CN1055589C - Ccd捷变频高速摄象电视方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种CCD捷变频高速摄象电视方法及系统，它是以计算机可控的序列脉冲光作为运动信息的载体，用相位同步技术将CCD上记录的有多个清晰象的整帧画幅输入计算机，再经图象识别，处理，测出运动目标的运动参量，供打印存储或遥控输出。本发明与当前世界上最先进的美国SP-2000型高速电视系统比较，具有摄象频率高，“冻结”能力强，图象清晰，性能价格比高等优点。

Description

CCD捷变频高速摄象电视方法及系统

本发明涉及高速摄象电视方法及系统，尤其涉及CCD捷变频高速摄象电视方法及系统。

从八十年代开始，世界上各发达国家纷纷致力于高速电视(又称视频记录系统或运动分析仪)的研究。1984年美国Spin Physics公司推出了SP-2000型高速电视系统。它是一种黑白电视系统，应用多种先进电子技术，采用34行同时扫描，最高全画幅摄象频率达2000帧/秒。成为至今市场上能买到的摄象频率最高的系统。SP-2000与普通电视系统的区别在于提高了扫描速度，但原理、方法上没有更新的内容，每一画幅的曝光时间为1/2000秒，这对于高速运动物体来说，“冻结”能力显得不够，图象不够清晰。另外，Spin Physics公司是从试制超大规模集成块开始的，为此投入了大量的试制经费，化费了很长的研制时间，这导致了很高的售价，全套售价在30万美金以上。

本发明的目的是提供一种摄象频率高，“冻结”能力强，图象清晰，性能价格比高的CCD捷变频高速摄象电视方法及系统。

为了达到上述目的本发明采取下列措施：

CCD捷变频高速摄象电视方法，它以计算机可控的序列脉冲光作为运动信息的载体，用相位同步技术将CCD上记录的有多个清晰象的整帧画幅输入计算机，再经图象识别、处理、测出运动目标的运动参量，供打印、存储或遥控输出，其步骤为：1)彩色频闪光源作为光源：对于被测动态目标，彩色频闪光源在计算机软、硬件控制下按需对目标发出一连串经编码的多参数彩色脉冲光；2)CCD记录图象和动态信号：经运动目标反射或透射回来的光信息被彩色CCD摄象机记录；3)一帧中记录多个彩色象：这种记录了多个彩色清晰象的一帧图象被即刻输入计算机；4)经图象处理获得运动参量：经计算机图象处理、识别，自动计算出运动目标的运动参量；5)实时输出：清晰图象和运动参量实时输出，供打印、存储或遥控输出；这样，人们获得了人眼无法跟随的高速运动目标的清晰象以及运动速度、加速度、角速度等参量。

CCD捷变频高速摄象电视系统，它由智能闪光控制硬件、彩色频闪光源、CCD摄象机、同步器、具有“冻结”功能的多媒体卡、图象传送、识别处理装置、计算机主机、键盘、CD写入机、打印机、遥控输出、监示器组成，计算机主机与智能闪光控制硬件，通过信号的控制和反馈，对彩色频闪光源送出一连串控制脉冲，使其按需要发出一连串多参数脉冲光；被测运动目标在这一连串脉冲光照射下，所形成的多个清晰象被CCD摄象机摄录，以混合视频的信号形式输入同步器，再输入至多媒体卡，使动态图象冻结，它的输出分两路，一路与计算机主机连结并输入监视器，去显示多个清晰图象；另一路经图象识别处理装置再输入计算机主机，计算机输出至监视器，去显示被测运动目标的运动参量，即速度，加速度数据，计算机主机的输出还分别与遥控输出，打印机，CD写入机相接。

发明与现有技术相比所具有的优点比较表

	本发明	美国SP-2000
			摄象分辨率	33,000像/秒	12,000像/秒
“冻结”能力强	一个像的“冻结”时间12μs	一个像的“冻结”时间500μs
			图象分辨率	高	低
性能价格比	高(全套30万人民币)	低(全套30万美元，合200万人民币)

