由USB3相機(jī)和GigE相機(jī)構(gòu)建的圖像采集系統(tǒng)*

王 謠，李彬華，楊帥明，張益恭，程向明

(1. 昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650600；2. 中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)，云南 昆明 650011)

通常情況下，在一個(gè)多目標(biāo)監(jiān)控的圖像采集系統(tǒng)中，盡可能使用同一相機(jī)廠商生產(chǎn)的相同類(lèi)型的相機(jī)，例如：安防監(jiān)控中多相機(jī)圖像拼接，生產(chǎn)過(guò)程控制與監(jiān)測(cè)，基于三維圖像的目標(biāo)識(shí)別或運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，地基廣角相機(jī)陣等[1-3]。但在有些特殊的場(chǎng)合，需要觀測(cè)或監(jiān)測(cè)不同類(lèi)型的目標(biāo)，需要根據(jù)目標(biāo)的具體情況配置不同的相機(jī)類(lèi)型。并且，不同相機(jī)的圖像采集時(shí)刻也有不同的要求，有的要求同步采集，有的要求相隔規(guī)定的時(shí)間，具體取決于各自系統(tǒng)的應(yīng)用要求。例如，云南天文臺(tái)前幾年研制的第1臺(tái)多功能天文經(jīng)緯儀，它配備了3個(gè)CCD相機(jī)，其中一個(gè)Camera Link接口的數(shù)字相機(jī)采集恒星像和人造星像，另外用兩臺(tái)同軸電纜接口的模擬相機(jī)做水平差和軸準(zhǔn)直差的測(cè)定，各相機(jī)采集的時(shí)間順序和時(shí)刻有嚴(yán)格的要求[4-5]。其它工業(yè)監(jiān)控或測(cè)量系統(tǒng)也有類(lèi)似的情況[2]。

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類(lèi)高速接口的相機(jī)不斷涌現(xiàn)，如GigE[6], CXP(1)http://jiia.org/wp-content/themes/jiia/pdf/standard_dl/coaxpress/CXP-001-2015.pdf, USB3[7], IIDC2(2)http://jiia.org/wp-content/ themes/jiia/pdf/standard_dl/ngcp/CP-001-2015_TS2015001.pdf等，給圖像采集系統(tǒng)帶來(lái)更大的發(fā)展空間。這既給新系統(tǒng)的構(gòu)建提供了更多的選擇，也給開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了更多的技術(shù)挑戰(zhàn)。

本文介紹由一臺(tái)USB3接口的CCD相機(jī)和一臺(tái)GigE接口的CCD相機(jī)組成的圖像采集系統(tǒng)，在統(tǒng)一的外部觸發(fā)信號(hào)作用下進(jìn)行圖像采集的過(guò)程、控制方法、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件開(kāi)發(fā)方案。對(duì)不同廠商生產(chǎn)的USB3接口相機(jī)和GigE接口相機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵是要解決兩相機(jī)平臺(tái)不一致和相互不兼容的問(wèn)題，以及外觸發(fā)模式下同步進(jìn)行圖像采集的問(wèn)題。

1 圖像采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 圖像采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

本文介紹的圖像采集系統(tǒng)是云南天文臺(tái)一個(gè)正在實(shí)施項(xiàng)目的前期預(yù)研究系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件由一臺(tái)工作站(PC)和兩臺(tái)CCD相機(jī)組成。兩臺(tái)相機(jī)中，一臺(tái)是Point Gray 公司GS3系列的USB3接口CCD相機(jī)(3)https://www.flir.cn/products/grasshopper3-usb3/，另一臺(tái)是Adimec公司OPAL系列的GigE接口CCD相機(jī)(4)https://www.adimec.com/cameras/machine-vision-cameras/opal-series/opal-series-5-5-micron/。這兩臺(tái)相機(jī)需要按望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的要求同步采集圖像，曝光開(kāi)始的時(shí)間差應(yīng)小于等于5 ms。所以，兩臺(tái)相機(jī)都必須帶有外同步觸發(fā)功能，并通過(guò)一個(gè)望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)輸出的同步信號(hào)進(jìn)行圖像的采集控制。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1。來(lái)自望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的圖像采集控制信號(hào)經(jīng)光電隔離電路一分為二，輸出外觸發(fā)信號(hào)1和外觸發(fā)信號(hào)2，它們分別連接到USB3相機(jī)和GigE相機(jī)的外觸發(fā)輸入口。圖像采集工作站的一個(gè)USB3接口通過(guò)USB線(xiàn)連接到USB3相機(jī)，千兆以太網(wǎng)接口通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接到GigE相機(jī)。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig.1 System hardware structure

