一种图像采集与传输系统及方法与流程

本发明涉及图像采集及传输技术领域，具体而言，涉及一种图像采集与传输系统及方法。

背景技术

目前，传统的振动拾取(测量)都是利用传感器来获取振动物体的振动响应，传感器必须附着在物体上，附加质量会给测量带来误差，尤其是轻质柔性结构，且一些场合受现场环境限制，无法进行安装固定，因此，摄影测量技术受到广泛研究，成为新兴的非接触式振动测量方法，具有广泛的应用前景。

为了实现物体的振动测量，尤其是针对大尺寸物体一般需要完成大视场拍摄，需要多个相机进行图像的同步采集，且每一个测量部分的状态时刻都在变化，需要保证在不间断采集的同时进行及时有效的传输。在存储图像方面，必须保证每台相机所拍得的图像能够在时序上同步，便于后期的图像分析以获得准确的振动响应。

在现有技术中，图像拍摄方面，相机的拍摄多为利用相机自带的软件来进行拍摄存储，软件触发无法保证各个相机状态的状态一致，无法实现精确同步。在储存图像方面，目前多是即拍即取的形式进行存储，这使得当有一台工控机出现状况时，不仅此台机器不能顺利的完成接下来的图片传输，也会导致其他所有的工控机的服务机在之后得到的图像由于图像时间的不同步而失效。

因此，如何实现多相机的图像同步采集及有效传输，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种图像采集与传输系统及方法，以实现多相机的图像同步采集及有效传输，至少其中之一。

一方面，本发明提出了一种图像采集与传输系统，包括客户机、工控机、触发器和多台相机，所述客户机与所述工控机和所述触发器连接，所述触发器与每台所述相机相连，所述工控机与所述相机连接，所述客户机用于向所述工控机发送采集指令以控制所述工控机进入等待采集接收状态，所述客户机还用于向所述触发器发送拍摄指令以控制所述触发器向每台相机发送拍摄控制信号，每台所述相机根据拍摄控制信号拍摄图像，每台所述相机开始拍摄图像后，所述工控机用于采集存储每台所述相机的图像，其中，所述客户机向所述工控机发送采集指令的预设时间后，所述客户机再向所述触发器发送拍摄指令。

上述的图像采集与传输系统，优选的，所述拍摄控制信号为硬脉冲信号。

上述的图像采集与传输系统，优选的，每台所述相机包括缓存模块，所述缓存模块用于暂存所述相机拍摄的图像，每台所述相机与其连接的工控机之间设置有缓存共享区，所述工控机与客户机之间设置有硬盘共享区。

上述的图像采集与传输系统，优选的，所述工控机包括服务器端，所述服务器端包括服务器界面和数据处理模块，服务器界面用于控制相机的图像采集过程以及相机的参数设置，数据处理模块用来处理从相机采集而来的图像。

上述的图像采集与传输系统，优选的，所述预设时间为2-8秒。

另一方面，本发明还提出了一种图像采集与传输方法，用于具有客户机、工控机、触发器和多台相机的图像采集与传输系统，客户机与工控机和触发器连接，触发器与每台相机相连，工控机与相机连接，包括以下步骤：

s10：通过客户机向工控机发送采集指令，使工控机进入等待采集接收状态；

s20：通过客户机向触发器发送拍摄指令，触发器接收到拍摄指令后向每台相机发送拍摄控制信号，其中，客户机向工控机发送采集指令的预设时间后，客户机再向触发器发送拍摄指令；

