基于Sapera LT實現(xiàn)圖像連續(xù)存儲的方法

張益恭+楊磊+程向明

摘 要： 多功能天文經(jīng)緯儀是中國科學院云南天文臺研制的一種新型天體測量望遠鏡。介紹了多功能天文經(jīng)緯儀圖像采集系統(tǒng)中所使用的基于Sapera LT的圖像連續(xù)存儲方法。對該方法的軟件實現(xiàn)流程及功能代碼編寫進行了說明，給出了源代碼，并對實現(xiàn)圖像序列連續(xù)存儲功能的主要函數(shù)進行了說明。對使用過程中所遇到的問題，進行了分析，并給出兩點建議。

關鍵詞： 多功能天文經(jīng)緯儀； Sapera LT； 圖像采集； 圖像存儲

中圖分類號： TN911.73?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）08?0094?03

A method of image sequences storage based on Sapera LT

ZHANG Yigong1，2， YANG Lei1，2， CHENG Xiangming1，2

（1. Yunnan Observatory of National Astronomical Observatory， CAS， Kunming 650011， China；

2. Key Lab for Celestial Body Structure， CAS， Kunming 650011， China）

Abstract： The multi?function astronomical theodolite developed by Yunnan Astronomical Observatory is a new astrometric telescope. A method of Sapera LT based image consecutive storage used in the image acquisition system of the multi?function astronomical theodolite is introduced. The software flow and functional code compiling of this method is described. The source code is given in this paper. The main parameters of realizing the image sequence consecutive storage function is elaborated. The problem met in the application process is analyzed， and two suggestions are offered.

Keywords： multi?function astronomical theodolite； Sapera LT； image acquisition； image storage

0 引 言

多功能天文經(jīng)緯儀[1]是云南天文臺研制的一種新型天體測量儀器，利用轉(zhuǎn)軸觀測、鏡筒彎沉測定、水平差測定、軸準直差測定等手段，實時測定儀器中的各個部套的誤差，從而達到較高的精度。該儀器可以用于測量大氣折射改正、鉛垂線的改正以及經(jīng)緯度的測定[2?5]。

該儀器采用一臺非制冷數(shù)字CCD相機作為星像和人造星像的采集終端，兩臺非制冷模擬CCD相機用來測定水平差和軸準直差。該儀器要求，多幅圖像以外觸發(fā)的方式連續(xù)曝光，轉(zhuǎn)軸前后分別進行數(shù)據(jù)資料的采集和存儲，需針對該要求對CCD相機采集時序進行設計，并進一步實現(xiàn)圖像的連續(xù)存儲。

Sapera LT[6?7]是加拿大Dalsa公司開發(fā)的專用于圖像采集與控制的開發(fā)庫，具有獨立于硬件、能夠多處理操作的特點。并提供了功能強大的相機配置工具CamExpert，便于用戶使用操作。該軟件庫被廣泛地應用于科學研究與工業(yè)控制領域。本文基于Sapera LT實現(xiàn)了多功能天文經(jīng)緯儀中圖像資料的采集與連續(xù)存儲，在多年的天文觀測中運行穩(wěn)定，使用效果良好。

1 硬件介紹及功能實現(xiàn)要求

多功能天文經(jīng)緯儀有三個光路：主光路、電水準光路、軸準直光路。主光路采用的CCD相機為美國Imperx公司的BOBCAT 系列數(shù)字面陣相機，軸準直光路和電水準光路采用的CCD相機為丹麥JAI公司的CCD模擬面陣相機，數(shù)字相機使用的圖像采集卡為加拿大DALSA公司的X64?CL iPro數(shù)字采集卡，模擬相機使用的圖像采集卡為DALSA的X64?AN Quad模擬采集卡。相機具體的參數(shù)見表1。

表1 相機配置參數(shù)

多功能天文經(jīng)緯儀采用轉(zhuǎn)軸觀測模式[8?9]，一個晴夜觀測約200顆恒星，一顆星的觀測流程為：轉(zhuǎn)軸前首先采集50幅主光路的人造星像，在采集100幅恒星像，采集恒星像的同時采集電水準光路人造星像和軸準直光路人造星像各100幅。之后一起進行轉(zhuǎn)軸，即儀器方位軸部分以上繞方位軸轉(zhuǎn)置180°，同時將鏡筒隨著高度軸旋轉(zhuǎn)到預制天頂距約2倍的角度，使得鏡筒仍指向被測星。之后采集被測星100幅圖像，采集恒星像的同時，電水準和軸準直光路的模擬相機同時采集100幅圖像，最后采集50幅主光路人造星像，具體的工作模式[10]見圖1。

儀器觀測過程中通過讀取觀測綱要，對整個觀測流程進行控制，望遠鏡控制系統(tǒng)通過GPS獲取時間基準，按照儀器的觀測模式進行控制運行并根據(jù)觀測綱要所標定的時間節(jié)點給出相機觸發(fā)信號。而最終要實現(xiàn)的目標是通過相機獲取連續(xù)圖像序列并進行保存。采用VC++ 6.0，配置DALSA公司的Sapera LT 6.31 Release 開發(fā)包，作為多功能天文經(jīng)緯儀圖像采集存儲軟件的開發(fā)環(huán)境。Sapera LT提供回調(diào)函數(shù)用于圖像數(shù)據(jù)的處理，這也是最初考慮的存儲方案，但是在具體實現(xiàn)的過程中，通過對采集幀數(shù)計數(shù)的方式對回調(diào)函數(shù)進行測試，發(fā)現(xiàn)采集幀數(shù)計數(shù)不準確，無法保證圖像資料存儲的穩(wěn)定性。因此選擇采用專門的存儲線程，通過綱要的讀取，GPS對時間的延遲控制來實現(xiàn)圖像的連續(xù)存儲。

