高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置及拍攝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及物體攝像【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，包括觸發(fā)控制單元、脈沖發(fā)生器、光源控制器、閃光燈和相機(jī)，脈沖發(fā)生器與觸發(fā)控制板相連，觸發(fā)控制板連接相機(jī)和光源控制器，閃光燈連接光源控制器。其拍攝方法是：脈沖發(fā)生器將高速運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)并發(fā)送至所觸發(fā)控制單元，觸發(fā)控制單元根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算的脈沖量得出運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)位置和實(shí)時(shí)速度，根據(jù)實(shí)時(shí)位置和實(shí)時(shí)速度生成閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)，閃光觸發(fā)信號(hào)送至閃光燈，曝光觸發(fā)信號(hào)送至相機(jī)。本發(fā)明通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖光柵尺可以得到運(yùn)動(dòng)物體的精確實(shí)時(shí)速度，從而得到優(yōu)化的曝光和閃光觸發(fā)信號(hào)。
【專利說(shuō)明】局速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝直及拍攝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物體攝像【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置及拍攝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字成像技術(shù)中的013傳感器工作的原理是，每個(gè)像素單元的感光二極管不停的捕獲入射光子并轉(zhuǎn)換成電荷(光電子)，存儲(chǔ)在單元中，即曝光?？刂齐娐穼⒚總€(gè)像素單元存儲(chǔ)的電荷放大并依次讀出，形成數(shù)字圖像。通常，圖像采集開始時(shí)，控制電路同時(shí)將每個(gè)像素單元積累的電荷清零，然后開始曝光。達(dá)到預(yù)設(shè)的曝光時(shí)間后，控制電路將所有像素單元的電荷同時(shí)轉(zhuǎn)移到采樣保持電路，曝光結(jié)束。然后依次讀出每個(gè)像素的電荷量，形成數(shù)字圖像。這種曝光控制的方式，稱為全局電子快門。
[0003]要得到一張明暗度合適并且低噪的圖像，從物理上說(shuō)，就是要捕獲合適數(shù)量的光子。對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的小型物體，要拍攝出清晰的照片，必須使用極短的曝光時(shí)間，例如:10118。在這極短的曝光時(shí)間內(nèi)，要捕獲合適數(shù)量的光子，需要使用亮度極高的光源。由于這種光源在曝光瞬間發(fā)出亮度極高的光照，通常無(wú)法持續(xù)常亮，否則可能會(huì)由于發(fā)熱過(guò)大而損壞。這種光源，屬于瞬間光源(相對(duì)于常亮光源)，或稱閃光燈。
[0004]參見附圖1，外部信號(hào)或者軟件觸發(fā)相機(jī)曝光，相機(jī)曝光開始后，輸出閃光燈觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)閃光。外部信號(hào)通常來(lái)自光電開關(guān)、運(yùn)動(dòng)軸位置比較或者數(shù)字10。由于存在曝光與閃光的延時(shí)和抖動(dòng)因素，使實(shí)際的曝光位置產(chǎn)生較大的滯后和不確定性，在對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝時(shí)，會(huì)產(chǎn)生圖像位置抖動(dòng)的現(xiàn)象。
[0005]為了解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中利用伺服電機(jī)位置比較或光電開關(guān)信號(hào)觸發(fā)曝光，但是，光電開關(guān)的精度以及輸出延時(shí)降低了觸發(fā)精度。利用電子快門控制曝光時(shí)間，無(wú)法達(dá)至曝光時(shí)間的分辨率。另外曝光位置的不確定性使運(yùn)動(dòng)物體的速度越大，圖像抖動(dòng)越大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置及拍攝方法，通過(guò)計(jì)算運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度，補(bǔ)償曝光和閃光的延遲時(shí)間，改善拍攝效果。
[0007]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，其特征是，包括觸發(fā)控制單元、脈沖發(fā)生器、光源控制器、閃光燈和相機(jī)，所述脈沖發(fā)生器與所述觸發(fā)控制單元相連，所述觸發(fā)控制單元連接所述相機(jī)和所述光源控制器，所述閃光燈連接所述光源控制器，所述脈沖發(fā)生器將高速運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)并發(fā)送至所觸發(fā)控制單元，所述觸發(fā)控制單元根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算的脈沖量得出所述運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度，根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器和實(shí)時(shí)速度生成閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)，所述閃光觸發(fā)信號(hào)送至所述閃光燈，所述曝光觸發(fā)信號(hào)送至所述相機(jī)。
[0008]進(jìn)一步，所述觸發(fā)控制單元根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器、實(shí)時(shí)速度和預(yù)設(shè)的閃光超前時(shí)間和曝光超前時(shí)間，確定閃光提前量和曝光提前量，根據(jù)設(shè)定的曝光位置確定曝光觸發(fā)位置和閃光觸發(fā)位置，根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器和曝光觸發(fā)位置以及閃光觸發(fā)位置生成所述閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)。
