一種多通道同步攝影控制器設(shè)計

非體積測量相機（普通135相機或相機）具有體積小、重量輕、使用方便、靈活性強等特點。它在現(xiàn)代攝影測量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。特別是數(shù)碼相機性能的大幅度提高,使人們在近景攝影測量技術(shù)中應(yīng)用非量測相機的興趣越來越大。攝影測量原理要求至少要從兩個方向?qū)δ繕?biāo)進行拍攝,所獲的兩幅圖像稱為一個立體像對,是近景攝影測量的基本工作單元。當(dāng)研究對象為靜態(tài)目標(biāo)時,一般只采用一臺相機,先后從兩個角度(攝站)拍攝,從而獲得一個立體像對;而對于動態(tài)目標(biāo)(如:流體),必須要使用兩臺以上相機對目標(biāo)進行同步拍攝(否則,無法構(gòu)成立體像對),有時還要記錄同步像對間的時間間隔。如:在應(yīng)用近景攝影測量技術(shù)進行流體特性研究時,要使用兩臺以上相機對流體進行連續(xù)同步拍攝,同時記錄時間間隔,以計算流速、流量等參數(shù)。如何控制多臺非量測相機對動態(tài)目標(biāo)進行同步拍攝是動態(tài)近景攝影測量的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合計算機通訊控制技術(shù),本文討論一種同步控制器。它接收計算機的同步攝影控制信號,通過電子快門線控制多臺非量測相機進行同步攝影(圖1)。在計算機控制下進行同步攝影,同時記錄攝影時間間隔。1電子節(jié)拍線中只有在線接目前大部分非量測相機都有電子快門線曝光接口,攝影時通過電子快門線觸發(fā)開啟電子快門進行曝光。實際上,電子快門線中只有兩根連接線,觸發(fā)開啟電子快門就是短接這兩根連接線,即通過短接這兩根連接線控制相機攝影。利用此特點,設(shè)計一個同步攝影控制器和驅(qū)動程序,實現(xiàn)非量測相機同步攝影。1.1加電吸合并發(fā)短接曝光同步攝影控制器接收計算機發(fā)出的同步攝影控制信號,同時通過電子快門線控制同步攝影。繼電器在電子控制上相當(dāng)于一個開關(guān),它在一定電壓控制下執(zhí)行吸合(開關(guān))動作。當(dāng)同步攝影控制器收到同步攝影信號后,立即給繼電器加電、吸合繼電器,而向所連接的相機發(fā)出短接曝光信號。繼電器是同步攝影控制器的重要部件,加電吸合并發(fā)出短接曝光信號后,應(yīng)立即斷開。吸合時間過長會引起相機連續(xù)曝光,反之,相機來不及反應(yīng)。具體可由硬件或軟件控制,一般應(yīng)小于相機的曝光速度。1.2rs-33c接口轉(zhuǎn)換同步攝影控制器的輸出端通過電子快門線以并聯(lián)方式與多臺相機連接。計算機與同步攝影控制器的連接采用RS-232C串行通訊接口。一般RS-232C接口的數(shù)據(jù)傳輸距離在30m左右。在進行遠距離同步控制時,要用RS-232/MAX485轉(zhuǎn)換器把RS-232C接口轉(zhuǎn)換成RS-485,數(shù)據(jù)傳輸距離可延長至200m左右。由于RS-485接口的透明性,轉(zhuǎn)換后不影響通訊控制軟件。串行通訊接口信號線連接與一般通訊連接相同。2串行口操作同步控制程序的主要功能是向同步攝影控制器發(fā)出攝影信號,并自動記錄攝影時間間隔。同步方式有人工單步控制、自動連續(xù)控制和人工加自動連續(xù)控制。在人工單步控制方式下,由操作者按下回車鍵執(zhí)行同步攝影。自動連續(xù)控制需要輸入同步攝影時間間隔,執(zhí)行后程序定時發(fā)出同步攝影信號。人工加自動連續(xù)控制方式是在自動連續(xù)控制時,由操作者按下回車鍵插入一次同步攝影,此方式適用于定時時間較長,但又對其間某時刻的圖像感興趣的情況。對RS-232C串行通訊接口的操作是同步控制程序的關(guān)鍵。現(xiàn)在大多數(shù)高級語言都有對串行口操作的專用函數(shù),以下以C語言為例進行描述。在DOS和Windows3.x16bit操作系統(tǒng)環(huán)境下,使用outportb()和inportb()函數(shù)直接操作串行口。在Windows95以上32bit操作系統(tǒng)下,由于不允許用戶直接操作串行口,所以要使用Win32API函數(shù)。主要涉及函數(shù)有:打開串口CreateFile()、設(shè)置串口BuildCommDCB()、設(shè)置串口緩沖區(qū)SetupComm()、清除串口緩沖區(qū)PurgeComm()、接收數(shù)據(jù)ReadFile()、發(fā)送數(shù)據(jù)WriteFile()和關(guān)閉串口CloseHandle()。