【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及相機曝光控制，尤其涉及高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制方法及裝置。
技術介紹
1、光學測量技術在多種精密測量場景中扮演著至關重要的角色，如數字圖像相關(dic)技術、三維形貌測量技術、材料表面應變監測技術等。這些技術廣泛應用于航空航天、能源、制造、交通等領域。然而，在火箭發動機熱試車、燃氣輪機測試、高焓風洞實驗和高溫材料測試等極端環境下，由于強烈的輻射和光強的快速波動，光學傳感器所捕捉的圖像經常出現過曝現象，導致測量精度顯著下降。這種過曝現象是由于傳感器在高光強下飽和，無法捕捉到真實的光信號變化，進而影響后續圖像處理與分析。
2、現有技術通常依賴手動調節相機的曝光時間，或者使用固定的曝光參數進行測量。然而，在光強變化劇烈的場景中，固定的曝光時間難以應對復雜的動態環境，導致圖像質量不穩定。傳統的曝光控制方法，基于圖像灰度值反饋進行調整，但圖像灰度計算存在一定的響應延遲，尤其在高溫或高速動態變化的環境下，難以及時做出調整，容易導致測量數據失真。
3、因此，亟需一種能夠實時自適應調節曝光時間的技術方案，適用于各種光學傳感器測量場景，確保在高動態光強變化下的測量精度和圖像質量。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制方法及裝置。
2、為實現上述技術目的，本專利技術采取的技術方案為：
3、高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制方法，包括以下步驟：
4、步驟s1、搭建測試系統，設置相機幀率f；
5、步驟s2、設置相機的初始曝光時間為δt0，拍攝無光強變化情況下的被測物體，此時得到的圖像灰度為最佳灰度g0，此時輸入相機的光強為i0；
6、步驟s3、對控制相機曝光時間的信號處理電路進行調整，使得輸入光強為i0時，信號處理電路輸出曝光時間為δt0；
7、步驟s4、啟動待測設備，環境光強i快速變化，相機輸入光強i，信號處理電路輸出曝光時間δt，使拍攝圖像的灰度始終保持為g0。
8、為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：
9、高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，包括應用在相機上的信號處理電路，信號處理電路包括依次連接的光強采集模塊、除法電路模塊、積分電路模塊和脈沖信號控制模塊；
10、光強采集模塊用于實時檢測環境光強的變化，并將光強信號轉化為電壓信號發送至除法電路模塊，除法電路模塊用于對電壓信號進行運算，運算后的電壓信號與變換的環境光強成反比，并將運算后的電壓信號發送至積分電路模塊，除法電路模塊的增益能根據環境光強變化范圍進行調節，積分電路模塊用于將運算后的電壓信號轉化為能控制脈沖寬度的數字信號，并將數字信號發送至脈沖信號控制模塊，脈沖信號控制模塊根據數字信號生成脈沖信號，脈沖信號的上升沿和下降沿分別對應相機曝光的開始和結束，從而實現實時的相機曝光時間調節。
11、光強采集模塊為光電二極管，光電二極管檢測波長范圍為400至1100納米，光電二極管安裝在相機前方。
12、脈沖信號控制模塊為壓控振蕩器，壓控振蕩器能將電壓信號轉化為脈沖寬度調制信號。
13、高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，還包括計算機和圖像采集系統，計算機分別與圖像采集系統和脈沖信號控制模塊信號連接，圖像采集系統用于采集和處理相機輸出的圖像，并將圖像發送至計算機，脈沖信號控制模塊將脈沖信號發送至計算機，計算機用于對圖像進行處理，并根據接收的脈沖信號監控和調節曝光時間。
14、計算機的處理器為多核cpu或帶有gpu加速的設備。
15、一種三維dic測量中的曝光控制方法，應用上述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，包括以下步驟：安裝光強采集模塊于雙相機前方，實時檢測環境光強的變化；將檢測到的光強信號轉化為電壓信號；通過模擬運算放大電路處理電壓信號；使用脈沖信號控制模塊生成脈沖信號；通過脈沖信號控制相機的曝光時間。
16、一種三維結構光形貌測量中的曝光控制方法，應用上述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，包括以下步驟：投影設備投射特定的結構光到待測形貌物體上；安裝光強采集模塊于雙相機前方，實時檢測環境光強的變化；將檢測到的光強信號轉化為電壓信號；通過模擬運算放大電路處理電壓信號；使用脈沖信號控制模塊生成脈沖信號；通過脈沖信號控制相機的曝光時間；雙相機同步采集圖像；計算機和圖像采集系統采集并處理圖像，重建出物體的三維形貌。
17、本專利技術的有益效果是：通過實時調節相機曝光時間，解決了光學測量過程中因背景光強快速變化導致的圖像過曝問題。其應用范圍包括但不限于數字圖像相關(dic)測量、三維形貌測量等需要背景光照明的光學測量技術，特別適用于火箭發動機熱試車、高焓風洞實驗等高動態背景光變化的場景。
18、此外，本專利技術還具有以下優點：