s30：每台相机开始拍摄图像，工控机开始采集存储图像。

上述的图像采集与传输方法，优选的，在步骤s20中，所述拍摄控制信号为硬脉冲信号；或，所述预设时间为2-8秒。

上述的图像采集与传输方法，优选的，在步骤s20中，通过缓存模块暂存相机拍摄的图像，并在相机与其连接的工控机之间以及工控机与客户机之间设置硬盘共享区。

上述的图像采集与传输方法，优选的，在工控机的服务器端中，通过服务器界面控制相机的图像采集过程以及相机的参数设置，通过数据处理模块处理从相机采集而来的图像。

上述的图像采集与传输方法，优选的，还包括步骤：

s40：根据客户机的请求，工控机向客户机传输图像及相机的参数和命令信息；其中，s40包括如下步骤：

s41：将待传输的图像及相机的参数和命令信息分成用于传输相机的参数和命令信息的文本数据和用于传输图像的二进制数据；

s20：将文本数据划分成若干个文本数据包，将二进制数据划分成若干个二进制数据包；

s30：将文本数据包划分为若干个文本数据单元，每个文本数据单元包括标志数据和有效数据；将二进制数据包划分为若干个二进制数据单元，二进制数据单元也包括标志数据和有效数据；其中，标志数据为数据包和/或数据单元的边界信息标志。

本发明的图像采集与传输系统及方法，当客户机向工控机发送采集指令后，工控机进入等待采集接收状态，从而可以避免多台工控机状态不一致而导致的图像丢失。然后，通过客户机向触发器发送拍摄指令，可以控制触发器向每台相机发送拍摄控制信号，每台相机根据拍摄控制信号拍摄图像，由于客户机向工控机发送采集指令的预设时间后，客户机再向触发器发送拍摄指令，即所有的工控机都已经正常工作之后，客户机再向触发器发送拍摄指令，指示触发器发出拍摄控制信号(具体可以是脉冲信号)来触发多台相机采集图像(如振动物体的振动图像)，此时由于所有相机是被同步触发的，因此，可以在多台相机状况一致的情况下，可保证图像的同步采集，保证图像采集的同步性。

在进一步的方案中，由于通过缓存模块暂存相机拍摄的图像，即相机在采集图像的同时会将图像暂时缓存，即使不同的工控机在状态不同的情况下(如有一台或几台工控机的运行状态很慢)不能同步的提取图像，也可以由于有缓存而保证图像的完整性，最终图像由工控机将图像信息传至客户机。同时，即使由于工控机自身原因无法及时提取图像，图像也会暂存于相机中直到工控机提取完毕，保证拍摄图像的均匀性和传输到工控机及硬盘的可靠有序。另外，在相机与其连接的工控机之间设置有缓存共享区，在工控机与客户机之间设置硬盘共享区，工控机接到采集指令后，工控机中图像采集程序会首先将图像存入硬盘共享区，当客户机给出传输指令要求工控机开始导入采集的图像时，工控机就通过硬盘共享区向客户机不断的传输图像，并且在此过程中，工控机始终不受图像传输的影响，继续的进行图片的采集。因此，由于工控机中设置了硬盘共享区，使得图像的采集时间缩短，且很好保证了图像的完整性，另外，工控机与客户机可共同工作，互不影响。

在进一步的方案中，在工控机向客户机传输图像及相机的参数和命令信息时，通过将文本数据包划分为若干个文本数据单元，每个文本数据单元包括标志数据和有效数据；将二进制数据包划分为若干个二进制数据单元，二进制数据单元也包括标志数据和有效数据。可以清晰化传输数据边界，从而通过设置不同的标志数据信息，传输不同的有效数据，以提高准确性。同时，由于标志数据为数据包和/或数据单元的边界信息标志，当出现数据部分丢失时，可以通过明确的边界快速恢复传输，从而保证待传输的文本以及图像数据的完整性和传输效率。

总之，本发明的图像采集与传输系统及方法，即使在多台工控机的状态不一致的情况下，也依然能够保证相机图像的同步采集以及传输。

附图说明

此处所说明的附图仅仅用来提供对本发明的进一步解释，构成被申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例提出的一种图像采集与传输系统的逻辑框架图；