[0009]進(jìn)一步，所述脈沖發(fā)生器為旋轉(zhuǎn)編碼器、脈沖光柵尺或電機(jī)驅(qū)動(dòng)器位置脈沖輸出。
[0010]進(jìn)一步，所述高速運(yùn)動(dòng)物體由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述脈沖發(fā)生器為所述直線電機(jī)自帶的光柵尺。
[0011]進(jìn)一步，所述曝光觸發(fā)信號(hào)通過(guò)軟件觸發(fā)生成。
[0012]進(jìn)一步，所述觸發(fā)控制單元與光源控制器連接至總線。
[0013]一種應(yīng)用如上所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置的拍攝方法，其特征是，包括如下步驟:
(1)所述脈沖發(fā)生器將所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，并發(fā)送至所述觸發(fā)控制器；
(2)所述觸發(fā)控制單元根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算的脈沖量，得到所述運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度；
(3)根據(jù)所述實(shí)時(shí)速度、設(shè)定的曝光超前時(shí)間和閃光超期時(shí)間確定曝光提前量和閃光提前量；
(4)根據(jù)設(shè)定的曝光位置確定曝光觸發(fā)位置和閃光觸發(fā)位置，
(5)根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器和曝光觸發(fā)位置以及閃光觸發(fā)位置生成所述閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)；
(6)所述閃光觸發(fā)信號(hào)傳送至所述光源控制器，所述曝光觸發(fā)信號(hào)傳送至所述相機(jī)；
(7)所述光源控制器根據(jù)所述閃光觸發(fā)信號(hào)控制所述閃光燈，所述相機(jī)根據(jù)所述曝光觸發(fā)信號(hào)控制曝光，實(shí)現(xiàn)拍攝。
[0014]進(jìn)一步，所述曝光觸發(fā)信號(hào)通過(guò)軟件觸發(fā)生成。
[0015]進(jìn)一步，所述觸發(fā)控制單元由光源控制器通過(guò)總線控制。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
(1)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖光柵可以得到運(yùn)動(dòng)物體的精確實(shí)時(shí)速度和位置，從而得到優(yōu)化的曝光和閃光觸發(fā)信號(hào)；
(2)通過(guò)閃光燈來(lái)精確控制曝光時(shí)間；
(3)通過(guò)軟件設(shè)置光源控制器和觸發(fā)控制單元，精度高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖1為現(xiàn)在的拍攝裝置的原理示意圖；
附圖2為本發(fā)明的拍攝裝置的原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置及拍攝方法的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]參見附圖2，高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置包括觸發(fā)控制單元、脈沖發(fā)生器、光源控制器、閃光燈和相機(jī)，脈沖收集器與觸發(fā)控制單元相連，觸發(fā)控制單元連接相機(jī)和光源控制器，閃光燈連接光源控制器。脈沖發(fā)生器選用旋轉(zhuǎn)編碼器或脈沖光柵尺。對(duì)于由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)物體來(lái)說(shuō)，脈沖發(fā)生器用其自帶的光柵尺。觸發(fā)控制單元與光源控制器通過(guò)肌肥!'總線聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送和管理。脈沖發(fā)生器將高速運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)并發(fā)送至所觸發(fā)控制單元，觸發(fā)控制單元根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算的脈沖量得出運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度，觸發(fā)控制單元根據(jù)實(shí)時(shí)速度和設(shè)定的閃光超前時(shí)間、曝光超前時(shí)間、曝光位置確定曝光觸發(fā)位置和閃光觸發(fā)位置，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)器和曝光觸發(fā)位置以及閃光觸發(fā)位置生成閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)。曝光觸發(fā)信號(hào)也可通過(guò)軟件觸發(fā)生成。閃光觸發(fā)信號(hào)送至閃光燈，曝光觸發(fā)信號(hào)送至相機(jī)。
[0020]上述高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置的拍攝方法的步驟如下:
(1)所述脈沖發(fā)生器將所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，并發(fā)送至所述觸發(fā)控制器；
(2)所述觸發(fā)控制單元根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算的脈沖量，得到所述運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度；
(3)根據(jù)所述實(shí)時(shí)速度和設(shè)定的曝光超前時(shí)間和閃光超期時(shí)間確定曝光提前量和閃光提前量；
(4)根據(jù)設(shè)定的曝光位置確定曝光觸發(fā)位置和閃光觸發(fā)位置，
(5)根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器和曝光觸發(fā)位置以及閃光觸發(fā)位置生成所述閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)；
(6)所述閃光觸發(fā)信號(hào)傳送至所述光源控制器，所述曝光觸發(fā)信號(hào)傳送至所述相機(jī)；
(7)所述光源控制器根據(jù)所述閃光觸發(fā)信號(hào)控制所述閃光燈，所述相機(jī)根據(jù)所述曝光觸發(fā)信號(hào)控制曝光，實(shí)現(xiàn)拍攝。
