攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置及方法，該裝置包括攝像頭、攝像頭安裝平臺、方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、方位角編碼器、俯仰角編碼器、圖像采集器和計(jì)算機(jī)；所述攝像頭安裝在所述攝像頭安裝平臺上。攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置同時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角、俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角、目標(biāo)圖像位置值和陀螺船位信息四個(gè)變量后，采用計(jì)算機(jī)多變量控制算法以及多反饋控制方法產(chǎn)生控制信號，從而對攝像頭安裝平臺方位角和俯仰角進(jìn)行閉環(huán)的運(yùn)動校正，達(dá)到攝像頭對目標(biāo)物體有效跟蹤、識別和監(jiān)視的目的。還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、通用性強(qiáng)和成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用攝像頭跟蹤裝置實(shí)現(xiàn)對海上目標(biāo)探測、跟蹤、識別和監(jiān)視。現(xiàn)有的攝像頭跟蹤裝置采用專用的圖像采集處理裝置對目標(biāo)進(jìn)行圖像處理，同時(shí)還需要特殊的伺服系統(tǒng)進(jìn)行攝像頭方位、俯仰運(yùn)動驅(qū)動控制，因此，具有通用性差、復(fù)雜度高、體積大、成本高的局限性，不適用船舶運(yùn)動載體對海上目標(biāo)跟蹤、識別、監(jiān)視。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、通用性強(qiáng)和成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠精確的對目標(biāo)物體進(jìn)行跟蹤、識別和監(jiān)視。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明提供一種攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，包括攝像頭、攝像頭安裝平臺、方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、方位角編碼器、俯仰角編碼器、圖像采集器和計(jì)算機(jī)；所述攝像頭安裝在所述攝像頭安裝平臺上；
[0006]所述計(jì)算機(jī)的第一輸出接口與所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的輸入接口連接，所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第一輸出接口與所述攝像頭安裝平臺的方位軸連接，所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第二輸出接口通過所述方位角編碼器反饋連接到所述計(jì)算機(jī)的第一輸入接口形成平臺方位角反饋控制回路；
[0007]所述計(jì)算機(jī)的第二輸出接口與所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的輸入接口連接，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第一輸出接口與所述攝像頭安裝平臺的俯仰軸連接，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第二輸出接口通過所述俯仰角編碼器反饋連接到所述計(jì)算機(jī)的第二輸入接口形成平臺俯仰角反饋控制回路；
[0008]所述攝像頭固定安裝在所述攝像頭安裝平臺上；所述圖像采集器安裝在所述攝像頭的成像光路上，所述圖像采集器的輸出端連接到所述計(jì)算機(jī)的第三輸入接口形成攝像頭反饋控制回路。
[0009]優(yōu)選的，還包括陀螺儀；所述陀螺儀固定安裝在艦船的船體上，所述陀螺儀的輸出接口連接到所述計(jì)算機(jī)的第四輸入接口。
[0010]優(yōu)選的，還包括圖像顯示器；所述圖像顯示器的輸入接口與所述計(jì)算機(jī)的第三輸出接口連接。
[0011]優(yōu)選的，所述計(jì)算機(jī)的第三輸入接口為PCI接口、PC1-E接口或USB接口。
[0012]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置進(jìn)行攝像頭穩(wěn)定跟蹤的方法，包括以下步驟:
[0013]SI，所述攝像頭瞄準(zhǔn)監(jiān)控區(qū)域，所述計(jì)算機(jī)獲取當(dāng)前時(shí)刻的下列變量值:所述攝像頭方位角、所述攝像頭俯仰角、陀螺船位信息以及監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)圖像位置值；
[0014]S2，所述計(jì)算機(jī)基于多變量控制算法對所述目標(biāo)圖像位置值、所述攝像頭方位角、所述攝像頭俯仰角和所述陀螺船位信息進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生控制信號；
[0015]S3，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述控制信號對所述攝像頭方位角和所述攝像頭俯仰角進(jìn)行閉環(huán)的運(yùn)動校正，使所述攝像頭有效跟蹤、識別和監(jiān)視目標(biāo)物體。
[0016]優(yōu)選的，SI中，所述計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)圖像位置值具體為:
[0017]S1-1，所述攝像頭按瞄準(zhǔn)監(jiān)控區(qū)域，監(jiān)控區(qū)域的圖像以模擬圖像信號的格式成像到所述攝像頭；
