一种高阶TDI相机外触发重标定方法、系统及存储介质与流程

一种高阶tdi相机外触发重标定方法、系统及存储介质
技术领域
1.本发明涉及扫描成像中tdi相机的外触发控制技术领域，特别涉及一种高阶tdi相机外触发重标定方法及系统。


背景技术：

2.tdi（time delay integration，时间延迟积分）是一种能够增加线扫描传感器灵敏度的扫描技术。tdi相机的电荷累积方向是沿物体移动方向进行的，其扫描级数为1~n级。在成像过程中，随着物体的运动，tdi相机从1~n级依次曝光，电荷也逐级累积。最终，经过多重延时积分积累起来的电荷被采样输出。tdi相机通过延长曝光时间来增加所收集到的光子，因此比一般线阵相机有更高的灵敏度，可用在低光照度环境下成像，因此其在工业生产中的各种高速流水线检测中有着非常广泛的应用。
3.根据tdi实现原理，tdi相机在成像是通过叠加多级扫描进行成像，因此当使用高阶tdi相机扫描被测物体时，如果外触发频率与实际运动速度不匹配，则会导致tdi相机各线成像位置并不是物体上同一被测点，从而导致多线叠加时，图像变得模糊，造成成像的图像无法用于分析判断。
4.因此需要一种方法控制tdi相机在外触发出现抖动时能够修正外触发的不均匀性，保证tdi相机的成像质量。
5.现有的技术通过控制光源来实现tdi相机每次获得相同的曝光量。此方法中通过位置编码器对位移台的位置进行编码以及将位移台的当前位置编码信号输出给tdi相机和曝光控制模块；响应于位移台运动的固定距离间隔，tdi相机按照当前位置编码信号完成一次积分电荷的行间移动并继续曝光，曝光控制模块输出外触发信号给光源驱动模块，控制光源出光和关断，使tdi相机在每一次曝光获取的有效曝光量均相同。此方法需要特殊的光源控制平台，增加了设备的复杂度和价格；同时使用此方法需要改造现有设备的光源平台，并非所有的应用场景都能够适用此方法。
6.综上所述，现有技术的主要不足如下：（1）需要特殊的光源控制平台，增加了设备的复杂度和价格。
7.（2）现有的关于tdi相机外触发信号控制的技术依赖于外部控制技术，难以适应各种复杂的tdi相机应用场景。


