配置多个摄像头进行同步拍摄

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什么是同步拍摄？

同步拍摄是指两台或以上的摄像头同时捕捉图像；我们对“同时”的定义是指摄像头必须在几微米的时间差内开始曝光每组图像。  为实现此目的，我们展示了如何利用主摄像头的频闪（摄像头开始捕捉图像时默认出现频闪）通过一台“主”摄像头触发另一台或多台“副”摄像头。 这也可以确保副摄像头的帧率与主摄像头的帧率相同。

注意：同步拍摄的替代方法是通过外部硬件触发器（例如，功能生成器）触发所有摄像头。 任何提供 3.3 或 5 V 方波 TTL 信号的硬件触发器都可以触发摄像头。 这一应用的注意事项未明确说明外部硬件触发器的配置，但使用外部硬件触发器的用户可以将其视为主要摄像头，然后按照本文中提到的物理布局部分进行操作（如果使用上拉电阻，可以忽略，因为外部硬件触发器不需要）。

配置同步拍摄

配置同步拍摄有两个步骤：

  1. 连接摄像头的 GPIO 针脚，在摄像头之间建立物理连接。
  2. 使用 SDK 演示应用或代码配置每台摄像头的输入和输出。

第 1 步 - 连接摄像头

第一步是在摄像头之间建立物理连接。 方法因使用的摄像头而异。

Blackfly S (BFS)

BFS 摄像头配有一个 6 针 GPIO。 BFS GPIO 同时配备一个非隔离输出和一个光电隔离输出。 如果如下例所述使用光电隔离输出，主摄像头需要一个上拉电阻来增强它的闪光灯信号。

2
图 颜色 针脚线 功能说明

绿色 1 3 VAUX 辅助输入电压 (DC)
GPI 非隔离输入
黑色 0 OPTOIN 光电隔离输入
红色 3 2 VOUT 摄像头电源输出
GPIO 非隔离输入/输出
白色 4 1 OPTOOUT 光电隔离输出
蓝色 5 不适用 光电 GND 光电隔离地线
棕色 6 不适用 地线 摄像头电源地线

 要配置 BFS 的主摄像头和副摄像头：

  1. 将主摄像头的第 4 针（白线，光电隔离输出）连接到每个副摄像头的第 1 针（绿线，非隔离输入）。
  2. 将主摄像头的第 5 针（蓝线，光电隔离地线）连接到每个副摄像头的第 6 针（棕线，地线）。

要配置所需的上拉电阻以增强信号：

  1. 将 10 kΩ 电阻的一端连接到主摄像头的第 3 针（红线，3.3 V 输出）。
  2. 将电阻的另一端连接到主摄像头的第 4 针（白线）以及每个副摄像头的第 1 针（绿线）。
  3. 将主摄像头的第 6 针（棕线）连接到每个副摄像头的第 6 针（棕线）。 注意：副摄像头的第 6 针已连接到主摄像头的第 5 针。

Blackfly (BFLY)

BFLY 摄像头使用一个 6 针 GPIO 连接器。 BFLY GPIO 只有光电隔离输出针脚，因此主摄像头需要上拉电阻来增强其闪光灯信号。

图 颜色 针脚功能说明

绿色

1

 VEXT +12 V DC 摄像头电源
黑色

2

 I0 光电隔离输入 (GPIO 0)
红色

3

 NC / +3.3 V +3.3 V 输出。 电流 120 mA（标称）。
固件已启用 (OUTPUT_VOLTAGE_ENABLE: 19D0h)
白色

4

 O1 光电隔离输出 (GPIO 1)
蓝色

5

 OPTO_GND 光电隔离 I/O 的地线，不连接摄像头地线
棕色

6

 地线 DC 摄像头电源地线

 要配置 BFLY 的主摄像头和副摄像头：

  1. 将主摄像头的第 4 针（白线，光电隔离输出）连接到每个副摄像头的第 2 针（黑线，光电隔离输入）。
  2. 将主摄像头的第 5 针（蓝线，光电地线）连接到每个副摄像头的第 5 针（蓝线，光电地线）。