系統(tǒng)的工作流程是系統(tǒng)各部分上電后，圖像采集工作站分別通過(guò)USB3接口和GigE接口，給兩臺(tái)相機(jī)發(fā)送成像控制指令，設(shè)置相機(jī)的工作模式和成像參數(shù)(如觸發(fā)模式、曝光時(shí)間、增益、采集幀數(shù)和幀率等)。當(dāng)相機(jī)處于非外部觸發(fā)模式時(shí)，工作站發(fā)送采集指令，控制相機(jī)進(jìn)行成像和圖像傳輸，以及進(jìn)行圖像的顯示和存儲(chǔ)；當(dāng)相機(jī)處于外部硬件信號(hào)邊沿觸發(fā)模式時(shí)，來(lái)自望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的圖像采集控制信號(hào)分別觸發(fā)USB3相機(jī)和GigE相機(jī)，相機(jī)生成各自的圖像后自動(dòng)將圖像數(shù)據(jù)通過(guò)UBS線(xiàn)或網(wǎng)線(xiàn)傳輸至工作站，工作站顯示圖像并按要求存盤(pán)。

1.2 系統(tǒng)軟件二次開(kāi)發(fā)的方案

這一雙相機(jī)高速圖像采集系統(tǒng)的圖像采集軟件是在Windows10操作系統(tǒng)下使用Visual Studio 2015作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的。USB3相機(jī)使用Point Gray公司的FlyCapture2類(lèi)庫(kù)，GigE相機(jī)使用Adimec 公司的Bobcat開(kāi)發(fā)包。在進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)時(shí)，發(fā)現(xiàn)適用于GigE相機(jī)的Bobcat開(kāi)發(fā)包并不能兼容USB3相機(jī)的FlyCapture2類(lèi)庫(kù)。具體表現(xiàn)為兩臺(tái)相機(jī)的庫(kù)中封裝編譯好的lib及DLL文件不兼容，且Bobcat開(kāi)發(fā)包為基于32位的解決方案平臺(tái)，而USB3相機(jī)的FlyCapture2類(lèi)庫(kù)則是基于64位的解決方案平臺(tái)，更改任何一臺(tái)相機(jī)平臺(tái)都會(huì)造成庫(kù)文件不能使用。同時(shí)，Bobcat開(kāi)發(fā)包中采用的GenICam標(biāo)準(zhǔn)(5)https://www.emva.org/wp-content/uploads/GenICam_Standard_v2_1_1.pdf不支持USB3相機(jī)的FlyCapture2類(lèi)庫(kù)。為解決這一問(wèn)題，將USB3相機(jī)界面的啟動(dòng)模塊程序添加至GigE相機(jī)，然后分別使用各自的開(kāi)發(fā)包獨(dú)立設(shè)計(jì)界面及后臺(tái)程序。

系統(tǒng)工作時(shí)，兩臺(tái)相機(jī)有同步采集的要求。所以，系統(tǒng)的一個(gè)重要工作模式就是外部硬件觸發(fā)模式。在此模式下，圖像的采集是由外部觸發(fā)信號(hào)控制，每到來(lái)一個(gè)外部觸發(fā)信號(hào)，兩臺(tái)相機(jī)即采集一幀圖像。對(duì)于具有時(shí)間測(cè)量要求或者實(shí)時(shí)性要求較高的多相機(jī)同步控制的場(chǎng)合，一般采用這種外部觸發(fā)模式。

另外，考慮到系統(tǒng)調(diào)試的需要，本文增設(shè)了一種工作模式：非外部硬件觸發(fā)模式，或稱(chēng)為軟件觸發(fā)模式。在此模式下，兩臺(tái)相機(jī)進(jìn)行圖像采集是各自獨(dú)立進(jìn)行的，兩者的成像和圖像采集過(guò)程沒(méi)有交集。非外部觸發(fā)模式包含單幀、多幀圖像采集，該模式下兩相機(jī)為獨(dú)立運(yùn)行模式，分別進(jìn)行控制采集，不具有同步功能。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