[0021]本發(fā)明利用外加旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺脈沖信號(hào)位置比較觸發(fā)曝光使用外加旋轉(zhuǎn)編碼器或脈沖型光柵尺、或者使用直線電機(jī)自帶的光柵尺，進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，得到實(shí)時(shí)位置，位置的時(shí)間精度為±1脈沖周期。實(shí)時(shí)位置與預(yù)設(shè)的觸發(fā)位置硬件比較，輸出觸發(fā)信號(hào)。此方法可獲得極高的時(shí)間精度。有效的曝光時(shí)間由相機(jī)的快門曝光時(shí)間和閃光燈閃光時(shí)間的重疊部分決定。由于相機(jī)的快門時(shí)間調(diào)整范圍和精度有限，而閃光燈的閃光時(shí)間可以精確的調(diào)整，因此可以利用閃光燈來(lái)精確控制曝光時(shí)間，閃光燈的閃光時(shí)間精確到0.1118，調(diào)整范圍0至使用定制的光源控制器。根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)速度增加曝光觸發(fā)和閃光觸發(fā)的提前量。曝光和閃光使用定制的觸發(fā)控制單元進(jìn)行觸發(fā)控制，提前的時(shí)間量可以設(shè)定?？刂瓢遄詣?dòng)根據(jù)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算提前的曝光位置和閃光位置。另外由于光源控制器對(duì)觸發(fā)信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間和抖動(dòng)可以忽略不計(jì)，實(shí)際曝光位置的抖動(dòng)便得以消除。
[0022]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，其特征在于:包括觸發(fā)控制單元、脈沖發(fā)生器、光源控制器、閃光燈和相機(jī)，所述脈沖發(fā)生器與所述觸發(fā)控制單元相連，所述觸發(fā)控制單元連接所述相機(jī)和所述光源控制器，所述閃光燈連接所述光源控制器，所述脈沖發(fā)生器將高速運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)并發(fā)送至所觸發(fā)控制單元，所述觸發(fā)控制單元根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算的脈沖量得出所述運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度，根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器和實(shí)時(shí)速度生成閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)，所述閃光觸發(fā)信號(hào)送至所述閃光燈，所述曝光觸發(fā)信號(hào)送至所述相機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，其特征在于:所述觸發(fā)控制單元根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器、實(shí)時(shí)速度和預(yù)設(shè)的閃光超前時(shí)間和曝光超前時(shí)間，確定閃光提前量和曝光提前量，根據(jù)設(shè)定的曝光位置確定曝光觸發(fā)位置和閃光觸發(fā)位置，根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器和曝光觸發(fā)位置以及閃光觸發(fā)位置生成所述閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，其特征在于:所述脈沖發(fā)生器為旋轉(zhuǎn)編碼器、脈沖光柵尺或電機(jī)驅(qū)動(dòng)器位置脈沖輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，其特征在于:所述高速運(yùn)動(dòng)物體由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述脈沖發(fā)生器為所述直線電機(jī)自帶的光柵尺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，其特征在于:所述曝光觸發(fā)信號(hào)通過(guò)軟件觸發(fā)生成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置，其特征在于:所述觸發(fā)控制單元與光源控制器連接至總線。
7.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝裝置的拍攝方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)所述脈沖發(fā)生器將所述運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，并發(fā)送至所述觸發(fā)控制器； (2)所述觸發(fā)控制單元根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)算的脈沖量，得到所述運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)速度； (3)根據(jù)所述實(shí)時(shí)速度、設(shè)定的曝光超前時(shí)間和閃光超期時(shí)間確定曝光提前量和閃光提前量； (4)根據(jù)設(shè)定的曝光位置確定曝光觸發(fā)位置和閃光觸發(fā)位置， (5)根據(jù)所述脈沖計(jì)數(shù)器和曝光觸發(fā)位置以及閃光觸發(fā)位置生成所述閃光觸發(fā)信號(hào)和曝光觸發(fā)信號(hào)； (6)所述閃光觸發(fā)信號(hào)傳送至所述光源控制器，所述曝光觸發(fā)信號(hào)傳送至所述相機(jī)； (7)所述光源控制器根據(jù)所述閃光觸發(fā)信號(hào)控制所述閃光燈，所述相機(jī)根據(jù)所述曝光觸發(fā)信號(hào)控制曝光，實(shí)現(xiàn)拍攝。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝方法，其特征在于:所述曝光觸發(fā)信號(hào)通過(guò)軟件觸發(fā)生成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速運(yùn)動(dòng)物體拍攝方法，其特征在于:所述觸發(fā)控制單元由光源控制器通過(guò)總線控制。
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK104333706SQ201410677323
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】陳民杰, 李飛 申請(qǐng)人:嘉興景焱智能裝備技術(shù)有限公司