CN105676880A - 一种云台摄像装置的控制方法及*** - Google Patents

一种云台摄像装置的控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种云台摄像装置的控制方法及***，属于云台控制方法和装置领域，为解决现有方法和装置增稳效果差等问题而设计。本发明云台摄像装置的控制方法，包括如下步骤：基于惯性测量单元获取云台当前角度位置信息；将云台当前角度位置与云台预设目标角度位置对比；实时获取电机转轴位置信息得到电机调节参数，电机根据电机调节参数驱动摄像装置恢复至云台预设角度位置对应的原始位置。本发明云台摄像装置控制***用于实现上述方法。本发明云台摄像装置控制方法及***实时监控云台的位置变化，并将当前位置与预设位置进行对比，结合电机的当前位置得到电机调节参数，通过电机驱动摄像装置进行摄像装置的位置修正，修正速度快、增稳效果好。

Description

一种云台摄像装置的控制方法及***
技术领域
本发明涉及云台技术领域，尤其涉及一种云台摄像装置的控制方法和用于实现该方法的云台摄像装置的控制***。
背景技术
云台是监控***中最常见的前端监控设备。随着监控技术的不断发展，对于监控产品的监控质量要求越来越高，也就是要求云台处于各种复杂的应用环境中依然能够获取到高品质的画面。
一种云台监控的方式为：工作时云台受应用环境的影响将会出现晃动等不稳定的情况(如手持云台随人手晃动)，为了保障云台摄像装置能够获取到稳定高清的视频或者图像，需要对摄像装置进行位置修正使其始终处于初始位置。现有的云台摄像装置控制方法存在修正过程响应迟缓，修正精度低等问题，导致摄像装置摄取视频或者图像质量不过关。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种云台摄像装置的控制方法，使得云台位置的修正速度更快、增稳效果更优。
本发明的另一个目的在于提出一种云台摄像装置的控制***，使得通过云台摄像装置获取的视频或者图像质量更高。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种云台摄像装置的控制方法，包括如下步骤：
基于惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息获取云台当前角度位置信息；
实时获取云台电机转轴的当前位置信息；
将所述云台当前角度位置信息与云台预设角度位置信息对比；
根据对比结果和所述云台电机转轴的当前位置信息得到用于调节摄像装置角度位置的电机调节参数；
根据所述电机调节参数驱动所述电机，使所述摄像装置恢复至所述云台预设角度位置信息对应的原始位置。
进一步的技术方案是，所述基于惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息获取云台当前角度位置信息包括：
所述惯性测量单元采集地球坐标系下所述摄像装置的三维姿态信息；
对所述惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息进行巴特沃斯滤波和卡尔曼滤波，得到地球坐标系下所述摄像装置的当前角度位置信息。
进一步的技术方案是，所述基于惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息获取云台当前角度位置信息还包括：将地球坐标系下所述摄像装置的当前角度位置信息经过四元数和方向余弦矩阵转化得到地球坐标系下所述云台当前角度位置信息。
进一步的技术方案是，通过遥控器、手机终端或者电脑终端设定地球坐标系下所述云台预设角度位置信息。
进一步的技术方案是，所述实时获取电机转轴的当前位置信息包括：
通过数字传感器获取所述云台电机转轴的当前位置信息对应的电机码盘位置的数字信号。
进一步的技术方案是，所述根据对比结果和所述电机转轴的当前位置信息得到用于调节摄像装置角度位置的电机调节参数包括：
根据对比结果和所述电机转轴的当前位置信息得到电机的转轴角度差值；
基于所述电机的转轴角度差值及电机的转轴PID控制参数得到电机的转轴电流值。
进一步的技术方案是，所述电机的转轴电流值存储在设定内存空间中并以中断的方式告知电机驱动单元更新转轴电流值，进而驱动电机动作。。
一种用于实现如上述所述云台摄像装置的控制方法的云台摄像装置的控制***，所述控制***包括云台当前角度位置信息获取单元、云台电机转轴位置信息获取单元、控制单元以及电机驱动单元；
所述云台当前角度位置信息获取单元用于实时获取云台当前角度位置信息并传送至控制单元；
所述云台电机转轴位置信息获取单元用于获取云台电机转轴的当前位置信息并传送至控制单元；
所述控制单元用于将所述云台当前角度位置信息与云台预设目标角度位置对比，并根据对比结果和所述云台电机转轴的当前位置信息得到用于调节摄像装置角度的电机调节参数并将所述电机调节参数传送至所述电机驱动单元；
所述电机驱动单元用于根据电机调节参数控制电机动作。
