一種無(wú)線音頻同步系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于運(yùn)動(dòng)影響分析領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)線音頻同步系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三維運(yùn)動(dòng)影像分析早已被廣泛使用在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研宄工作中了。在實(shí)際測(cè)量中，需要從兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同視角的攝像機(jī)的圖像中測(cè)量出被測(cè)物體的二維坐標(biāo)，然后用直接線性轉(zhuǎn)換(DLT)的方法重建三維運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，即使用DLT將從多臺(tái)攝像機(jī)得到的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)。在三維運(yùn)動(dòng)影像的測(cè)量過(guò)程中，保證測(cè)量精度、控制誤差是非常重要的。在實(shí)際測(cè)試中，有兩部份工作對(duì)提高精度、減少誤差是起關(guān)鍵作用的，即:
[0003](I)時(shí)間同步:不同拍攝角度的運(yùn)動(dòng)圖像在時(shí)間上是同步的；
[0004](2)空間標(biāo)定:獲得準(zhǔn)確的圖像與實(shí)際空間在數(shù)學(xué)上的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0005]通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外目前在使用多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行三維錄像解析的同步方法進(jìn)行了解和總結(jié)，主要分為以下方法:
[0006](I)同步采集:
[0007]同步采集是將具有同步功能的攝像機(jī)(如:工業(yè)攝像機(jī)、專用攝像機(jī)及一些專業(yè)攝像機(jī))連接起來(lái)，以其中一臺(tái)攝像機(jī)為主，同步控制其余的攝像機(jī)采集圖像采集，實(shí)現(xiàn)不同攝像機(jī)所采集圖像之間的同步，這種同步方法具有很高的同步精度(由系統(tǒng)硬件實(shí)時(shí)控制，通常精度可達(dá)微秒量級(jí))。
[0008]通常同步采集在測(cè)試中所使用的攝像機(jī)必須同步，以確保各攝像機(jī)所記錄的圖像之間沒(méi)有時(shí)間差，這樣在使用DLT將從多臺(tái)攝像機(jī)所拍攝圖像中分別獲得的二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維空間坐標(biāo)時(shí)，避免時(shí)間差引起的測(cè)量誤差。但在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)同步攝像機(jī)有許多困難，首先是需要攝像機(jī)具有同步功能，然后需要許多長(zhǎng)電纜連接攝像機(jī)。然而目前在國(guó)內(nèi)大量使用的普通便攜手持?jǐn)z像機(jī)不具備同步功能，即便使用帶同步功能的攝像機(jī)，在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)(通常為比賽或訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng))鋪設(shè)很長(zhǎng)的同步電纜線(有時(shí)甚至需要穿越跑道)也是不現(xiàn)實(shí)的。
[0009](2)非同步采集:
[0010]使用不具備同步功能的普通便攜手持?jǐn)z像機(jī)，也就是不同步的攝像機(jī)捕捉運(yùn)動(dòng)圖像以進(jìn)行DLT三維運(yùn)動(dòng)分析，在拍攝現(xiàn)場(chǎng)并不需要額外的顯示器和電源，非常方便、省時(shí)、省力。但是不同步的圖像會(huì)帶來(lái)在時(shí)間上不同步的數(shù)據(jù)，目前常用的一些減少時(shí)間差的方法是:使用額外的燈光同步或錄像中的特殊事件同步，這些方法雖然簡(jiǎn)單方便，但同步的精度較差。
