(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 202210943328.1 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210000 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 董森　熊智　李荣冰　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 张祥 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) (54)发明名称 基于主被动 照明的高速 摄影系统及方法 (57)摘要 本发明公开了基于主被动照明的高速摄影 系统及方法， 包括高速相机和照明补光分系统， 照明补光分系统用于为高速相机照明补光； 高速 相机包括光学镜头组件和电子学 组件， 光学镜头 组件包括主镜头、 分光棱镜和N个物镜组， 外界光 线通过主镜头进入高速相机， 在分光棱镜处光线 进行反射， 然后光线分别进入N个物镜组， 所述电 子学组件包含N个子相机模块和1个主控模块， N 个子相机模块在所述主控模块的控制调度下工 作， 其中， N个物镜组与N个子相机模块一一对应。 本发明采用高精度时序控制方法， 实现对N个子 相机模块的调度， 从而控制N个子相机模块进行 拍摄， 进而实现高速摄影， 时序控制精度在ns量 级， 且能够避免因CMOS传感器自身帧频低的问 题。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115334219 A 2022.11.11 CN 115334219 A 1.一种基于主被动照明的高速摄影系统， 其特征在于， 包括高速相机和照明补光分系 统， 所述照明补光分系统用于为高速相机照明补光； 所述高速相机包括光学镜头组件和电子学组件， 所述光学镜头组件包括主镜头、 分光 棱镜和N个物镜组， 外界光线通过主镜头进入高速相机， 在分光棱镜处光线进行反射， 然后 光线分别进入N个物镜组， 所述电子学组件包含N个子相机模块和1个主控模块， N个子相机模块在所述主控模块 的控制调度下工作， 其中， N个物镜组与N个子相机模块 一一对应， 每个所述子相机模块包括1路CMOS图像探测器、 1路探测器配置电路、 1路第一LVDS接 口、 1路第一RS422接口、 1个第一FPGA芯片、 第一FPGA芯片内部的1个CMOS图像探测器控制逻 辑电路以及1个DDR3数据缓存模块， 光线在每个所述物镜组内进 过折射和透射后， 最后汇聚 到N个子相机模块的C MOS图像探测器上 形成清晰的图像， N≥2。 2.根据权利要求1所述的基于主被动照明的高速摄影系统， 其特征在于， 所述主控模块 包括第二FPGA芯片、 第二LVDS接口、 第三LVDS接口、 第二RS422接口、 第三RS422接口、 脉冲触 发接口、 启动拍摄接口、 外触发接口， 所述主控模块通过第三RS422接口接收外部触发信号 和指令信号， 同时将各个子相机模块内部的状态参数发送出去， 主控模块通过第二LVDS接 口接收来自N个子相机模块的图像数据， 同时将接收到的N个子相机模块的图像数据通过第 三LVDS接口发送出去， 固定频率的脉冲触发接口用来控制子相机模块的拍摄帧频， 主控模 块的外触发接口用于启动高速相机最后时刻的拍摄并进行最后时间段的图像数据存 储。 3.根据权利要求2所述的基于主被动照明的高速摄影系统， 其特征在于， 所述照明补光 分系统包含主动聚光照明和 被动散射照明， 主动聚光照明采用LED灯阵列将光线能量汇 聚 在成像区域， 被动散射照明利用漫反射的原理， 将光线能量 柔和的发散开。 4.根据权利要求3所述的基于主被动照明的高速摄影系统， 其特征在于， 对于主动聚光 照明， LED灯阵列采用恒流 驱动芯片， 采用恒流驱动的方式， 保证LED灯亮度均匀且长时间保 持亮度恒定 。 5.