[发明专利]一种潜水成像系统高速无缝图像拼接中伺服控制方法

说明书

本发明公开了一种潜水成像系统高速无缝图像拼接中伺服控制方法，通过对电机运转方向控制，再电机自身参数优化控制，即对电机控制信号PWM波形死区和偏置设置；保证电机不会在拼接过程中出现回弹、卡顿、抖动现象；保证图像清晰、稳定；对电机最大速度进行优化控制，即对电机控制信号PWM波形饱和设置；保证拼接速度不小于相机最小曝光时间要求；保证电机不会在拼接过程中出现阶梯状痕迹、亮暗条纹现象；最后完成电机控制信号PWM优化，将优化后电机控制信号PWM波形送出；给功率放大器放大后，送电机驱动负载运动。该项潜水成像系统图像拼接技术具有措施有效、执行时间短、通用性强等优点。

技术领域

本发明属于潜水成像系统图像处理技术领域，具体涉及一种潜水成像系统高速无缝图像拼接中伺服控制方法。

背景技术

图像拼接过程中，伺服系统处于匀速搜索状态，这时速度环起主要作用，伺服系统速度回路主要由执行机构(电机)、角度传感器(陀螺)、伺服控制器三部分组成负反馈系统，伺服控制器采集当前伺服运行速度信息(陀螺输出信号)，经校正后形成控制量，该控制量经功率放大器进行信号放大后，驱动电机运动。

图像拼接技术作为潜水成像系统的一项关键技术，工作原理为：上位机发送拼接指令给拼接模块，拼接模块接收到拼接命令的时刻，作为拼接开始的起始时刻，拼接模块此时采集的码盘传送的伺服系统的位置信息，作为拼接动作开始的起始位置和拼接判断到位信号，拼接模块向伺服控制器发送拼接命令，伺服系统开始执行拼接动作，图像拼接时伺服转台启动进行匀速圆周运动，此时伺服系统速度环起主要作用(即伺服控制器采集当前伺服运行速度信息(陀螺给出)，经拼接控制算法后形成控制量，经功率放大器进行信号放大后，驱动电机进行拼接)，图像拼接模块根据目前的方位视场大小，判断伺服旋转的角度略小于方位视场角时，然后对图像重叠部分进行比对，最后将重叠部分进行对齐完成拼接，从而形成一幅完整的图像。

伺服系统采用方位旋转进行图像拼接的方式，采用全局曝光的CCD相机(卷帘CMOS相机在运动过程中拍摄的图像会有明显的拖影)，而全局曝光相机的图像清晰程度与曝光时间有关，全局曝光相机的曝光时间与成像清晰度有直接关系，如果两幅图像拼接的间隔时间接近相机的最小曝光时间或者小于相机成像清晰所需要的曝光时间，相机的成像也会比较暗，成像不清晰。因此，在图像拼接过程中，由于伺服方位旋转过程中，如果拼接速度不均匀，会造成在相同的拼接角度下，相机曝光时间小于相机最小曝光时间要求，完成拼接的图像有明显的阶梯状的拼接痕迹，和亮暗条纹；其中阶梯状拼接如图1所示，亮暗条纹如图2所示。所以图像拼接过程中保持伺服系统匀速运动是关键一步。

拼接过程中图像不清晰主要是因为与陆地使用环境不同，海上环境相对单一，各帧图像之间的特征点基本相同，因此很难只通过纯粹的图像拼接算法进行拼接。此时，需要借助码盘、陀螺以及惯导等传感器的信息，来保证拼接的质量。而要使用这些信息，就需要保证以下两点：1)信号采集的同步2)传感器的精度。因此，我们首先通过设计保证系统信号采集同步，即摄像机视频曝光的时间与角度传感器采集的时间一致，同时选取高精度的传感器。

发明内容

有鉴于此，本发明针对伺服系统在图像拼接过程中出现阶梯状痕迹、亮暗条纹、不清晰等现象，提出一种潜水成像系统高速无缝图像拼接中伺服控制方法，该方法可以有效保证电机在拼接过程中匀速运行，可以提高产品在高速图像拼接过程中伺服运行的平稳性，实现图像高速、无缝拼接。

具体的实现步骤如下：