CN110022425A - 一种拍摄系统及图像拍摄方法 - Google Patents

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庄洪毅
吴能伟
刘旨春
刘韬
陈小林
崔明
张甫恺
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    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明涉及光学技术领域，提供了一种拍摄系统及图像拍摄方法，包括：辅助电路、第一透镜组、分光棱镜、第二透镜组、第N透镜组以及N‑1个相机模组，N为不小于3的正整数；第一透镜组接收待拍摄物体的反射光线，反射光线照射到分光棱镜后被分成N‑1路光线；第二透镜组和第N透镜组用于分别接收N‑1路光线；N‑1个相机模组用于分别接收透过第二透镜组和第N透镜组的N‑1路光线，并在接收到辅助电路的采集指令后开始对待拍摄物体进行图像采集。该拍摄系统中待拍摄物体反射的光线被分光棱镜分成多路光线后，分别照射在不同的相机模组上。在开始拍摄后可以有多组相机对待拍物体进行拍摄，从而在保证高分辨率的情况下提高了拍摄的帧率。

Description

一种拍摄系统及图像拍摄方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种拍摄系统及图像拍摄方法。
背景技术
随着科技的日益发展，工业在线检测、军工项目涉及到测量等领域上对于相机的高速采集和相机分辨率的要求也越来越高。我国在图像传感芯片的设计制造有一定的技术基础，例如长光辰芯公司已经具备多种帧频、分辨率的CMOS图像传感芯片的定制设计和生产能力，同时研究所和公司等机构在光机设计和电子学系统设计积累了一定经验，技术实力结合本专利的知识产权保护使得高帧频、分辨率相机的实现具有极强的实践性。
目前我国在CMOS等图像传感芯片的设计和制造技术已有一定技术积累，如长光辰芯已有GMAX2505、GMAX0505等图像传感芯片的产品化、国产化等方面取得一定的成绩，使用以上述传感芯片为核心可实现黑白/彩色的相机模组帧频可达每秒150帧～250帧，或更高帧频，同时此类产品的分辨率可以达到1K*1K等分辨率。但国内相机性能还远不能满足现有需求，这方面对于进口器材依赖程度较高，尤其是对每秒500帧、1000帧等高速相机需求迫切。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种拍摄系统及图像拍摄方法，以解决现有技术中拍摄图像时相机采集速度以及分辨率达不到用户需求的问题。
本发明的目的可通过以下技术措施来实现：
本发明实施例第一方面提供了一种拍摄系统，所述拍摄系统包括：辅助电路、第一透镜组、分光棱镜、第二透镜组、第N透镜组以及N-1个相机模组，N为不小于3的正整数；
其中，所述第一透镜组用于接收待拍摄物体的反射光线，所述反射光线照射到所述分光棱镜后被分成N-1路光线；
所述第二透镜组和第N透镜组用于分别接收所述N-1路光线；
所述N-1个相机模组用于分别接收透过所述第二透镜组和第N透镜组的N-1路光线，并在接收到所述辅助电路的采集指令后开始对待拍摄物体进行图像采集。
可选地，所述拍摄系统还包括N-1个存储设备，所述N-1个存储设备分别与所述N-1个相机模组对应连接，用于分别存储N-1个相机模组所采集的图像。
可选地，所述第一透镜租、第二透镜组以及第N透镜组中均包括一个或多个透镜。
可选地，所述辅助电路按照指定的时间间隔分别向N-1个相机模组发送采集指令。
可选地，所述指定的时间间隔包括4ms。
可选地，所述相机模组中包括CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
本发明实施例第二方面提供了一种图像拍摄方法，应用于上述任一项所述的拍摄系统中，包括：
待拍摄物体的反射光线照射到第一透镜组后，经过分光棱镜被分成多路光线；
在检测到所述多路光线分别照射到N-1个相机模组后，由辅助电路分别向所述N-1个相机模组发送采集指令，以指示所述N-1个相机模组开始采集待拍摄物体的图像；
其中，所述多路光线分别照射到第二透镜组至第N透镜组上，并经过所述第二透镜组至第N透镜分别照射到所述N-1个相机模组上，N为不小于3的正整数。
可选地，所述图像拍摄方法还包括：
所述N-1个相机模组采集待拍摄物体图像后将采集的图像分别存储至N-1个存储设备中。
可选地，在将采集的图像分别存储至N-1个存储设备中之后，包括：
辅助电路根据图像被存储顺序，依次从N-1个存储设备中读取被存储的图像，以获得连续时间内的图像数据。
可选地，其特征在于，所述辅助电路按照指定的时间间隔分别向N-1个相机模组发送采集指令。