从上表可知，本发明与当前世界上最先进的美国SP-2000型高速电视系统比较，具有摄象频率高，“冻结”能力强，图像清晰，性能价格比高等优点。

下面结合附图加以说明：

图1是CCD高速摄象电视系统方框图；

图2是彩色频闪光源控制方框图；

图3是多媒体图象传送“冻结”方框图；

图4是图象识别、处理软件方框图。

CCD捷变频高速摄象电视方法中，可控窄脉冲光的实现是采用计算机控制光源的“开”和“关”，光的瞬时“关”断是采用与氙灯串联的主可控硅阳极上突加负高压的方法。并用计算机对多个并串联光源实行群控，对光脉冲的宽度、间隔、个数、颜色、频率、强度实行控制。对多个清晰象经CCD记录在“同一帧画幅内”整帧地进行图象传输，“冻结“了的图象保存在内存内，经图象的自动识别、处理，获得被测目标的运动参量。

如图1所示，CCD捷变频高速摄象电视系统由智能闪光控制硬件(1)、彩色频闪光源(2)、CCD摄象机(3)、同步器(4)、具有“冻结”功能的多媒体卡(5)、图象传送、识别处理装置(6)、计算机主机(7)、键盘(8)、CD写入机(9)、打印机(10)、遥控输出(11)、监示器(12)组成，计算机主机与智能闪光控制硬件，通过信号的控制和反馈，对彩色频闪光源送出一连串控制脉冲，使其按需要发出一连串多参数脉冲光；被测运动目标在这一连串脉冲光照射下，所形成的多个清晰象被CCD摄象机摄录，以混合视频的信号形式输入同步器，再输入至多媒体卡，使动态图象冻结，它的输出分两路，一路与计算机主机连结并输入监视器，去显示多个清晰图象；另一路经图象识别处理装置再输入计算机主机，计算机输出至监视器，去显示被测运动目标的运动参量，即速度，加速度数据，计算机主机的输出还分别与遥控输出，打印机，CD写入机相接。

如图2所示，彩色频闪光源的控制是指：菜单进入系统自检，如有故障，则提示错误，进入死循环；如没有故障，进入系统初始化，这时，如果操作者根据菜单键入所要控制的光脉冲各参数，则系统进入有键按下吗？若没有键按下则系统返回先前状态等待，若有键按下，则进入键码分析，根据键码分析的结果，分别进入拍摄控制处理程序，电容放电关机处理程序，参数输入命令处理程序；拍摄控制处理程序，电容放电关机处理程序，分别返回至有键按下吗？之前；参数输入命令处理之后，分为二个通道，即小量程延时通道和大量程延时通道，小量程延时通道经硬件延时至组合闪光编组，大量程延时通道经具有软件中断循环功能的硬件延时也至组合闪光编组，组合闪光编组有选择地、顺序地点亮或关断闪光灯，使8只闪光灯发出一连串所需的彩色脉冲光。

如图3所示，多媒体图象传送“冻结”是指：CCD摄象机输出的混合视频、输入多媒体卡通过量化编码、变成数字视频信号，数字视频输出至二个方向，一是经压缩存储转入图象文件，然后经解压缩回放返回至量化编码，二是经过“冻结”和存储然后进入剪裁开窗显示，由计算机读取变成存入内存的数字图象，它的一路至屏幕图象，将内存中的数字图象显示出来，另一路至图象识别处理装置。

如图4所示，图象识别，处理装置是指：输入内存的数字图象经去背景噪声和二值化处理后，获得轮廓显明的图象，接着进入自动键码跟踪，再送入每个象的坐标，然后再进入速度、加速度数据；速度、加速度数据一路至自动显示，将数据显示在屏幕上，与图象重合，另三路分别至遥控输出，打印输出，CD写入机。

Claims (8)

1.一种CCD捷变频高速摄象电视方法，其特征在于以计算机可控的序列脉冲光作为运动信息的载体，用相位同步技术将CCD上记录的有多个清晰象的整帧画幅输入计算机，再经图象识别、处理、测出运动目标的运动参量，供打印、存储或遥控输出，其步骤为：1)彩色频闪光源作为光源：对于被测动态目标，彩色频闪光源在计算机软、硬件控制下按需对目标发出一连串经编码的多参数彩色脉冲光；2)CCD记录图象和动态信号：经运动目标反射或透射回来的光信息被彩色CCD摄象机记录；3)一帧中记录多个彩色象：这种记录了多个彩色清晰象的一帧图象被即刻输入计算机；4)经图象处理获得运动参量：经计算机图象处理、识别，自动计算出运动目标的运动参量；5)实时输出：清晰图象和运动参量实时输出，供打印、存储或遥控输出；这样，人们获得了人眼无法跟随的高速运动目标的清晰象以及运动速度、加速度、角速度参量。