2 具體的軟件功能實現(xiàn)及程序設計

通過對觀測綱要的讀取，以及用GPS時間校準電腦機器時間，使得圖像存儲線程與工作在外觸發(fā)方式的CCD相機采集圖像相匹配，對一顆恒星進行觀測并對所采集圖像序列進行連續(xù)存儲的流程框圖如圖2所示。

對于圖像的連續(xù)存儲主要分為兩個部分：時間節(jié)點的判定和圖像存儲的實現(xiàn)。程序中時間節(jié)點的判定主要利用CTime類中的GetCurrentTime（）函數(shù)獲取當前機器時鐘單位時間，之后通過CTimeSpan定義一個時間變量來獲取機器時間與綱要時間的時間差。使用WIN32 API函數(shù)Sleep（）進行時間延遲等待。對于圖像的存儲的實現(xiàn)則使用Sepera LT所提供的API函數(shù)來實現(xiàn)。實現(xiàn)圖像連續(xù)存儲功能的代碼如下：

BOOL CDIGITCAMDoc：：Save（）

{

int m_StartFrame ；

CString m_Options="?format raw"；

int filecnt=1；

for（int i=0；i

{

CString F9； //file counter

CString FF="zxj"；

CString F10=".raw"； //file format

F9.Format（"%03d"，filecnt）；

FileName=FilePath+FF+F9+F10；

filecnt++；

m_StartFrame=（m_Buffers == NULL） ？ 0 ： m_Buffers?>

GetIndex（）；

m_Buffers?>Next（）；

m_Buffers?>Save（FileName， m_Options）；

m_Buffers?>Clear（m_StartFrame）；

}

return TRUE；

}

自定義函數(shù)Save（）采用了循環(huán)的方式對圖像進行連續(xù)存儲。調(diào)用Sapera LT中SapBuffer類中的GetIndex（），Next（），Save（），Clear（）四個函數(shù)。首先通過GetIndex（）來獲取Buffer的地址，然后用Next（）來找到Buffer的第一塊內(nèi)存，最后用Save（）來將圖像數(shù)據(jù)按照固定的格式存到存儲到硬盤中，存儲完畢后用Clear（）函數(shù)將緩存清除釋放。

3 結(jié) 論

文中所提及的基于Sapera LT所實現(xiàn)的圖像連續(xù)存儲方法是針對云南天文臺多功能天文經(jīng)緯儀所特有的觀測采集模式所設計的。在采集的過程中利用望遠鏡轉(zhuǎn)軸時間及等待待觀測星進入預定望遠鏡視場所需要的時間存儲圖像序列。該方法對于有同樣處理需求的工作項目有借鑒意義。對于該方法中有兩個關鍵點需要注意：

（1） 硬盤的寫入速度。雖然目前主流的SATA 3.0接口理論速度能夠達到6 Gb/s，但是實際使用過程中其存儲速度會大打折扣， 另外在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，如果磁盤空間所剩余可用存儲空間較小，會影響到圖像的存儲質(zhì)量。因此建議對于存儲用磁盤的選取，可以采用企業(yè)級硬盤、或者采用磁盤陣列的方式，這樣能夠提升圖像的存儲速度并降低出錯率。

（2） 時間序列的控制。在多功能天文經(jīng)緯儀的圖像采集存儲過程中，由于采集時間的節(jié)點是固定的，并預留有可供存儲數(shù)據(jù)的時間，因此可以使用延遲等待的方法進行圖像的存儲，但是對于一些需要不間斷連續(xù)采集存儲的工作項目，這種方法不一定可行，對于上述工作可以采用定時存儲的方法或者以按幀存儲的方式進行圖像的存儲。

參考文獻

[1] WANG Jiancheng， CHEN Linfei， YANG Lei， et al. The principle of measuring unusual change of underground mass by optical astrometric instrument [J]. Geodesy and geodynamics， 2012， 4： 32?38.

[2] MAO W， LI B， YANG L， et al. Constructing an observational model of the neutral atmospheric refraction delay from measured values of the astronomical refraction [J]. Astron J， 2007， 134（5）： 2054?2060.

[3] MAO W， ZHANG H， LI B， et al. A possible means of improving the accuracy of refraction delay correction of neutral atmosphere [J]. Chinese astronomy and astrophysics， 2007， 31（2）： 211?220.

[4] 鐵瓊仙，林輝，楊磊，等.建立經(jīng)緯度異常變化三角監(jiān)測網(wǎng)的儀器和誤差的測定[J].天文研究與技術(shù)，2008，5（4）：360?364.

[5] 胡輝，蘇有錦，付虹，等.大姚、普洱地震前云南天文臺時緯殘差異常[J].自然災害學報，2007，16（5）：106?110.

[6] Dalsa. Sapera LT? 6.31 users manual [EB/OL]. [2009?09?12]. http：//www.teledynedalsa.com/mv/support.

[7] Dalsa. Sapera++ LT? 6.31 programmers manual [EB/OL]. [2009?11?10]. http：//www.teledynedalsa.com/mv/support.

[8] MAO W， LI Z M， FAN Y， et al. A new method of determining absolute azimuth and latitude and suggestion for a new type of meridian circle [C]. IAU Symp， 1986， 109： 551?552.

[9] 冒蔚，李志明，范瑜，等.子午天文方法[M].北京：科學出版社，1987.

[10] 張益恭，李彬華，楊磊，等.多功能天文經(jīng)緯儀圖像采集系統(tǒng)[J].天文研究與技術(shù)，2014，11（1）：72?79.