每臺(tái)相機(jī)的生產(chǎn)銷(xiāo)售商都提供一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像采集程序，但這一演示性質(zhì)的程序不能滿(mǎn)足用戶(hù)的特殊要求。所以，通常情況下用戶(hù)必須獲得廠商提供的用于相機(jī)圖像采集軟件二次開(kāi)發(fā)的庫(kù)文件，并在一定的開(kāi)發(fā)環(huán)境下自主研發(fā)系統(tǒng)軟件。

2.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程

根據(jù)前述系統(tǒng)工作流程和軟件二次開(kāi)發(fā)的總體方案確定了系統(tǒng)成像控制與圖像采集系統(tǒng)軟件的基本框架，系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程如圖2。系統(tǒng)上電并穩(wěn)定運(yùn)行后，點(diǎn)擊工作站桌面程序圖標(biāo)，同時(shí)打開(kāi)GigE相機(jī)軟件界面和USB3相機(jī)軟件界面，進(jìn)入相機(jī)參數(shù)設(shè)置模式，按成像控制的具體要求，人工配置相機(jī)參數(shù)(如觸發(fā)模式、曝光時(shí)間、增益、采集幀數(shù)和幀率等)。在配置完成后，相機(jī)處于等待控制指令狀態(tài)，此時(shí)如果設(shè)置相機(jī)為外部硬件觸發(fā)狀態(tài)，則兩相機(jī)在收到觸發(fā)信號(hào)即開(kāi)始圖像采集，每到來(lái)一次觸發(fā)信號(hào)采集一幀圖像。如果為非外部觸發(fā)模式，則相機(jī)可選為單幀觸發(fā)或者連續(xù)觸發(fā)模式，此時(shí)兩相機(jī)處于非同步采集狀態(tài)，可分別進(jìn)行獨(dú)立的采集設(shè)置，單獨(dú)開(kāi)始，單獨(dú)結(jié)束。

圖2 程序設(shè)計(jì)流程圖
Fig.2 Programming flow chart

2.2 USB3相機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的USB3>相機(jī)圖像采集軟件界面分為菜單欄和客戶(hù)區(qū)。菜單欄有設(shè)置菜單，用來(lái)設(shè)置內(nèi)存中可保存的圖像數(shù)量?？蛻?hù)區(qū)分為采集區(qū)域、參數(shù)設(shè)置區(qū)域和觸發(fā)采集區(qū)域。分別依次為單幀、連續(xù)采集控制，采集曝光、增益參數(shù)控制，軟件、硬件觸發(fā)，加載靜態(tài)圖像、存儲(chǔ)設(shè)置和格式轉(zhuǎn)換等按鈕。

在采集之前需要先進(jìn)行準(zhǔn)備，或稱(chēng)為預(yù)備階段，包括：掃描總線(xiàn)、獲取相機(jī)全局標(biāo)識(shí)符(Globe Unique Identfier)、初始化連接相機(jī)和參數(shù)設(shè)置。預(yù)備階段完成后，USB3相機(jī)圖像采集主要使用FlyCapture2軟件開(kāi)發(fā)包中兩個(gè)相機(jī)函數(shù)StartCapture()和RetrieveBuffer()，一個(gè)控制相機(jī)開(kāi)始捕獲，另一個(gè)控制從相機(jī)獲取圖像。而USB3相機(jī)軟件的采集和存儲(chǔ)功能通過(guò)開(kāi)始函數(shù)Start()、采集線(xiàn)程GrabThread()和存儲(chǔ)函數(shù)SaveImage()實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)有兩種觸發(fā)方式，USB3相機(jī)采集程序通過(guò)首先獲取需要設(shè)定的觸發(fā)模式，然后將相機(jī)設(shè)定到相應(yīng)模式即可實(shí)現(xiàn)觸發(fā)模式的設(shè)置，采用FlyCapture2庫(kù)中TriggerMode結(jié)構(gòu)體及PTTriggerMode枚舉類(lèi)型中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

另外，所用的相機(jī)是一般工業(yè)相機(jī)，其開(kāi)發(fā)包支持常見(jiàn)的圖像文件格式，但不支持FITS格式。由于本項(xiàng)目面向天文應(yīng)用，需要保存FITS圖像，所以需要進(jìn)行圖像文件格式的轉(zhuǎn)換。為此，設(shè)計(jì)了格式轉(zhuǎn)換對(duì)話(huà)框，實(shí)現(xiàn)將BMP圖像保存為FITS文件格式。由于實(shí)驗(yàn)使用的USB3相機(jī)是彩色相機(jī)，需要先將圖像轉(zhuǎn)換為16位灰度圖，然后再采用相關(guān)文獻(xiàn)中介紹的方法[8-9]轉(zhuǎn)換為16位FITS文件。

