多功能序列图像信息自动采集装置及方法
专利汇可以提供多功能序列图像信息自动采集装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了属于 机电一体化 的智能系统范围，特别涉及一种多功能序列图像信息自动采集装置及方法。所述序列图像信息自动采集装置包括可旋转 角 度 定位 的转动平台，可编程的摄像机，用于图像信息采集，一台用于控制、显示和存储的计算机。通过PCI插槽与转动平台连接，通过高速的USB2.0 控制器 与摄像机连接。其序列图像信息自动采集是从 电机 启动旋转开始，每转过一个设定的角度时，电机立即停止，摄像机启动抓拍功能，将这一角度的人脸图像拍摄并存储到计算机，之后电机自动重新启动，继续这一过程的循环，直到设定的转动次数完成为止。可广泛用于 计算机视觉 、 图像处理 、三维景物重建、信息安全等科学研究及各种实用场合。，下面是多功能序列图像信息自动采集装置及方法专利的具体信息内容。
1.一个多功能序列图像信息自动采集装置，其特征在于，所述序列图像信息 自动采集装置包括：
一个转动平台，由一台步进电机、一台电机驱动器、一块电机控制卡和一个 载人座椅组成，载人座椅上坐人，电机控制卡控制步进电机的旋转来定位角度；
一台可编程的摄像机，对摄像机进行编程控制，用于图像信息采集，在计算 机程序的控制下摄像机启动抓拍功能，拍摄图像；
一台计算机，计算机用于控制、显示和存储；计算机主频在1G以上，使用 windows xp操作系统，通过PCI插槽与转动平台连接，通过高速的USB2.0控制器 与摄像机连接。
2.根据权利要求1所述多功能序列图像信息自动采集装置，其特征在于，所 述步进电机为两相混合式步进电机。
3.根据权利要求1所述多功能序列图像信息自动采集装置，其特征在于，所 述旋转平台下面封装了电机控制卡、电机驱动器和电机，上面安装座椅。
4.一种多功能序列图像信息自动采集方法，其特征在于，所述多功能序列图 像信息自动采集方法的自动采集过程由系统软件进行程序控制：从电机启动旋转 开始，每转过一个设定的角度时，电机立即停止，摄像机启动抓拍功能，将这一 角度的人脸图像拍摄并存储到计算机，之后电机自动重新启动，继续这一过程的 循环，直到设定的转动次数完成为止，具体实施步骤为：
1)初始化电机控制卡和摄像机；
2)设定电机的转速、旋转角度、角度间隔时间及转动次数参数；并设定摄 像机采集图像的连动性参数；
3)启动电机并开启定时器，运行定时器，判断设定的转角是否完成；
4)完成转角，停止电机；
5)开启摄像机拍摄该角度人脸图像，存储图像；
6)判断角度间隔时间是否到点，若为是，重复步骤3、4、5；
7)判断转动次数是否完成，判断结果为否，重复步骤3、4、5；判断结果为 是，不再重新启动电机，关闭定时器，程序结束。
5.根据权利要求4所述多功能序列图像信息自动采集方法，其特征在于，所 述步进电机旋转角度是将电脉冲转化为角位移参数，即事先测定好每个脉冲使步 进电机转动的角度数，则通过程序界面设定参数来精确定位电机的旋转角度。
6.根据权利要求4所述多功能序列图像信息自动采集方法，其特征在于，所 述判断角度间隔时间是通过程序查询电机控制卡的位置寄存器内记录的电机转 过的角度数，当前数值是否与设定的角度间隔数值相等，由定时器完成查询操作。
7.根据权利要求4所述多功能序列图像信息自动采集方法，其特征在于，所 述摄像机采集图像的连动性参数包括分辨率、图像窗口、曝光及增益、拍摄速度。
