（控制理论与控制工程专业论文）车载式三维信息快速采集及数据处理系统.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 f 车载式三维信息快速采集及数据处理系统是通过在汽车上安装三维信息采 集设备( 线阵数码相机面阵数码相机，g p s ，激光测距仪) ，在行驶过程中完成 对路面桥梁，路牌、标志及道路两边街景的三维信息采集，并在后期对采集来 的数据进行处理，最终实现3 d 车载导航电子地图和城市三维精确建模所需数据 的要求。目前，空对地观测已经发展有机载和星载的高分辨率、高光谱和雷达观 测技术，但仍未解决城市高层建筑遮挡区、高层建筑物立面，以及城市和众多工 程建设所需的高速度的三维测量问题。本课题作为空对地观测技术的一种必要的 技术补充，主要研究新近发展的多种传感器的集成技术，从地面快速采集城市环 境及各种工程目标的三维信息，以满足当前“数字城市”的需要主要研究内容 包括： 高精度时间同步控制器的设计与实现 车载式三维信息快速采集系统综合了多种先进的数据采集设备，要完成 最终的“数字城市”三维景观模型的建立，需要各种数据采集设备采集到的 数据之间具有相对时间的高度同步性。根据系统在运行中的实际要求，通过 软件编程内部保证了精确的数据采集触发脉冲控制时钟，最终实现了不同采 集设备所采集数据之间的高精度时间同步性控制，运行效果良好。 激光扫描仪高速数据采集系统的设计与实现 为了满足实际高速数据采集的需要，通过对m 0 x a 公司的高速串口卡进 行改造，并结合实际情况利用多线程技术、双缓冲机制编制了与高速串口卡 相配套的数据采集软件，很好的解决了激光扫描仪高速数据采集的问题。 基于移动坐标框架的多传感器数据采集系统的构建 车载式三维信息快速采集系统综合了线阵c c d 数码相机、面阵c c o 数码 相机、激光扫描仪、g p s 、三维倾角仪等多种数据采集设备，各种设备通过 时间同步控制器协同工作，构建成移动坐标框架，与采用静态图像采集而后 进行计算机三维建模方法相比，具有更高的工作效率和更加方便的数据更新 手段。 真实“数字城市”三维场景再现 总体来说，车载式三维信息快速采集及数据处理系统的构思不同于国内 其他类似项目，完全抛弃了只是用电脑建模实现三维虚拟景观的思想，利用 本系统所建立的三维场景，是真j 下意义上的“数字城市”，是对城市道路交 通、人文景观的真实再现，建模用的数据完全来自于城市的真实场景，摆脱 了以往完全利用电脑建模而形成的千篇一律的城市模型，在国内处于领先的 地位。 本课题将激光扫描仪( l a s e rs c a n n e r ，l s ) 、全球卫星定位系统( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 、c c d 相机集成于一体，并开发多源信息复合处理 软件，使之构成综合、完善、灵活的工程实用系统。 关键词：数字城市；信息采集；数据处理；三维建模 山东大学硕士学位论文 仰s t r a c t a c q u i s i t i o no fs p a t i a ld a t aw i t hh i g hs p e e di sak e yt e c h n o l o g yo f d i g i t a lc i t ye n g i n e e r i n g t h ev e h i c l e b o r n e3 di n f o r m a t i o na c q u i s i t i o n s y s t e mw i t ht h ec h a r a c t e r so fs e l f c o n t r o l l e da n dm o b i l ef r a m e w o r ko f g e o g r a p h i c a lc o o r d i n a t e i si n v e s t i g a t e da n dr e l a t i v ed a t ap r o c e s s i n g s o f t w a r ei sd e v e l o p e d t h em a i nr e s e a r c h e dc o n t e n t si n c l u d e ： h i g hp r e c i s i o ns y n c h r o c y c l o t r o no ft i m ec o n t r o l w ep r e s e n tt h ec c dc a m e r as y n c h r o n i z a t i o nc o n t r o ld e v i c eb a s e d o ng p s a n db o t ht h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g nm e t h o do ft h ec o