一种高速视频测量系统中的软硬件同步控制方法与流程

1.本发明涉及高速视频测量技术，尤其是涉及一种高速视频测量系统中的软硬件同步控制方法。


背景技术：

2.高速视频测量技术在航空、航天、机械、汽车、船舶等行业有着广泛的需求和应用。高速视频测量系统通过位置固定的多台摄像机从不同角度同时采集被测对象的高速图像序列，并用立体测量技术中解析在多幅图像中同一空间点的三维坐标。这其中的关键之一是通过控制装置同时向多个高速视频影像采集装置发送图像采集控制信号，高速视频影像采集装置在接收到图像采集同步控制信号之后进行图像的同步采集。
3.现有分体式高速视频测量系统的多个高速相机彼此独立工作，导致输出图像不能同步的问题，从而降低了高速视频测量的准确性，因此如何来解决相机之间的同步问题从而来提高测量的准确性，成为需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速视频测量系统中的软硬件同步控制方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.根据本发明的一个方面，提供了一种高速视频测量系统中的软硬件同步控制方法，该方法通过一个主控机和一个同步触发电路同时控制两个以上的高速相机来实现同步采集序列高速影像，所述同步控制方法包括：步骤1)开始采集过程；步骤2)开始存储过程；步骤3)停止采集过程。
7.作为优选的技术方案，所述的步骤1)开始采集过程具体包括以下步骤：
8.101，主控机发出开始采集指令，同步触发电路接收主控机发出的采集指令；
9.102，同步触发电路识别到指令后同时输出多路帧同步脉冲信号到各高速相机，用于同步各相机采集影像；
10.103，各高速相机开始采集影像。
11.作为优选的技术方案，所述的同步触发电路包括485通信电路、fpga时序生成电路和外同步输出电路，通过fpga时序生成电路产生同步脉冲信号触发同一网络的多台高速相机同时拍摄影像。
12.作为优选的技术方案，各路所述同步脉冲信号的信号线在传输过程中采用相同类型的线缆以保障各高速相机的同步性。
13.作为优选的技术方案，所述高速相机的同步精度皆优于100ns。
14.作为优选的技术方案，所述的步骤2)开始存储过程具体包括以下步骤：
15.201，主控机发出开始存储的指令；
16.202，各个与高速相机直接相连的工控机经网络接收到主控机发出的影像存储指
令后，所述工控机首先进行软件同步，同时同步触发电路进行各相机的硬件同步；
17.203，软硬件同步完成后，工控机开始同时存储从高速相机传来的高速影像序列。
18.作为优选的技术方案，所述的步骤3)停止采集过程包括以下步骤：
19.301，主控机发出停止采集的指令，同步触发电路通过通讯接口接收主控机发出的停止采集指令；
20.302，同步触发电路识别到指令后停止向高速相机输出同步脉冲信号，高速相机停止工作；
21.303，各工控机节点经网络接收到主控机发出的停止存储影像指令后，对缓冲区进行检测，在缓冲区所有影像已存储之后，停止存储从高速相机传来的高速影像序列。
22.作为优选的技术方案，所述的主控机旁还设有用于冗余设置的备份从机。
23.作为优选的技术方案，所述的主控机通过串口转usb接口连接同步触发电路。
24.作为优选的技术方案，所述的同步触发电路通过触发线连接各台高速相机。
25.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
26.1)本发明通过一个主控机和一个同步信号控制装置同时控制两个以上的高速相机来实现同步采集序列高速影像，解决了现有分体式高速视频测量系统的多个高速相机彼此独立工作，导致输出图像不能同步的问题，提高了高速视频测量的准确性；
27.2)本发明各路脉冲信号线在传输过程中应采用相同类型的线缆以保障各高速相机的同步性，同时高速相机的实际同步精度皆优于100ns，可以满足结构精密测量中的数据同步需求，从而进一步提高了测量准确性。
附图说明
28.图1为本发明开始采集过程的流程图；
29.图2为本发明开始存储过程的流程图；
30.图3为本发明停止采集过程的流程图；
