高速三维数字图像相关系统

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CCD高速数字图像多路光纤传输系统研究

技术创新《微计算机信息》2012年第28卷第10期120元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》嵌入式与SOCCCD 高速数字图像多路光纤传输系统研究Research on CCD multi-channel high-speed digital fiber optic image transmission system(1.西昌卫星发射中心;2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)李强1李一芒2LI Qiang LI Yi-mang摘要:本文主要介绍了一种高速数字图像光纤传输系统的设计,该系统主要用于多路高速CCD 或CMOS 相机产生的数字图像的远程传输。

文中详细介绍了设计方案及实验结果,并且重点阐述了8B/10B 编码、波分复用以及高频PCB 仿真及布线等设计中的主要技术问题。

该设计具有高速、高稳定性、抗干扰等优点,具有广泛的实用价值。

关键词:多路光纤传输系统;高速图像传输;CCD 图像传输中图分类号:TN79文献标识码:AAbstract:This paper introduces a high -speed digital image design of optical fiber transmission system.The system is mainly used for remote transmission of multi-channel digital images produced by high-speed CCD or CMOS camera.The paper details the design and experimental results,and focuses on the 8B/10B coding,wavelength division multiplexing and high -frequency simulation and PCB design layout,etc.It has a wide range of practical value with high speed,high stability and anti-jamming.Key words:multiple optical fiber transmission system;high-speed image transmission;CCD image transmission文章编号:1008-0570(2012)10-0162-03引言随着光电技术的发展,以CCD 或CMOS 等图像传感器为核心的高速相机越来越广泛的应用于科学研究和工业生产领域。

高速摄影机DIC动态测量系统用于岩石高速压缩破坏分析

高速摄影机DIC动态测量系统用于岩石高速压缩破坏分析随着高速、高分辨率数字图像技术的快速发展,数字图像相关（DIC）测量技术已经在结构三维动态变形测量中得到很好的应用。

但由于空间分辨率的增加和采集帧率的提高，使得需要高速摄像机搭配DIC应用场景也大大增加。

新拓三维高速摄影机DIC动态测量系统，结合高分辨率、高帧率的高速摄像机使用，可满足各类位移轨迹测量、动态轨迹追踪、速度与加速度测量、破坏性实验的要求。

矿山岩石多为不连续面所切割、具有各自异性及非均质性的天然地质，在裂隙及孔隙含水含气的情况下，岩石力学性能比较复杂。

某大学实验室为研究岩石力学发生破坏的机理，采用新拓三维高速摄影机DIC动态测量系统进行岩石高速压缩测试，分析岩石试件的强度、变形特性。

高速压缩测试难题矿产常赋存于恶劣的地质环境，必须考虑岩石各种应力的影响。

传统的岩石高速压缩试验，采用应变片进行应变测量。

应变片具有高灵敏度和精度，缺点是偏向于点测量固定方向应变，不能实现全域测量。

如果被测物发生较大范围的变形或断裂，或者是大型的工程面测量，应变片对这些测量任务都无法胜任，无法准确测得应变最大区域。

高速DIC动态测量方案新拓三维高速摄影机DIC动态测量系统，不仅能满足一般的岩石压缩实验，得到岩石压缩全场应变和位移数据，而且还能满足小试样、大应变量等测试分析全域的应变大小和裂纹扩展跟踪等，大大丰富了岩石压缩测试的手段。

新拓三维高速摄影机DIC动态测量系统典型配置该大学实验室采用相似材料模拟法，模拟岩石性质的相似材料，通过高速压缩试验机加载，采用新拓三维高速摄影机DIC动态测量系统进行图像采集和数据分析，分析原型岩石在压缩过程中发生的力学现象及过程。