[0011]下面的例子就是本課題組成員通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析、計(jì)算由不同時(shí)間同步誤差在經(jīng)過(guò)DLT的計(jì)算后，造成三維運(yùn)動(dòng)學(xué)解析數(shù)據(jù)誤差的研宄。通過(guò)對(duì)自由落體和鐵餅投擲的測(cè)量，再使用PEAK MOTUS運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)計(jì)算的坐標(biāo)和速度數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。首先的例子是自由落體，攝像機(jī)的光軸垂直于運(yùn)動(dòng)方向，然后再用鐵餅的數(shù)據(jù)作為實(shí)際的例子進(jìn)行討論。
[0012]假設(shè)所有攝像機(jī)拍攝的速度差是很小的、可以忽略，從而攝像機(jī)的圖像之間的時(shí)間差是恒定的。首先記錄由三個(gè)同步攝像機(jī)的視頻圖像，然后將一個(gè)或兩個(gè)攝像機(jī)的原始二維坐標(biāo)在時(shí)域中移位、超前或滯后，以模擬攝像機(jī)中的圖像的時(shí)間差。然后將移位后的二維數(shù)據(jù)通過(guò)DLT和Butterworth濾波器計(jì)算后，獲得三維數(shù)據(jù)，最后比較時(shí)移數(shù)據(jù)與原始同步數(shù)據(jù)，計(jì)算出同步誤差。
[0013]上面自由落體和投擲鐵餅的研宄結(jié)果表明，在使用三臺(tái)未同步的攝像機(jī)進(jìn)行三維錄像解析且攝像機(jī)之間的時(shí)間差不超過(guò)0.01秒時(shí)，由圖像的不同步造成被測(cè)物體三維坐標(biāo)的誤差DX，DY和DZ小于0.1米，DV/ V為約10%。盡管非同步的家用手持?jǐn)z像機(jī)會(huì)帶來(lái)同步誤差，但由于價(jià)格便宜、使用方便，它們目前還是被廣泛的應(yīng)用在三維錄像解析中。研宄表明可以用實(shí)驗(yàn)的方法事先對(duì)由不同步圖像造成的測(cè)量誤差進(jìn)行評(píng)估，而且可以通過(guò)下列方法進(jìn)行控制:(1)盡量減小光軸垂直于運(yùn)動(dòng)方向的攝像機(jī)的時(shí)間誤差；(2)使用第三臺(tái)(多臺(tái))攝像機(jī)；(3)選擇同步事件來(lái)控制攝像機(jī)的圖像之間的時(shí)間差。本實(shí)用新型的這部分研宄就是要針對(duì)使用多臺(tái)非同步攝像機(jī)進(jìn)行三維錄像解析時(shí)造成的同步誤差，研發(fā)出進(jìn)一步控制和減小這種誤差的方法和儀器設(shè)備。
[0014]目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)在比賽和訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)采集用于三維解析的錄像時(shí)，采用的是非同步采集方法中的最接近近畫(huà)面近似法，即不同攝像機(jī)用這種方法采集的原始圖像不是同步的，但在圖像采集的同時(shí)，使用采用閃光或其他特殊事件作為多臺(tái)攝像機(jī)的同步信號(hào)，用來(lái)查找不同攝像機(jī)的錄像中最接近同步事件的畫(huà)面。
[0015]圖1給出了非同步攝像機(jī)錄像畫(huà)面及時(shí)間關(guān)系，這里:T是錄像采集周期(頻率=1/T)、DT是單幅畫(huà)面采集時(shí)間、Dt是同步誤差。使用方法(I)采集的錄像畫(huà)面Dt很小、基本可以忽略不計(jì)，而使用方法(3)采集的錄像畫(huà)面時(shí)非同步的，在圖像處理時(shí)只能根據(jù)畫(huà)面中的同步事件找到各錄像畫(huà)面序列中最接近同步時(shí)間發(fā)生時(shí)刻的畫(huà)面，使同步誤差Dt小于圖像采集周期。以常用的、采集周期為20毫秒(頻率為50幅/秒)的攝像機(jī)為例，這時(shí)只能將同步誤差控制在20毫秒以內(nèi)(10毫秒左右)。
[0016]非同步采集方法的另外一種方法為插值同步修正法，即不同攝像機(jī)用這種方法采集的原始圖像不是同步的，但在圖像采集的同時(shí)，使用圖像以外的媒介來(lái)準(zhǔn)確記錄同步信息，然后在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先將采集的圖像和記錄的同步信息放在同一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)系中，用數(shù)據(jù)插值的方法，修正和提高時(shí)間同步的精度，減少同步誤差。這種方法的同步精度可達(dá)毫秒或亞毫秒量級(jí)。