图2为本发明具体实施例提出的一种图像采集与传输系统的硬件框架图；

图3为本发明具体实施例提出的一种图像采集与传输系统的逻辑框架图的客户机与服务机内存共享结构图；

图4为本发明具体实施例提出的一种图像采集与传输方法的示意图；

图5为本发明具体实施例提出的一种图像采集与传输方法的传输方法示意图；

图6为图5中的传输方法的字节组成图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一方面，如图1-3所示，本发明提出的图像采集与传输系统，适用于具有多台相机的图像采集系统，如振动物体的视觉检测，该系统包括客户机10、工控机20、触发器30和多台相机40，客户机10与工控机20和触发器30连接，触发器30与每台相机40相连，工控机20与相机40连接，具体可以通过数据传输线、usb3.0，也可以是cameralink接口，还可以是千兆网口，只要能够实现图像数据的传输，具体方式不限，具体实施时，客户机10用于向工控机20发送采集指令以控制工控机20进入等待采集接收状态，客户机10还用于向触发器30发送拍摄指令以控制触发器30向每台相机40发送拍摄控制信号，每台相机40根据拍摄控制信号拍摄图像，每台相机40开始拍摄图像后，工控机用于采集存储每台相机40的图像，其中，客户机10向工控机20发送采集指令的预设时间后，客户机10再向触发器30发送拍摄指令。该图像采集与传输系统，工控机20与相机40连接可以采用多种方式，图2中，一台工控机20连接了两台相机40，当然，还可以是一台工控机20连接所有的相机40(只要工控机20的存储等参数满足要求)，也可以是一台工控机20连接一台相机，优选一台工控机20连接为多台相机40，当客户机10向工控机20发送采集指令后，工控机20进入等待采集接收状态，从而可以避免多台工控机20状态不一致而导致的图像丢失。然后，在所有的工控机20向客户机反馈就绪信号以后，再通过客户机10向触发器30发送拍摄指令(如脉冲信号等控制信号)，可以控制触发器30向每台相机40发送拍摄控制信号，每台相机40根据拍摄控制信号拍摄图像，由于客户机10向工控机20发送采集指令的预设时间后，客户机10再向触发器30发送拍摄指令，即可以确定所有的工控机20都已经可以正常工作之后，客户机10再向触发器30发送拍摄指令，指示触发器30发出拍摄控制信号(具体可以是脉冲信号)来触发多台相机40采集图像(如振动物体的振动图像)，此时由于所有相机40是被同步触发的，因此，可以在多台相机40状况一致的情况下，可保证图像的同步采集，保证图像采集的同步性。预设时间可以根据需要进行设置，优选为2-8秒，比如3秒、4秒、5秒、6秒、7秒等，更为优选的，预设时间为2-5秒，具体可以根据工控机20的性能进行设置。

需要说明的是，关于客户机10向触发器30发送拍摄指令，可以在客户机10上安装触发器控制程序，通过触发器控制程序向触发器30发送一个或多个上升沿或下降沿的脉冲，同时，可以通过触发器控制程序设置不同的脉冲的输出频率，还可以选择连续输出脉冲或者设定输出脉冲的个数。

上述的图像采集与传输系统，优选的，拍摄控制信号为硬脉冲信号。由于硬脉冲信号(脉冲数量可以设定)的功率高、持续时间短，所以触发器30在客户机10的拍摄指令如脉冲信号的激励下发送硬脉冲至多台相机40，多台相机40在同时接收到硬脉冲之后才采集图像，此时的采集过程在多台相机40状态相同的情况下可更好保证同步采集图像。

同时，优选的，如图1所示，每台相机40包括缓存模块41，缓存模块41用于暂存相机40拍摄的图像，每台相机40与其连接的工控机20之间设置有缓存共享区，工控机20与客户机10之间设置有硬盘共享区21。由于相机40具有缓存模块41，即相机40具有缓存功能，相机40在采集图像的同时会将图像暂时缓存，即使不同的工控机20在状态不同的情况下(如有一台或几台工控机20的运行状态很慢)不能同步的提取图像，也可以由于有缓存而保证图像的完整性，最终图像由工控机将图像信息传至客户机10。同时，即使由于工控机20自身原因无法及时提取图像，图像也会暂存于相机40中直到服务机提取完毕，保证拍摄图像的均匀性和传输到工控机20及内存的可靠有序。另外，如图3所示，由于在工控机20与客户机10之间创建了硬盘共享区21，工控机20接到采集指令后，工控机20中数据代理程序会首先将图像存入硬盘共享区21，当客户机10给出传输指令要求工控机20开始导入采集的图像时，工控机20就通过硬盘共享区21向客户机10不断的传输图像，并且在此过程中，工控机20始终不受图像传输的影响，继续的进行图片的采集。因此，由于工控机20中设置了硬盘共享区21，使得图像的采集时间缩短，且很好保证了图像的完整性，另外，工控机20与客户机10可共同工作，互不影响。