试验在刚性压力试验机上进行，刚性压力试验机由轴向位移和横向位移速率共同控制，设定轴向位移加载速率，以高速的加载速度对岩石试件进行加载。

试验的过程中，新拓三维高速摄影机DIC动态测量系统同步进行图像采集，由分析软件换算成对应的应力与应变数据传输到系统终端，保证数据的完整与准确。

基于三维数字图像相关法应力测量技术

示意图如图１所示。
方式解决超低温风洞下模型状态测量，为飞行器试
验提供必要检测手段［１，２］。
与二维数字图像相关不同，三维数字图像相关
法可以实现被测模型的全场高效三维形貌和变形
测量，且不需要二维数字图像相关法中对于测量相
机的光轴与被测模型表面相垂直和被测模型主要
为面内形变等条件约束，其主要优点有非接触高效
∑
∑ （ｆ－ｆ）（ｇ－ｇ）
ｉ＝１ｊ＝１
２Ｍ＋１２Ｍ＋１
２Ｍ＋１２Ｍ＋１
∑
∑ （ｆ－ｆ） ∑
∑ （ｇ－ｇ）
ｉ＝１ｊ＝１
ｉ＝１ｊ＝１
２
２
（６）
式中：ｆ———被测模型变形前参考图像子区的灰度
值；ｇ———被测模型变形后目标图像子区的灰度值；

ｆ、
ｇ——ห้องสมุดไป่ตู้分别为子区像素在变形前后两幅图像中的
测模型表面图像，以模型表面的散斑作为载体，通过图像子区立体匹配算法匹配被测模型变形前后两幅散斑图像中
的不同图像子区，解算得到模型上不同点的三维坐标值，获得模型表面的三维变形信息，实现模型表面非接触、动态
实时的应力测量。
关键词三维数字图像相关法应力测量立体匹配
中图分类号：ＴＮ２０９
文献标识码：Ａ
ｔｈｅｓｐｅｃｋｌｅｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｓｕｒｆａｃｅａｓｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｉｓｕｓｅｄ，ｔｈｅｔｅｓｔｅｄｍｏｄｅｌｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｉｍａｇｅｓｕｂ⁃ｒｅｇｉｏｎｓｔｅｒｅｏｍａｔｃｈｉｎｇ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｍａｔｃｈｅｄ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｍａｇｅｓｕｂ⁃ｒｅｇｉｏｎｓｉｎｔｈｅｔｗｏｓｐｅｃｋｌｅｉｍａｇｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｍｏｄｅｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｒｅｓｏｌｖｅｄ

基于高速摄像机的机械振动DIC动态位移测量解决方案

基于高速摄像机的机械振动DIC动态位移测量解决方案利用超高速摄像机进行高速视觉测量，通过把高速摄像视频当作检测和传递信息的载体加以利用，从高速摄像机视频中提取有用的信号，获得所需的各种参数，具有非接触、全视场测量、高精度和自动化程度高的特点。

重型机械关键部件的振动测试，在工程机械制造领域至关重要。

作为机械工程大型设备，测试挖掘机、起重机摆臂的振动位移，可以掌握设备在实际工况下的机械性能，通过减少关键负载部位的摆幅，使设备更加稳定。

某工程机械企业，利用新拓三维DIC高速摄像机测量系统对挖掘机、起重机载重部位进行振动测量；数字图像相关法DIC能够对三维变形形状进行全场分析，该技术利用两台同步的高速摄像机，从不同角度拍摄物体。

然后，DIC软件将图像关联成一个3D网格。

新拓三维DIC高速摄像机测量系统的设置不繁琐且耗时较少，它利用绘制在物体表面上的散斑图案，在高速拍摄过程中为摄像机提供焦点。

通过这种方式，DIC可以在一个区域内提供来自更多数据点的测量数据，然后，工程师可以使用DIC软件分析挖掘机尾部负载部位振动位移、吊臂偏摆位移。

挖掘机振动相对位移测量测量过程重点关注挖掘机尾部负载位置和垂直地面之间的相对位移，由驾驶员操作挖掘机进行模拟工况操作进行测量。

新拓三维DIC高速摄像机测量系统，搭配的高速摄像机能够捕捉挖掘机尾部相对位移变化的实验过程，为后续研发人员进行图像分析，测量实验过程中的有关应变、位移、振动等数据，为分析机械位移与振动提供丰富数据。

挖掘机位移分析数据从分析曲线看，当分析曲线出现小幅波动时，此时挖掘机已经开机处于运转状态；出现大幅波动，此时挖掘机正在做挖掘动作。

基于新拓三维DIC高速摄像机测量系统对挖掘机尾部负载部位进行位移测量，通过曲线分析反映挖掘机整个操作动作，测试位移数值，方便后续对挖掘机进行振动研究以及产品改进。