根据权利要求3所述的基于主被动照明的高速摄影系统， 其特征在于， 对于被动散射 照明， 采用漫反射板， 在漫反射板上喷涂漫反射材料KS白漆， 形成一层漫反射膜， 当主动照 明的光线照过来时， 会产生漫反射， 将光亮整理完毕。 6.根据权利要求2 ‑5任一项所述的基于主被动照明的高速摄影系统的高速摄影方法， 其特征在于， 主控模块第二FPGA芯片给N个子相机模块 发送高精度的时序控制 信号， 所述控 制信号精度在ns级别； N个子相机模块在高精度时序控制信号的控制下， 从而实现帧频为 fps＝N*M帧/秒的高速拍摄， 其中， 子相机模块的最高帧频M帧/秒， 主控模块通过时序控制信号控制N个子相机模块在短时间内完成轮流曝光， 主控模块 T1时刻向第一个子相机模块发送 时序控制信号后， 第一个子相机模块开始曝光， 待第一个 子相机模块曝光未完成或者数据读出未完成的时刻， 主控模块在T2时刻向第二个子相机模 块发送时序控制信号， 启动第二个子相机模块曝光， 依次到第N个子相机模块。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115334219 A 2基于主被动照明的高 速摄影系统及方 法 技术领域 [0001]本发明属于高速摄影成像技术领域， 具体来说是一种基于主被动照明的高速摄影 系统及方法。 背景技术 [0002]高速摄影主要用于拍摄高速运动的物体的瞬间画面， 呈现出人眼看不到的时刻瞬 间的画面。 国内高速相 机的研发还处在初步阶段， 商用的高性能高速相 机主要以国外公司 生产的为主。 目前， 国内CM OS图像传感器的研制和生产方兴未艾， 研制出一款不受探测器自 身性能限制的国产高速相 机及其补光照明设备， 实现高速相 机研制全面国产化， 提高我国 自主研制的高速相机和高速摄影系统在国际上的竞争力， 以及我国高速相机的自主化发展 具有重要意 义。 发明内容 [0003]本发明的目的在于提供一种制造成本低的基于主被动照明的高速摄影系统及方 法， 能够避免因C MOS传感器自身帧频低的问题。 [0004]为了实现上述目的， 本发明采用的技 术方案如下： [0005]一种基于主被动照明的高速摄影系统， 包括高速相机和照明补光分系统， 所述照 明补光分系统用于为高速相机照明补光； [0006]所述高速相机包括光学镜头组件和电子学组件， 所述光学镜头组件包括主镜头、 分光棱镜和N个物镜组， 外界光线通过主镜头进入高速相机， 在分光棱镜处光线进行反射， 然后光线分别进入N个物镜组， [0007]所述电子学组件包含N个子相机模块和1个主控模块， N个子相机模块在所述主控 模块的控制调度下工作， 其中， N个物镜组与N个子相机模块 一一对应， [0008]每个所述子相机模块包括1路CMOS图像探测器、 1路探测器配置电路、 1路第一LVDS 接口、 1路第一RS422接口、 1个第一FPGA芯片、 第一FPGA芯片内部的1个CMOS图像探测器控制 逻辑电路以及1个DDR3数据缓存模块， 光线在每个所述物镜组内进 过折射和透射后， 最后汇 聚到N个子相机模块的C MOS图像探测器上 形成清晰的图像， N≥2。 [0009]进一步地， 所述主控模块包括第二FPGA芯片、 第二LVDS接口、 第三LVDS接口、 第二 RS422接口、 第三RS422接口、 脉冲触发接口、 启动拍摄接口、 外触发接口， 所述主控模块通过 第三RS422接口接收外部触发信号和指令信号， 同时将各个子相机模块内部的状态参数发 送出去， 主控模块通过第二LVDS 接口接收来自N个子相机模块的图像数据， 同时将接收到的 N个子相机模块的图像数据通过第三LVDS接口发送出去， 固定频率的脉冲触发接口用来控 制子相机模块的拍摄帧频， 主控模块的外触发接口用于启动高速相机最后时刻的拍摄并进 行最后时间段的图像数据存 储。 [0010]进一步地， 所述照明补光分系统包含主动聚光照明和被动散射照明， 主动聚光照 明采用LED灯阵列将光线能量汇聚在成像区域， 被动散射照明利用漫反射的原理， 将光线能说　明　书 1/4 页 3 CN 115334219 A 3