CN102944693A - 基于面阵快速场同步ccd图像传感器的测速***及测速方法 - Google Patents

基于面阵快速场同步ccd图像传感器的测速***及测速方法 Download PDF

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关宇东
仲小挺
杜克
陈家鑫
提纯利
滕艺丹
黄博闻
李尔佳
戴翊轩
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Abstract

基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速***及测速方法，涉及一种测速***及测速方法。它解决了现有方法的图像获取时间长导致的测量效率低，以及由于受扫描运动精度的影响导致测量精度低的问题。其***：面阵快速场同步CCD图像传感器的图像信号输出端通过高速数据接口的图像信号输入端连接；单片机对面阵快速场同步CCD图像传感器进行控制；单片机控制高速数据接口的同步。其方法：面阵快速场同步CCD图像传感器按时间间隔对沿固定轨迹运动的物体连续拍摄N帧图像；上位机通过比较每相邻两帧图像的方式计算出沿固定轨迹运动的物体的总运动距离；进而计算机沿固定轨迹运动的物体的速度与加速度。本发明适用于对运动的物体进行测速。

Description

基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速***及测速方法
技术领域
本发明涉及一种测速***及测速方法。
背景技术
随着计算机技术的飞速发展，计算机视觉技术和动态图像处理理论的深入研究，使得测量仪器和测试技术产生了巨大变革。计算机凭借其运算速度快，工作可靠性高，在现代测试技术快速发展的今天，已经成为自动检测***中必不可少的重要组成部分。随着计算机视觉技术数字图像处理技术的快速发展和深入研究，利用机器视觉检测技术以及数字图像处理的方法对运动目标进行捕获跟踪和运动参数提取，都将成为一种非常有潜力的测量测试技术，并且很多领域都迫切需要这些测试测量技术。基于视频的运动物体检测和跟踪技术也将成为近年来计算机视觉领域和数字图像处理技术中备受关注的前沿方向。它从运动物体的图像中检测跟踪识别，从而获取所需的数据，属于数字图像分析和处理的范畴。同时，从动态场景中将运动物体进行快速分割提取，对光线变化背景复杂等问题的处理也给运动物体视频检测带来了一定的挑战。
随着硬件技术的进步，利用线阵CCD技术进行高速高精度的在线非接触速度测量逐步成为现实，由于线阵CCD测速采用图像测量方法实现，与传统的相机测量技术相似，因此只要能够拍摄就能够测量，CCD测速可以不受被测物体的材质，表面形状，表面污染的影响，配合适当的光学镜头还可以实现穿透水雾油雾灰尘进行测量。而且线阵CCD拍摄速度快，高速线阵CCD相机每秒能够拍摄10万次以上，甚至可以测量子弹的速度，而价格低廉的普通线阵CCD相机也可以达到每秒1万次的拍摄速度，能够以接近超声多普勒测速***的成本，实现接近激光多普勒测速的精度和速度，这使得CCD测速技术与其他非接触测量设备相比具有明显的优势。但是要用线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，而且为了能确定图像每一像素点在被测件上的对应位置，还必须配以光栅等器件以记录线阵CCD每一扫描行的坐标。利用线阵CCD有以下不足之处：图像获取时间长，测量的效率低；图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低，最终影响测量精度。
发明内容
本发明是为了解决采用线阵CCD测速方法的图像获取时间长导致的测量效率低，以及由于受扫描运动精度的影响导致测量精度低的问题，从而提供一种面阵快速场同步CCD图像传感器的测速***。
基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速***，它包括图像采集模块1和上位机2；图像采集模块1包括面阵快速场同步CCD图像传感器11、单片机12和高速数据接口13：
面阵快速场同步CCD图像传感器11用于拍摄沿固定轨迹运动的物体的图像；所述面阵快速场同步CCD图像传感器11的图像信号输出端通过高速数据接口13的图像信号输入端连接；
单片机12的CCD控制信号输出端与面阵快速场同步CCD图像传感器11的控制信号输入端连接；所述单片机12同步控制信号输出端与高速数据接口13的控制信号输入端连接。
使用上述装置的基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速方法，它由以下步骤实现：
步骤一、采用单片机12对面阵快速场同步CCD图像传感器11设定拍摄时间间隔；
步骤二、采用面阵快速场同步CCD图像传感器11按步骤一设定的时间间隔对沿固定轨迹运动的物体连续拍摄N帧图像；N为大于或等于2的整数；
步骤三、面阵快速场同步CCD图像传感器11将拍摄的N帧图像通过高速数据接口发送至上位机2，上位机2对N帧图像中的运动物体进行识别；并通过比较每相邻两帧图像的方式计算出沿固定轨迹运动的物体在N帧图像中的总运动距离；进而计算机沿固定轨迹运动的物体的速度与加速度。
本发明是一种采用面阵快速场同步CCD图像传感器作为图像采集设备的测速方法，相对于采用线阵CCD测速方法，本发明的图像获取时间短，测量效率高；并且本发明受受扫描运动精度的影响较低，测量精度高，稳定性好。
附图说明
图1是本发明的基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速***原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速***，它包括图像采集模块1和上位机2；图像采集模块1包括面阵快速场同步CCD图像传感器11、单片机12和高速数据接口13；
面阵快速场同步CCD图像传感器11用于拍摄沿固定轨迹运动的物体的图像；所述面阵快速场同步CCD图像传感器11的图像信号输出端通过高速数据接口13的图像信号输入端连接；
单片机12的CCD控制信号输出端与面阵快速场同步CCD图像传感器11的控制信号输入端连接；所述单片机12同步控制信号输出端与高速数据接口13的控制信号输入端连接。
具体实施方式二、使用具体实施方式一的基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速方法，它由以下步骤实现：
步骤一、采用单片机12对面阵快速场同步CCD图像传感器11设定拍摄时间间隔；
步骤二、采用面阵快速场同步CCD图像传感器11按步骤一设定的时间间隔对沿固定轨迹运动的物体连续拍摄N帧图像；N为大于或等于2的整数；
步骤三、面阵快速场同步CCD图像传感器11将拍摄的N帧图像通过高速数据接口发送至上位机2，上位机2对N帧图像中的运动物体进行识别；并通过比较每相邻两帧图像的方式计算出沿固定轨迹运动的物体在N帧图像中的总运动距离；进而计算机沿固定轨迹运动的物体的速度与加速度。
步骤一中采用单片机12对面阵快速场同步CCD图像传感器11设定的拍摄时间间隔为4ms。
步骤三中所述上位机2对N帧图像中的运动物体进行识别是采用背景差分法实现的。
原理：本发明的图像采集模块是：单片机***的功能主要是完成对图像采集过程的控制，在单片机的控制下，CCD场同步信号的周期(间隔)由原来的20ms调整到4ms，即：每隔4ms，CCD相机拍摄一张画面。假设物体总共运动了4s，那么在这个过程中就有了1000张画面，每幅画面之间的间隔时间内，物体视为匀速运动。CCD产生的数字图像数据经过高速的并行接口传输到上位机。然后采用背景差分法，识别出运动的物体，利用摄像机事先标定好的背景，比较相邻两帧图像，可以在被拍摄范围内计算出固定轨迹运动物体的距离，得到在4ms内物体运动的距离，再根据速度及加速度公式，算出运动图像的速度以及加速度，最后根据CCD相机与目标物体的距离就可以得到运动物体的速度与加速度。
***的工作流程为：运动物体的图像经过CCD采集过来后，单片机控制CCD的场同步信号来控制图像的采集，采集来的信号经A/D转换成数字图像信号，然后数据通过高速的并行接口传输到上位机进行图像数据处理，再对运动目标进行检测，就可以通过计算机计算出物体的运动距离、速度及加速度。
本发明的性能稳定，精度较高，能够测量物体由静止开始运动的速度、加速度。