2.3 GigE相機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的GigE相機(jī)圖像采集軟件界面也分為菜單欄和客戶(hù)區(qū)。菜單欄有File, Tools, Convert, Help 4個(gè)選項(xiàng)。File菜單中exit子項(xiàng)為關(guān)閉界面功能。Tools菜單中有Buffer Options(默認(rèn)為8個(gè)), Save Image, Save Current Image 3個(gè)選項(xiàng)卡，依次分別為設(shè)置Buffer大小、保存圖像和保存當(dāng)前圖像子功能?？蛻?hù)區(qū)分為Connection組框、USB Connection組框、Acquition Control組框、Parameters and Controls組框和Display組框，分別為相機(jī)連接區(qū)域、USB3相機(jī)界面打開(kāi)、采集控制、參數(shù)設(shè)置和顯示圖像功能。

GigE相機(jī)在進(jìn)行采集之前也有一個(gè)預(yù)備階段：首先獲取接口號(hào)、MAC地址、子網(wǎng)掩碼和IP地址，然后連接相機(jī)，最后向相機(jī)寄存器寫(xiě)入?yún)?shù)值來(lái)設(shè)置相機(jī)。GigE相機(jī)圖像采集的過(guò)程是：首先打開(kāi)一個(gè)數(shù)據(jù)流(或稱(chēng)管道)，對(duì)數(shù)據(jù)流對(duì)象的緩沖區(qū)變量Buffer進(jìn)行設(shè)定；接著開(kāi)啟數(shù)據(jù)流，此時(shí)數(shù)據(jù)不斷刷新到緩沖區(qū)，然后通過(guò)RetrieveNextBuffer()函數(shù)從緩沖區(qū)變量Buffer中獲取圖像數(shù)據(jù)；最后通過(guò)ProcessBuffer(lBuffer)函數(shù)將圖像數(shù)據(jù)傳遞給后續(xù)的存儲(chǔ)或顯示等函數(shù)。存儲(chǔ)時(shí)從Buffer中獲取原始數(shù)據(jù)并使用Store函數(shù)將圖像保存下來(lái)。在進(jìn)行圖像保存時(shí)與USB3相機(jī)軟件同樣需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

GigE相機(jī)圖像采集系統(tǒng)的軟件、硬件觸發(fā)功能實(shí)現(xiàn)方法是：首先使用PvGenParameter 類(lèi)對(duì)觸發(fā)控件的組合框中各參數(shù)進(jìn)行映射，然后使用PvGenCommand類(lèi)的Execute()函數(shù)將設(shè)置執(zhí)行即可實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。

關(guān)于GigE圖像采集軟件內(nèi)存控制，直接定義PVImage類(lèi)對(duì)象以存儲(chǔ)Buffer中的數(shù)據(jù)時(shí)提示權(quán)限問(wèn)題，不能自定義PVImage類(lèi)對(duì)象的大小，所以最終選擇重新定義結(jié)構(gòu)體SnapImageInfo以定義圖像數(shù)據(jù)格式，然后定義該結(jié)構(gòu)體的數(shù)組對(duì)象，將Buffer中的數(shù)據(jù)及參數(shù)獲取并賦給在內(nèi)存中定義的結(jié)構(gòu)體SnapImageInfo的對(duì)象，從而組成圖像保存在內(nèi)存中。

3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與分析

在完成高速圖像采集系統(tǒng)硬件的搭建和軟件的設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。整個(gè)測(cè)試在一臺(tái)運(yùn)行Windows10, 64位操作系統(tǒng)，CPU2.30 GHz的4核筆記本電腦上進(jìn)行，測(cè)試實(shí)驗(yàn)分為兩部分：軟件測(cè)試和同步測(cè)試。

