系變換后在同一個坐標系中能夠重合，從而使得不同相機不同時間曝光采集到的圖像僅需坐標變換就能得到連續(xù)的圖像信息。
[0016]3、分光棱鏡選用半透半反棱鏡，其透過率/反射率為50:50，因而分光后進入兩路CCD相機的子光束的光強完全相同，可使兩路CCD相機的亮度保持一致；另一方面由于半透半反棱鏡的角度為45度,分光后的兩束子光束在分光棱鏡內(nèi)部的的光程是相同的，因而僅需調(diào)節(jié)兩路CCD相機距棱鏡表面的距離相等即可，便于兩路CCD相機的位置調(diào)節(jié)。
[0017]4、在拍攝前對兩路CCD相機進行亮度標定，調(diào)整亮度值保持一致，可以省略后期的圖像校正亮度差別的煩瑣處理過程，提高后期圖像處理速度。
[0018]5、FPGA向兩路CCD相機分別輸出脈沖控制信號，通過對脈沖控制信號的時序調(diào)整，可以方便地調(diào)節(jié)采圖幀率，適應(yīng)不同應(yīng)用場合對圖像采集的特殊要求。
[0019]6、本實用新型的高速圖像采集處理系統(tǒng)，集圖像采集、處理、存儲為一體，集成度高、尺寸小、重量輕，特別適用于對空間位置要求較高的應(yīng)用場合；外接有2路Cameralink接口和PC機接口，既可根據(jù)不同的應(yīng)用場合選擇不同幀率和大小的相機，也方便配合PC機實現(xiàn)處理功能，整個裝置通用性強、適應(yīng)范圍廣。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的高速圖像采集處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本實用新型的高速圖像采集處理系統(tǒng)的FPGA的脈沖控制信號的時序圖；
[0022]圖3是本實用新型的高速圖像采集處理系統(tǒng)的FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4本實用新型的高速圖像采集處理系統(tǒng)的圖像采集處理過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]參見圖1，本實用新型提供的一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，包括圖像采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。圖像采集系統(tǒng)包括分光棱鏡、兩路CCD相機和相機調(diào)節(jié)裝置，分光棱鏡用于將入射光分成兩束子光束后分別進入兩路CCD相機，相機調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)兩路CCD相機的空間位置。圖像處理系統(tǒng)包括FPGA, FPGA包括相機時序控制單元、圖像合成單元和圖像預(yù)處理單元，相機時序控制單元用于向兩路CCD相機發(fā)出脈沖控制信號控制兩路CCD相機依時觸發(fā)、分時曝光，圖像合成單元將兩路CCD相機的圖像合成為連續(xù)圖像，圖像預(yù)處理單元用于圖像的預(yù)處理。參見圖3，F(xiàn)GPA還包括Flash存儲控制、內(nèi)存控制器、DSP交互接口、電源等。
[0026]本實用新型提供的一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，圖像采集系統(tǒng)還包括入光口和濾光片，入射光通過入光口后，經(jīng)過濾光片變?yōu)閱我徊ㄩL的光，再通過分光棱鏡分為兩束光，分別入射到兩路CXD相機入光口中。
[0027]本實用新型提供的一種高速圖像采集處理系統(tǒng)，分光棱鏡優(yōu)選半透半反棱鏡，選用半透半反棱鏡的優(yōu)點在于以下兩點:一是半透半反棱鏡的透過率/反射率為50:50，因而分光后進入兩路CCD相機的子光束的光強是完全相同的，可使兩路CCD相機的亮度保持一致；二是由于半透半反棱鏡的角度為45度，分光后的兩束子光束在分光棱鏡內(nèi)部的的光程是相同的，因而僅需調(diào)節(jié)兩路CCD相機距棱鏡表面的距離相等即可，便于兩路CCD相機的位置調(diào)節(jié)。
[0028]本實用新型采用兩路CCD相機分時曝光，然后合成連續(xù)圖像的方法，需控制兩路CCD相機采集的圖像趨于完全重合，即需控制兩路圖像的重合誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。導(dǎo)致兩路CCD相機采集圖像產(chǎn)生重合誤差的原因在于兩方面:一是兩路CCD相機對比形成的空間位置誤差；二是兩路CXD相機的參考平面之間的位置誤差，S卩加工安裝誤差。這兩種誤差是相互獨立的，最終都表現(xiàn)為對同一物體兩個相機拍攝到兩幅圖片之間的差別。
[0029]本實用新型的高速圖像采集處理系統(tǒng)設(shè)置有相機調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)兩路CXD相機的空間位置，保證兩路CXD相機在X軸、Y軸、X軸旋轉(zhuǎn)的三自由度方向上的誤差均小于I像素，并調(diào)節(jié)兩路CCD相機位于同一平面內(nèi)。