要配置所需的上拉电阻以增强信号：

  1. 将 460 Ω 电阻的一端连接到主摄像头的第 3 针（红线，3.3 V 输出）。
  2. 将电阻的另一端连接到主摄像头的第 4 针（白线）以及每个副摄像头的第 2 针（黑线）。
  3. 将主摄像头的第 6 针（棕线）连接到每个摄像头的第 5 针（蓝线）。 注意：副摄像头的第 5 针已连接到主摄像头的第 5 针。

Chameleon 3 (CM3)

CM3 使用 9 针 GPIO。 它有两个非光电输入/输出针脚，可用作输入或输出。 非光电针脚不需要结合上拉电阻来增强闪光灯信号。 此示例使用非光电针脚。

图 颜色 针脚功能说明
红色 1 VEXT 允许摄像头使用外部 5 - 24 VDC 电源
黑色 2 地线 输入/输出地线，VEXT，+3.3 V 针脚
白色 3 +3.3 V 外部电路电源，在最高 150 mA 时熔断
绿色 4 GPIO3 / Line3 输入/输出
紫色 5 GPIO2 / Line2 输入/输出
黑色 6 地线 输入/输出地线，VEXT，+3.3 V 针脚
棕色 7 OPTO_GND 光电隔离 IO 针脚地线
橙色 8 OPTO_OUT / Line1 光电隔离输出
黄色 9 OPTO_IN / Line0 光电隔离输入

 要配置 CM3 的主摄像头和副摄像头：

  1. 将主摄像头的第 5 针（紫线，输出）连接到每个副摄像头的第 4 针（绿线，输入）。
  2. 将主摄像头的第 6 针（黑线，地线）连接到每个副摄像头的第 6 针（黑线，地线）。

Flea3 (FL3) 和 Grasshopper3 (GS3)

FL3 和 GS3 均使用 8 针 GPIO。 它们有两个非光电输入/输出针脚，可用作输入或输出。 非光电针脚不需要结合上拉电阻来增强闪光灯信号。 此示例使用非光电针脚。

图 颜色 针脚功能说明
黑色 1 I0 光电隔离输入（默认触发位置）
白色 2 O1 光电隔离输出
红色 3 IO2 输入/输出/串行传输 (TX)
绿色 4 IO3 输入/输出/串行接收 (RX)
棕色 5 地线 双向 IO 地线， VEXT，+3.3 V 针脚
蓝色 6 OPTO_GND 光电隔离 IO 针脚地线
橙色 7 VEXT 允许摄像头使用外部电源
黄色 8 +3.3 V 电源外部电路，最高 150 mA

 要配置 FL3 或 GS3 的主摄像头和副摄像头：

  1. 将主摄像头的第 3 针（红线，输出）连接到每个副摄像头的第 4 针（绿线，输入）。
  2. 将主摄像头的第 5 针（棕线，地线）连接到每个副摄像头的第 5 针（棕线，地线）。

Oryx (ORX)

BFS 摄像头配有一个 12 针 GPIO。 它有两个非光电输入/输出针脚，可用作输入或输出。 非光电针脚不需要结合上拉电阻来增强闪光灯信号。 此示例使用非光电针脚。

  颜色 针脚线 功能说明
黑色 1 不适用 地线 DC 摄像头电源地线
白色 2 不适用 电源 DC 摄像头电源
红色 3 线 1 GPIO_OPT_OUT1 光电隔离输出 (GPO1)
绿色 4 线 4 GPIO_OPT_OUT2 光电隔离输出 (GPO2)
橙色 5 线 0 GPIO_OPT_IN1 光电隔离输入 (GPI1)
蓝色 6 线 3 GPIO_OPT_IN2 光电隔离输入 (GPI2)
白/黑条纹 7 线 2 GPIO_TTL_IO3 TTL 输入/输出 3*
红/黑条纹 8 线 5 GPIO_TTL_IO4 TTL 输入/输出 4*
绿/黑条纹 9 不适用 地线 DC 摄像头电源地线
橙/黑条纹 10 不适用 电源 DC 摄像头电源
蓝/黑条纹 11 线 6 3.3 V 输出 +3.3 V 输出，电流 120 mA（标称）- 固件启用
黑/白条纹 12 不适用 OPTO_GND 光电隔离 I/O 的地线，不连接摄像头地线
    *当配置为输出线格式是漏极开路而不是 TTL 时。 用户应该附加其自己的外部上拉电阻。

