一种摄像机输出图像延迟时间测试方法及系统与流程

本发明属于光学测试领域，具体涉及一种摄像机输出图像延迟时间测试方法及系统。

背景技术：

光测设备是一种非接触的测量设备，通过对目标成像然后对图像进行处理的方式来获得目标的位置、姿态等信息。由于光测设备具有测量精度高的优点，使得光测设备被广泛应用于科技、工业等领域。在光测设备中，摄像机是一个重要的装置，它由光电探测器、镜头以及其它的附属电路装置组成。在光测设备生产过程中，为了能够确定设备的精度，需要对摄像机进行标定，以确定摄像机的光心、光轴、焦距等，这些参数都是摄像机在静态条件下得到的。随着技术的进步，摄像机呈现多样化，成像方式也各不相同，其处理电路也越来越复杂，这些处理电路通常对图像进行A/D转换、D/A转换、图像拉伸、图像翻转、图像增强以及坏点剔除等处理。

综上所述，这些因素使得摄像机在曝光结束后输出的图像并非为当帧的图像，一般情况下会延迟1～3帧，而对于有些复杂的摄像机，延迟可能到10帧甚至更大。图像输出延迟和摄像机设置有关，如摄像机帧频发生了改变，会使得摄像机的延迟也发生变化。延迟对于光测设备测量静态目标没有影响，但对于动态目标的测量则会产生较大的误差。因此有必要对光测设备的摄像机延迟时间进行测量，以消除或减小光测设备对动态目标的测量误差。

技术实现要素：

为了提高光测设备的精度，本发明提供了一种摄像机输出图像延迟时间测试方法及系统。

本发明的技术方案是：

一种摄像机输出图像延迟时间测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)搭建摄像机输出图像延迟时间测试系统；所述摄像机输出图像延迟时间测试系统包括LED阵列、LED阵列控制器、监视器、高速摄像机和图像记录处理装置；LED阵列由四行十列、可独立控制的发光二极管组成；LED阵列控制器用于控制LED阵列中每一个发光二极管的状态；监视器与LED阵列并排放置并尽量靠近，以便于高速摄像机对监视器与LED阵列同时清晰成像；高速摄像机设置在监视器与LED阵列的正前方；图像记录处理装置与高速摄像机电连接，用于存储高速摄像机获取的实时图像，并对所述实时图像进行处理，得到被测摄像机输出图像的延迟时间；

2)标定高速摄像机所拍摄的LED阵列像中各发光二极管的位置、亮度，以及标定高速摄像机所拍摄的监视器像中各发光二极管的位置、亮度：

2.1)设置LED阵列控制器工作于定标模式，在该模式下，LED阵列控制器同时点亮LED阵列中的所有发光二极管；

2.2)被测摄像机对LED阵列进行清晰成像，拍摄的LED阵列像实时显示在监视器的显示屏上，高速摄像机对监视器的显示屏和LED阵列同时进行成像，将得到的监视器像记录在图像记录处理装置中；

2.3)熄灭LED阵列中所有发光二极管，被测摄像机对LED阵列进行清晰成像，拍摄的LED阵列像实时显示在监视器的显示屏上，高速摄像机对监视器的显示屏和LED阵列同时进行成像，将得到的监视器像记录在图像记录处理装置中；

2.4)利用图像记录处理装置对2.2)和2.3)记录的图像进行判读，得到高速摄像机所拍摄的LED阵列像中各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值，以及高速摄像机所拍摄的监视器像中各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值；

3)设置LED阵列控制器工作于延迟时间测试模式，设置LED阵列控制器的方波周期为2Te，LED阵列控制器根据方波信号产生驱动信号，驱动LED阵列显示，利用被测摄像机对LED阵列进行成像并显示在监视器的显示屏上，利用高速摄像机对LED阵列和监视器的显示屏进行成像，并将图像记录在图像记录处理装置中；

4)获取被测摄像机的图像延迟时间Td：

4.1)根据步骤2.4)得到的各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值，判定延迟时间测试模式下，图像记录处理装置所记录图像中，LED阵列像中各发光二极管的状态，以发光二极管的亮表示二进制的1，以发光二极管的暗表示二进制的0，将LED阵列的列从左到右依次记为第1列、第2列…、第9列、第10列，进而得到每一列二极管表示的十进制数值；将第1列、第3列、第5列、第7列和第9列表示的数值组成一个数，记为a1a3a5a7a9，将第2列、第4列、第6列、第8列和第10列表示的数值组成一个数，记为a2a4a6a8a10；取第1列、第3列、第5列、第7列、第9列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN1，取第2列、第4列、第6列、第8列、第10列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN2；