n t r o l d e v i c ei se x p o u n d e di nt h i sp a p e r e s p e c i a l l yf o rt h eh i g hd e g r e eo f a c c u r a c yp r e c i s i o nc l o c k a c q u i s i t i o no fl m s ss p a t i a ld a t aw i t hh i g hs p e e d t h es y s t e mi san e c e s s a r ys u p p l e m e n tt ot h et e c h n o l o g yo fa i r b o r n e e a r t ho b s e r v a t i o n ，i nw h i c ht h ei n f o r m a t i o na c q u i s i t i o no fs h a d e b l o c ka n df a c eo fh i g h b u i i d i n ga n dc o m p l i c a t e ds t r u c t u r eo ft i e r b u i i d i n g ，a n dt h ep r o b l e m so f3 ds p e e d ys u r v e y i n go fc i t ya n d q u a n t i t i e so fe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i n ga r et ob es o l v e d t h ec o n s t r u c to fi n t e g r a t e dm u l t i - s e n s o r s t h es y s t e mi n t e g r a t e dm u l t i s e n s o r sw h i c hc a na c h i e v et h e c o l l e c t i o no fm u l t i o r i g i n a ld a t ao f ft h er e a l t i m ei n c l u d i n gg p s p o s i t i o n i n g ，l a s e r s c a n n i n gd i s t a n c ea n d c c di m a g e s i nt h es o f t w a r e w e d e v e l o p e d ，p o s t p r o c e s s i n g o fg p s d a t aw h i c hp r o v i d e st h e g e o g r a p h i c a lp o s i t i o n ，s p e e do fv e h i c l e ，t h e c o o r d i n a t e sa n d a t t i t u d e so fs e n s o r s p o s t p r o c e s s i n gl a s e r s c a n n i n gd a t aw h i c h s u p p l yt h er a n g ，h e i g h t ，w i d t ho ft h eb u i i d i n g s ，p o s t p r o c e s s i n gt h e i m a g ed a t a o fc c dw h i c ho f f e r sa d j u s t e do b j e c t st e x t u r e ，a n d r e c o n s t r u c t i o no f3 dm o d e la r ea c h i e v e d t h er e a l “d i g i t a lc i t y ” t h e r ei sa l lu r g e n tn e e dt ou s em o d e r nc o m p u t e rt e c h n o l o g yf o r a i d e dp l a n n i n ga n dd e s i g ni nc i t yp l a n n i n ga n da r c h i t e c t u r ed e s i g n h o w e v e r ，t h eb a s i sf o rc o m p u t e ra i d e dp l a n n i n ga n dd e s i g n i s e s t a b l i s h i n gt h e3 dd i g i t a ll a n d s c a p em o d e lo ft h eb u i i t u pa r e ao f c i t y t oa c c o m p l i s ht h a t ，w en e e dt od i g i t i z et h ec i t yl a n d f o r m sa n de v e r y k i n do fa r t i f i c i a la r c h i t e c t u r e si n c l u d i n gr o a d s 。