需要说明的是，工控机20就通过硬盘共享区21向客户机10传输图像可以采用现有的数据传输协议，如tcp/ip协议。当然也可以使用改进的数据传输方法。

另外，上述的图像采集与传输系统，优选的，工控机20包括服务器端，服务器端包括服务器界面和数据处理模块，服务器界面用于控制相机40的图像采集过程以及相机40的参数设置，数据处理模块用来处理从相机40采集而来的图像。通过设置了服务器界面，可以控制相机40的图像采集过程以及设置相机40的参数，图像采集过程可控，且参数设置灵活，数据处理模块可以用来处理从相机40采集而来的图像，以便传输。

总之，通过本发明的图像采集与传输系统，即使在多台工控机20的状态不一致的情况下，也依然能够保证相机40图像的同步采集以及传输。

另一方面，如图4所示，本发明提出的一种图像采集与传输方法，用于具有客户机10、工控机20、触发器30和多台相机40的图像采集与传输系统，参考图1所示，客户机10与工控机20和触发器30连接，触发器30与每台相机40相连，工控机20与相机40连接，包括以下步骤：

s10：通过客户机10向工控机20发送采集指令，使工控机20进入等待采集接收状态；

s20：通过客户机10向触发器30发送拍摄指令，触发器30接收到拍摄指令后向每台相机40发送拍摄控制信号，其中，客户机10向工控机20发送采集指令的预设时间后，客户机10再向触发器30发送拍摄指令；

s30：每台相机40开始拍摄图像，工控机20开始采集存储图像。

该图像采集与传输方法，通过步骤s10，当客户机10向工控机20发送采集指令后，工控机20进入等待采集接收状态，从而可以避免多台工控机20状态不一致而导致的图像丢失。然后，通过步骤s20，客户机10向触发器30发送拍摄指令(如脉冲信号等控制信号)，可以控制触发器30向每台相机40发送拍摄控制信号，每台相机40根据拍摄控制信号拍摄图像，由于客户机10向工控机20发送采集指令的预设时间后，客户机10再向触发器30发送拍摄指令，即所有的工控机20都已经可以正常工作之后，客户机10再向触发器30发送拍摄指令，指示触发器30发出拍摄控制信号(具体可以是脉冲信号)来触发多台相机40采集图像(如振动物体的振动图像)，此时由于所有相机40是被同步触发的，因此，可以在多台相机40状况一致的情况下，可保证图像的同步采集，保证图像采集的同步性。预设时间可以根据需要进行设置，优选为2-8秒，比如3秒、4秒、5秒、6秒、7秒等，更为优选的，预设时间为2-5秒，具体可以根据工控机20的性能进行设置。

上述的图像采集与传输方法，优选的，在步骤s20中，拍摄控制信号为硬脉冲信号。由于硬脉冲信号(脉冲数量可以设定)的功率高、持续时间短，所以触发器30在客户机10的拍摄指令如脉冲信号的激励下发送硬脉冲至多台相机40，多台相机40在同时接收到硬脉冲之后才采集图像，此时的采集过程在多台相机40状态相同的情况下可更好保证同步采集图像。