4.2)比较DN1与DN2大小，若DN1≤DN2，则取LED阵列像中发光二极管状态对应的时间码C1为a2a4a6a8a10×2-1，否则，取LED阵列像中发光二极管状态对应的时间码C1为a1a3a5a7a9×2；

4.3)根据步骤2.4)得到的各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值，判定延迟时间测试模式下，图像记录处理装置所记录图像中，监视器像中各发光二极管的状态，以发光二极管的亮表示二进制的1，以发光二极管的暗表示二进制的0，将LED阵列的列从左到右依次记为第1列、第2列…、第9列、第10列，进而得到每一列二极管表示的十进制数值，将第1列、第3列、第5列、第7列、第9列表示的数值组成一个数记为b1b3b5b7b9，将第2列、第4列、第6列、第8列、第10列表示的数值组成一个数记为b2b4b6b8b10；取第1列、第3列、第5列、第7列、第9列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN′1，取第2列、第4列、第6列、第8列、第10列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN′2；

4.4)比较DN′1与DN′2大小，若DN′1≤DN′2，则取监视器像中发光二极管状态对应的时间码C2为b2b4b6b8b10×2-1，否则，取监视器像中发光二极管状态对应的时间码C2为b1b3b5b7b9×2；

4.5)计算被测摄像机的图像延迟时间Td：

Td＝(C1-C2)×Te。

进一步地，若被测摄像机的曝光时间Te是未知的，则在步骤1)之前，还需要测试被测摄像机的曝光时间Te，具体方法如下：

①设置LED阵列控制器使其工作于曝光时间测试模式，在该模式下，LED阵列控制器根据方波信号频率，依次点亮LED阵列中各发光二极管，任意时刻有且只有一个发光二极管是亮的，则点亮发光二极管的时间间隔为Ts1/2，Ts1为方波周期；

②将被测摄像机放置于LED阵列前方，利用被测摄像机对LED阵列进行清晰成像，拍摄到的图像实时显示在监视器上；利用高速摄像机对监视器的显示屏进行成像，图像记录在图像记录处理装置中；

③利用图像记录处理装置对记录的图像进行判读，计算同一帧图像中，监视器显示的被测摄像机所成像中状态为亮的发光二极管的个数N，则被测摄像机曝光时间Te为：

Te＝Ts1/2×N。

进一步地，将所述LED阵列的列从左到右依次记为第1列、第2列、…、第9列、第10列，步骤3)中，LED阵列控制器工作于延迟时间测试模式时：

LED阵列控制器控制第9列和第10列发光二极管每1个方波周期变化一次，第10列发光二极管和第9列发光二极管依次表示同一数字，各显示0.5个方波周期，第9列发光二极管相对第10列发光二极管滞后0.5个方波周期显示；

LED阵列控制器控制第7列和第8列发光二极管每10个方波周期变化一次，第8列发光二极管和第7列发光二极管依次表示同一数字，各显示5个方波周期，第7列发光二极管相对第8列发光二极管滞后5个方波周期显示；

LED阵列控制器控制第5列和第6列发光二极管每100个方波周期变化一次，第6列发光二极管和第5列发光二极管依次表示同一数字，各显示50个方波周期，第5列发光二极管相对第6列发光二极管滞后50个方波周期显示；

LED阵列控制器控制第3列和第4列发光二极管每1000个方波周期变化一次，第4列发光二极管和第3列发光二极管依次表示同一数字，各显示500个方波周期，第3列发光二极管相对第4列发光二极管滞后500个方波周期显示；

LED阵列控制器控制第1列和第2列发光二极管每10000个方波周期变化一次，第2列发光二极管和第1列发光二极管依次表示同一数字，各显示5000个方波周期，第1列发光二极管相对第2列发光二极管滞后5000个方波周期显示。

进一步地，步骤1)中所述的LED阵列中，发光二极管的行间距和列间距的选取原则为使被测摄像机能够分辨开任意两个相邻的发光二极管，且被测摄像机能够对整个LED阵列清晰成像。

进一步地，步骤1)中所述的LED阵列控制器的控制频率可设置，最高控制帧频不小于2000Hz。

进一步地，步骤1)中所述的高速摄像机的帧频可设置，最高帧频不小于2000帧/s。

本发明还提供了一种实现上述摄像机输出图像延迟时间测试方法的摄像机输出图像延迟时间测试系统，其特殊之处在于：包括LED阵列、LED阵列控制器、监视器、高速摄像机和图像记录处理装置；