[0018]S1-2，所述圖像采集器采集成像到所述攝像頭的模擬圖像信號，并將該模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號后，傳輸給計(jì)算機(jī)；
[0019]S1-3，所述計(jì)算機(jī)對所述數(shù)字圖像信號預(yù)處理后實(shí)時(shí)解算，獲取所述監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)圖像位置值。
[0020]優(yōu)選的，S1-3中，所述預(yù)處理方法為速率差自動修正以及限速率數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。
[0021]優(yōu)選的，所述攝像頭固定安裝在所述攝像頭安裝平臺，所述攝像頭安裝平臺分別連接所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)和所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)；
[0022]SI中，所述計(jì)算機(jī)獲取所述攝像頭方位角和所述攝像頭俯仰角具體為:
[0023]所述計(jì)算機(jī)通過所述方位角編碼器采集所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角，以及，所述計(jì)算機(jī)通過所述俯仰角編碼器采集所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角；所述計(jì)算機(jī)通過所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角推算出所述攝像頭的方位角，所述計(jì)算機(jī)通過所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角推算出所述攝像頭的俯仰角；
[0024]S3中，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述控制信號對所述攝像頭方位角和所述攝像頭俯仰角進(jìn)行閉環(huán)的運(yùn)動校正具體為:
[0025]所述計(jì)算機(jī)將所述控制信號分別發(fā)送給所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)和所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)；所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動而調(diào)整所述攝像頭的方位角，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動而調(diào)整所述攝像頭的俯仰角。
[0026]本發(fā)明的有益效果如下:
[0027]本發(fā)明提供的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，同時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角、俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角、目標(biāo)圖像位置值和陀螺船位信息四個(gè)變量后，采用計(jì)算機(jī)多變量控制算法以及多反饋控制方法產(chǎn)生控制信號，從而對攝像頭安裝平臺方位角和俯仰角進(jìn)行閉環(huán)的運(yùn)動校正，達(dá)到攝像頭對目標(biāo)物體有效跟蹤、識別和監(jiān)視的目的。還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、通用性強(qiáng)和成本低的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明提供的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0030]如圖1所示，本發(fā)明提供一種攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，包括攝像頭、攝像頭安裝平臺、方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、方位角編碼器、俯仰角編碼器、圖像采集器和計(jì)算機(jī)；所述攝像頭固定安裝在所述攝像頭安裝平臺上；
[0031]所述計(jì)算機(jī)的第一輸出接口與所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的輸入接口連接，所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第一輸出接口與所述攝像頭安裝平臺的方位軸連接，所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第二輸出接口通過所述方位角編碼器反饋連接到所述計(jì)算機(jī)的第一輸入接口形成平臺方位角反饋控制回路；
[0032]所述計(jì)算機(jī)的第二輸出接口與所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的輸入接口連接，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第一輸出接口與所述攝像頭安裝平臺的俯仰軸連接，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第二輸出接口通過所述俯仰角編碼器反饋連接到所述計(jì)算機(jī)的第二輸入接口形成平臺俯仰角反饋控制回路；
[0033]所述攝像頭固定安裝在所述攝像頭安裝平臺上；所述圖像采集器安裝在所述攝像頭的成像光路上，所述圖像采集器的輸出端連接到所述計(jì)算機(jī)的第三輸入接口形成攝像頭反饋控制回路。其中，計(jì)算機(jī)的第三輸入接口包括但不限于PCI接口、PC1-E接口或USB接□。
[0034]為增加計(jì)算機(jī)的控制精度，還可以包括陀螺儀；所述陀螺儀固定安裝在艦船的船體上，所述陀螺儀的輸出接口連接到所述計(jì)算機(jī)的第四輸入接口。