技术实现要素：

8.本发明提出的一种高阶tdi相机外触发重标定方法、系统及存储介质，可至少解决上述技术问题之一。
9.为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种高阶tdi相机外触发信号重标定方法，包括：实时统计当前外触发信号的频率，计算当前外触发信号频率的平均值；监测被拍摄对象的运动情况，根据所述被拍摄对象的运动情况修正所述当前外触
发信号频率的平均值；根据修正后的外触发信号频率的平均值，产生实际触发信号。
10.进一步地，还包括：统计当前外触发信号的频率的同时，监测外触发信号是否丢失，若检测外触发信号丢失时，停止统计当前外触发信号。
11.进一步地，所述计算当前外触发信号频率的平均值，包括：设置固定长度的固定窗口，所述固定窗口为相邻且不重合的等长窗口，计算所述固定窗口的外触发信号频率的平均值。
12.进一步地，所述计算当前外触发信号的平均值，包括：设定固定长度的滑动窗口，所述滑动窗口为递增且有重合的等长窗口，计算所述滑动窗口的外触发信号频率的平均值。
13.进一步地，所述根据修正后的外触发信号频率平均值，产生实际触发信号，包括：以上一个固定窗口的外触发信号频率的平均值作为当前实际触发信号，直到得到下一个固定窗口的外触发信号频率的平均值后，实际触发信号切换为下一个固定窗口的外触发信号频率的平均值。
14.进一步地，所述根据修正后的外触发信号平均值，产生实际触发信号，包括：以上一个滑动窗口的外触发信号频率的平均值作为上一个滑动窗口之后当前时间的实际触发信号，滑动窗口向后滑动递增一次产生一个外触发信号频率的平均值，所述滑动窗口之后的时间点的实际触发信号随之实时改变。
15.进一步地，所述监测被拍摄对象的运动情况，根据所述被拍摄对象的运动情况修正所述当前外触发信号频率的平均值，包括：检测被拍摄对象的运动速度，若所述运动速度与所述当前外触发信号频率的平均值不匹配，则根据所述运动速度与所述当前外触发信号频率的平均值之间的差异计算校正系数，所述校正系数乘以所述当前外触发信号的平均值，得到修正后的外触发信号平均值。
16.另一方面，本发明还提出了一种高阶tdi相机外触发信号重标定系统，在fpga内划分以下模块，用于实现上述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，包括：触发频率统计模块，用于实时统计当前外触发信号的频率；触发均值计算模块，用于计算当前外触发信号频率的平均值；触发均值修正模块，用于根据所述被拍摄对象的运动情况修正所述当前外触发信号频率的平均值；触发脉冲产生模块，用于根据修正后的外触发信号频率的平均值，产生实际触发信号。
17.再一方面，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法。
18.本发明采用fpga内部实现数字算法来实现tdi相机外触发均匀化，通过计算外触发信号均值来消除外触发信号的波动，不增加设备成本；同时实时监测被拍摄物体的运动情况，并对外触发均值进行实时校正，灵活性高， 可以根据实际场景调节修正系数；本发明提供多种外触发信号的频率均值计算方法，能够适应不同的应用场景，以达到最好的效果。
附图说明
19.图1是本发明的高阶tdi相机外触发重标定系统整体结构图；图2是实施例1的外触发信号频率平均值的计算方法流程图；图3是实施例2的外触发信号频率平均值的计算方法流程图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.实施例1本实施例在fpga内部实现数字算法来实现tdi相机外触发均匀化，在fpga内部，划分了各种功能模块，如图1所示。
22.触发频率统计模块，外触发信号进入fpga后，首先进入频率统计模块，频率统计模块实时统计当前外触发信号的频率，同时，此模块还监测外触发信号的丢失情况，当监测到外触发停止时，则停止统计当前触发的频率，避免造成统计错误。
23.触发频率统计模块将统计的结果送入到触发均值计算模块。触发均值计算模块主要统计当前外触发信号频率的平均值。在触发均值计算模块中，预设了多种触发统计策略进行触发平均值计算，其中一种如图2所示，为：外触发信号是一种脉冲信号，其频率可能会因为各种原因产生波动以致和被拍摄物体的运动不匹配，这里选择一个固定时间长度的固定窗口，固定的窗口长度记为n，则每个固定窗口的大小为1~n，n+1～2n，2n+1～3n，以此类推。也即在时间线上选取相邻且不重合的等长窗口，触发均值计算模块实时计算每个固定窗口内的外触发信号频率的平均值。
24.触发均值计算模块产生的外触发信号频率的平均值被送到触发均值修正模块中，进行系数修正。此模块根据实际的应用场景，对统计均值进行修正。例如当实际外触发频率与物体传输速度不匹配时，统计均值可以产生一个稳定的频率，但是此频率仍与物体速度不匹配，此时可以根据外触发信号频率的平均值与物体速度之间的差异计算一个校正系数，通过将统计均值乘以一个校正系数，使触发信号与实际物体速度相匹配。
25.触发脉冲产生模块主要用来根据修正后的外触发信号频率的平均值，产生相应的实际触发信号。此模块每次产生一次完整的触发脉冲后，读取外触发信号频率的平均值，然后根据外触发信号频率的平均值产生下一次触发信号。具体地，以上一个固定窗口的外触发信号频率的平均值作为当前实际触发信号，直到得到下一个固定窗口的外触发信号频率的平均值后，实际触发信号切换为下一个固定窗口的外触发信号频率的平均值。也即，当固定窗口1~n的外触发信号频率的平均值经过计算和修正得到结果后，在下一个固定窗口n+1～2n的时间内，以此结果作为实际触发信号，同时触发均值计算模块继续计算固定窗口n+1～2n的外触发信号频率的平均值，当该平均值计算出来并经过修正后，则实际触发信号切换为该平均值。以此类推，后续每个固定窗口时间内的实际触发信号均为上一个固定窗口的外触发信号频率的平均值。这样，当某个时刻出现外触发信号的波动时，通过计算平均值的方法能够减弱这种波动带来的影响，且通过实时比较当前外触发信号频率的平均值与被拍摄物体的运动情况，并根据对比情况对外触发信号频率的平均值进行修正，能够进一步
消除这种波动带来的影响，完成本发明的对高阶tdi相机外触发的重标定。