19、響應速度快：本專利技術通過光電二極管實時檢測環境光強，并通過壓控電路快速生成與光強變化成比例的脈沖信號，避免了傳統基于圖像灰度值調整方法中的運算延遲問題，特別適合光強快速變化的場景。
20、減少計算負擔：相較于傳統曝光控制方法，本專利技術不依賴圖像灰度值運算，而是直接基于光強信號調節曝光時間，減輕了處理器的運算負擔，系統設計更加簡化。
21、實時反饋：光電二極管能夠實時捕捉環境光強的變化，并將其快速反饋給曝光控制電路，實現對相機曝光時間的即時調整，保證曝光控制的準確性。
22、適應性強：本專利技術特別適用于高溫環境中的快速光強變化場景，如火箭發動機熱試車、高溫鑄造等。通過自適應調節曝光時間，有效減少過曝現象，提升數字圖像相關測量的圖像質量和測量精度。
23、靈活可擴展：本專利技術的系統設計可以根據不同應用需求靈活擴展，支持多個光電二極管的組合使用，也可以通過與計算機系統連接，實現遠程控制和監測，適用于不同的工業場景。
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1.高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制方法，其特征是：包括以下步驟：
2.高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：包括應用在相機上的信號處理電路，信號處理電路包括依次信號連接的光強采集模塊、除法電路模塊、積分電路模塊和脈沖信號控制模塊；
3.根據權利要求1所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：所述的光強采集模塊為光電二極管。
4.根據權利要求3所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：所述的光電二極管檢測波長范圍為400至1100納米，光電二極管安裝在相機前方。
5.根據權利要求2所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：所述的脈沖信號控制模塊為壓控振蕩器，所述的壓控振蕩器能將電壓信號轉化為脈沖寬度調制信號。
6.根據權利要求2所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：還包括計算機和圖像采集系統，所述的計算機分別與圖像采集系統和脈沖信號控制模塊信號連接，所述的圖像采集系統用于采集和處理相機輸出的圖像，并將圖像發送至計算機，脈沖信
7.根據權利要求6所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：所述的計算機的處理器為多核CPU或帶有GPU加速的設備。
8.一種三維DIC測量中的曝光控制方法，其特征是：應用如權利要求3所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，包括以下步驟：安裝光強采集模塊于雙相機前方，實時檢測環境光強的變化；將檢測到的光強信號轉化為電壓信號；通過模擬運算放大電路處理電壓信號；使用脈沖信號控制模塊生成脈沖信號；通過脈沖信號控制相機的曝光時間。
9.一種三維結構光形貌測量中的曝光控制方法，其特征是：應用如權利要求6所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，包括以下步驟：投影設備投射特定的結構光到待測形貌物體上；安裝光強采集模塊于雙相機前方，實時檢測環境光強的變化；將檢測到的光強信號轉化為電壓信號；通過模擬運算放大電路處理電壓信號；使用脈沖信號控制模塊生成脈沖信號；通過脈沖信號控制相機的曝光時間；雙相機同步采集圖像；計算機和圖像采集系統采集并處理圖像，重建出物體的三維形貌。
...【技術特征摘要】
1.高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制方法，其特征是：包括以下步驟：
2.高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：包括應用在相機上的信號處理電路，信號處理電路包括依次信號連接的光強采集模塊、除法電路模塊、積分電路模塊和脈沖信號控制模塊；
3.根據權利要求1所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：所述的光強采集模塊為光電二極管。
4.根據權利要求3所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：所述的光電二極管檢測波長范圍為400至1100納米，光電二極管安裝在相機前方。
5.根據權利要求2所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：所述的脈沖信號控制模塊為壓控振蕩器，所述的壓控振蕩器能將電壓信號轉化為脈沖寬度調制信號。
6.根據權利要求2所述的高動態背景光強變化下的相機曝光時間控制裝置，其特征是：還包括計算機和圖像采集系統，所述的計算機分別與圖像采集系統和脈沖信號控制模塊信號連接，所述的圖像采集系統用于采集和處理相機輸出的圖像，并將圖像發送至計算機，脈沖信號控制模塊將脈沖信號發...
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