与现有技术相比，本发明提供拍摄系统中待拍摄物体反射的光线被分光棱镜分成多路光线后，分别照射在不同的相机模组上。在开始拍摄后，同一时间内可以有多组相机对待拍物体进行拍摄，从而在保证高分辨率的情况下提高了拍摄的帧率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的拍摄系统的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的不同相机模组记录不同时间点图像信息示意图。
其中，1、待拍摄物体；2、第一透镜组；3、分光棱镜；4、第二透镜组；5、第N透镜组，6、辅助电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
请参阅图1，本申请提供的拍摄系统中包括待拍摄物体1、第一透镜组2、分光棱镜3、第二透镜组4、第N透镜组5、辅助电路6、N-1个相机模组以及与N-1个相机模组对应的存储设备，进一步地，上述辅助电路6中也可以设置存储设备，以存储辅助电路读取的图像数据。其中，N为大于或等于3的正整数。即当N等于3时，拍摄系统存在两个相机模组以及两个存储设备分别与两个相机模组对应。
其中，第一透镜组1用于接收待拍摄物体的反射光线，所述反射光线照射到所述分光棱镜3后被分成N-1路光线；
所述第二透镜组4和第N透镜组用于分别接收所述N-1路光线；
所述N-1个相机模组用于分别接收透过所述第二透镜组4和第N透镜组5的N-1路光线，并在接收到所述辅助电路6的采集指令后开始对待拍摄物体进行图像采集。
进一步地，所述拍摄系统还包括N-1个存储设备，所述N-1个存储设备分别与所述N-1个相机模组对应连接，用于分别存储N-1个相机模组所采集的图像。
可选地，所述第一透镜租2、第二透镜组4以及第N透镜组5中均包括一个或多个透镜。
可选地，所述辅助电路6按照指定的时间间隔分别向N-1个相机模组发送采集指令。
可选地，所述指定的时间间隔包括4ms。
可选地，所述相机模组中包括CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
下面以N等于三为例进行具体说明：
本申请提供的拍摄系统包括：光学系统，由透镜和分光棱镜组成，核心器件是分光棱镜，使用该光学系统将物体的像分为2路，将物体的同一个像投射到2个相机模组，这样每个相机模组都可得到同一图像。若1路图像光路复制成2路，那么原来帧频为每秒250帧的相机模组通过本结构和方法可以组成记录每秒500帧的相机系统；若是1路图像复制成4路则原有帧频乘以4，以此类推。例如：采用长光辰芯公司的GMAX2505图像传感芯片为核心制成分辨率1K*1K、帧频每秒250帧的黑白/彩色相机模组，使用本结构将1路图像光路复制成2路，再通过本申请所述方法，即成为可以记录每秒500帧图像的相机系统。
还包括相机模组，以CMOS、CCD等图像传感器(例如长光辰芯公司的GMAX2505、GMAX0505等)为核心的相机模组收到启动信号之后便可启动并收集图像，并将图像存入后端的存储设备(如图1中的存储器)。存储器，每个相机模组后端对应一个存储器，用于存储相机模组发来的图像数据，存储器可以和相机模组集成在一起，并可以通过外部接口读出，如Cameralink、以太网口、串口、光纤接口等等。采集控制电路，该电路以不同时刻发送启动信号使得不同相机模组开始采集图像的时刻不同，这就使得在之后的时间里不同相机模组记录不同时刻的图像数据(如图2所示)。图像采集完毕之后，顺次循环，每次采集控制电路从每个存储器内读出一帧图像，并存入采集控制电路内的存储器。这样即可还原出连续时间内的图像数据。采集控制电路可以选择FPGA等作为核心器件，这样使得相机模组的启动时间可以精确到10ns以内(很多系列的FPGA可以将时间限制到5ns甚至更低)。
本发明提供拍摄系统中待拍摄物体反射的光线被分光棱镜分成多路光线后，分别照射在不同的相机模组上。在开始拍摄后，同一时间内可以有多组相机对待拍物体进行拍摄，从而在保证高分辨率的情况下提高了拍摄的帧率。
实施例二
本发明实施例还提供了一种图像拍摄方法，应用于上述任一项所述的拍摄系统中，包括：
待拍摄物体的反射光线照射到第一透镜组后，经过分光棱镜被分成多路光线；
在检测到所述多路光线分别照射到N-1个相机模组后，由辅助电路分别向所述N-1个相机模组发送采集指令，以指示所述N-1个相机模组开始采集待拍摄物体的图像；
其中，所述多路光线分别照射到第二透镜组至第N透镜组上，并经过所述第二透镜组至第N透镜分别照射到所述N-1个相机模组上，N为不小于3的正整数。
可选地，所述图像拍摄方法还包括：
所述N-1个相机模组采集待拍摄物体图像后将采集的图像分别存储至N-1个存储设备中。