进一步的技术方案是，所述云台电机转轴位置信息获取单元为数字传感器，所述数字传感器用于获取各电机转轴的当前位置对应的各电机码盘位置的数字信号。
进一步的技术方案是，所述电机调节参数为转轴电流值，所述控制单元以中断的方式告知电机驱动单元更新转轴电流值。
本发明的有益效果为：
本发明云台摄像装置控制方法及***实时对云台的位置变化进行监控，并将当前位置与预设位置进行对比，结合电机码盘的当前位置得到电机调节参数，通过电机驱动摄像装置进行摄像装置的位置修正，修正速度快、增稳效果好。
附图说明
图1是本发明优选实施例1提供的云台摄像装置的控制方法的流程图；
图2是本发明优选实施例1提供的云台摄像装置的控制方法的步骤S1的流程图；
图3是本发明优选实施例1提供的云台摄像装置的控制方法的步骤S4的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例公开一种云台摄像装置的控制方法。如图1所示，本实施例云台摄像装置的控制方法包括如下步骤：
步骤S1：基于IMU(惯性测量单元)实时采集摄像装置的三维姿态信息实时获取云台当前角度位置信息。步骤S1分为如下两个步骤，如图2所示：
步骤S101：IMU(惯性测量单元)通过陀螺仪和加速度计实时采集地球坐标系下摄像装置的三维姿态信息。
步骤S102：对IMU(惯性测量单元)实时采集的摄像装置的三维姿态信息进行巴特沃斯滤波和卡尔曼滤波，以得到地球坐标系下摄像装置的当前角度位置信息。巴特沃斯滤波器滤波用于滤除高频噪声，卡尔曼滤波用于补偿陀螺仪的零点漂移误差。经过上述两级滤波能够获得精确的摄像装置的当前角度位置信息。IMU(惯性测量单元)采集的频率(采集的时间间隔)不限，根据需要具体设定。
步骤S103：将所述摄像装置的当前角度位置信息转化得到云台当前角度位置信息，具体是采用四元数和方向余弦矩阵转换将地球坐标系下的所述摄像装置的当前角度位置信息转化为地球坐标系下的所述云台的云台当前角度位置信息。
步骤S2：实时获取云台电机转轴的当前位置信息。
摄像装置的三维角度位置由云台上的三个电机控制，因此，摄像装置的三维角度位置修正需要通过精确控制电机动作来实现。
云台电机转轴的当前位置信息的获取方式不限。本实施例中，为了使数据获取速度更快，通过设置在电机上的数字传感器获取各电机转轴的当前位置对应的各电机码盘位置的数字信号。以数字量的形式获取三个电机的当前位置，采样数据精度更高，大幅度提高了控制精度。
步骤S3：将所述云台当前角度位置信息与云台预设角度位置信息对比。
在进行角度位置对比前，需要设定云台预设角度位置信息，云台预设角度位置为理想状态下云台所处的角度位置。云台预设角度位置的设定方法不限，可在控制单元中提前设定，也可通过外部控制设备进行设定。其中，外部控制设备可以为遥控器、手机终端或者电脑终端。外部设备的设定方法更方便对云台目标位置的更改，可控性更强。
通过对比云台当前角度位置与设定的云台预设角度位置，可得到云台角度位置偏差，继而通过四元数和方向余弦矩阵的逆转换可得到摄像装置的角度位置偏差，以便对摄像装置的角度位置偏差进行修正。
步骤S4：根据步骤S2中的对比结果和步骤S3中的所述云台电机转轴的当前位置信息得到用于调节摄像装置角度位置的电机调节参数。步骤S4分为如下两个步骤，如图3所示：
步骤S401：根据步骤S2中对比结果和步骤S3中云台电机转轴的当前位置信息得到电机用于修正当前摄像装置角度位置偏差的转轴角度差值；
步骤S402：基于所述转轴角度差值及电机的转轴PID控制参数得到电机的转轴电流值，基于三轴云台，转轴电流值为三轴电流值。
上述步骤S402还可以为：基于所述三轴对地角度差值及三轴经验值计算出初步电机电流值，初步电机电流值乘以修正参数得到电机的三轴电流值。为了使电机能够快速响应、执行修正动作，所述三轴电流值存储在设定内存空间中(即设定的CPU中)，CPU同时通知三个电机的驱动更新三轴电流数据。
步骤S5：所述电机根据所述电机调节参数(转轴电流值)驱动摄像装置，以使摄像装置恢复至云台预设角度位置对应的原始位置。
本实施例云台摄像装置控制方法实时对摄像装置的位置变化进行监控，并将其转化为云台的位置变化，并将云台的当前位置与预设位置进行对比，结合电机码盘的当前位置得到电机调节参数，通过电机驱动摄像装置进行摄像装置的位置修正，修正速度快、增稳效果好。
实施例2
本实施例公开一种用于实现优选实施例1中各种云台摄像装置的控制方法的云台摄像装置的控制***，所述控制***包括云台当前角度位置信息获取单元、云台电机转轴位置信息获取单元、控制单元以及电机驱动单元。
其中，云台当前角度位置信息获取单元用于实时获取云台当前角度位置信息并传送至控制单元。具体的云台当前角度位置信息获取单元包括IMU(惯性测量单元)和信号处理单元，IMU(惯性测量单元)通过陀螺仪和加速度计实时采集地球坐标系下摄像装置的当前角度位置信息，信号处理单元用于对采集的摄像装置的当前角度位置信息进行滤波处理和信息转化，并将滤波后的信号传送至控制单元。