31.图4为分体式多相机同步高速视频测量系统的结构示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
33.本发明针对高速相机 工控机组合的分体式高速视频测量系统，提出了一种软硬件同步控制方法。该方法包括：本发明的技术方案通过一个主控机和一个同步信号控制装置同时控制两个以上的高速相机来实现同步采集序列高速影像，解决了现有分体式高速视频测量系统的多个高速相机彼此独立工作，导致输出图像不能同步的问题，提高了高速视频测量的准确性。
34.本发明所针对的同步控制系统中，同步触发电路主要由485通信电路、fpga时序生成电路、外同步输出电路等模块组成。它的主要目的是产生同步信号触发同一网络的多台高速相机同时拍摄影像。同步控制方法的主要内容包括：1)开始采集；2)开始存储；3)停止
采集。
35.(1)开始采集
36.主控机发出开始采集的指令，同步触发电路通过通讯接口接收主控机发出的帧频采集指令，同步触发电路识别到指令后同时输出多路帧同步脉冲信号到各高速相机中，以同步高速相机采集影像，此后开始了影像采集，但并未对影像进行存储，具体流程逻辑如图1所示。其中，该同步脉冲信号是由fpga芯片组发出，且各路脉冲信号线在传输过程中应采用相同类型的线缆以保障各高速相机的同步性。例如，在同步控制网络中，当选用50mhz的传输速率时，那么其发端同步精度将优于20ns，而接收端同步精度同样优于20ns。本发明所针对的实验硬件配置中，高速相机的实际同步精度皆优于100ns，可以满足结构精密测量中的数据同步需求。
37.(2)开始存储
38.主控机发出开始存储的指令，各个和高速相机直接相连的工控机经网络接收到主控机发出的影像存储指令后，开始同时存储从高速相机传来的高速影像序列，具体逻辑如图2所示。
39.(3)停止采集
40.主控机发出停止采集的指令，同步触发电路通过通讯接口接收主控机发出的停止采集指令，同步触发电路识别到指令后停止向高速相机输出同步脉冲信号，高速相机停止工作，各工控机节点经网络接收到主控机发出的停止存储影像指令后，对缓冲区进行检测，在缓冲区所有影像已存储之后，停止存储从高速相机传来的高速影像序列，具体逻辑如图3所示。
41.具体实施例部分
42.本发明实验环境通过一个主控机、一个工控机和一个同步信号控制装置同时控制两个以上的高速相机来实现同步采集序列高速影像。实验验证了分体式高速视频测量系统的多个高速相机同步。
43.(1)实验实施流程
44.实验需要提前连接各硬件部分，接通硬件电源。分体式多相机同步高速视频测量系统拓扑图如图4所示，两台cmos高速相机最大分辨率与最大帧频为2368
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1728@500fps，采集速率为2.0gb/s。高速数据传输接口cameralink hs，两根光纤线连接主控机和两根光纤线连接工控机传输、采集速率均为2.0gb/s。主控机和工控机的主板均挂载一块pcie3.0 x 16接口挂载teledyne dalsa高速图像采集卡。主控机和工控机的m.2接口均挂载三星970pro存储容量为512gb高速固体硬盘，固态硬盘最大写入速度为2.3gb/s。主控机通过串口转usb接口连接到同步控制器，同步控制器通过触发线连接两台cmos高速相机。
45.硬件环境启动后，打开高速视频测量软件采集控制系统，按照本发明开始采集、开始存储、停止采集流程操作。
46.(2)实验结果分析
47.如表1所示，按照不同采集时间采集4次数据。结果展示了主控机与工控机所采集的数据的起始帧号、末尾帧号、数据量以及图像帧数等。
48.表1
[0049][0050]
表1中，可以看到采集到的数据主机与从机起始帧号、末尾帧号、数据量以及图像帧数基本一致。本次实验验证了分体式高速视频测量系统的多个高速相机同步控制。解决了现有分体式高速视频测量系统的两个高速相机彼此独立工作，导致输出图像不能同步的问题。
[0051]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。