h o u s e ，g a r d e n s ，a n ds o o n 。t h e nr e p r e s e n tt h e mi nt h ef o r mo f3 dv i r t u a lr e a l i t y f i r s tt h eb a s i c p r i n c i p l e so ft h e3 dc y b e rc i t yi n f o r m a t i o ns y s t e ma r ed i s c u s s e d t h e n ， t h em o d e li n gt e c h n o l o g y a n dm e t h o d o l o g yf o rv a r i o u sl a n d f o r m sa n d f e a t u r e sa r ei n t r o d u c e da n dd i s c u s s e d f i n a l l y ，b e i j i n gc i t yi su s e da s a ne x a m p l et oi n t r o d u c et h ee s t a b li s h e d3 dl a n d s c a p em o d e l k e yw o r d s ：d i g i t a lc i t y ；a c q u i r e m e n to fi n f o r m a t i o n ； d i s p o s i n gd a t a ；3 dm o d e l i n g 原创性声明 f 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 !行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：益垂益日期：如互：1 5 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 。 论文作者签名：耋：垂焘导师签期：生么 山东大学硕士学位论文 车载式三维信息快速采集及数据处理系统 刖吾 “数字城市”是我国城市信息化发展的必然趋势 在城市建设不断发展的背景下，随着信息技术和i n t e r n e t 的广泛应用，对于 城市规划，建设、管理而言，传统的平面图形因为不能提供直观而又有效的必要 信息，己不能满足我们对于城市规划及管理的需要三维城市模型 ( 3 - d i m e n s i o n a lc i t ym o d e l ，3 d c 的是关于城市地形及地物描述三维计算机模型 3 d c m 尤其是镶嵌有影像纹理的真实感三维模型的建立，使得对于城市景观现状 和规划设计的描述摆脱了常规的基于二维地图( 平面图) 和三维实物模型的表达 方式代之以计算机辅助的三维表达方式，决策者、设计者和市民、用户对于城市 景观的现状和规划设计的蓝图有着直观的三维效果印象，更符合人们的视觉习惯 3 0 c m 和虚拟现实( v r ) 的结合是数码城市( d i g i t a lc i t y ) 的重要组成部分，在万维 网w w w 上描绘城市规划。使得普通市民可参与建筑物的设计规划和景观评估，并 可以通过虚拟城市景观获得真实的城市信息 数字三维城市景观系统就是综合运用虚拟现实技术( v r ) 、计算机三维图形学 技术、地理信息技术( g i s ) 技术和数据库技术等来实现城市仿真，建立实时交 互的虚拟城市景观。 图1数字城市系统架构 山东大学硕士学位论文 由数字城市系统架构可以很清楚的看出，数字三维信息快速采集和数掘处理 是数字城市的关键技术。城市空间信息即系统架构中的模型数据与纹理数据的获 取、管理和更新是数字城市的基础工程。8 0 以上的城市信息资源与空间位置相 关，城市空日j 信息是城市信息资源的主体核心。城市空间信息具有位置性、多维 性和时序性，它是城市生产生活中连接各种其他信息、形成在空间和时间上连续 分布的综合信息的基础，是解决人口、资源、环境、和灾害等重大社会持续发展 面临的问题的基本信息资源。城市空间信息的位置性、多维性和时序性，决定了 城市空问数据应具有一定的位置精度、时间精度以及完整的空间坐标和描述形式 【l i 】 ， 目前，空对地观测已经发展有机载和星载的高分辨率、高光谱和雷达观测技 术，但仍未解决城市高层建筑遮挡区、高层建筑物立面，以及城市和众多工程建 设所需的高速度的三维测量问题。