起重机吊臂偏摆位移测量重点测量起重机吊臂偏摆位移，利用新拓三维DIC高速摄像机测量系统，对两台分别以低速、高速的不同速度运转的起重机吊臂关键负载部位进行测量。

高速摄像机在数字图像相关分析DIC的应用-汽车车门振动测试

高速摄像机在数字图像相关分析DIC的应用-汽车车门振动测试为了研究汽车车门振动的动态行为，汽车主机厂商在验证汽车结构性能时，越来越倾向于采用数字图像相关分析（DIC）的光学测量技术。

工程师们使用DIC来绘制汽车车门在快速关门瞬态下表面的应变和位移。

新拓三维自主研发的DIC高速摄像机测量系统，DIC使用两个同步成像设备——高速摄像机能够以高速记录高分辨率的图像。

通过将高速影像和DIC三维运动跟踪软件相结合，工程师们可观察到微米级别的表面变形。

汽车快速关门过程的振动，直接关系到汽车车门的密闭性、吻合度和舒适度，在高速和加速过程中要达到如此高的精度，只有通过高速摄像机和数字图像相关法DIC的能力才有可能实现，它为汽车主机制造商测试汽车结构性能提供了一种强有力的测量方案。

DIC高速摄像机测量系统某汽车研究院为了掌握汽车车门结构振动的固有频率及振型，利用新拓三维DIC高速摄像机测量系统，测量车门在开启、关闭过程中的振动变形，为减振材料性能验证，分析振动幅度，检验车门的力学性能提供数据支撑。

新拓三维DIC高速摄像机测量系统，采用两台或三台高速摄像机实时采集被测物体各个变形阶段的图像，利用准确识别的标志点（包括编码标志点和非编码标志点）实现立体匹配，重建出物体表面点的三维空间坐标，并计算得到物体的变形量、三维轨迹姿态等数据。

DIC高速摄像机测量系统典型配置型号XTDIC-STROBE-HR规格5M9M12M 高速相机参数500万×3900万×31200万×3高速相机帧率75fps42fps30fps 位移测量精度0.01pixel控制系统标准型测量幅面10000×10000~400×300，单位：mm型号XTDIC-STROBE-HS规格4M 2.5M高速相机参数满幅400万x3，最高540fps;降幅，最高1800fps满幅250万x3，最高600fps;降幅，最高204,100fps位移测量精度0.01mm控制系统高速型测量幅面1000×1000~400×300，单位：mmDIC和振动分析搭配高速摄像机，工程师可以利用DIC进行振动分析。

高速摄像机在高速冲击实验及DIC分析中的应用

高速摄像机在高速冲击实验及DIC分析中的应用材料高速冲击测试，的目是检验材料受高速冲击下的动态力学性能，测量冲击过程中有关应变、位移、撞击力等数据，为材料力学性能分析提供数据支持。

由于冲击的发生时间极短，所以采用高速摄像机捕捉完整的撞击过程，并采用数字图像相关法（DIC）技术进行后期的数据分析。

新拓三维高速摄像机DIC动态测量系统，可在较高应变率作用以及极端加载环境下，通过搭配高速相机，测试高速冲击下材料或结构的三维位移场及应变场，分析材料或结构的动态破坏形式。

通过有限元模拟，可以基于模拟来分析材料或结构受冲击的力学响应行为。

模拟数据的更新有赖于实验数据来验证和对比，采用新拓三维高速XTDIC全场应变测量系统的数据结果，可修正或更新模拟数据。

XTDIC高速全场应变测量系统布置、散斑图案和加载装置在测试中，使用加载装置对平板件进行高速冲击，新拓三维高速摄像机DIC动态测量系统同时记录平面板材料响应。

为了捕获用于新拓三维高速摄像机DIC动态测量系统软件算法的图像，通过预先在平面板材料进行随机斑点图案制作，在获取高质量图像采集的同时，极薄的散斑不会影响平板件的刚度和力学响应行为。