26.实施例2实施例1中的触发均值计算模块采用在时间线上选择固定窗口的方法进行外触发信号频率的平均值的计算，后续的固定窗口时间内的实际触发信号均保持上一个固定窗口的计算结果不变，虽然消除了外触发信号的波动，但是其灵活性较差，不能实时对实际触发信号进行调整，当被拍摄物体的运动情况确实发生变化时，也不能从触发信号的角度及时反映出这种运动的变化，基于此，本实施例提出了一种新的外触发信号频率的平均值计算方法，如图3所示。
27.本实施例的触发均值计算模块在时间线上选择一个固定时间长度的滑动窗口，每个滑动窗口为1~n，2~n+1，3~n+2，以此类推。也即在时间线上选取递增且有重合的等长窗口，触发均值计算模块实时计算每个滑动窗口内的外触发信号频率的平均值。
28.触发脉冲产生模块以上一个滑动窗口的外触发信号频率的平均值作为上一个滑动窗口之后当前时间的实际触发信号，滑动窗口向后滑动递增一次产生一个外触发信号频率的平均值，所述滑动窗口之后的时间点的实际触发信号随之实时改变。也即，第n+1个实际触发信号等于滑动窗口1~n的外触发信号频率的平均值，第n+2个实际触发信号等于滑动窗口2~n+1的外触发信号频率的平均值，并以此类推。相比于实施例1，本实施例中的实际触发信号是实时调整的，每个时间单位内的实际触发信号受到前一个滑动窗口的外触发信号频率的平均值调制，灵活性更高，且同样能够使外触发信号均匀化，消除外触发信号与被拍摄物体运动情况之间的不一致。
29.基于同样的发明构思，本发明还公开一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一个程序数据，该程序数据用于实现上述的高阶tdi相机外触发重标定方法。计算机可读存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
30.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
31.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种高阶tdi相机外触发信号重标定方法，其特征在于，包括：实时统计当前外触发信号的频率，计算当前外触发信号频率的平均值；监测被拍摄对象的运动情况，根据所述被拍摄对象的运动情况修正所述当前外触发信号频率的平均值；根据修正后的外触发信号频率的平均值，产生实际触发信号。2.根据权利要求1所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，其特征在于，还包括：统计当前外触发信号的频率的同时，监测外触发信号是否丢失，若检测外触发信号丢失时，停止统计当前外触发信号。3.根据权利要求1所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，其特征在于，所述计算当前外触发信号频率的平均值，包括：设置固定长度的固定窗口，所述固定窗口为相邻且不重合的等长窗口，计算所述固定窗口的外触发信号频率的平均值。4.根据权利要求1所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，其特征在于，所述计算当前外触发信号的平均值，包括：设定固定长度的滑动窗口，所述滑动窗口为递增且有重合的等长窗口，计算所述滑动窗口的外触发信号频率的平均值。5.根据权利要求3所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，其特征在于，所述根据修正后的外触发信号频率平均值，产生实际触发信号，包括：以上一个固定窗口的外触发信号频率的平均值作为当前实际触发信号，直到得到下一个固定窗口的外触发信号频率的平均值后，实际触发信号切换为下一个固定窗口的外触发信号频率的平均值。6.根据权利要求4所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，其特征在于，所述根据修正后的外触发信号平均值，产生实际触发信号，包括：以上一个滑动窗口的外触发信号频率的平均值作为上一个滑动窗口之后当前时间的实际触发信号，滑动窗口向后滑动递增一次产生一个外触发信号频率的平均值，所述滑动窗口之后的时间点的实际触发信号随之实时改变。7.根据权利要求1所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，其特征在于，所述监测被拍摄对象的运动情况，根据所述被拍摄对象的运动情况修正所述当前外触发信号频率的平均值，包括：检测被拍摄对象的运动速度，若所述运动速度与所述当前外触发信号频率的平均值不匹配，则根据所述运动速度与所述当前外触发信号频率的平均值之间的差异计算校正系数，所述校正系数乘以所述当前外触发信号的平均值，得到修正后的外触发信号平均值。8.一种高阶tdi相机外触发信号重标定系统，其特征在于，在fpga内划分以下模块，用于实现如权利要求1至7中任一所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法，包括：触发频率统计模块，用于实时统计当前外触发信号的频率；触发均值计算模块，用于计算当前外触发信号频率的平均值；触发均值修正模块，用于根据所述被拍摄对象的运动情况修正所述当前外触发信号频率的平均值；触发脉冲产生模块，用于根据修正后的外触发信号频率的平均值，产生实际触发信号。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的高阶tdi相机外触发信号重标定方法。

技术总结
本发明的一种高阶TDI相机外触发重标定方法、系统及存储介质，该方法包括，实时统计当前外触发信号的频率，计算当前外触发信号频率的平均值；监测被拍摄对象的运动情况，根据所述被拍摄对象的运动情况修正所述当前外触发信号频率的平均值；根据修正后的外触发信号频率的平均值，产生实际触发信号。本发明采用FPGA内部实现数字算法来实现TDI相机外触发均匀化，通过计算外触发信号均值来消除外触发信号的波动，不增加设备成本；同时实时监测被拍摄物体的运动情况，并对外触发均值进行实时校正，灵活性高，可以根据实际场景调节修正系数；本发明提供多种外触发信号的频率均值计算方法，能够适应不同的应用场景，以达到最好的效果。果。果。


技术研发人员：王淑文 张光宇 杨晨飞 曹桂平 董宁
受保护的技术使用者：合肥埃科光电科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/8/28