LED阵列由四行十列、可独立控制的发光二极管组成；

LED阵列控制器用于控制LED阵列中每一个发光二极管的状态；

监视器与LED阵列并排放置并尽量靠近，以便于高速摄像机对监视器与LED阵列同时清晰成像；

高速摄像机设置在监视器与LED阵列的正前方；

图像记录处理装置与高速摄像机电连接，用于存储高速摄像机获取的实时图像，并对所述实时图像进行处理，得到被测摄像机输出图像的延迟时间。

本发明的优点：

1、适应性强

本发明具有摄像机曝光时间测试功能，能够根据被测摄像机的曝光时间，改变LED阵列的变化频率，满足不同类型摄像机图像输出延迟时间的测试要求。

2、测量精度高

LED阵列中二极管的最小变化时间间隔为被测摄像机曝光时间的一半，测量精度达到了被测摄像机曝光时间的一半。

3、测量量程大

本发明可测试最大图像输出延迟时间为被测摄像机曝光时间的10000倍。

附图说明

图1是本发明摄像机输出图像延迟时间测试系统实施例对被测摄像机进行测试时的布局图。

附图标记说明：

1-LED阵列，2-LED阵列控制器，3-被测摄像机，4-监视器，5-高速摄像机，6-图像记录处理装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所搭建的摄像机输出图像延迟时间测试系统，包括LED阵列1、LED阵列控制器2、监视器4、高速摄像机5和图像记录处理装置6。

LED阵列1和LED阵列控制器2电连接，LED阵列控制器2控制LED阵列1中每一个发光二极管的状态(亮/暗)，且控制频率可设置，为提高测试精度，发光二极管的最高控制帧频不小于2000Hz。

监视器4与LED阵列1并排放置并尽量靠近，以便于高速摄像机5对监视器4与LED阵列1同时清晰成像。

高速摄像机5设置在监视器4与LED阵列1前方，对监视器4的显示屏与LED阵列1同时清晰成像，应能够分辨监视器4画面中每一个发光二极管的位置及其状态(亮/暗)，以及能够分辨LED阵列1中每一个发光二极管的位置及其状态(亮/暗)；高速摄像机5的帧频可设置，为提高测试精度，最高帧频不小于2000帧/s。

高速摄像机5与图像记录处理装置6电连接，高速摄像机5的实时图像存储在图像记录处理装置6中，供后续判读和分析。

测试时，被测摄像机3放置在LED阵列1前方，被测摄像机3能对整个LED阵列1清晰成像，并能够分辨LED阵列1中任意两个相邻的发光二极管；被测摄像机3与监视器4电连接，被测摄像机3将实时图像显示到监视器4上。

LED阵列1由四行十列可独立控制的发光二极管组成，发光二极管的行间距和列间距可根据被测摄像机3的参数进行选择，间距的选取原则为被测摄像机3能够分辨开任意两个相邻的发光二极管，被测摄像机3能够对整个LED阵列1清晰成像。

LED阵列1的列从左到右依次记为第1列、第2列、…、第9列、第10列，低位在后，高位在前，即将第9列和第10列记为个位，第7列和第8列记为十位，第5列和第6列记为百位，第3列和第4列记为千位，第1列和第2列记为万位。

第9列和第10列每1个周期变化一次，第9列相对第10列延迟0.5个周期。

第7列和第8列每10个周期变化一次，第7列相对第8列延迟5个周期。

第5列和第6列每100个周期变化一次，第5列相对第6列延迟50个周期。

第3列和第4列每1000个周期变化一次，第3列相对第4列延迟500个周期。

第1列和第2列每10000个周期变化一次，第1列相对第2列延迟5000个周期。

LED阵列1的每一列由4个发光二极管组成，以发光二极管的亮表示二进制的1，以发光二极管的暗表示二进制的0，则每一列的4个发光二极管组合可表示十进制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的任意一个值。低位在前，高位在后，即“●●●●”表示“0”，“○●●●”表示“1”，“●○●●”表示“2”，“○○●●”表示“3”，“●●○●”表示“4”，“○●○●”表示“5”，“●○○●”表示“6”，“○○○●”表示“7”，“●●●○”表示“8”，“○●●○”表示“9”。在其他实施例中，也可低位在后，高位在前，即“●●●●”表示“0”，“●●●○”表示“1”，“●●○●”表示“2”，“●●○○”表示“3”，“●○●●”表示“4”，“●○●○”表示“5”，“●○○●”表示“6”，“●○○○”表示“7”，“○●●●”表示“8”，“○●●○”表示“9”。其中，实心圆点“●”表示暗，空心圆点“○”表示亮。通过对LED阵列1各发光二极管状态(亮/暗)的分析能得到该状态对应的时间信息。