[0035]為增強(qiáng)人機(jī)交互功能，提高本發(fā)明提供的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置的便利性，還可以包括圖像顯示器；所述圖像顯示器的輸入接口與所述計(jì)算機(jī)的第三輸出接口連接。
[0036]本發(fā)明提供的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置的工作過程為:
[0037]計(jì)算機(jī)獲取多個(gè)變量的值，然后通過多變量控制算法解算出控制信號，通過控制信號控制方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)和俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動，方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)和俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動直接控制攝像頭安裝平臺的方位角變化和俯仰角變化，又由于攝像頭固定安裝在攝像頭安裝平臺上，所以，攝像頭安裝平臺的方位角變化和俯仰角變化直接控制了攝像頭的方位角變化和俯仰角變化，最終實(shí)現(xiàn)了通過改變攝像頭的方位角和俯仰角，使攝像頭不斷瞄準(zhǔn)目標(biāo)物體，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體跟蹤、識別和監(jiān)視的目的。
[0038]本發(fā)明中，以計(jì)算機(jī)獲取4個(gè)變量而產(chǎn)生控制信號為例，這4個(gè)變量分別為:
[0039](一 )方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角
[0040]方位角編碼器采集方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的角度值，并上傳給計(jì)算機(jī)。
[0041 ] (二)俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角
[0042]俯仰角編碼器采集俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的角度值，并上傳給計(jì)算機(jī)
[0043](三)目標(biāo)圖像位置值
[0044]計(jì)算機(jī)通過以下方式獲取目標(biāo)圖像位置值:
[0045]SI，攝像頭按一定的俯仰角和方位角固定后瞄準(zhǔn)監(jiān)控區(qū)域，監(jiān)控區(qū)域的圖像以模擬圖像信號的格式成像到攝像頭；
[0046]S2，圖像采集器采集成像到攝像頭的模擬圖像信號，并將該模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號后，傳輸給計(jì)算機(jī)；
[0047]S3，計(jì)算機(jī)對該數(shù)字圖像信號進(jìn)行分析處理，獲取目標(biāo)圖像位置值；
[0048]具體的，計(jì)算機(jī)對該數(shù)字圖像信號預(yù)處理后進(jìn)行實(shí)時(shí)解算，獲取目標(biāo)圖像坐標(biāo)信息即目標(biāo)圖像位置值。預(yù)處理方法可以為:速率差自動修正以及限速率數(shù)據(jù)預(yù)處理。通過上述方法，可以有效的提取目標(biāo)圖像位置值，即使在惡劣的環(huán)境下，當(dāng)目標(biāo)短時(shí)消失時(shí)，也能有效對目標(biāo)跟蹤。
[0049](四)陀螺船位信息
[0050]陀螺儀固定安裝在艦船本體上，采集陀螺船位信息并上傳給計(jì)算機(jī)。
[0051]應(yīng)用陀螺技術(shù)，通過對陀螺信息處理，增大對船舶搖擺的抗"干擾”能力，增加攝像頭安裝平臺穩(wěn)定性，使攝像頭安裝平臺具有低速穩(wěn)定跟蹤性能。
[0052]綜上所述，本發(fā)明提供的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，同時(shí)獲取方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角、俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角、目標(biāo)圖像位置值和陀螺船位信息四個(gè)變量后，采用計(jì)算機(jī)多變量控制算法以及多反饋控制方法產(chǎn)生控制信號，從而對攝像頭安裝平臺方位角和俯仰角進(jìn)行閉環(huán)的運(yùn)動校正，達(dá)到攝像頭對目標(biāo)物體有效跟蹤、識別和監(jiān)視的目的。還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、通用性強(qiáng)和成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0053]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，其特征在于，包括攝像頭、攝像頭安裝平臺、方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)、方位角編碼器、俯仰角編碼器、圖像采集器和計(jì)算機(jī)；所述攝像頭安裝在所述攝像頭安裝平臺上； 所述計(jì)算機(jī)的第一輸出接口與所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的輸入接口連接，所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第一輸出接口與所述攝像頭安裝平臺的方位軸連接，所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第二輸出接口通過所述方位角編碼器反饋連接到所述計(jì)算機(jī)的第一輸入接口形成平臺方位角反饋控制回路； 