可选地，在将采集的图像分别存储至N-1个存储设备中之后，包括：
辅助电路根据图像被存储顺序，依次从N-1个存储设备中读取被存储的图像，以获得连续时间内的图像数据。
可选地，其特征在于，所述辅助电路按照指定的时间间隔分别向N-1个相机模组发送采集指令。
下面以N＝3为例，说明通过上述拍摄系统进行图像采集的过程。
结合图2所示，在利用上述拍摄系统采集待拍摄物体的图像时，辅助电路在时刻1发送信号使得1号相机模组启动采集图像，辅助电路在时刻2发送信号使得2号相机启动采集图像。如果原有相机模组每秒帧频250帧，并且系统中有2个相机模组，则时刻1与时刻2之间的时间间隔T满足：T＜1秒/250＝4ms，较佳的:2*T＝1秒/250＝4ms。辅助电路可以选择FPGA等作为核心器件，这样相机模组的启动时间可以精确到10ns以内(很多系列的FPGA可以将时间限制到5ns甚至更低)。使时刻1的图像数据由1号相机模组记录，时刻2的图像数据由2号相机模组记录，如果本光学系统复制2路图像同时有2个相机模组，则时刻3的图像由1号相机记录，时刻4的图像由2号相机模组记录，如此循环，如图2所示。图像采集完毕，如果本光学系统复制2路图像光路同时有2个相机模组那么：1号相机模组的存储器存储时刻1、3、5、7等时刻的图像数据；2号相机模组的存储器存储时刻2、4、6、8等时刻的图像数据。经过上述过程，辅助电路读取1号存储器一帧图像一次，并将图像数据存入辅助电路内的存储器，这样得到了时刻1的图像数据；然后辅助电路读取2号存储器一帧图像一次，并将图像数据存入辅助电路内的存储器，这样就得到了时刻2的图像数据；继续读取1号存储器一帧图像1次，这样就得到时刻3的图像数据，如此循环以此类推，得到了这段时间内连续的图像数据。
本发明提供拍摄系统中待拍摄物体反射的光线被分光棱镜分成多路光线后，分别照射在不同的相机模组上。在开始拍摄后，同一时间内可以有多组相机对待拍物体进行拍摄，从而在保证高分辨率的情况下提高了拍摄的帧率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种拍摄系统，其特征在于，所述拍摄系统包括：辅助电路、第一透镜组、分光棱镜、第二透镜组、第N透镜组以及N-1个相机模组，N为不小于3的正整数；
其中，所述第一透镜组用于接收待拍摄物体的反射光线，所述反射光线照射到所述分光棱镜后被分成N-1路光线；
所述第二透镜组和第N透镜组用于分别接收所述N-1路光线；
所述N-1个相机模组用于分别接收透过所述第二透镜组和第N透镜组的N-1路光线，并在接收到所述辅助电路的采集指令后开始对待拍摄物体进行图像采集。
2.如权利要求1所述的拍摄系统，其特征在于，所述拍摄系统还包括N-1个存储设备，所述N-1个存储设备分别与所述N-1个相机模组对应连接，用于分别存储N-1个相机模组所采集的图像。
3.如权利要求1所述的拍摄系统，其特征在于，所述第一透镜租、第二透镜组以及第N透镜组中均包括一个或多个透镜。
4.如权利要求1所述的拍摄系统，其特征在于，所述辅助电路按照指定的时间间隔分别向N-1个相机模组发送采集指令。
5.如权利要求4所述的拍摄系统，其特征在于，所述指定的时间间隔包括4ms。
6.如权利要求1-5任一项所述的拍摄系统，其特征在于，所述相机模组中包括CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
7.一种图像拍摄方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的拍摄系统中，包括：
待拍摄物体的反射光线照射到第一透镜组后，经过分光棱镜被分成多路光线；
在检测到所述多路光线分别照射到N-1个相机模组后，由辅助电路分别向所述N-1个相机模组发送采集指令，以指示所述N-1个相机模组开始采集待拍摄物体的图像；
其中，所述多路光线分别照射到第二透镜组至第N透镜组上，并经过所述第二透镜组至第N透镜分别照射到所述N-1个相机模组上，N为不小于3的正整数。
8.如权利要求7所述的图像拍摄方法，其特征在于，所述图像拍摄方法还包括：
所述N-1个相机模组采集待拍摄物体图像后将采集的图像分别存储至N-1个存储设备中。
9.如权利要求8所述的图像拍摄方法，其特征在于，在将采集的图像分别存储至N-1个存储设备中之后，包括：
辅助电路根据图像被存储顺序，依次从N-1个存储设备中读取被存储的图像，以获得连续时间内的图像数据。
10.如权利要求7-9任一项所述的图像拍摄方法，其特征在于，所述辅助电路按照指定的时间间隔分别向N-1个相机模组发送采集指令。
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