LED阵列控制器2可工作于曝光时间测试模式、定标模式和延迟时间测试模式。

LED阵列控制器2工作于曝光时间测试模式时，LED阵列控制器2产生方波信号，依次点亮LED阵列1中的各发光二极管，任意时刻有且只有一个发光二极管是亮的。

LED阵列控制器2工作于定标模式时，LED阵列控制器2同时点亮LED阵列1的所有发光二极管。

LED阵列控制器2工作于延迟时间测试模式时，LED阵列控制器2产生方波信号，方波信号的频率可设置。LED阵列控制器2根据方波信号产生驱动信号，驱动LED阵列1中的每一个发光二极管：

(1)LED阵列控制器2工作于延迟时间测试模式时，LED阵列控制器2控制第9列和第10列发光二极管每1个方波周期变化一次：

LED阵列1的第10列发光二极管受方波信号的上升沿触发，高电平亮；

LED阵列1的第9列发光二极管受方波信号的下降沿触发，低电平亮；

第10列发光二极管和第9列发光二极管依次表示同一数字，各显示0.5个方波周期，第9列发光二极管相对第10列发光二极管滞后0.5个方波周期显示，这样可以将延迟时间的测试分辨率提高到0.5个方波周期。

(2)LED阵列控制器2工作于延迟时间测试模式时，LED阵列控制器2控制第7列和第8列发光二极管每10个方波周期变化一次：

LED阵列1的第8列发光二极管受方波信号的上升沿触发，高电平亮；

LED阵列1的第7列发光二极管受方波信号的下降沿触发，低电平亮；

第8列发光二极管和第7列发光二极管依次表示同一数字，各显示5个方波周期，第7列发光二极管相对第8列发光二极管滞后5个方波周期显示，这样可以将延迟时间的测试分辨率提高到5个方波周期。

(3)LED阵列控制器2工作于延迟时间测试模式时，LED阵列控制器2控制第5列和第6列发光二极管每100个方波周期变化一次：

LED阵列1的第6列发光二极管受方波信号的上升沿触发，高电平亮；

LED阵列1的第5列发光二极管受方波信号的下降沿触发，低电平亮；

第6列发光二极管和第5列发光二极管依次表示同一数字，各显示50个方波周期，第5列发光二极管相对第6列发光二极管滞后50个方波周期显示，这样可以将延迟时间的测试分辨率提高到50个方波周期。

(4)LED阵列控制器2工作于延迟时间测试模式时，LED阵列控制器2控制第3列和第4列发光二极管每1000个方波周期变化一次：

LED阵列1的第4列发光二极管受方波信号的上升沿触发，高电平亮；

LED阵列1的第3列发光二极管受方波信号的下降沿触发，低电平亮；

第4列发光二极管和第3列发光二极管依次表示同一数字，各显示500个方波周期，第3列发光二极管相对第4列发光二极管滞后500个方波周期显示，这样可以将延迟时间的测试分辨率提高到500个方波周期。

(5)LED阵列控制器2工作于延迟时间测试模式时，LED阵列控制器2控制第1列和第2列发光二极管每10000个方波周期变化一次：

LED阵列1的第2列发光二极管受方波信号的上升沿触发，高电平亮；

LED阵列1的第1列发光二极管受方波信号的下降沿触发，低电平亮；

第2列发光二极管和第1列发光二极管依次表示同一数字，各显示5000个方波周期，第1列发光二极管相对第2列发光二极管滞后5000个方波周期显示，这样可以将延迟时间的测试分辨率提高到5000个方波周期。

图像记录处理装置6用于处理高速摄像机5拍摄的图像，得到被测摄像机3输出图像的延迟时间。

基于以上测试系统的摄像机图像延迟时间测试方法，具体步骤如下：

1]测试被测摄像机3的曝光时间Te(如果被测摄像机3的曝光时间Te已知，则可省略该步骤)：

1.1]设置LED阵列控制器2使其工作于曝光时间测试模式，在该模式下，LED阵列控制器2根据方波信号，依次点亮LED阵列1中的各发光二极管，任意时刻有且只有一个发光二极管是亮的，方波周期记为Ts1，则点亮发光二极管的时间间隔为Ts1/2；所述依次点亮的优选顺序是：第10列第一行的发光二极管、第9列第一行的发光二极管、第10列第二行的发光二极管、第9列第二行的发光二极管、……、第10列第四行的发光二极管、第9列第四行的发光二极管、第8列第一行的发光二极管、第7列第一行的发光二极管、第8列第二行的发光二极管、第7列第二行的发光二极管、……、第2列第四行的发光二极管、第1列第四行的发光二极管。实际中，也可以按照其他顺序依次点亮，只要满足前述点亮发光二极管的时间间隔，且任意时刻仅有一个发光二极管被点亮的要求即可。