所述計(jì)算機(jī)的第二輸出接口與所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的輸入接口連接，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第一輸出接口與所述攝像頭安裝平臺的俯仰軸連接，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的第二輸出接口通過所述俯仰角編碼器反饋連接到所述計(jì)算機(jī)的第二輸入接口形成平臺俯仰角反饋控制回路； 所述攝像頭固定安裝在所述攝像頭安裝平臺上；所述圖像采集器安裝在所述攝像頭的成像光路上，所述圖像采集器的輸出端連接到所述計(jì)算機(jī)的第三輸入接口形成攝像頭反饋控制回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，其特征在于，還包括陀螺儀；所述陀螺儀固定安裝在艦船的船體上，所述陀螺儀的輸出接口連接到所述計(jì)算機(jī)的第四輸入接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，其特征在于，還包括圖像顯示器；所述圖像顯示器的輸入接口與所述計(jì)算機(jī)的第三輸出接口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)的第三輸入接口為PCI接口、PC1-E接口或USB接口。
5.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述攝像頭穩(wěn)定跟蹤裝置進(jìn)行攝像頭穩(wěn)定跟蹤的方法，其特征在于，包括以下步驟: SI，所述攝像頭瞄準(zhǔn)監(jiān)控區(qū)域，所述計(jì)算機(jī)獲取當(dāng)前時(shí)刻的下列變量值:所述攝像頭方位角、所述攝像頭俯仰角、陀螺船位信息以及監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)圖像位置值； S2，所述計(jì)算機(jī)基于多變量控制算法對所述目標(biāo)圖像位置值、所述攝像頭方位角、所述攝像頭俯仰角和所述陀螺船位信息進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生控制信號； S3，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述控制信號對所述攝像頭方位角和所述攝像頭俯仰角進(jìn)行閉環(huán)的運(yùn)動校正，使所述攝像頭有效跟蹤、識別和監(jiān)視目標(biāo)物體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，SI中，所述計(jì)算機(jī)獲取監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)圖像位置值具體為: S1-1，所述攝像頭按瞄準(zhǔn)監(jiān)控區(qū)域，監(jiān)控區(qū)域的圖像以模擬圖像信號的格式成像到所述攝像頭； S1-2，所述圖像采集器采集成像到所述攝像頭的模擬圖像信號，并將該模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號后，傳輸給計(jì)算機(jī)； S1-3，所述計(jì)算機(jī)對所述數(shù)字圖像信號預(yù)處理后實(shí)時(shí)解算，獲取所述監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標(biāo)圖像位置值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，S1-3中，所述預(yù)處理方法為速率差自動修正以及限速率數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述攝像頭固定安裝在所述攝像頭安裝平臺，所述攝像頭安裝平臺分別連接所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)和所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)； Si中，所述計(jì)算機(jī)獲取所述攝像頭方位角和所述攝像頭俯仰角具體為: 所述計(jì)算機(jī)通過所述方位角編碼器采集所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角，以及，所述計(jì)算機(jī)通過所述俯仰角編碼器采集所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角；所述計(jì)算機(jī)通過所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的方位角推算出所述攝像頭的方位角，所述計(jì)算機(jī)通過所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)的俯仰角推算出所述攝像頭的俯仰角； S3中，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述控制信號對所述攝像頭方位角和所述攝像頭俯仰角進(jìn)行閉環(huán)的運(yùn)動校正具體為: 所述計(jì)算機(jī)將所述控制信號分別發(fā)送給所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)和所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)；所述方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動而調(diào)整所述攝像頭的方位角，所述俯仰旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動而調(diào)整所述攝像頭的俯仰角。
【文檔編號】G05D3/12GK104281158SQ201310284446
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】楊軍, 夏俊偉 申請人:北京頂亮科技有限公司