8.根据权利要求4或7所述多功能序列图像信息自动采集装置，其特征在于， 所述摄像机对采集图像进行编程控制，其编程控制工作流程为1)开始申请资源， 初始化指定设备；2)参数设置：分辨率、图像窗口、曝光、增益；3)采集图象 到内存包括采集、停止、读取、存储/显示；4)拍摄结束，释放资源。
9.根据权利要求4所述多功能序列图像信息自动采集方法，其特征在于，所 述摄像机采集图像的连动性由两种方式实现：
一，判断设定的角度间隔是否完成，可以通过程序查询电机控制卡的位置寄 存器(记录着电机转过的角度数)当前数值是否与设定的数值(角度间隔)相等， 可以安排一个定时器完成查询操作；
二，或者步进电机采用间歇式运动控制机制，为了使电机每转过一个用户指 定角度后自动停止，再自动的重新启动，直到转够指定次数，需要完成下的工作：
A，用户能够随意设定的运动参数包括速度、加速度、转角、转动次数、转动 方向；
B.电机运动到指定的角度时自动通知程序，转动次数达到预定参数时自动反 馈参数给程序。
技术领域
本发明属于机电一体化的智能系统范围，特别涉及一种多功能序列图像信息 自动采集装置及方法。它可广泛用于有关计算机视觉、图像处理、三维景物重建、 信息安全等科学研究及各种实用场合。该装置是机电一体化的智能系统，在计算 机的控制下，具有友好的人机交互界面，在不同研究及应用中的信息采集条件可 在已有的精度范围内任意设置，序列图像的采集完全在已设置的技术条件下自动 完成。整套装置的硬件由机械伺服机构、快门可控摄像装置及计算机控制系统构 成，智能化控制系统由计算机软件实现。该装置是自行构思及发明的特殊装置，具 有较广泛的应用价值。
技术背景：
计算机视觉是以视觉处理理论为中心，属于人工智能范畴的一个新领域。它 也是以图像处理、模式识别、计算机技术和生理学心理学为基础的信息处理科学 中的一个重要分支。计算机视觉也是人工智能及机器人科学中颇为活跃的和卓有 成效的热门研究课题。
计算机视觉研究的目标有两个：
1)自动构造场景描述的图像理解系统，
2)理解人类视觉，以便有朝一日用机器代替人去做人类难以达到或根本无 法达到的工作。
这种过程可归结为从输入的一幅图像中提取景物信息，完成某些计算，在不 同阶段的理解过程引入相关的先验知识进行相关处理，从而完成景物的理解处理 过程。
获取视觉信息的主要方法有主动法和被动法两大类：其中，被动法是在自然 光条件下获得三维信息的方法。包括：体视法、阴影恢复形状法、由运动恢复形 状法、纹理恢复形状法和灰度体视法等。
运动序列图像分析法是依靠物体或摄像机运动时得到的多幅序列图像，通过 对三维运动参数的计算分析获取三维信息。在计算机视觉研究中受到极大重视， 已成为一个重要分支。总之，三维信息获取是计算机视觉研究的基础，也是目前 非常活跃的课题之一。无论在理论上还是实践上都有举足轻重的作用。
基于被动法视觉信息获取的需要，我们发明了多功能序列图像采集系统。查 阅相关资料与我们的多功能序列图像采集系统相同的装置尚未见有关报道。
下图是一篇论文中提到的人脸采集方法，该方法是在在被拍摄者周围安置多 个摄像机，通过计算机控制它们依次拍摄。其原理图如图1所示。这个采集系统 的硬件组成：
1)采集计算机(带1路采集卡、光盘刻录机)；
2)灯光控制电路1个，视频切换器1个；
3)摄像机13台，型号：松下1/3CCD；
4)灯具12个。
采集的时候自动依次从各摄像机视频抓取一帧图像，将所采图像和被拍摄人 的一些基本信息保存到数据库，并变成图片文件。这种方法有明显的不足之处：
该方法的一个明显的缺点是系统过于复杂，应用了13台摄像机，成本高，造 成浪费。再者这种方法在选择不同角度间隔的时候也不够灵活，比如要分别每隔 5度，10度，15度拍摄一组图像，就很难完成了。而且摄像机的间隔是人为布置 的，很难做到摄像机之间的角度间隔均匀。