1.2]将被测摄像机3放置于LED阵列1前方，利用被测摄像机3对LED阵列1进行清晰成像，拍摄到的图像实时显示在监视器4上；利用高速摄像机5对监视器4的显示屏进行成像，图像记录在图像记录处理装置6中；

1.3]利用图像记录处理装置6对记录的图像进行判读，计算同一帧图像中，监视器4显示的被测摄像机3所成像中状态为亮的发光二极管的个数N，则被测摄像机曝光时间Te为：

Te＝Ts1/2×N

2]标定LED阵列1中各发光二极管在高速摄像机5所拍摄图像中的位置、亮度，以及标定监视器4显示的图像中LED阵列1的各发光二极管在高速摄像机5图像中的位置、亮度(即亮/暗状态下的灰度值)：

2.1]设置LED阵列控制器2工作于定标模式，在该模式下，LED阵列控制器2同时点亮LED阵列1中的所有发光二极管；

2.2]被测摄像机3对LED阵列1进行清晰成像，图像实时显示在监视器4的显示屏上，高速摄像机5对监视器4的显示屏进行成像，图像记录在图像记录处理装置6中；

2.3]熄灭LED阵列1中所有发光二极管，被测摄像机3对LED阵列1进行清晰成像，图像实时显示在监视器4的显示屏上，高速摄像机5对监视器4的显示屏进行成像，图像记录在图像记录处理装置6中；

2.4]图像记录处理装置6对2.2]和2.3]记录的图像进行处理，得到高速摄像机5对监视器4的显示屏所成像中各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值，以及高速摄像机5对LED阵列1所成像中各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值。

3]设置LED阵列控制器2工作于延迟时间测试模式，设置LED阵列控制器2的方波周期为2Te，LED阵列控制器2根据方波信号产生驱动信号，驱动LED阵列1显示，与此同时，被测摄像机3对LED阵列1进行成像并显示在监视器4的显示屏上，高速摄像机5对LED阵列1和监视器4的显示屏进行成像，并将图像记录在图像记录处理装置6中；

4]利用图像记录处理装置6对高速摄像机5拍摄的图像进行判读、计算，得到被测摄像机3的图像延迟时间Td：

4.1]根据步骤2.4]得到的各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值，可以判定延迟时间测试模式下，图像记录处理装置6所记录图像中，LED阵列1像中各发光二极管的状态(亮/暗)，进而得到每一列二极管表示的数值；将第1列、第3列、第5列、第7列和第9列表示的数值组成一个数，记为a1a3a5a7a9，将第2列、第4列、第6列、第8列和第10列表示的数值组成一个数，记为a2a4a6a8a10；取第1列、第3列、第5列、第7列、第9列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN1，取第2列、第4列、第6列、第8列、第10列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN2；

4.2]比较DN1与DN2大小，若DN1≤DN2，则取LED阵列1像中发光二极管状态对应的时间码C1为a2a4a6a8a10×2-1，否则，取LED阵列1像中发光二极管状态对应的时间码C1为a1a3a5a7a9×2；

4.3]根据步骤2.4]得到的各发光二极管的位置及亮/暗状态下的灰度值，可以判定延迟时间测试模式下，图像记录处理装置6所记录图像中，监视器4像中各发光二极管的状态(亮/暗)，进而得到每一列二极管表示的数值，将第1列、第3列、第5列、第7列、第9列表示的数值组成一个数记为b1b3b5b7b9，将第2列、第4列、第6列、第8列、第10列表示的数值组成一个数记为b2b4b6b8b10；取第1列、第3列、第5列、第7列、第9列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN′1，取第2列、第4列、第6列、第8列、第10列所有状态为亮的发光二极管的灰度平均值，记为DN′2；

4.4]比较DN′1与DN′2大小，若DN′1≤DN′2，则取监视器4像中发光二极管状态对应的时间码C2为b2b4b6b8b10×2-1，否则，取监视器4像中发光二极管状态对应的时间码C2为b1b3b5b7b9×2；

4.5]计算被测摄像机3的图像延迟时间Td：

Td＝(C1-C2)×Te。