(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210385735.5 (22)申请日 2022.04.13 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 段发阶　艾双哲　傅骁　李佳欣　 刘昌文　李天宇　韩彭威　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 程毓英 (51)Int.Cl. G01M 11/00(2006.01) H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) (54)发明名称 基于纳秒级LED流水灯的多相机同步性测量 方法及装置 (57)摘要 本发明涉及一种基于纳秒级LED流水灯的多 相机同步性测量装置， 包括时序逻辑单元、 流水 灯模组、 数显阵列和计算机， 流水灯模组包括若 干个LED灯珠和数显阵列， 时序逻辑单元通过多 个IO端口将控制信号并行输 出到流水灯模组， 每 一个LED灯珠均具备纳秒级的上升响应时间， 设 LED灯珠的响应时间小于T纳秒， 能够在T纳秒的 时间间隔内实现相邻下一个灯珠的发光， 前序已 发光灯珠保持发光状态； 数显阵列显示的数值表 示流水灯模组中所有LED灯珠均已亮过的次数； 计算机， 用于对多个高速相机的拍摄图像进行分 析比对， 实现待测高速相机间的同步 性测量。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114778076 A 2022.07.22 CN 114778076 A 1.一种基于纳秒级LED流水灯的多相机同步性测量装置， 包括时序逻辑单元、 流水灯模 组和计算机， 所述时序逻辑单元与流水灯模组相连， 流水灯模组包括若干个LED灯珠和数显 阵列， 时序逻辑单元通过多个IO端口将控制信号并行输出到流水灯模组， 控制信号驱动流 水灯模组中的每一个LED灯珠， 每一个LED灯珠均具备纳秒级的上升 响应时间， 设LED灯珠的 响应时间小于T纳秒， 在电信号到来的T纳秒之内发光， 时序逻辑单元通过时序逻辑控制产 生纳秒级的精确定时， 能够在T纳秒的时间间隔内实现相邻下一个灯珠的发光， 前序已发光 灯珠保持发光状态； 数显阵列显示的数值表示 流水灯模组中所有LED灯珠均已亮过的次数； 高速相机的拍摄图像包括 流水灯模组中的LED灯珠和数显阵列； 计算机， 用于对多个高速相机的拍摄图像进行分析比对， 将不同高速相机拍摄图像的 流水灯模组中LED灯珠的发光个数和数显阵列的数值转换成对应的时间差值， 进而能够得 到不同高速相机实际采集时刻的纳米级时间差， 将待测高速相机拍摄得到的流水灯模组中 的LED灯珠发光情况和数显阵列的数值进行对比分析， 实现待测高速相机间的同步 性测量。 2.根据权利要求1所述的基于纳秒级LED流水灯的多相机同步性测量装置， 其特征在 于， 时序逻辑单元通过时钟分频改变晶振时钟信号， 再通过分频之后的时钟信号控制 逻辑 电路进行流水灯模组的工作状态选择， 流水灯模组的时序逻辑控制方法为： a.设置时序逻辑单 元的晶振时钟信号； 通过计数器寄存器对晶振时钟信号进行分频； b.流水灯状态选择寄存器存放着代表流水灯模组不同发光情况的十进制序号， 流水灯 状态选择寄存器的输出寄存器为流水灯模组的发光状态提供选择信号， 控制流水灯模组中 的LED灯珠的亮灭状态； 流水灯状态寄存器为已设定固定信号模式， 流水灯状态寄存器中的 多位不同二进制数值代表着流水灯模组不同的发光状态， 相 邻的后一种工作状态总是比前 一种工作状态多亮一个LED灯珠， 相邻两种工作状态的时间间隔为晶振时钟信号分频之后 的时钟代表的时间， 分频之后的单个时钟信号代表的时间为T纳秒； 在流水灯模组的每一轮 循环过程中， 保持流水灯LED灯珠序列中前序已经亮过的灯不再熄 灭， 流水灯状态寄存器中 的最后一种流水灯状态信号代 表的是流水灯LED全部发光的状态； c.系统复位信号为0时有效， 即低电平时有效； 寄存器的复位信号输入端为时有效， 即 高电平时有效； 系统复位信号与计数器寄存器和流水灯状态选择寄存器的复位信号输入端 相连， 控制计数器寄存器和 流水灯状态选择寄存器的复位操作； 当系统复位信号作用于计 数器寄存器时， 系统复位信号取反与计数器寄存器的低两位输出信号通过与门之后的与门 输出信号通过或门， 输出到计数器寄存器的复位信号输入端； 当系统复位信号作用于流水 灯状态选择寄存器时， 系统复位信号直接与流水灯状态选择寄存器的复位信号输入端口相 连， 当系统复位信号有效时， 保持流水灯状态选择寄存器的复位置零状态， 此时流水灯状态 选择寄存器不会接收状态选择寄存器输入端的加法器的结果， 相当于状态选择寄存器输入 端的加法器失效， 等待系统复位信号的失效； 当系统复位信号失效时， 状态选择寄存器输入 端的加法器开始工作， 将信号输出至流水灯状态选择寄存器的输出寄存器， 输出信号即为 最终的LED状态选择信号， 该LED 状态选择信号通过多路选择器对流水灯状态寄存器中的流 水灯模组的状态信号进行选择和输出， 显示于流水灯模组的发光状态。 3.采用权利要求1 ‑2任意一项所述的装置实现的多相机同步性测量方法， 包括下列步 骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114778076 A 2(1)将流水灯模组置于多个高速相机的共同视野中， 对高速相机进行对焦调 节， 使流水 灯模组在视野中清晰成像； (2)纳秒级同步触发器的同步触发信号通过触发信号传输线传输至高速相机中， 多个 高速相机在同步触发信号控制下， 对同步测试装置LED流水灯模组进 行同步拍摄， 各个高速 相机拍摄的图像传输 至计算机； (3)计算机对多个高速相机的拍摄图像进行分析比对， 将不同高速相机拍摄图像的流 水灯模组LED灯珠的发光个数和数显阵列的数值转换成对应的时间差值， 进而能够得到不 同高速相机实际采集时刻的纳米级时间差， 将待测高速相机拍摄得到的流水灯模组中的 LED灯珠发光情况和数显阵列的数值进行对比分析， 实现待测高速相机间的同步 性测量。 4.根据权利要求3所述的多相机同步性测量方法， 其特征在于， 步骤(3)中， 得到不同高 速相机实际采集时刻的纳米级时间差的方法如下： a.高速相机和流水灯模组的位置固定后， 在点亮流水灯模组之前， 先触发高速相机对 未发光的流水灯模组进 行拍摄， 作为参考图像。 使流水灯模组正常工作。 纳秒级同步触发器 将同步触发信号传输至多个高速相机的外触发信号接收端， 使每个接收外部触发信号的高 速相机进行同步拍摄。 获取不同高速相 机同步采集得到的流水灯模组图像中LED灯珠的发 光状态和数显阵列的数值， 并与之前拍摄的未通电流水灯模组的参考图像对比， 获取对应 采集图像的LED灯珠发光个数和数显阵列的数值。 b.进行高速相机采集时刻的纳秒级时间戳计算， 纳秒级时间戳是指LED灯珠点亮时间 间隔的累计结果， n为流水灯模组中LED灯珠的总个数， 若不同高速相机采集的流水灯模组 中显示的LED灯珠发光个数差值为N， 且 数显阵列的数字差值为k时， 则不同高速相机的同步 采集时间差是从0纳秒一直累加到T*k*n+T*(N+1)纳秒； 随着数显阵列数值的增加， 对应时 间测量区间也在增 加。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114778076 A 3