要配置 ORX 的主摄像头和副摄像头：

  1. 将主摄像头的第 7 针（白/黑条纹线，输出）连接到每个副摄像头的第 8 针（红/黑条纹线，输入）。
  2. 将主摄像头的第 9 针（绿/黑条纹线，地线）连接到每个副摄像头的第 9 针（绿/黑条纹线，地线）。

Firefly-DL (FFY-DL)

Firefly DL 使用 6 针 GPIO。 它只有两个非光电针脚，可用作输入或输出。 非光电针脚不需要上拉电阻来增强闪光灯信号。

图 颜色 针脚线 功能说明

橙色 1 线 0 GPIO0 用于 1.8V UART 的非绝缘输入/输出 TXD（输出）
   
黑色 2 线 1 GPIO1 用于 1.8V UART 的非绝缘输入/输出 TXD（输出）
白色 3 线 2 GPIO2 非绝缘输入/输出
   
绿色 4 线 3 GPIO3 非绝缘输入/输出
棕色 5 不适用 地线 摄像头电源地线
红色 6 不适用 Vout 摄像头电源输出

要配置 ORX 的主摄像头和副摄像头：
1. 将主摄像头的第 3 针（白线，输出）连接到每个副摄像头的第 4 针（绿线，输入）
2. 将主摄像头的第 5 针（棕线，地线）连接到每个副摄像头的第 5 针（棕线，地线）

第 2 步 - 配置摄像头

对各摄像头进行物理连接后，使用 SDK 的演示程序或写入代码来配置 GPIO 线。

使用 SpinView

SpinView 是随 Spinnaker SDK 提供的演示程序。

对于主摄像头：

  1. 打开 SpinView。
  2. 选择摄像头。
  3. 在功能选项卡上，单击数字 IO 控制。
  4. 设置
    1. CM3、FL3、GS3、FFY-DL 和 ORX 摄像头的输出线，从线选择下拉菜单中选择行 2，并将线模式设置为输出。
    2. 对于 BFS 摄像头，从线选择下拉菜单中选择行 1，然后将线模式设置为输出。
  5. 对于 BFS 和 BFLY 摄像头，请启用 3.3V 线
    1. 对于 BFS 摄像头，请从线选择下拉菜单中选择行 2，并勾选 3.3V 启用复选框。
    2. 对于 BFLY 摄像头，请将 3.3V 启用设置为真
  6. （可选） 在用户设置中保存设置：
    • 单击用户设置控制。
    • 从用户设置选择器下拉列表中，选择用户设置 0 或用户设置 1。
    • 单击用户设置保存。
    • （可选）从用户默认设置下拉菜单中，选择用户设置 0 或用户设置 1。这样确保摄像头启动时加载该用户设置。

 

对于每台副摄像头：

  1. 打开 SpinView 并选择摄像头。
  2. 选择 GPIO 选项卡。
    1. 设置触发源
    2. 对于 BFS、CM3、FL3、FFY-DL 和 GS3 摄像头，请从触发源下拉菜单中，选择线 3。
    3. 对于 ORX 摄像头，请从触发源下拉菜单中，选择线 5。
    4. 对于 ORX 摄像头，请从触发源下拉菜单中，选择线 0
  3. 从触发重叠拉列表中，选择读出。
  4. 从触发模式下拉列表中，选择开启。
  5. （可选）在用户设置中保存设置：
    1. 单击用户设置控制。
    2. 从用户设置选择器下拉列表中，选择用户设置 0 或用户设置 1。
    3. 单击用户设置保存。
    4. （可选）从用户默认设置下拉菜单中，选择用户设置 0 或用户设置 1。这样确保摄像头启动时加载该用户设置。
 
将设置保存到用户设置中，可确保摄像头即使在断电重启后也使用这些设置。

要开始流式传输，选择每个摄像头并单击 Play。 

使用 FlyCap2 (BFLY, FL3, GS3, CM3)