3.1 軟件測(cè)試

軟件測(cè)試方案為將相機(jī)設(shè)定到硬件觸發(fā)模式，設(shè)定圖像存儲(chǔ)格式為BMP圖像，并最終將生成的BMP圖像轉(zhuǎn)換為FITS圖像格式。內(nèi)存控制功能為將圖像數(shù)據(jù)使用自定義結(jié)構(gòu)體或類(lèi)對(duì)象以數(shù)組形式存儲(chǔ)于內(nèi)存中，測(cè)試中通過(guò)輸出其中圖像并存儲(chǔ)以驗(yàn)證。分別對(duì)GigE相機(jī)采集軟件和USB3相機(jī)采集軟件進(jìn)行測(cè)試，記錄了經(jīng)相機(jī)采集并轉(zhuǎn)換的FITS文件的頭文件的格式、采集參數(shù)等信息。

如圖3為軟件工作在硬件觸發(fā)狀態(tài)的運(yùn)行圖(左側(cè)為GigE相機(jī)操作界面，右側(cè)為USB相機(jī)操作界面)，兩相機(jī)軟件均可正常完成單幀、多幀圖像采集，軟件、硬件觸發(fā)，內(nèi)存控制，存儲(chǔ)、格式轉(zhuǎn)換等功能。

圖3 圖像采集系統(tǒng)軟件運(yùn)行圖
Fig.3 Software operation interface of the image acquisition system

3.2 同步測(cè)試

3.2.1 測(cè)試方案

本項(xiàng)目研制要求圖像采集系統(tǒng)的CCD圖像采集頻率每?jī)擅肴龔垐D，每張圖片大小55 Mb，也就是82.5 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。圖像采集系統(tǒng)使用的USB3相機(jī)像素為1 928 × 1 448，存儲(chǔ)的圖像深度為24位。圖像幀率決定著圖像的流暢性，幀率越高，圖像越流暢，因此相機(jī)輸出幀率應(yīng)保證在 12 幀/秒以上。將觸發(fā)信號(hào)幀率設(shè)置為21幀/秒，此時(shí)USB3相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸量為167.58 Mb/s。GigE相機(jī)像素為1 024 × 1 024，圖像深度為32位，同時(shí)在觸發(fā)信號(hào)21 Hz時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速度為84 Mb/s。可見(jiàn)，均達(dá)到項(xiàng)目要求的數(shù)據(jù)傳輸速率。

圖像采集系統(tǒng)軟件的同步測(cè)試方案與步驟如下：

(1)兩種測(cè)試情況：一是圖像采集工作站上電運(yùn)行后未開(kāi)啟其它應(yīng)用程序，只運(yùn)行圖像采集程序，稱(chēng)為少任務(wù)情況；另一種情況是采集工作站上電運(yùn)行后，除了開(kāi)啟運(yùn)行圖像采集程序，還開(kāi)啟了多個(gè)其它應(yīng)用程序(如Office、網(wǎng)易云、迅雷等)，不過(guò)在圖像采集時(shí)，沒(méi)有使用其它的程序執(zhí)行具體任務(wù)，稱(chēng)為多任務(wù)情況。

(2)分別在GigE相機(jī)采集軟件和USB3相機(jī)采集軟件中外部硬件觸發(fā)模式下相機(jī)采集完成一幀圖像到緩沖區(qū)時(shí)將采集完成的時(shí)刻記錄到txt文檔中，每到來(lái)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)就采集一幀圖像，同時(shí)記錄一次時(shí)間信息；外觸發(fā)信號(hào)設(shè)置成連續(xù)3 000個(gè)脈沖，即每個(gè)相機(jī)連續(xù)進(jìn)行3 000次圖像采集。

(3)使用MATLAB軟件將GigE相機(jī)采集軟件和USB3相機(jī)采集軟件采集的txt文檔中的時(shí)間數(shù)據(jù)讀入并做差，生成數(shù)據(jù)分布圖，并由差值計(jì)算均值及方差。

3.2.2 同步測(cè)試結(jié)果及分析

對(duì)軟件運(yùn)行兩個(gè)時(shí)間信息文檔進(jìn)行保存和分析，信息包括：USB3相機(jī)采集時(shí)刻記錄表和GigE相機(jī)采集時(shí)刻記錄表。原始的時(shí)間格式為時(shí)分秒毫秒，一共9位。先將記錄時(shí)刻轉(zhuǎn)換成毫秒(ms)，然后將USB3相機(jī)與GigE相機(jī)數(shù)據(jù)相減，得到每次完成圖像采集的時(shí)間差。在少任務(wù)和多任務(wù)兩種情況下，兩個(gè)相機(jī)完成圖像采集的時(shí)間差如圖4(a), (b)。這種測(cè)試進(jìn)行了十幾次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異很小。圖4(a), (b)只是其中一次測(cè)試結(jié)果。圖中，橫坐標(biāo)是圖像采集次序(或者說(shuō)幀數(shù))，縱坐標(biāo)是每次完成圖像采集的時(shí)間差。