[0017]但是采用哪種媒介信息進(jìn)行同步；如何使同步信息與原始圖像結(jié)合；如何確保各攝像機(jī)上的同步信息裝置同時(shí)發(fā)出同步信息信號(hào)；如何得到更精確的同步結(jié)果；如何將同步信息裝置小型化、便捷化；如何增加同步攝像機(jī)的數(shù)量、同步攝像的場(chǎng)地范圍有限、同步成本高等，一直是本領(lǐng)域存在的難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0018]為解決上述問(wèn)題本實(shí)用新型提供了一種無(wú)線音頻同步系統(tǒng)。能提高目前常用測(cè)試方法的同步精度I個(gè)數(shù)量級(jí)左右:從10毫秒量級(jí)到I毫秒量級(jí)；裝置體積小、使用方便；同步攝像的范圍大，可用于同步攝像的攝像機(jī)數(shù)量不限。
[0019]為達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0020]一種無(wú)線音頻同步系統(tǒng)，包括同步發(fā)射器和同步接收器，
[0021]所述同步發(fā)射器內(nèi)部設(shè)有產(chǎn)生射頻信號(hào)的射頻發(fā)生模塊，射頻發(fā)生模塊產(chǎn)生的射頻信號(hào)經(jīng)射頻發(fā)射模塊，傳遞到將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信號(hào)發(fā)生模塊；數(shù)字信號(hào)經(jīng)同步發(fā)射器內(nèi)的疊加模塊載波調(diào)制和放大后，形成發(fā)射信號(hào)，發(fā)射信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送到同步接收器；所述同步發(fā)射器外部設(shè)有發(fā)射器開(kāi)關(guān)；
[0022]所述同步接收器外部設(shè)置有接收發(fā)射信號(hào)的接收天線；發(fā)射信號(hào)被接收天線接收放大后，經(jīng)接收模塊傳至數(shù)字解碼模塊；發(fā)射信號(hào)被數(shù)字解碼模塊進(jìn)行信號(hào)解調(diào)和數(shù)字信號(hào)辨別后轉(zhuǎn)化為音頻信號(hào)，音頻信號(hào)經(jīng)音頻發(fā)生模塊進(jìn)行音頻信號(hào)選擇后，經(jīng)音頻信號(hào)輸出模塊傳至外接MIC。
[0023]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述發(fā)射器開(kāi)關(guān)為兩個(gè)，分別為低頻開(kāi)關(guān)和高頻開(kāi)關(guān)。啟動(dòng)不同的開(kāi)關(guān)時(shí)所產(chǎn)生音頻信號(hào)頻率不同。
[0024]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述發(fā)射信號(hào)的頻率為315MHz，低頻開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)音頻信號(hào)頻率為1000Hz，高頻開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)音頻信號(hào)頻率為2000Hz。
[0025]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述同步發(fā)射器和同步接收器均設(shè)有電源。
[0026]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0027](I)同步精度提高顯著。提高目前常用測(cè)試方法的同步精度I個(gè)數(shù)量級(jí)左右:從10暈秒量級(jí)到I _秒量級(jí)；
[0028](2)實(shí)用性強(qiáng)。對(duì)國(guó)內(nèi)目前普遍應(yīng)用的三維錄像解析方法、軟硬件基本沒(méi)有改變；
[0029](3)成本低。量產(chǎn)后的音頻同步系統(tǒng)成本低，改進(jìn)/升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)的費(fèi)用?。?br>[0030](4)易于推廣使用。由于是直接針對(duì)目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法所存在的問(wèn)題設(shè)計(jì)的解決方案，加上上述優(yōu)點(diǎn)，適于推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1非同步攝像機(jī)錄像畫(huà)面及時(shí)間關(guān)系不意圖；
[0032]圖2實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3無(wú)線音頻同步系