一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置，包含：軌道；軌道平臺，設置在軌道上，可沿軌道滑動；軌道電機，與軌道平臺連接，提供軌道平臺運動的動力；云臺攝像機，安裝在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運動；云臺電機，與所述云臺攝像機連接，提供云臺攝像機俯仰及偏轉的動力；第一傳感器，設置在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運動；第二傳感器，設置在云臺攝像機上，可隨云臺攝像機俯仰及偏轉；嵌入式微控制器，其信號輸入端分別連接第一傳感器及第二傳感器，其輸出端分別連接軌道電機及云臺電機。本發(fā)明還公開了一種控制方法。本發(fā)明能夠補償由于機械磨損，熱脹冷縮等因素造成的行進距離誤差及偏轉、俯仰角度誤差，實現姿態(tài)自校正。
【專利說明】一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置及其方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控領域，具體涉及一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置及其方 法。

【背景技術】
[0002] 在無人值守的變電站、機房的遠程監(jiān)控等需要移動監(jiān)控的場所，平時并沒有相關 的工作人員在值班，運維人員在控制中心通過遠程控制云臺裝置來操作監(jiān)控場所里的活動 軌道攝像機對設備進行日常的巡檢工作，活動軌道攝像機也可以在無人操作的情況下通過 預先設置的軌道位置和角度，實現自動巡航，定時對指定的位置進行巡檢，以方便對特定的 設備進行觀察和分析。
[0003] 傳統(tǒng)的活動軌道攝像機遠程控制云臺裝置是通過控制芯片編程，控制步進電機和 齒輪結構來到達預先設定的機位，通過步進電機來控制行進距離，通過齒輪結構來提供行 進的動力并控制云臺的偏轉角度等，這些都是由電機和齒輪等硬件組合來實現云臺控制的 動作。這類結構的云臺裝置通過長時間的運行后，由于機械磨損，熱脹冷縮等因素的影響， 云臺操作活動軌道攝像機的行進距離和偏轉角度會與預先設定的值產生偏差，導致活動云 臺不能達到預設的位置，活動軌道攝像頭的行進距離與偏轉角度的偏差也會越來越大，后 期需要經常進行手工校正才能正常運行，校正工作往往需要專業(yè)人員來完成，浪費人力、物 力與時間，直接影響正常生產工作的開展。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置及其方法，能夠補償 由于機械磨損，熱脹冷縮等因素造成的行進距離誤差、偏轉俯仰角度誤差，實現云臺攝像機 的姿態(tài)自校正。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現：一種姿態(tài)自校正云臺攝像機 控制裝置，其特點是，包含： 軌道； 軌道平臺，設置在軌道上，可沿軌道滑動； 軌道電機，與軌道平臺連接，提供軌道平臺運動的動力； 云臺攝像機，安裝在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運動； 云臺電機，與所述云臺攝像機連接，提供云臺攝像機俯仰及偏轉的動力； 第一傳感器，設置在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運動； 第二傳感器，設置在云臺攝像機上，可隨云臺攝像機俯仰及偏轉； 嵌入式微控制器，其信號輸入端分別連接第一傳感器及第二傳感器，其輸出端分別連 接軌道電機及云臺電機。
[0006] 姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置進一步包含一第三傳感器，設置在云臺攝像機 上，可隨云臺攝像機俯仰及偏轉，所述第三傳感器連接嵌入式微控制器的信號輸入端。
[0007] 所述的第一傳感器及第二傳感器均為加速度計，所述第三傳感器為一陀螺儀。
