[发明专利]采用微镜阵列投影法的相机采集刻标定系统和方法

说明书

本申请提供一种采用微镜阵列投影法的相机采集刻标定系统和方法，该系统包括：系统时间总控模块，将基准时间同步发送给逻辑控制模块和触发模块；数字微镜模块包括协同微镜组，协同微镜组进行转动，将入射光周期性投射在被测物上形成周期性亮暗变化的光斑；逻辑控制模块控制协同微镜组进行转动；触发模块将触发信号发送至相机；相机被触发信号触发，对被测物和光斑矩阵进行图像采集以获得第一图像，第一图像包括光斑矩阵的灰度信息；图像处理模块，将光斑矩阵的灰度信息转换为图像采集的时刻信息，以获得第二图像；平行光源，为数字微镜模块提供入射光线。本申请采用光斑编码的方式表示相机采集图像的时刻，实现了对相机图像采集时刻的精确定位。

技术领域

本发明属于采集图像技术领域，具体涉及一种采用微镜阵列投影法的相机采集刻标定系统和方法。

背景技术

相机是工业生产以及科学研究等领域常用的图像采集设备，常被用来拍摄物体动态过程，通过对所采集的图像进行分析，获取某些定性或定量的测量结果。在光测力学实验中，常结合图像处理算法对工业相机采集的图像进行定量分析，以获取被测物的应力、应变、位移等力学量。

在很多应用中，需要两台或多台相机联合工作以实现物体在三维空间的动态测量或实现大视场范围的拼接测量。在这些应用中，为了得到准确的实验分析结果，须保证采集到的图像数据在时间轴上一一对应，这就需要获取实验过程中相机采集每幅图像的时刻。

目前确定图像采集时间的方式是使用图像序号推算出对应的时间，即相机采集第1幅图像的时刻记为0点，假定相机按照设定的帧率m匀速采集每幅图像，则第n幅图像的采集时刻为(n-1)/m。例如，相机的采集帧率为10000fps/s，采集1000幅图像，则每幅图像的时刻分别为：0，100μs，200μs，300μs……99900μs。

以上确定图像采集时间的方法基于两个假设：

(1)相机的启动延时为零，即相机接收到触发信号后立即开始采集图像；

(2)图像连续采集过程中采集的时间间隔是均匀的。

但是，已有研究表明，相机从接收到触发信号到采集第一张图像，存在一个短暂的响应时间。即上述假设(1)不成立。对于独立工作的单台相机来说，因其只需获取图像的相对时间，这个延时绝大多数情况下不影响测量结果的准确性。然而当两台或多台相机联合工作时，由于相机对触发信号的响应时间不同，导致每台相机采集图像的零点不一致，出现相机间的启动时差。该启动时差在高速、高精度的测量和分析应用中，会给实验带来严重的测量和分析错误。例如，在岩石结构粘滑动态过程的实验研究中，岩石断层破坏的瞬态过程为十微秒量级，而两台高速相机间百微秒量级的启动时差使得两台相机采集每幅图像的时刻在时间轴上“错位”，致使最后的测量结果失真。

此外，在整个图像采集过程中，两幅相邻图像的时间间隔并不严格均匀，在此称之为“走时误差”，即上述假设(2)不严格成立。例如，软件触发方式控制下的低速相机，由于精度和稳定性较低，采集到的图像会出现走时误差。

为了解决上述的两个问题，在被测物体上设置光斑矩阵，并对光斑矩阵中的每个光源进行编号，控制光斑矩阵中的每个光源以不同的亮暗周期进行闪烁，是一种定位相机采集图像时间的方法，但是该方法存在以下缺点：

对图像的采集，尤其是光测力学的图像采集中，经常会涉及高温、高风速、高湿度的检测环境，光源无法安装在待测物体上，或者光源即便安装在待测物体上，也会受周围的环境影响而无法正常工作。

因此，提供一种采用微镜阵列投影法的相机采集刻标定系统和方法，能够在高温、高风速、高湿度的极端环境下，能够精确测量相机拍摄图像的时刻，是本技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种采用微镜阵列投影法的相机采集刻标定系统和方法，能够在高温、高风速、高湿度的极端环境下，精确定位相机拍摄图像的时间。