[发明专利]一种高速摄像的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像生成复原领域，尤其是涉及一种通过普通面阵摄像机实现高速摄像的方法。

背景技术

高速摄像在工业控制，飞行器控制、交通监控等许多领域都有广泛的应用。但是高速摄像机的价格比普通摄像机高许多倍。而且可以生产高速摄像的企业在世界范围内也是寥寥无几。

高速摄像机分成线阵式和面阵式两种类型，线阵式一般用于拍摄直线运动的物体，面阵式比较适于拍摄杂乱运动的物体，从原理上说面阵摄像机也可以实现高速线阵摄像机的功能，在软件算法的控制下还原成面阵摄像的效果。

如果我们能够用普通摄像机实现高速线阵摄像机的拍摄效果，那就为大量摄像机厂家闯出了一条新路。

中华人民共和国国家知识产权局于2012年11月28日公开了公布号为CN10280075A的专利文献，名称是基于线阵相机拍摄的图像拼接方法和装置，具体方法为：包括：将待拼接的图像按照宽度X方向和长度Y方向分成多个矩形区域XiYj，其中，X方向为拼接方向，i=1~m，j＝1~n；设置i、j初始值均为1；计算区域XiYj与区域Xi+1Yj的重叠部分的偏移量；判断计算所得的偏移量是否在预设值范围内，若是则设定计算所得的偏移量为对应Xi的偏移量，之后设置i=i+1和j＝1；若否则设置j＝j+1；重复所述计算和判断步骤，直至i=m或j＝n；根据所述对应Xi的偏移量完成拼接。此方案通过分割重合部分计算偏移量，减少了需要计算部分的面积，从而提高了拼接速度，但是仍然只适用于线阵相机，而无法通过普通面阵相机获得高速线阵摄像机的拍摄效果。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的无法通过普通面阵相机获得高速线阵摄像机的拍摄效果的技术问题，提供一种通过普通面阵相机获得高速线阵摄像机的拍摄效果、有效降低成本的高速摄像的实现方法。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高速摄像的实现方法，通过普通面阵摄像机实现高速线阵摄像机拍摄效果，步骤如下：

一、使被拍摄物体在拍摄平面上相对面阵摄像机直线运动，运动方向与面阵摄像机的像素阵列的行方向垂直且与像素阵列的列方向平行；

二、依次读取每一行像素获得的行图像；

三、将行图像用线阵摄像机恢复图像算法恢复得到图像，恢复时的行频为P，记两行相邻的像素扫描的时间间隔为F，两行相邻的像素之间的距离为m，拍摄时的工作距离为H，焦距为h，在时间F内面阵摄像机和物体的相对运动距离为L，m映射到被摄物上的距离M=H×m/h，P=L/(F×L-F×M)。

作为优选，所述步骤三中，恢复图像时采用的算法为逆滤波算法或维纳滤波算法。

作为优选，本方案还包括图像校正流程，具体为：(1)在待处理的物体图像中设定标定物；(2)检测标定物中的边界点；(3)求解标定物的运动参数；(4)根据步骤(3)的计算结果,对待处理的物体图像中的对应点进行仿射变换,变换后所获得的图像即为校正图像。通过校正可以使提高最终图像的还原度。

图1所示为线阵摄像机的工作示意图，感光像素点是逐个“曝光”的，一条线上的感光像素构成一帧，每秒曝光的像素线条数为帧频。一般高速线阵摄像机帧频在几千帧到上万帧不等。

图2所示为面阵摄像机的工作示意图，感光像素是逐点逐行地“曝光”的。先“曝光”第一行的第一个元素，然后第二个像素，以此类推，直到第一行像素全部曝光完毕。接下来再曝光第二行，第三行，直到最后一行。接下来又从第一行第一个元素开始。从第一行第一个元素开始，到最后一行最后一个元素结束为一帧。每秒钟曝光完全部像素的次数为帧频。典型高速面阵摄像机的帧频为几百帧。

普通面阵摄像机的示意图如图3所示，本方案将图3中每一行像素视为一个线阵摄像机，一共有n个线阵摄像机（n为普通面阵摄像机的行数）。以当前典型普通面阵摄像机的参数为例：

    感光芯片尺寸：5mm*5mm

    像素规模：640*480

    帧频：30fps

    行频：30*480=14400lps

    行间距离：5mm/480=10.4um

    像素时钟：640*480*30=9.2MHz

从以上数据可以看出，行频达1.4万行/秒，这是实现高速摄像的基础。我们用每行像素获得的图像重新拼接成新图像，就像用普通线阵摄像机获取图像一样。