采用新拓三维高速摄像机DIC动态测量系统搭配的两个高速相机（300万像素，采集频率为5000帧），105mm微距镜头，精度100微应变、0.01mm。

冲击加载装置连接到相机的数据采集系统，确保冲击力的测量和相机的记录同时自动开始。

冲击装置的力和图像均收集激发时和激发完毕的数据，高速相机实时采集图像。

数据分析位移场分析新拓三维高速摄像机DIC动态测量系统软件获得了平板件受冲击力区域的全场位移数据，从图中可以看出整体的位移场数值左右不对称，撞击瞬态下点1位移为7.86mm，点2位移为6.73mm，XTDIC系统可以获取非常精确的位移图。

图：位移场点3的位移曲线如下所示，稳定后的位移在8.5mm左右；点4为冲压受力关键位置，变形量最大，位移曲线如下图所示，稳定后位移值为22.1mm左右。

高速公路路面病害自动诊断系统的设计

高速公路路面病害自动诊断系统的设计随着交通运输行业的快速发展，高速公路的建设和维护变得越来越重要。

其中一个主要的问题是如何及时准确地检测并修复路面病害，以确保公路的安全和持续发展。

传统的手动检测方法不仅费时费力，而且容易因人为因素导致误判和遗漏，这催生了高速公路路面病害自动诊断系统的需求。

在这篇文章中，我们将介绍如何设计一种高效而可靠的高速公路路面病害自动诊断系统。

我们会从系统的原理、基本功能和实现方法等多个方面进行论述，以期为相关行业人员和研究者提供参考。

一、系统原理高速公路路面病害自动诊断系统是由多个子系统组成的集成系统。

它基于先进的传感器技术、信号处理技术、图像处理技术以及人工智能技术等，在实时监测、诊断和预警高速公路路面病害方面具有显著的优势。

具体而言，该系统可以通过安装在路面上的传感器实时采集路面的位移、应变、温度等关键信息，并将这些信息传输到中央处理器。

在中央处理器上，采用一系列的算法和模型对这些信息进行处理和分析，进而对路面的状况进行全面而准确的判断。

如果发现路面存在病害，则会立即预警，以便有关部门及时修复。

与传统的手动巡检相比，该系统具有实时性、准确性和高效性等显著优势。

二、系统基本功能高速公路路面病害自动诊断系统的基本功能包括：路面信号采集、信号处理和分析、路面检测和病害识别、提醒和预警等。

下面我们将分别进行介绍。

1、路面信号采集路面信号采集是系统最基础的功能之一。

系统需要安装一系列高精度的传感器来实时采集路面的参数信息，包括：位移、应变、温度等。

这些参数的变化可以发现路面病害的发生和变化，从而引导系统进行相应的处理和判断。

2、信号处理和分析系统的信号处理和分析功能主要是通过一系列的算法和模型对采集到的数据进行处理和分析。

这部分工作是系统的核心和难点之一，涉及到多个学科和技术领域，如数学、物理、信号处理和计算机科学等。

在这一过程中，系统需要对采集到的数据进行过滤、降噪、特征提取、特征分析等一系列复杂的运算，以便更加准确地判断路面的状况。

基于LVDS的高速数字图像存储采集系统

基于LVDS的高速数字图像存储采集系统刘玮;崔永俊;张昊【摘要】弹载设备采集的大量数字图像信息需要快速传输和存储，针对这一需求，设计了基于LVDS（低压差分信号）总线和NAND型FLASH进行交叉双平面编程的存储系统，实现了数字图像的高速传输存储。

在系统硬件设计部分，介绍了系统各部分接口电路的设计；在软件部分，重点分析了交叉双平面页编程这一关键技术。

通过调试，证明该系统可以以30 MB ／s的速度将数据信息存储到FLASH中，达到了数据的快速存储和准确回读的目的。

%A large number of digital image information gathered by onboard equipments need to be transmitted and stored.Fo-cusing on the requirement,a storage system using alternating two-plane page program was designed which based on LVDS bus and NAND-type FLASH.The system has achieved high-speed transmission and storage of digital image.In hardware implementation, this paper introduced the connection between every module.In software,detailed analysis of key technology about the alternating two-plane page program was shown.By commissioning,the speed of data stored in the FLASH is30MB/s,which achievied fast data storage and accurate feedback purposes.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】4页(P75-77,98)【关键词】低压差分信号;传输;存储;闪存;交叉双平面【作者】刘玮;崔永俊;张昊【作者单位】中北大学，电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051;中北大学，电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TN9110 引言弹载设备需要采集大量的数字图像信息，因此在弹载设备与地面测试台之间进行数据传输时，需要很高的传输速率[1]。