本课题作为空对地观测技术的一种必要的技术 补充，主要研究新近发展的多种传感器的集成技术，从地面快速采集城市环境及 各种工程目标的三维信息，以满足当前“数字城市”的需要“ 本课题将激光扫描仪( l a s e rs c a n n e r ，l s ) 、全球卫星定位系统( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 、c c d 相机集成于一体，并开发多源信息复合处理软 件，使之构成综合、完善、灵活的工程实用系统，并具备应用需求的多项基本功 能。系统集成了新近发展的多种传感器，可以实时的完成载体的g p s 定位数据、 建筑物的激光扫描数据以及c c d 影像数据的采集。相应的数据处理系统具有如下 功能：进行数字城市三维信息数据结构的设计和一体化数据库管理；后处理g p s 数据，完成g p s 原始数据的格式转换和本地坐标转换，提供传感器的坐标和方位； 后处理激光扫描数据，提供建筑物、路面标志的距离、高度或宽度乃至特征线。 利用最终处理所得的实际采集建筑物几何数据和数码相机拍摄的立面影像 纹理数据，通过v c + + 调用0 p e n g l 图形库编程，最终建立具有影像纹理和高度 真实感的三维城市景观模型。 山东大学硕士学位论文 第一章车载式三维信息快速采集及数据处理系统设计综述 移动测绘系统是一种高度集成化、自动化的数据获取方式。是建立3 d c m 最 具有发展潜力的一种数掘获取手段。它不仅可用于3 d c m 的构建，而且可用于自 动车辆导航，建筑物的测绘，道路网的测绘，交通信号的管理，监测车辆行驶速 度和停车场违规现象，高速公路路面测绘等。此外，由于移动测绘系统能在较短 的时日j 内重复测绘各类对象，因而可成为更新g i s 空间数掘库的重要手段。车载 式三维信息快速采集系统集成了新近发展的多种传感器，可以实时的完成载体的 g p s 定位数据、建筑物的激光扫描数据以及c c d 影像数据的采集。是自主研发的 先进的移动测绘系统。 在多种传感器集成的车载移动测绘系统中，g p s 实时提供平台的运动轨迹与 方位参数，数码相机c c d 以人工设置的各种参数连续进行摄像，扫描仪l s 按其 自有的频率实施扫描，以获得目标与扫描仪的相对关系。由于多种传感器安置在 车上的不同位置，参考坐标系统不同，各传感器采集的数据描述复杂，数据的采 样| 日j 隔也不一样，因此需要数据处理系统对各种数据进行匹配与整合。车载式三 维信息数据处理系统包括数据采集过程中的实时数据管理和后期g p s 、扫描仪和 影像数据处理。 1 1车载式三维信息快速采集系统 车载式三维信息快速采集系统是通过在汽车上安装三维图像采集设备( 线阵 数码相机面阵数码相机g p s 激光测距仪) ，在行驶过程中完成对路面高架 桥路牌信号灯及道路两边街景的包含三维信息的图像采集。系统硬件构成如 图1 1 所示。 图1 1车载数字三维信息快速采集系统组成示意图 山东大学硕士学位论文 系统作业示意框图如图1 2 所示。 1 ：m o x a 可编程r s - - 4 2 2 串口卡； 2 ：杭州超亿数码公司6 0 0 万像素c c d 面阵像机配套图像采集卡； 3 ：m a t r o x a 高性能图像采集卡： ” r s 一2 3 2 串口连接 图1 2 系统作业示意框图 如图1 1 所示，系统以汽车为载体，车内紧靠驾驶室设有较为宽敞的工作台， 其上安装有以车载离性能台式计算机和液晶显示器为主的控制系统。汽车后部丌 有天窗，并装有剪叉式液压升降台，稳定平台簧于升降台之上。传感器稳定平台 是项目组从长春光机电研究所定做的三维伺服稳定平台，其稳定性由其自身控制 电路完成，并以5 0 h z 的频率输出姿态角：将稳定平台安装到车载升降台上面， 并实时采集姿态角数据进行存储。稳定平台技术指标如表1 1 所示，机械装置图 如图1 3 所示。 山东大学硕士学位论文 性能技术指标 平台负载能力2 0k g 平台尺寸5 0 0 幸5 0 0 宰3 0 0 姗 适应车速 1 5 0k m h 转向速度3 0 。s 转向加速度 4 0 。s 2 横倾角控制范围2 5 。 频率响应 1 0h z 俯仰角控制范围2 0 。 水平稳定精度3 。( 相对于水平面) 环境适应性车载环境 表1 1 稳定平台技术指标 图1 3 稳定平台机械装置图 当工作时升降台从天窗中伸出，线阵，面阵数码相机、g p s 、k s 安装在稳定 平台的相应位置。如图1 2 所示。由一台车载g p s 接收机和一台基站接收机构成 g p s 差分系统，按照一定的采样频率接收信号，为l s 和数码相机提供定位和定 向数据。l s 与行驶方向成固定角度( 角度可调) 做二维扫描，以汽车运动方向 作为运动维，构成三维扫描系统。扫描数据经过后处理，用以提取相对建筑物的 摄影距离、高度和宽度乃至特征线。数码相机提供道路两侧及汽车行驶方向的数 字影像，经校j 下后形成城市三维建模所需的纹理。