2.根据权利要求1所述的一种CCD捷变频高速摄象电视方法，其特征在于所说的可控窄脉冲光的实现是采用计算机控制光源的“开”和“关”，光的瞬时“关”断是采用与氙灯串联的主可控硅阳极上突加负高压的方法。

3.根据权利要求1或2所述的一种CCD捷变频高速摄象电视方法，其特征在于用计算机对多个并串联光源实行群控，对光脉冲的宽度、间隔、个数、颜色、频率、强度实行控制。

4.根据权利要求1或2所述的一种CCD捷变频高速摄象电视方法，其特征在于多个清晰象经CCD记录在“同一帧画幅内”整帧地进行图象传输，“冻结“了的图象保存在内存内，经图象的自动识别、处理，获得被测目标的运动参量。

5.一种CCD捷变频高速摄象电视系统，其特征在于它由智能闪光控制硬件(1)、彩色频闪光源(2)、CCD摄象机(3)、同步器(4)、具有“冻结”功能的多媒体卡(5)，图象传送、识别处理装置(6)、计算机主机(7)、键盘(8)、CD写入机(9)、打印机(10)、遥控输出(11)、监示器(12)组成，计算机主机与智能闪光控制硬件，通过信号的控制和反馈，对彩色频闪光源送出一连串控制脉冲，使其按需要发出一连串多参数脉冲光；被测运动目标在这一连串脉冲光照射下，所形成的多个清晰象被CCD摄象机摄录，以混合视频的信号形式输入同步器，再输入至多媒体卡，使动态图象冻结，它的输出分两路，一路与计算机主机连结并输入监视器，去显示多个清晰图象；另一路经图象识别处理装置再输入计算机主机，计算机输出至监视器，去显示被测运动目标的运动参量，即速度，加速度数据，计算机主机的输出还分别与遥控输出，打印机，CD写入机相接。

6.根据权利要求5所述的一种CCD捷变频高速摄象电视系统，其特征在于所说的彩色频闪光源的控制是指：菜单进入系统自检，如有故障，则提示错误，进入死循环；如没有故障，进入系统初始化，这时，如果操作者根据菜单键入所要控制的光脉冲各参数，则系统进入有键按下吗？若没有键按下，则系统返回先前状态等待，若有键按下，则进入键码分析，根据键码分析的结果，分别进入拍摄控制处理程序，电容放电关机处理程序，参数输入命令处理程序；拍摄控制处理程序，电容放电关机处理程序，分别返回至有键按下吗？之前；参数输入命令处理之后，分为二个通道，即小量程延时通道和大量程延时通道，小量程延时通道经硬件延时至组合闪光编组，大量程延时通道经具有软件中断循环功能的硬件延时也至组合闪光编组，组合闪光编组有选择地、顺序地点亮或关断闪光灯，使8只闪光灯发出一连串所需的彩色脉冲光。

7.根据权利要求5或6所述的一种CCD捷变频高速摄象电视系统，其特征在于所说的多媒体图象传送“冻结”是指：CCD摄象机输出的混合视频、输入多媒体卡通过量化编码、变成数字视频信号，数字视频输出至二个方向，一是经压缩存储转入图象文件，然后经解压缩回放返回至量化编码，二是经过“冻结”和存储然后进入剪裁开窗显示，由计算机读取变成存入内存的数字图象，它的一路至屏幕图象，将内存中的数字图象显示出来，另一路至图象识别处理装置。

8.根据权利要求5或6所述的一种CCD捷变频高速摄象电视系统，其特征在于所说的图象识别，处理装置是指：输入内存的数字图象经去背景噪声和二值化处理后，获得轮廓显明的图象，接着进入自动键码跟踪，再送入每个象的坐标，然后再进入速度、加速度数据；速度、加速度数据一路至自动显示，将数据显示在屏幕上，与图象重合，另三路分别至遥控输出，打印输出，CD写入机。

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