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，：ｒｉｎｃｉｌｅｓｏｆｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｔｅｒｅｏｖｉｓｉｏｎｈｉｈｈｏｔｏｒａｈａｎｄｄｉｉｔａｌＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｅｄ－ｐｐｇｐｇｐｙｇｐ，ｉｍａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（ＤＩＣ）ａｈｉｈｓｅｅｄｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｓｔｅｍｗａｓ－－ｇｇｐｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｄｎａｍｉｃ３Ｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕａｎｄ－ｙｐｐ，ｄｅｔａｉｌｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｓｔｅｍｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｗｏｅｘｅｒｉｍｅｎｔｓａｎａｌｕｍｉｎｕｍｌａｔｅｉｔｓｙｐｐ，ｗａＨｏｋｉｎｓｏｎｂａｒｅｒｅｅｒｆｏｒｍｅｄａｐｅｎｄｕｌｕｍａｎｄａｒａｈｉｔｅｃｌｉｎｄｅｒｌｏａｄｅｄｂｉｍａｃｔｅｄｂｐｙｙｙｐｇｐｐｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｓｓｔｅｍ．Ｔｈｅｄｎａｍｉｃ３Ｄｏｕｔｕｓｉｎｌａｎｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓｏｆｔｈｅｌａｔｅａｎｄｏｆ－－ｐｙｙｇｐｒａｈｉｔｅｔｈｅｌａｔｅｒａｌ３Ｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｌｉｎｄｒｉｃａｌｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ｇｐｙ：；；ｔＫｅｗｏｒｄｓｄｎａｍｉｃｌｏａｄｈｉｈｓｅｅｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉｉｔａｌ－－ｙｇｐｇｙｉｍａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｇ侵彻等问研究结构在冲击载荷作用下的毁伤、题时，需要测量结构表面的动态变形．ＶＩＳＡＲ或普通的高速激光位移计（速度计）等只能获得单点的变形信息，难以分析复杂的非均匀破坏过程．高速摄影技术虽然可以拍摄试件表面的动态破坏图像，但不能进行定量分析．基于高速图像采集和定量分析（ｄｉｉｔａｌｉｍａｅｃｏｒｒｅ－ｇｇ，方法可以定量地获得试件表面动态的ｌａｔｉｏｎＤＩＣ）的高速三维数字图像相关
高速三维数字图像相关系统及其动载三维变形测量
曾祥福，刘程林，马少鹏
（）北京理工大学宇航学院，北京１０００８１摘要：基于双目立体视觉、高速摄影和数字图像相关方法，用两台高速相机搭建了可用于观测结构动态三维变形的高速三维数字图像相关测量系统．介绍了测量系统的原理及实验过程中需要注意的细节，用该测量系统进行了两个动载下三维变形观测的实验：摆锤冲击铝板实验和霍普金森杆冲击石墨圆柱实验，得到了受冲击铝板的动态离面位移场演化和石墨圆柱试件横向变形的三维位移场．关键词：动载荷；高速变形测量；三维数字图像相关（）中图分类号：０６４５２０１２０４０３６４０６Ｏ３４８．１２文献标志码：Ａ文章编号：１００１－－－
，，ＺＥＮＧＸｉａｎｆｕＩＵＣｈｅｎｌｉｎＳｈａｏｅｎＬＭＡ－－－ｐｇｇｇ
），（，１０００８１，ＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏＢｅｉｉｎＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｓａｃｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎＢｅｉｉｎｇｙｊｇｐｇｇｊｇ
ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤｎａｍｉｃＴｈｒｅｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆ－ｙＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＵｓｉｎＨｉｈＳｅｅｄ３ＤＤｉｉｔａｌＩｍａｅＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＳｓｔｅｍ－－ｇｇｐｇｇｙ
第３２卷第４期２０１２年４月
北京理工大学学报ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＢｅｉｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｌ．３２Ｎｏ．４Ａｒ．２０１２ｐ