云台电机转轴位置信息获取单元用于获取云台电机转轴的当前位置信息并传送至控制单元。具体的，云台电机转轴位置信息获取单元为设置在电机上的数字传感器，通过数字传感器获取各电机转轴的当前位置对应的各电机码盘位置的数字信号。数字传感器直接获取数字信号，获取速度快，大大减少了后续运算时间，大幅度提高了控制精度，摄像装置的稳定效果更好。
所述控制单元用于设定云台预设角度位置，并将所述云台当前角度位置与设定的云台预设角度位置对比，并根据对比结果和所述云台电机转轴的当前轴位置信息得到用于调节摄像装置角度的电机调节参数并将所述电机调节参数传送至所述电机驱动单元。所述电机驱动单元用于根据电机调节参数控制电机动作，修正摄像装置的角度位置偏差。
优选的，所述电机调节参数为转轴电流值，本实施例中，所述转轴电流值包括控制三个电机动作的三个转轴的电流值。所述控制单元以中断的方式告知电机驱动单元更新转轴电流值。所述控制***还包括外部控制单元，所述外部控制单元与控制单元连接，用于向控制单元发送云台预设角度位置设定信号，控制单元接收该设定信号并对云台预设角度位置进行设定或者修改。优选的，所述外部控制单元为遥控器、手机终端或者电脑终端。所述外部单元通过有线/无线的方式与控制单元连接。
本实施例云台摄像装置控制***实时对摄像装置的位置变化进行监控，并将其转化为云台的位置变化，并将云台的当前位置与预设位置进行对比，结合电机码盘的当前位置得到电机调节参数，通过电机驱动摄像装置进行摄像装置的位置修正，修正速度快、增稳效果好。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种云台摄像装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息获取云台当前角度位置信息；
实时获取云台电机转轴的当前位置信息；
将所述云台当前角度位置信息与云台预设角度位置信息对比；
根据对比结果和所述云台电机转轴的当前位置信息得到用于调节摄像装置角度位置的电机调节参数；
根据所述电机调节参数驱动所述电机，使所述摄像装置恢复至所述云台预设角度位置信息对应的原始位置。
2.根据权利要求1所述的云台摄像装置的控制方法，其特征在于，所述基于惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息获取云台当前角度位置信息包括：
所述惯性测量单元采集地球坐标系下所述摄像装置的三维姿态信息；
对所述惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息进行巴特沃斯滤波和卡尔曼滤波，得到地球坐标系下所述摄像装置的当前角度位置信息。
3.根据权利要求2所述的云台摄像装置的控制方法，其特征在于，所述基于惯性测量单元实时采集的摄像装置的三维姿态信息获取云台当前角度位置信息还包括：
将地球坐标系下所述摄像装置的当前角度位置信息经过四元数和方向余弦矩阵转化得到地球坐标系下所述云台当前角度位置信息。
4.根据权利要求1所述的云台摄像装置的控制方法，其特征在于，通过遥控器、手机终端或者电脑终端设定地球坐标系下所述云台预设角度位置信息。
5.根据权利要求1所述的云台摄像装置的控制方法，其特征在于，所述实时获取电机转轴的当前位置信息包括：
通过数字传感器获取所述云台电机转轴的当前位置信息对应的电机码盘位置的数字信号。
6.根据权利要求1-5之任一项所述的云台摄像装置的控制方法，其特征在于，所述根据对比结果和所述电机转轴的当前位置信息得到用于调节摄像装置角度位置的电机调节参数包括：
根据对比结果和所述电机转轴的当前位置信息得到电机的转轴角度差值；
基于所述电机的转轴角度差值及电机的转轴PID控制参数得到电机的转轴电流值。
7.根据权利要求6所述的云台摄像装置的控制方法，其特征在于，所述电机的转轴电流值存储在设定内存空间中并以中断的方式告知电机驱动单元更新转轴电流值，进而驱动电机动作。
8.一种用于实现如权利要求1-7之任一项所述云台摄像装置的控制方法的云台摄像装置的控制***，其特征在于，所述控制***包括云台当前角度位置信息获取单元、云台电机转轴位置信息获取单元、控制单元以及电机驱动单元；
所述云台当前角度位置信息获取单元用于实时获取云台当前角度位置信息并传送至控制单元；
所述云台电机转轴位置信息获取单元用于获取云台电机转轴的当前位置信息并传送至控制单元；
所述控制单元用于将所述云台当前角度位置信息与云台预设目标角度位置对比，并根据对比结果和所述云台电机转轴的当前位置信息得到用于调节摄像装置角度的电机调节参数并将所述电机调节参数传送至所述电机驱动单元；
所述电机驱动单元用于根据电机调节参数控制电机动作。
9.根据权利要求8所述的云台摄像装置的控制***，其特征在于，所述云台电机转轴位置信息获取单元为数字传感器，所述数字传感器用于获取各电机转轴的当前位置对应的各电机码盘位置的数字信号。
10.根据权利要求8所述的云台摄像装置的控制***，其特征在于，所述电机调节参数为转轴电流值，所述控制单元以中断的方式告知电机驱动单元更新转轴电流值。
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