发明内容
所述序列图像信息自动采集装置包括
一个转动平台，由一台步进电机、一台电机驱动器、一块电机控制卡和一个 载人座椅，载人座椅上坐人，可以进行旋转来定位角度；
一台可编程的摄像机，对摄像机进行编程控制，用于图像信息采集，在计算 机程序的控制下摄像机启动抓拍功能，拍摄图像；
一台计算机，计算机用于控制、显示和存储。
计算机主频在1G以上，通过PCI插槽与转动平台连接，通过高速的USB2.0控 制器与摄像机连接，使用windows xp操作系统。
所述步进电机为两相混合式步进电机，包括电机、电机驱动器和电机控制卡。
所述旋转平台下面封装了电机控制卡、电机驱动器和电机，上面安装座椅。
所述多功能序列图像信息自动采集方法，其序列图像信息自动采集过程由系 统软件进行程序控制：从电机启动旋转开始，每转过一个设定的角度时，电机立 即停止，摄像机启动抓拍功能，将这一角度的人脸图像拍摄并存储到计算机，之 后电机自动重新启动，继续这一过程的循环，直到设定的转动次数完成为止，具 体实施步骤为：
1)初始化电机控制卡和摄像机；
2)设定电机的转速、旋转角度、角度间隔时间及转动次数参数；并设定摄 像机采集图像的连动性参数；
3)启动电机并开启定时器，运行定时器，判断设定的转角是否完成；
4)完成转角，停止电机；
5)开启摄像机拍摄该角度人脸图像，存储图像；
6)判断角度间隔时间是否到点，若为是，重复步骤3、4、5；
7)判断转动次数是否完成，判断结果为否，重复步骤3、4、5；判断结果为 是，不再重新启动电机，关闭定时器，程序结束。
所述步进电机旋转角度是将电脉冲转化为角位移参数，即事先测定好每个脉 冲使步进电机转动的角度数，则通过程序界面设定参数来精确定位电机的旋转角 度。
所述判断角度间隔时间是通过程序查询电机控制卡的位置寄存器内记录的 电机转过的角度数，当前数值是否与设定的角度间隔数值相等，由定时器完成查 询操作。
所述摄像机采集图像的连动性参数包括分辨率、图像窗口、曝光及增益、拍 摄速度。
所述摄像机采集图像需要对可编程摄像机进行编程控制，其编程控制工作流 程为1)开始申请资源，初始化指定设备；2)参数设置：分辨率、图像窗口、曝 光、增益；3)采集图像到内存包括采集、停止、读取、存储/显示；4)拍摄结 束，释放资源。
本发明有益效果是多功能序列图像采集系统是基于计算机视觉的智能信息 采集装置。他可广泛用于有关计算机视觉、图像处理、三维景物重建、信息安全 等科学研究及各种实用场合该装置是机电一体化的智能系统，在计算机的控制 下，具有友好的人机交互界面，在不同研究及应用中的信息采集条件可在已有的 精度范围内任意设置，序列图像的采集完全在已设置的技术条件下自动完成。整 套装置的硬件由机械伺服机构、快门可控摄像装置及计算机控制系统构成，智能 化控制系统由计算机软件实现。该装置是自行构思及发明的特殊装置，具有较广 泛的应用价值。本装置的软件经过封装后形成标准的应用软件，在实用时，用户 可以按照安装导向的指导进行安装，方便而快捷。
附图说明
图1是现有技术序列图像采集装置示意图。
图2为本发明序列图像信息自动采集装置示意图。
图3为完成一次旋转拍摄序列图像任务程序流程图。
图4为可编程摄像机工作流程图。
图5为步进电机的梯形包络速度曲线图。
图6为复杂的梯形包络线速度曲线图。
具体实施方式
本发明主要包括如下内容：
1)系统整体构思；2)系统硬件设计及实现(包括机械之装置的设计，摄像 机构的设计，自动控制电路原理设计)；3)系统软件设计及实现。
所述序列图像信息自动采集装置(如图2所示)包括
一个转动平台，由一台步进电机、一台电机驱动器、一块电机控制卡和一个 载人座椅，载人座椅上坐人，可以进行旋转来定位角度；