[0008] -種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特點是，包含軌道平臺行進距離自校正 方法及云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法，其中所述軌道平臺行進距離自校正方法包含： A1、嵌入式微控制器根據第一傳感器采集的數據計算出軌道平臺實際行進的距離； A2、嵌入式微控制器將軌道平臺實際行進的距離與預設行進距離進行對比得到行進距 離誤差； A3、嵌入式微控制器判斷行進距離誤差是否滿足允許行進距離誤差； A31、若是，則不作處理； A32、若否，則執(zhí)行誤差補償步驟，嵌入式微控制器發(fā)出命令控制軌道電機運動，使得軌 道平臺運動行進距離誤差值，達到預設行進距離； 所述云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法包含： B1、嵌入式微控制器將第二傳感器及第三傳感器的數據融合后，計算出云臺攝像機實 際偏轉的角度及實際俯仰的角度； B2、嵌入式微控制器將云臺攝像機實際偏轉的角度與預設偏轉角度進行對比得到偏轉 角度誤差，將云臺攝像機實際俯仰的角度與預設俯仰角度進行對比得到俯仰角度誤差； B3、嵌入式微控制器判斷偏轉角度誤差是否滿足允許偏轉角度誤差及判斷俯仰角度誤 差是否滿足允許俯仰角度誤差； B31、若是，則不作處理； B32、若否，則執(zhí)行誤差補償步驟，嵌入式微控制器發(fā)出命令控制云臺電機運動，使得云 臺攝像機運動偏轉角度誤差值，達到預設偏轉角度，或使得云臺攝像機運動俯仰角度誤差 值，達到預設俯仰角度。
[0009] 所述的軌道平臺行進距離自校正方法中步驟A1之前包含： A01、軌道電機接收嵌入式微控制器的命令后開始運動，移動預設行進距離，同時第一 傳感器開始采集數據，嵌入式微控制器開始計時； A02、當軌道平臺停止移動時，嵌入式微控制器停止計時，第一傳感器停止采集數據，并 將數據發(fā)送至嵌入式微控制器。
[0010] 所述的軌道平臺行進距離自校正方法中步驟A32之后進一步包含步驟A4,嵌入式 微控制器保存行進距離誤差。
[0011] 所述的所述云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法中步驟B1之前包含： B01、云臺電機接收嵌入式微控制器的命令后開始運動，移動預設偏轉角度及預設俯仰 角度，同時第二傳感器及第三傳感器開始采集數據，嵌入式微控制器開始計時； B02、當云臺電機停止移動時，嵌入式微控制器停止計時，第二傳感器及第三傳感器停 止采集數據，并將數據發(fā)送至嵌入式微控制器。
[0012] 所述的云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法中步驟B32之后進一步包含步驟B4,嵌 入式微控制器保存偏轉角度誤差及俯仰角度誤差。
[0013] 所述允許行進距離誤差為±5厘米。
[0014] 所述允許偏轉角度誤差為±2度，所述允許俯仰角度誤差為±2度。
[0015] 本發(fā)明一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置及其方法與現有技術相比具有以下 優(yōu)點：結合加速度計與陀螺儀等傳感器技術來檢測軌道平臺及云臺攝像機的姿態(tài)變化，并 結合嵌入式軟件來精確計算軌道平臺的實際行進距離和云臺攝像機偏轉角度及俯仰角度， 再通過與預設值進行對比來計算出因長時間運行而產生的機械誤差，當發(fā)現產生的機械誤 差值超過允許的范圍后，進行誤差補償，實現軌道平臺行進距離上的位置修正和云臺攝像 機偏轉角度、俯仰角度的位置修正，從而實現云臺攝像機姿態(tài)的自動校正。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置的整體結構示意圖； 圖2為軌道平臺行進距離自校正方法流程圖； 圖3為云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法流程圖； 圖4為云臺攝像機旋轉角度矢量圖； 圖5為本發(fā)明實施例圖。

【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。
[0018] 如圖1所示，一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置，包含：軌道；軌道平臺，設置 在軌道上，可沿軌道滑動；軌道電機1，與軌道平臺連接，提供軌道平臺運動的動力；云臺攝 像機，安裝在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運動；云臺電機2,與所述云臺攝像機連接，提 供云臺攝像機俯仰及偏轉的動力；第一傳感器3,設置在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運 動；第二傳感器4,設置在云臺攝像機上，可隨云臺攝像機俯仰及偏轉；第三傳感器5,設置 在云臺攝像機上，可隨云臺攝像機俯仰及偏轉；嵌入式微控制器6 (MCU)，其信號輸入端分 別連接第一傳感器3、第二傳感器4及第三傳感器5,傳感器與MCU之間還設有數模轉換單 兀7,嵌入式微控制器6的輸出端分別連接軌道電機1及云臺電機2,電機與MCU之間還設 有電機控制單元8。嵌入式微控制器6還連接一個后臺主站9,作為遠端控制中心，用于發(fā) 送控制命令，后臺主站9與MCU之間采用TCP/IP協(xié)議。嵌入式微控制器6與數模轉換單元 7之間采用SPI接口傳輸數據，嵌入式微控制器6與電機控制單元8采用脈沖寬度調制方式 (PWM)及I/O接口連接。