對(duì)于圖4(a)，上方有3個(gè)點(diǎn)處于20 ms左右及兩個(gè)點(diǎn)處于4 ms左右的情況，是由于圖像采集程序運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)下，而Windows系統(tǒng)是搶先式分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，時(shí)間片約10～15 ms。操作系統(tǒng)在采集軟件的運(yùn)行過(guò)程中給予其他應(yīng)用或設(shè)備分配一定的處理時(shí)間，因此造成部分采集記錄時(shí)刻的誤差。另外，兩圖中出現(xiàn)的以毫秒為單位的整數(shù)級(jí)差，是由系統(tǒng)測(cè)試時(shí)采集時(shí)間的精度為毫秒所致。

圖4 圖像采集系統(tǒng)同步測(cè)試結(jié)果。(a) 少任務(wù)情況；(b) 多任務(wù)情況
Fig.4 Synchronized test results of the image acquisition system. (a) In the case of fewer tasks; (b) In the case of Multi-task

對(duì)兩種情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果：少任務(wù)情況下，時(shí)間差均值為15.290 7 ms，方差為0.748 0 ms；多任務(wù)情況下，時(shí)間差均值為15.474 5 ms，方差為3.132 8 ms。

實(shí)際上，通過(guò)外部同步信號(hào)觸發(fā)的多相機(jī)圖像采集系統(tǒng)，各相機(jī)的曝光時(shí)刻在毫秒量級(jí)都是同步的。如果不考慮Windows操作系統(tǒng)的影響，理論上兩個(gè)相機(jī)的圖像采集完成的時(shí)間差固定。兩個(gè)相機(jī)都按設(shè)置幀率(21幀/秒)計(jì)算，這個(gè)固定的時(shí)間差應(yīng)該是0.362 6 ms。也就是說(shuō)，在毫秒量級(jí)，完成圖像采集也是同步的。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的同步性差異，是指各相機(jī)將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)并由計(jì)算機(jī)采集完成的時(shí)間差。這個(gè)時(shí)間差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證了Windows系統(tǒng)其它程序?qū)蓚€(gè)相機(jī)組成的圖像采集系統(tǒng)帶來(lái)一定的時(shí)間差。這說(shuō)明基于Windows操作系統(tǒng)構(gòu)建的雙相機(jī)圖像采集系統(tǒng)，要獲得10 ms以?xún)?nèi)的同步性能，采用軟件觸發(fā)不可能達(dá)到小于5 ms的同步曝光要求，必須采用具有外部信號(hào)邊沿觸發(fā)功能的相機(jī)構(gòu)成多相機(jī)圖像采集系統(tǒng)，并且系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該盡可能減少其它任務(wù)或程序的運(yùn)行。

文[2]介紹的雙相機(jī)同步控制的織物質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)在軟件觸發(fā)下兩相機(jī)圖像捕捉時(shí)間差為100～600 ms，而硬件觸發(fā)下兩相機(jī)圖像捕捉時(shí)間差為500～600 ms。與其相比，說(shuō)明本文介紹的系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法的可行性和優(yōu)越性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了由UBS3接口相機(jī)和GigE接口相機(jī)構(gòu)成的同步高速圖像采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，探索了UBS3相機(jī)和GigE相機(jī)在互不兼容的開(kāi)發(fā)包下的協(xié)同開(kāi)發(fā)方法，編寫(xiě)并實(shí)現(xiàn)了便捷控制。兩相機(jī)的控制軟件實(shí)現(xiàn)了相機(jī)單幀、多幀圖像采集，顯示圖像，軟件、硬件觸發(fā)，采集參數(shù)設(shè)置，圖像存儲(chǔ)，格式轉(zhuǎn)換等功能。對(duì)圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行了軟件測(cè)試和同步測(cè)試，系統(tǒng)及軟件運(yùn)行穩(wěn)定，同步測(cè)試結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。另外，文中也討論了Windows操作系統(tǒng)對(duì)圖像采集任務(wù)的影響。