FlyCap2 是随 FlyCapture2 SDK 提供的演示程序。

对于主摄像头：

  1. 打开 FlyCap2，选择摄像头并单击配置选定内容。
  2. 仅针对 BFLY 摄像头，启用 3.3 V 线（红色）：
    1. 在摄像头控制对话框中，选择摄像头寄存器选项卡。
    2. 输入寄存器码 19D0h (OUTPUT_VOLTAGE_ENABLE) 并单击读取寄存器。
    3. 将位 31 设置为 1。
    4. 单击写入寄存器。
  3. 针对所有摄像头，启用闪光灯：
    1. 选择触发/闪光灯选项卡。
    2. 仅针对 BFLY 摄像头，启用 GPIO1 的闪光灯。
      针对其他所有摄像头，启用 GPIO2 的闪光灯。
  4. 保存设置：
    1. 选择高级摄像头设置选项卡。
    2. 选择一个内存通道（1 或 2）。
    3. 单击保存。

对于每台副摄像头：

  1. 打开 FlyCap2，选择摄像头并单击配置选定内容。
  2. 在摄像头控制对话框中，选择触发/闪光灯选项卡。
  3. 仅针对 BFLY 摄像头，将源设为 0。
    针对其他所有摄像头，将源设为 3。
  4. 将 Mode 设为 0 或 14。 （并非所有型号都支持触发模式 14。）
  5. 选择启用/禁用触发。
  6. 保存设置：
    1. 选择高级摄像头设置选项卡。
    2. 选择一个内存通道（1 或 2）。
    3. 单击保存。
将设置保存到内存通道中，可确保摄像头即使在断电重启后也使用这些设置。

开始同时保存图像

在配置主摄像头和副摄像头后，即可开始保存同步的图像。

注意：如果以高带宽保存图像，我们建议使用控制台应用代替 SpinView 或 FlyCap2。 有关详细信息，请参见以高带宽保存图像。

对于 SpinView 和 FlyCap2：

  1. 确保主摄像头的触发模式已打开。
  2. 在主摄像头的流式传输窗口中，单击录制按钮。
  3. 根据需要修改录制设置。
  4. 单击开始录制按钮。
  5. 使录制窗口保持打开状态。
  6. 对于副摄像头，重复第 1 步至第 5 步。
  7. 关闭主摄像头的触发模式。 这将启动两台摄像头的拍摄。

使用自定义模式

Spinnaker SDK 和 FlyCapture2 SDK 都附有示例代码。  可以结合这两个示例代码的元素来配置多台摄像头。

示例
SDK 位置
Spinnaker SDK AcquisitionMultipleCamera
Trigger		 \src\ of the SDK directory
Example: C:\Program Files\Point Grey Research\Spinnaker\src
FlyCapture2 SDK MultipleCameraEx
AsyncTriggerEx		 \src\ of the SDK directory
Example: C:\Program Files\Point Grey Research\FlyCapture2\src

在上述示例配置中，FL3、GS3 和 CM3 对其闪光灯输出使用可切换的输入/输出 GPIO 针脚。 使用这些摄像头进行同步拍摄时，必须打开闪光灯。 如果要开启频闪，请使用以下代码创建一个 StrobeControl 结构实例：

StrobeControl strobe;

strobe.source = 2;

error = cam.GetStrobe(&strobe);

strobe.onOff = true;

error = cam.SetStrobe(&strobe);

故障排除

副摄像头拍摄图像时的帧率是主摄像头的一半

原因：副摄像头未使用重叠触发

解决方案：在副摄像头上，切换到使用“触发重叠”，如上所述。 并非所有摄像头型号都支持“触发重叠”（触发模式 14）。 要确定其是否受支持，请参阅摄像头的技术参考，可从摄像头支持页面获得。

有关触发模式的更多信息以及重叠触发和非重叠触发之间的区别，请参阅以下知识库文章：

副摄像头以非常低的帧率拍摄图像

原因：摄像头的曝光（快门）值太大。

解决方案：可以调整曝光（快门）时间。

  • 在 SpinView 中 - 在 Settings 选项卡上
  • 在 FlyCap2 中 - 在摄像头控制对话框的摄像头设置选项卡上。

我无法正确触发多个辅助摄像头

原因：仅使用一台副摄像头对上面所示的物理设置进行了测试；我们无法保证它们适用于多台副摄像头。

解决方案：修改上拉电阻设置，使之适应其他摄像头。