稳定平台提供某一时刻的姿态 角数掘，用于数据后处理中的姿态矫正而自行设计的时间同步控制器则用于各 个设备之间采样频率的同步，并通过对g p s 起始工作时间的打标记录，最终获得 jo ：r 山东大学硕士学位论文 整个系统各个设备之问统一的相对数掘采集时间。 1 1 ig p s 接收机 本系统所采用的g p s 为n o v a t e ld l 一4 型双频高精度、高数掘刷新率g p s ，该 g p s 数据可直接存在自带的c f 存储卡上或通过串口输出到计算机中进行存储。 其基本特性如表1 2 所示。 单点： l l 1 8 mc e p ( s ao f f g d o p 2 ) l 2 l - 5 mc e p ( s ao f f g d o p = m a x m i s s i o n d a y s ) ； ) l s = ( ( ”峰n u l l ) ( ! d i s a b l e d e l e g a t e s ) ) ； t h e t a r g e t a c c u m u l a t o r v a l u e f o r t h i sc y c l e ： n = d a t e t i m e u t c n o w t i c k s + c u r r e n t o f f s e t ； d e t e r m i n et h ec o r r e c t i o nt oa p p l yi f w ea r cs y n c h r o n i s i n g ： c = t a r g e t o f f s e t c u r r e n t o f f s e t ； i r c c f - o i f ( c m a x a d j u s t 、c = m a x a d j u s t ； i f ( c r e s u m e t h r e a d 0 ； ) e l s e ， c l o s e h a n d l e ( mh c o m ) ； r c t u mf a l s e ； r e t u mt r u e ； ( 2 ) 串口监视线程 专门用来监视串口的输出，当达到要求的消息响应值时，发 晰- c 0 删n 0 r r i f y 消息。下面是部分程序代码。 u i n tc o m m p r o c ( l p v o i d p p a r a m ) o v e r l a p p e d o s ； d w o r dd w m a s kd w t r a n s ； c o m s t a t c o m s t a t ； d w o r d d w e r r o r f l a g s ； c t t y d o c d o c = ( c 兀y d o c ) p p a r a m ； m e m s e t ( & o s ，0 ，s i z e o f ( o v e r l a p p e d ) ) ； o s h e v e n t = c r e a t e e v e n t ( n u l l ，t r u e ，f a l s e ，n u l l ) ； i f ( o s h e v 蜘卢= n u l l l a f x m e s s a g e b o x ( ”c a n tc r e a t ee v e n to b j e c t ! ”) ； r c t u m ( u i n t ) - l ； w h i l e ( p d o c - m _ b c o n n e c t e d ) c l e a r c o m m e r r o r ( p d o c - m _ h c o m ，& d w e r r o r f l a g s ，& c o m s t a t ) ； i f ( c o m s t a t c b l n q u 础求的消息响应值1 无限等待w m - c o m m n o t i f y 消息被处理完 w a i t f o r s i n g l e o b j e c t ( p d o c - m _ h p o s t m s g e v e n t i n f i n i t e ) ； r e s e t e v e n t ( p d o c - m _ h p o s t m s g e v e n t ) ； 通知视图 p o s t m e s s a g e ( p d o c - mh t e r m w n d ，w m _ c o m m n o t i f y ，e vr x c h a r ，0 ) ； 山东大学硕士学位论文 c o n t i n u e ； ( 3 ) 读线程 响应o n c o m m n o t i f y 消息，完成串口中的数据读取。下面是部分程序 代码。 