同时，优选的，在步骤s20中，通过缓存模块41暂存相机40拍摄的图像，并在相机40与其连接的工控机20之间以及工控机20与客户机10之间设置硬盘共享区21。由于通过缓存模块41暂存相机40拍摄的图像，即相机40在采集图像的同时会将图像暂时缓存，即使不同的工控机20在状态不同的情况下(如有一台或几台工控机20的运行状态很慢)不能同步的提取图像，也可以由于有缓存而保证图像的完整性，最终图像由工控机将图像信息传至客户机10。同时，即使由于工控机20自身原因无法及时提取图像，图像也会暂存于相机40中直到服务机提取完毕，保证拍摄图像的均匀性和传输到工控机20及内存的可靠有序。另外，在相机40与其连接的工控机20之间缓存共享区，在工控机20与客户机10之间设置硬盘共享区21，工控机20接到采集指令后，工控机20中数据代理程序会首先将图像存入硬盘共享区21，当客户机10给出传输指令要求工控机20开始导入采集的图像时，工控机20就通过硬盘共享区21向客户机10不断的传输图像，并且在此过程中，工控机20始终不受图像传输的影响，继续的进行图片的采集。因此，由于工控机20中设置了硬盘共享区21，使得图像的采集时间缩短，且很好保证了图像的完整性，另外，工控机20与客户机10可共同工作，互不影响。

上述的图像采集与传输方法，在工控机20的服务器端中，通过服务器界面控制相机40的图像采集过程以及相机40的参数设置，通过数据处理模块处理从相机40采集而来的图像。本方法中，通过设置服务器界面可以控制相机40的图像采集过程以及设置相机40的参数，图像采集过程可控，且参数设置灵活，通过数据处理模块可以用来处理从相机40采集而来的图像，以便传输。

同时，优选的，如图5所示，该还包括步骤：

s40：根据客户机10的请求，工控机20向客户机10传输图像及相机40的参数和命令信息；其中，s40包括如下步骤：

s41：将待传输的图像及相机40的参数和命令信息分成用于传输相机40的参数和命令信息的文本数据和用于传输图像的二进制数据；

通过该步骤，可以将待传输的数据进行划分，分类传输，减少数据丢失和数据丢失后的恢复。

s20：将文本数据划分成若干个文本数据包，将二进制数据划分成若干个二进制数据包；

该步骤中，进一步将文本文件和二进制数据进行划分，构成数据传输的关键环节。数据包的结构如表1所示，其包括文本数据包和二进制数据包，文本数据包又包括单元名称和m个文本数据单元，二进制数据包又包括单元名称和n个二进制数据单元。m和n为整数，且m与n可以相同，也可以不同。

表1数据包组成结构表

s30：将文本数据包划分为若干个文本数据单元，每个文本数据单元包括标志数据和有效数据；将二进制数据包划分为若干个二进制数据单元，二进制数据单元也包括标志数据和有效数据；其中，标志数据为数据包和/或数据单元的边界信息标志。

该步骤中，通过将文本数据包划分为若干个文本数据单元，每个文本数据单元包括标志数据和有效数据；将二进制数据包划分为若干个二进制数据单元，二进制数据单元也包括标志数据和有效数据。可以清晰化传输数据边界，从而通过设置不同的标志数据信息，传输不同的有效数据，以提高准确性。同时，由于标志数据为数据包和/或数据单元的边界信息标志，当出现数据部分丢失时，可以通过明确的边界快速恢复传输，从而保证待传输的文本以及图像数据的完整性和传输效率。

需要说明的是，为了文件的简洁，文件中除了明确记载为文本数据包或二进制数据包外，单独出现的数据包包括文本数据包和二进制数据包；同理，文件中除了明确记载为文本数据单元或二进制数据单元外，单独出现的数据单元包括文本数据单元或二进制数据单元。

文本数据单元与二进制数据单元的区分可以通过多种方式，具体的，参见图6和下表2所示，文本数据单元与二进制数据单元以及它们的起止位由标志数据的第二位和第三位来做区分，比如：当start1位上数据为0且start2位上也为0时代表此字节为文本数据起位的标志。当end1位上数据为0而end2位上的数据为1时代表此字节为文本数据止位的标志。当start1位上数据为1而start2位上为0时代表此字节为二进制数据起位的标志。当end1位上数据为1且end2位上的数据也为1时代表此字节为二进制数据止位的标志。可以理解，还可以根据需要做更多不同方式的定义。

表2标志数据分类表

总之，通过本发明的图像采集与传输方法，即使在多台工控机20的状态不一致的情况下，也依然能够保证相机40图像的同步采集以及传输，有利于保证待传输的文本以及图像数据的完整性和传输效率。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。