Claims (4)

1.基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速***，其特征是：它包括图像采集模块(1)和上位机(2)；图像采集模块(1)包括面阵快速场同步CCD图像传感器(11)、单片机(12)和高速数据接口(13)；
面阵快速场同步CCD图像传感器(11)用于拍摄沿固定轨迹运动的物体的图像；所述面阵快速场同步CCD图像传感器(11)的图像信号输出端通过高速数据接口(13)的图像信号输入端连接；
单片机(12)的CCD控制信号输出端与面阵快速场同步CCD图像传感器(11)的控制信号输入端连接；所述单片机(12)同步控制信号输出端与高速数据接口(13)的控制信号输入端连接。
2.使用权利要求1的基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速方法，其特征在于它由以下步骤实现：
步骤一、采用单片机(12)对面阵快速场同步CCD图像传感器(11)设定拍摄时间间隔；
步骤二、采用面阵快速场同步CCD图像传感器(11)按步骤一设定的时间间隔对沿固定轨迹运动的物体连续拍摄N帧图像；N为大于或等于2的整数；
步骤三、面阵快速场同步CCD图像传感器(11)将拍摄的N帧图像通过高速数据接口发送至上位机(2)，上位机(2)对N帧图像中的运动物体进行识别；并通过比较每相邻两帧图像的方式计算出沿固定轨迹运动的物体在N帧图像中的总运动距离；进而计算机沿固定轨迹运动的物体的速度与加速度。
3.根据权利要求2所述的基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速方法，其特征在于步骤一中采用单片机(12)对面阵快速场同步CCD图像传感器(11)设定的拍摄时间间隔为4ms。
4.根据权利要求2所述的基于面阵快速场同步CCD图像传感器的测速方法，其特征在于步骤三中所述上位机(2)对N帧图像中的运动物体进行识别是采用背景差分法实现的。
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