圖2為同步控制程序框圖。定時同步攝影時,實際的時間間隔與輸入的時間間隔可能會有一點差異,如:輸入為2s,而實際為2.02s。這是由于串行口操作的延遲,使用時以實際的時間間隔為準(zhǔn)。同步攝影時間存成文本文件,記錄格式為:序號,時間,時間間隔。3同步時間間隔和同步時間間隔對同步攝影控制器的測試包括同步精度和同步時間間隔。為此,我們專門設(shè)計制作了一個最小顯示單位為0.01s的時間顯示裝置,顯示字高8cm。測試方案:(1)用時間顯示裝置高速顯示的時間模擬動態(tài)目標(biāo)。使用兩臺相機對時間顯示裝置進行同步攝影。(2)測試同步精度:比較同一像對左右像片所拍攝的顯示時間,它們之間的差異就是左右像片同步精度,精確到±0.01s。(3)測試同步時間間隔:兩像對左右像片所拍攝的顯示時間之差,作為標(biāo)準(zhǔn)同步時間間隔并與同步控制程序所記錄的時間間隔相比較,其差異即為同步時間間隔精度。測試所用相機為中科院成都山地災(zāi)害研究所的帶自動卷片裝置的美能達x700,自動卷片速度2張/s。柯達400黑白膠卷,曝光速度1/500s。3種測試方式:人工單步控制、自動連續(xù)控制和人工加自動連續(xù)控制。按上述方案和測試方式的測試結(jié)果為:(1)同步精度:在3種測試方式下,其同一像對左右像片所拍攝的顯示時間相同。在個別(36張像片中的2～3張)情況下,左像片有清晰的顯示時間而右像片的最低位(0.01s)顯示為“8”,或相反,且曝光速度越慢這種情況越多。這是由于在曝光瞬間,時間顯示裝置正好在刷新時間。據(jù)此,我們認(rèn)為該同步攝影控制器連同相機的同步誤差小于0.01s。(2)同步時間間隔:計算兩像對左右像片所拍攝的顯示時間之差,并與同步控制程序所記錄的時間間隔相比較。在36張像片中,約有21張差異為0.00s;有12張差異為0.01s;有3張差異為0.02s。說明該同步攝影控制器連同相機的同步時間間隔誤差小于0.02s。在定時同步攝影時(自動連續(xù)控制和人工加自動連續(xù)控制),同步控制程序所記錄的時間間隔與輸入的時間間隔的差異在0.02～0.04s之間,使用時以同步控制程序所記錄的時間間隔為準(zhǔn)。表1為自動連續(xù)控制方式的部分測試數(shù)據(jù),定時時間間隔2s。總的來說,同步時間間隔和同步精度與所用相機有直接關(guān)系,如:相機電子快門的反應(yīng)能力、曝光速度、自動卷片速度等。特別注意兩像對同步時間間隔不能小于自動卷片時間(美能達x700為2張/s,即0.5s)。4同步拍攝和立體像對1998年,在云南東川蔣家溝,該同步攝影控制器及其控制軟件曾應(yīng)用于泥石流動態(tài)圖像解析系統(tǒng)項目的泥石流原型實驗。為了比對專業(yè)相機和普通相機的性能和精度,使用兩臺自動卷片的美能達x700相機和兩臺WildP31專業(yè)近景攝影測量相機進行同步攝影。現(xiàn)場情況和器材為:當(dāng)時泥石流流速約為8m/s;攝影基線為8m;攝影距離40～200m;筆記本計算機;膠卷感光度400;曝光時間1/250s。攝影時,同步攝影控制器控制4臺相機同步攝影。由于WildP31無連續(xù)拍攝功能,只能逐片安裝拍攝,所以,同步攝影采用人工加自動連續(xù)拍攝控制方式。自動連續(xù)拍攝時間間隔設(shè)定為2s。裝好底片(膠卷)后,按下回車鍵控制4臺相機同步攝影,同時控制美能達x700相機開始按2s的時間間隔同步拍攝;期間,由人工為WildP31換底片,再用回車鍵控制4臺相機同步攝影,對于美能達x700相機來說,相當(dāng)于在2s的時間間隔內(nèi)插入一個像對。如此,在一次拍攝(36個像對)中,大約可以拍攝到3～4個WildP31像對,即在美能達x700相機所攝的36個像對和WildP31所攝的3～4個像對中,將有3～4個像對完全相同。按攝影測量內(nèi)業(yè)作業(yè)規(guī)程,對所攝立體像對進行立體量測比對時,未出現(xiàn)定向困難、視差超限等情況。2001年,在泥石流與主河道相互作用研究中,應(yīng)用于泥石流水槽實驗,并取得大量有價值的實驗數(shù)據(jù)。實驗條件為:兩臺自動卷片的美能達x700相機;泥石流模型流速約為1m/s;攝影基線為2m;攝影距離6m;筆記本計算機;膠卷感光度400;曝光時間1/250s。上述兩例,說明該同步攝影控制器及其控制軟件可以滿足泥石流的現(xiàn)場原型實驗和實驗室水槽實驗的同步攝影要求。5同步拍攝控制器測試結(jié)果本文討論了使用普通135相機進行動態(tài)近景攝影測量的同步攝影控制器及其驅(qū)動軟件的研制過程,其成果也適用于帶電子快門的數(shù)碼相機。同步攝影控制器收到計算機