l r e s u l tc t t y v i e w ：o n c o m m n o t i f y ( w p a r a mw p a r a m ，l p a r a mi p a r 锄) f c s i c k d l ds i c k d l g ； c h a rb u f m a x b l o c k + 2 0 0 ； c s t r i n gs w , i n tn l e g t h ，n t e x t l e n g t h ； c t t y d o c p d o c - - g e t d o c u m e n t 0 ； ，是否是e vr x c h a r 事件? i f ( ! p d o c - m _ b c o n n e c t e dh ( w p a r a m & e v _ r x c h a r ) ! = e vr x c h a r ) ，允许发送下一个w m _ c o m m n o t i f y 消息 s e t e v e n t ( p d o e - m _ h p o s t m s g e v e n t ) ； r e t u m0 l ； 读取串口数据 n l e n g t h = p d o c - r e a d c o m m ( b u f , 2 1 9 6 ) ； i f ( n l e n g t h ) s t r + = - b u f i ； 2 2 3 激光扫描仪高速数据传输程序运行结果 多线程技术能很好地解决各种逻辑并发和物理并发问题，使软件的各项 性能指标均有所改善，如吞吐量，计算速度、响应时间等，提高了软件的执 行效率和系统资源的利用率，同时也大大提高了程序的可读性和稳定性。 程序运行界面如图2 6 所示。 山东大学硕士学位论文 图2 6 激光扫描仪操作界面 利用多线程技术，解决了高速串口数据采集软件编程中遇到的问题，运 行结果良好。 2 3 车载式三维信息快速采集系统线阵c c d 数码相机高速数据传输的 设计与实现 2 3 i 线阵c c d 数码相机高速数据传输系统结构 车载数字三维信息快速采集系统线阵c c d 数码相机使用的是n e d 公司的 7 5 0 0 像素彩色线阵c c d 数码相机n u c l - 7 5 0 0 d ，其外形尺寸如图2 7 所示。 山东大学硕士学位论文 在系统中的数据传输及电气连接如图2 8 所示 ，、 缸睁一 p p _ c - p c # l p 总 _缈 。ll 。 = 叫 f pj 士 k j 图2 8 线阵c c d 数码相机数据传输及电气连接图 2 3 2 线阵c c d 数码相机工作原理 该线阵数码相机的曝光时间控制与触发脉冲的间隔( 由时间同步控 制器接收上位机指令调节) 对于成像质量的好坏至关重要。其工作原理 如图2 9 所示。“、 雏薯鹾鞫盈 i 。蝌1 门门厂嚣宅产瞄一门门几厂 搿丁一鼍r l 鹦。一i：- ： ；： 。，一二一、嬲鬣。 u 一。、一一爱毫= ：嚣 图2 9 线阵c c d 数码相机工作原理图 由上述成像原理图易知，脉冲触发间隔与曝光时问息息相关，否则 无法成像。 2 3 3 线阵c c d 数码相机车载试验 完成相机数据传输及电气连接之后，并通过研究数码相机的工作 原理，按照如下步骤完成线阵c c d 数码相机车载试验。 山东大学硕士学位论文 c c 。妖j l 装配高度 ( 1 ) 由稳定平台装配尺寸推导线阵相机拍摄范围 线阵相机拍摄范围的公式推导： 卜 设：l i = c c d 长度f - 焦距d = 物距l 2 = 物长 由成像公式可得： 设：a = m i n ( 相机俯仰角范围) h = 装配高度 由三角形公式可得： 由( 1 ) 。( 2 ) 可得： l 2 = ( ( h s i n ( a ) ) f ) 宰l i( 3 ) 由上述推导公式并代入如下所示稳定平台的装配尺寸，便可 推导出线阵相机的拍摄范围。 稳定平台、升降台装配尺寸： 山东大学硕士学位论文 h e i g h tl i m i t ( h e i g h t1 1 ) l i l 1 i m a g e ) ： e n t e r c r i t i c a l s e c t i o n ( m _ c s i m a g e b u f e m p t y ) ： ml l m a g e b u f e m p t y d d t a i l ( i m a g e b u f ) ： l e a v e c r i t i c a l s e c t i o n ( m _ c s l m a g e b u f e m p t y ) ： ：p o s t m e s s a g e ( m _ h d l g ，w m e r r o 聊s g ( w p a r a m ) n u l l 。 ( l p , 删t m ) n oe m p t ys a v eb u f ) ： l l b s t o p = t r u e ； m - t i m e s a v e2t i m e g e t t i m e 0 一t i m e ； t i m e e n d p e r i o d ( 1 ) ： r e t u r n0 ： ( 3 ) 线阵c c d 数码相机实验中参数调节 由前面的详细描述可以知道，线阵c c d 数码相机的成像是由时间 同步触发脉冲间隔控制，相机曝光时间控制和图像采集软件三者互相 配合、协同工作来完成的。通过上位机即车载中央控制计算机调节线 阵相机的触发脉冲周期，根据不同的天气条件，由数据采集卡自身的 调节程序，设定线阵相机的曝光时间，通过预览和最终存储程序，完 成图像数据的采集。 线阵c c d 数码相机曝光时间的调节如图2 1 2 所示。 山东大学硕士学位论文 篓要曼j 刭 跏c s l 乒d l o ，r “一l c - 材 r i l dn c k d i c i t 1s 扣c k r e 。 ih h s l 乒d s 篮s i n d i i - t l l h “t l m i m l 靠d i l o d j l i - 盯i l t ”2 l0 ，t i 蚰s l ，： t r i u 口1 4 f o 一 舀础目i 鬲1 f 一- t 厨1 r 1 i ；：= 乏汽习 r c t i n 世l t i 啦扛cid k h t i 监髓 lm v 百广l 啊 l 神口，口 l ： d i r i 酊似 i “d o c k h 坼i 蛐_ c ， f 西丽 万磁斌面丽菇万oo 图2 1 2 线阵c c d 数码相机曝光时间调节 通过图中箭头标志所示，来改变相机的曝光时间。 还可以通过如图2 1 3 所示完成成像比例的调节，获得最满意的 图像大小。 图2 1 3 线阵c c d 数码相机成像比例调节 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 线阵c c d 数码相机车载试验中拍摄实例 通过以上步骤，完成线阵相机的图像采集，得到汽车行驶j 下 村方的标志、桥梁、路牌、信号灯等图像信息 车载试验拍摄图片实例 这是采集到的最原始的图像，要提取最终纹理或有价值的图 像信息还需要对图像作进一步处理。 山东大学硕士学位论文 2 4 车载式三维信息快速采集系统面阵c c d 数码相机高速数据传输的 设计与实现 2 4 1 面阵c c d 数码相机高速数据传输系统结构 四台面阵c c d 数码相机的数据传输及电气连接如图2 1 4 所示。 图2 1 4 面阵c c d 数码相机数据传输及电气连接图 每台相机都有一块与自身编号相匹配的数据采集卡，在车载系统中，共 需要两台相机来完成相应的图像采集工作。该相机的数据传输采用基于 i e e e 一1 3 9 4 标准传输线的自定义协议，传输率不小于1 8 m b ；数据采集利用该 相机专用的采集卡实现，为p c i 接口，以d m a 方式完成硬盘的存取。 快门设计连续拍摄时间间隔最小为2 s ，其触发是通过专用的控制箱实 现，控制箱所需电源为d c1 2 v ，接口为串行接口；其实现控制的基本过程是 控制箱接收来自p c 机的拍摄控制字( 8 位二进制数字，数字表示快门开启的 时间的倒数) ，再由控制器向四台相机同时发出快门触发脉冲，依次完成快 门打丌、传感器积分开始以及数掘传输等工作，以实现四台相机的同步拍摄 与数掘传输。相机的快门控制以及积分控制时序图如2 1 5 所示。 积分脉冲r 快门时序， c c d 青t 岩，t 时期 一恢n r r 开时期。卜 图2 1 5 面阵c c d 数码相机快门时序图 山东大学硕士学位论文 3 | 2 4 2 砸阵c c o 数码相机高速数据传输存储设计 由于该相机一幅图片的大小约为3 6 m b ( 无压缩) ，因此，采用两台相机 同时拍摄图片的数据为7 2 m b ；若采取每2 s 拍一张的极限存储策略，则每秒 需要存储的数据量为3 6 b i b ( 无压缩) u l t r aa t a 6 6 的接1 3 速度是6 6 m b i t s ，而制约硬盘速度的一个重要 的参数就是硬盘内部数据的传输速度。即使硬盘的接口传输速率能达到 6 6 m b i t s ，如果它的内部传输率达不到这个数字的话。那么实际的传输速 度仍然是由较低的内部传输率决定。例如：i b m 的d e s k s t a r 2 2 g x p ( 转速 7 2 0 0 r m i n ，2 m b i t 缓存，支持u l t r aa t a 6 6 ) 系列硬盘内部传输率最大 也不过为1 7 9 m b i t s ( 而且还是连续读取时的理想值) 如果再考虑磁头的 换道时间等因素，那么这个传输率还要降低。采用拷贝文件的方式对本系统 所用的硬盘进行了速度测试，由于实际使用中对单个特大文件拷贝几率小， 故特地选用了5m b 的小文件，总共2 0 0 个，总容量为l g 。拷贝