[0019] 結合上述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置，實現其控制方法，方法包含軌道平 臺行進距離自校正方法及云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法。
[0020] 如圖2所示，軌道平臺行進距離自校正方法包含： A01、軌道電機接收嵌入式微控制器的命令后開始運動，移動預設行進距離，同時第一 傳感器開始采集數據，嵌入式微控制器開始計時； A02、當軌道平臺停止移動時，嵌入式微控制器停止計時，第一傳感器停止采集數據，并 將數據發(fā)送至嵌入式微控制器； A1、嵌入式微控制器根據第一傳感器采集的數據計算出軌道平臺實際行進的距離； A2、嵌入式微控制器將軌道平臺實際行進的距離與預設行進距離進行對比得到行進距 離誤差； A3、嵌入式微控制器判斷行進距離誤差是否滿足允許行進距離誤差； A31、若是，則不作處理； A32、若否，則執(zhí)行誤差補償步驟，嵌入式微控制器發(fā)出命令控制軌道電機運動，使得軌 道平臺運動行進距離誤差值，達到預設行進距離； A4、嵌入式微控制器保存行進距離誤差。
[0021] 如圖3所示，云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法包含： B01、云臺電機接收嵌入式微控制器的命令后開始運動，移動預設偏轉角度及預設俯仰 角度，同時第二傳感器及第三傳感器開始采集數據，嵌入式微控制器開始計時； B02、當云臺電機停止移動時，嵌入式微控制器停止計時，第二傳感器及第三傳感器停 止采集數據，并將數據發(fā)送至嵌入式微控制器； B1、嵌入式微控制器將第二傳感器及第三傳感器的數據融合后，計算出云臺攝像機實 際偏轉的角度及實際俯仰的角度； B2、嵌入式微控制器將云臺攝像機實際偏轉的角度與預設偏轉角度進行對比得到偏轉 角度誤差，將云臺攝像機實際俯仰的角度與預設俯仰角度進行對比得到俯仰角度誤差； B3、嵌入式微控制器判斷偏轉角度誤差是否滿足允許偏轉角度誤差及判斷俯仰角度誤 差是否滿足允許俯仰角度誤差； B31、若是，則不作處理； B32、若否，則執(zhí)行誤差補償步驟，嵌入式微控制器發(fā)出命令控制云臺電機運動，使得云 臺攝像機運動偏轉角度誤差值，達到預設偏轉角度，或使得云臺攝像機運動俯仰角度誤差 值，達到預設俯仰角度； B4、嵌入式微控制器保存偏轉角度誤差及俯仰角度誤差。
[0022] 本實施例中，第一傳感器及第二傳感器均為加速度計，第三傳感器采用陀螺儀。在 另外的實施例中，能夠實現該功能的傳感器也應包含在內。本發(fā)明可以包含五個模塊，分別 為加速度計，軌道平臺構成軌道姿態(tài)采集模塊，由加速度計、陀螺儀和云臺攝像機構成云臺 姿態(tài)采集模塊，由軌道電機、齒輪和軌道構成的軌道系統(tǒng)平臺，由云臺攝像機及云臺電機組 成的云臺攝像機系統(tǒng)，由MCU、數模轉換單元及電機控制單元組成的系統(tǒng)控制模塊。
[0023] 在軌道姿態(tài)采集模塊中是通過采集固定在軌道平臺上的加速度計的數據，然后 MCU將采集得到的數據做兩次積分運算處理，可以得到軌道平臺的實際行進距離，公式如下 所示：

【權利要求】
1. 一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置，其特征在于，包含： 軌道； 軌道平臺，設置在軌道上，可沿軌道滑動； 軌道電機，與軌道平臺連接，提供軌道平臺運動的動力； 云臺攝像機，安裝在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運動； 云臺電機，與所述云臺攝像機連接，提供云臺攝像機俯仰及偏轉的動力； 第一傳感器，設置在軌道平臺上，可隨軌道平臺一起運動； 第二傳感器，設置在云臺攝像機上，可隨云臺攝像機俯仰及偏轉； 嵌入式微控制器，其信號輸入端分別連接第一傳感器及第二傳感器，其輸出端分別連 接軌道電機及云臺電機。
