[发明专利]一种基于多线程的多目视觉相机同步采集方法

说明书

本发明属于视觉测量的技术领域，具体涉及一种基于多线程的多目视觉相机同步采集方法，其包括加载环境、多相机单一图像同步采集或多相机连续图像同步采集、以及线程回收以及资源的释放等步骤。本发明多相机的同步采集方法同时兼顾软触发成本低和硬触发同步延迟低、稳定的优点。本发明多相机的同步采集方法开发周期短，能有效且快速的投入生成，具有较好的兼容性。本发明采用了多线程技术，程序响应速度快，高效的利用处理器，节约资源的开销。

技术领域

本发明属于视觉测量的技术领域，具体涉及一种基于多线程的多目视觉相机同步采集方法。

背景技术

随着工业相机和计算机科学的飞速发展，三维视觉测量技术以其高效率、高精度等优势在测量领域的到迅速发展。多目立体视觉技术作为实现三维精密测量的首选，被广泛应用于先进制造、现代农业、智能交通、航空航天等领域，如无人机避障，无人机通过双目视觉相机进行图像的采集并计算两张图像的视差，从而重建三维环境，达到躲避障碍的目的。随着相关技术的发展，测量要求也逐渐提高。

为了满足测量的要求，需要采用多台相机同步采集图像，多相机的同步采集包括软同步触发和硬件同步触发两种，软件同步触发是通过触发命令控制多台相机同步采集，这种同步触发方式会因为程序的串行以及触发信号不同线路之间的延迟造成触发难以同步。硬件同步是通过在触发主控制器与相机之间连接硬件同步芯片，通过控制器实现多相机间的同步触发。这种方式的同步触发精度较高，受外部因素影响较小，但是成本较高，不适合应用于同步延迟要求不高且预算较低的场景。

一些研究机构和大学也从事了大量这方面的研究工作，其中包括宁夏大学的汤全武等人针对马铃薯同台分级系统中的图像同步采集问题，提出了基于千兆以太网的三目相机同步采集方法^[1]；上海铁路局科研所的聂海丽提出一个基于Camera Link的双相机高速采集系统，来解决铁路的现场检测^[2]；华南理工大学的温小艳设计了基于FPGA双目视觉同步采集系统，解决了手术导航系统中的两相机不同步的问题^[3]；国防科学技术大学姜广文等设计了一种多相机外触发的方式，采用USB2.0接口传输图像数据，相机在同步控制软件作用下，实现多个相机同步采集处理系统^[4]。但是上述方法均有一定的局限性，如基于千兆以太网和基于Camera Link硬触发的同步采集的方法成本较高；基于FPGA的同步需要较长的开发周期；采用USB等传输方式不仅成本高且速度较慢，限制因素多。因此需要寻找一种低成本、速度快、开发周期短、同步延迟低的同步采集方法具有重要意义。

发明内容

本发明主要解决同时兼顾多相机同步采集成本与同步延迟的问题，提供一种基于多线程的多目视觉相机同步采集方法。本发明的目的是采用一种多任务并发的工作方式，让操作系统运用内存中内核空间在多处理系统中调度同一进程的多个线程并行执行，达到程序并行和信号并行触发，在低成本的前提下实现高精度的多相机同步采集。具体是指的采用多线程的堵塞模式并发调用SDK开发工具包中封装图像采集方法达到多相机连续图像同步采集。不同子进程并发向多目视觉相机发送图像捕捉指令的电信号，达到多相机对同一图像的同步采集。由于不同子线程不能在同一时间访问相同的公共资源，因此公共资源的合理利用将至关重要，本发明采用多线程之间的通信机制，采用互斥锁来控制对公共资源的原子性操作。以解决多相机的传输帧速率与接受帧速率不匹配所造成连续图像采集的鲁棒性低的问题，本发明采用生产者消费者的设计模式，在共享内存中定义一个循环队列结构，当作数据的缓冲区，达到连续图像的高效采集。为降低多相机采集单一图像的同步延迟，本发明将每一帧图像记录一个时间戳后入队循环队列，取帧的时候，计算一下当前时间，结合帧率，根据时间戳把不要的帧全部出队丢掉，只留下时间戳正确的帧分析以降低同步延迟。本发明提出的方法多相机同步采集成本低、同步延迟低，同时能有效降低整个程序的响应时间。

本发明的技术方案为：

一种基于多线程的多目视觉相机同步采集方法，其包括以下步骤：

步骤1：加载环境