《電子技術應用》
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傳感器與攝像機的同步電路
摘要: 測量系統經常要用到攝像機和其它傳感器,兩者間需要同步。本例描述了一個航空攝影系統,它有一臺攝像機,包括CCD(電荷耦合器件)圖像傳感器、一個慣性測量單元,以及一個GPS(全球定位系統)單元。合成的電路提供觸發信號,將測量同步在最佳速率上。
Abstract:
Key words :

  測量系統經常要用到攝像機" title="攝像機">攝像機和其它傳感器" title="傳感器">傳感器,兩者間需要同步。本例描述了一個航空攝影系統,它有一臺攝像機,包括CCD(電荷耦合器件)圖像傳感器、一個慣性測量單元,以及一個GPS(全球定位系統)單元。合成的電路提供觸發信號,將測量同步在最佳速率上。GPS提供有關空間位置的信息,慣性測量單元提供有關空間方位的信息。該單元包括一個陀螺儀、一個磁力計,以及一個加速度計,提供對一個三軸矢量的角度與加速度測量。

  圖1表示了一個獲取航空照片的系統。它包括:四個Atmel區域掃描CCD圖像模塊,一個線性圖像傳感器模塊,兩個Dalsa PCI(外設部件互連)幀捕捉卡,測量單元,一個時鐘調節電路,以及一只微控制器。在開發期間,用一臺Tektronix公司的數字示波器查看觸發信號。

傳感器與攝像機的同步電路-1

  用于同步傳感器的觸發信號是這個測量系統的關鍵。時鐘調節電路向幀捕捉卡發送一個外部觸發脈沖,為系統產生觸發信號。含有圖像傳感器的視頻模塊從幀捕捉卡接收觸發信號。每個幀捕捉卡捕獲一幅圖像,將其存儲在板上的存儲器中,然后再捕捉下一幅圖像。

  外部的觸發脈沖亦控制傳感器、GPS和慣性測量單元。圖2表示在臺灣云林縣麥寮鄉上空7000英尺處的一張照片,它使用外部觸發電路,完成線性傳感器與測量單元的驅動與組合。

傳感器與攝像機的同步電路-2

  電路必須改變外部觸發時鐘的頻率,才能獲得最佳的幀率。線性圖像傳感器模塊中的CCD傳感器有12288個像素,每個像素的大小為5mm×5mm,產生的圖像約為500線/幀。CCD圖像傳感器的最大輸出速率為320M像素/秒。圖像數據通過一個Camera Link接口發送給幀捕捉卡,后者通過PCI總線將圖像發送給一臺PC。

  時鐘調節電路產生外部觸發時鐘脈沖。電路采用了一只Altera" title="Altera">Altera公司的CPLD(復雜可編程邏輯器件),用Altera的開發軟件仿真觸發信號,以及設計電路。時鐘調節電路可為系統提供多達15種觸發信號頻率。

  系統的Atmel微控制器帶有256字節RAM和用于程序存儲的8k字節可編程閃存。微控制器通過一個RS-232接口與PC通信,該接口也可以用于接收指令,以及報告自己當前的狀態。這種握手過程包括生成觸發信號的解碼與編碼參數。微控制器還向數字時序調節電路發送指令;這些指令可改變外部觸發器的脈沖頻率。

  可以用15種觸發頻率來調節CCD圖像模塊的幀速率。外部觸發信號亦用于觸發測量單元,記錄和存儲空間參數。圖3給出了尋找最佳觸發頻率的算法。幀速率與觸發頻率成正比。

傳感器與攝像機的同步電路-3


       慣性測量單元是系統中的一個關鍵傳感器,在它與幀捕捉卡之間必須有直接的關聯。如果外部觸發頻率為1 kHz,則兩個幀捕捉卡中,每個都捕捉1000幀/秒,單元采樣速率為1k采樣/秒。航空攝影的實驗結果表明,該系統成功地同步了所有的傳感器。

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