一台可编程的摄像机，对摄像机进行编程控制，用于图像信息采集，在计算 机程序的控制下摄像机启动抓拍功能，拍摄图像；该摄像机为大恒图像公司生产 的DH-HV3102UC数字摄像机。
一台计算机，计算机用于控制、显示和存储。计算机主频在1G以上，通过PCI 插槽与转动平台连接，通过高速的USB2.0控制器与摄像机连接，使用windows xp 操作系统。
所述步进电机为两相混合式步进电机，包括电机、电机驱动器和电机控制卡。 均为定购部件或市场购买。
所述旋转平台下面封装了电机控制卡、电机驱动器和电机，上面安装座椅。
所述多功能序列图像信息自动采集方法，其序列图像信息自动采集过程由系 统软件进行程序控制(如图3所示)：从电机启动旋转开始，每转过一个设定的 角度时，电机立即停止，摄像机启动抓拍功能，将这一角度的人脸图像拍摄并存 储到计算机，之后电机自动重新启动，继续这一过程的循环，直到设定的转动次 数完成为止，具体实施步骤如为：
1)初始化电机控制卡和摄像机；
2)设定电机的转速、旋转角度、角度间隔时间及转动次数参数；并设定摄 像机采集图像的连动性参数；
3)启动电机并开启定时器，运行定时器，判断设定的转角是否完成；
4)完成转角，停止电机；
5)开启摄像机拍摄该角度人脸图像，存储图像；
6)判断角度间隔时间是否到点，若为是，重复步骤3、4、5；
7)判断转动次数是否完成，判断结果为否，重复步骤3、4、5；判断结果为 是，不再重新启动电机，关闭定时器，程序结束。
这个过程的控制是由计算机的程序完成的，系统的自动控制程序自行研制。 本系统的两个重点目标-角度的精确定位和图像采集的连动性具体实现如下：
1)旋转角度的精确定位是通过计算机程序对步进电机的精确控制实现。步进 电机是一个将电脉冲转化为角位移的设备，只要事先测定好每个脉冲使步进电机 转动的角度数，就可以通过程序界面设定参数来任意控制电机的旋转角度。
2)图像采集的连动性需要解决两个技术问题：一是判断设定的角度间隔是否 完成，可以通过程序查询电机控制卡的位置寄存器(记录着电机转过的角度数) 当前数值是否与设定的数值(角度间隔)相等，可以安排一个定时器完成查询操 作；或者步进电机采用间歇式运动控制机制，为了使电机每转过一个用户指定角 度后自动停止，再自动的重新启动，直到转够指定次数，需要完成下的工作：
A，用户能够随意设定运动参数(速度、加速度、转角、转动次数、转动方向)， 并将参数传给函数profile6030。
B.电机运动到指定的角度时自动通知程序。转动次数达到预定参数时自动反 馈参数给程序库。
二是在两次旋转的间隔时间内完成图像的拍摄和存储，需要对可编程摄像机 进行编程控制。可编程摄像机的控制工作流程(如图4所示)为1)开始申请资 源，初始化指定设备；2)参数设置：分辨率、图象窗口、曝光、增益；3)采集 图像到内存包括采集、停止、读取、存储/显示；4)拍摄结束，释放资源。5) 图像存储，将采集到的图像数据实时存储到计算机的内，同时，也可以利用位图 函数将图像显示在计算机的屏幕上。
下面对步进电机控制策略予以说明。
1)步进电机的梯形包络速度曲线(如图5所示)，图示为梯形包络线，它的 加减速值相等。该梯形的面积就是电机转动的距离(2000个步距角，不加缓冲 和细分的情况下)。由于步进电机所带负载有一定的机械惯性质量，速度不可能 立刻达到设定值，所以应有加减速阶段。在电机运行时，可随时改变梯形包络线 的参数，可走出更复杂的运动轨迹(如图6所示)。
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