2. 如權利要求1所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置，其特征在于，進一步包含一 第H傳感器，設置在云臺攝像機上，可隨云臺攝像機俯仰及偏轉，所述第H傳感器連接嵌入 式微控制器的信號輸入端。
3. 如權利要求2所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制裝置，其特征在于，所述的第一傳 感器及第二傳感器均為加速度計，所述第H傳感器為一巧螺儀。
4. 一種姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特征在于，包含軌道平臺行進距離自校正 方法及云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法，其中所述軌道平臺行進距離自校正方法包含： A1、嵌入式微控制器根據第一傳感器采集的數據計算出軌道平臺實際行進的距離； A2、嵌入式微控制器將軌道平臺實際行進的距離與預設行進距離進行對比得到行進距 離誤差； A3、嵌入式微控制器判斷行進距離誤差是否滿足允許行進距離誤差； A31、若是，則不作處理； A32、若否，則執(zhí)行誤差補償步驟，嵌入式微控制器發(fā)出命令控制軌道電機運動，使得軌 道平臺運動行進距離誤差值，達到預設行進距離； 所述云臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法包含： B1、嵌入式微控制器將第二傳感器及第H傳感器的數據進行融合后，計算出云臺攝像 機實際偏轉的角度及實際俯仰的角度； B2、嵌入式微控制器將云臺攝像機實際偏轉的角度與預設偏轉角度進行對比得到偏轉 角度誤差，將云臺攝像機實際俯仰的角度與預設俯仰角度進行對比得到俯仰角度誤差； B3、嵌入式微控制器判斷偏轉角度誤差是否滿足允許偏轉角度誤差及判斷俯仰角度誤 差是否滿足允許俯仰角度誤差； B31、若是，則不作處理； B32、若否，則執(zhí)行誤差補償步驟，嵌入式微控制器發(fā)出命令控制云臺電機運動，使得云 臺攝像機運動偏轉角度誤差值，達到預設偏轉角度，或使得云臺攝像機運動俯仰角度誤差 值，達到預設俯仰角度。
5. 如權利要求4所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特征在于，所述的軌道平 臺行進距離自校正方法中步驟A1之前包含： A01、軌道電機接收嵌入式微控制器的命令后開始運動，移動預設行進距離，同時第一 傳感器開始采集數據，嵌入式微控制器開始計時； A02、當軌道平臺停止移動時，嵌入式微控制器停止計時，第一傳感器停止采集數據，并 將數據發(fā)送至嵌入式微控制器。
6. 如權利要求4所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特征在于，所述的軌道平 臺行進距離自校正方法中步驟A32之后進一步包含步驟A4,嵌入式微控制器保存行進距離 誤差。
7. 如權利要求4所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特征在于，所述的所述云 臺攝像機俯仰、偏轉自校正方法中步驟B1之前包含： B01、云臺電機接收嵌入式微控制器的命令后開始運動，移動預設偏轉角度及預設俯仰 角度，同時第二傳感器及第H傳感器開始采集數據，嵌入式微控制器開始計時； B02、當云臺電機停止移動時，嵌入式微控制器停止計時，第二傳感器及第H傳感器停 止采集數據，并將數據發(fā)送至嵌入式微控制器。
8. 如權利要求4所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特征在于，所述的云臺攝 像機俯仰、偏轉自校正方法中步驟B32之后進一步包含步驟B4,嵌入式微控制器保存偏轉 角度誤差及俯仰角度誤差。
9. 如權利要求4或6所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特征在于，所述允許行 進距離誤差為±5厘米。
10. 如權利要求4或8所述的姿態(tài)自校正云臺攝像機控制方法，其特征在于，所述允許 偏轉角度誤差為±2度，所述允許俯仰角度誤差為±2度。
【文檔編號】H04N5/232GK104469292SQ201410694969
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權日:2014年11月27日
【發(fā)明者】吳佳偉, 陳志佳, 張群, 廖斌 申請人:國網上海市電力公司, 上海思敦信息科技有限公司