专利名称：操作者支承的远距离摄像机定位和控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及摄像机的支架。具体而言，本发明涉及远距离定位摄像机的支架。
背景技术：
在摄影及其它视觉艺术领域中，经常需要增大观察范围，以获得不同的特殊效果，从三角架或摄影师手持的摄像机所无法实现的角度和高度拍摄画面。在记录体育活动时更是如此。已经开发出了各种系统来实现这个目标，包括升降旋转吊臂，如Samuelson的美国专利No.4,849,778中所示的，以及用于飞机的固定凸轮安装架，例如美国专利No.4,156,512中所示的。
虽然这些方法确实增大了视角和升降的范围，但它们经常有复杂的组件，通常难以由摄影师单独操作，而且太大，肯定无法由摄影师单独地把持和操纵。这些设备的尺寸经常会限制得到所需的观察和记录范围。
因此提供一种能够由摄影师单人支承、操作和操纵的远距离摄像机定位系统是很有利的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种完全能由单个操作者携带的摄像机支架。
本发明的另一个目的是提供一种操作者支承的摄像机系统，其可以把摄像机定位在距操作者相当远的距离处，同时操作者可以进行定位和指向控制。
本发明的另一个目的是提供一种操作者支承的摄像机系统，其可以在保持图像质量的同时由操作者容易地进行操纵。
本发明还有一个目的是提供一种操作者支承的摄像机系统，其重量很轻，可以避免操作者过早地疲劳。
通过一种由操作者单人使用和支承的远距离摄像机定位系统，可以实现本发明这些和其它的目的。该系统可以包括摄像机；支承摄像机的摄像机定位器；以及用于观察摄像机生成的图像的监视器。监视器具有用于把监视器固定在操作者身上并处于操作者的视野中的附件。摄像机定位器具有操作者接口(interface)，用于支承所述的摄像机定位器，并通过摄像机定位器空间地操纵摄像机。摄像机定位器使摄像机离开操作者接口至少3英尺，处于手可触及的范围之外。从而，操作者单人就可以独立地支承、定位和操纵手触及范围之外的摄像机，以得到更大的观察范围，同时监视摄像机的画面。
摄像机可以是视频摄像机，监视器可以是视频监视器。监视器附件可以把监视器固定在操作者的身体上，比如通过皮带等等。另外，监视器附件也可以包括和玻璃框类似的框架，用于把监视器固定在操作者的眼前。
操作者接口使操作者可以支承摄像机定位器，并通过摄像机定位器空间地操纵摄像机。操作者接口可以通过一个组合结构，比如把手，执行这些功能。操作者接口也可以包含多个部件，包括手接口，比如把手，以及身体接口，比如支承带，绕在操作者的胸背上。
根据本发明的一个方面，摄像机定位器是一个细长的吊杆，其可以伸缩，操作者接口包括两个分离的把手表面，其接近所述吊杆的近端，而摄像机固定在与所述近端相对的吊杆远端。操作者接口的实施例还可以具有辅助支承结构，其沿着长度方向与吊杆相连，用于与操作者相连。
辅助支承结构可以，例如，具有用于固定围绕操作者身体的带，从带延伸出的偏斜线，连接在线的一端与带相对的滑轮；作用线，滑轮沿其运动；以及从吊杆侧向延伸的框架，其为动作线的两端提供了固定，从而操作者可以负担一部分的系统重量，同时在所有的方向上进行吊杆的自由操纵。
该系统也可以具有不同的摄像机头部结构。例如，该系统可以具有两个摄像机伺服，用于控制摄像机相对吊杆的平移和倾斜。摄像机侧伺服可以提供输出轴以及从输出轴横向延伸出用于固定摄像机的摄像机支承臂。吊杆侧伺服可以提供第二输出轴以及从所述第二输出轴延伸出用于固定摄像机侧伺服的伺服支承臂。优选的，提供有一个断开部件，其具有一个薄弱部分和一个平台，吊杆侧伺服安装在这个平台上。断开部件可拆卸地安装在所述细长吊杆的远端，以在发生撞击或其它可能的破坏性碰撞时断开摄像机头部。该系统还可以具有至少一个用于摄像机侧伺服和吊杆侧伺服的手操作控制器，所述控制器固定在所述吊杆上，接近所述把手表面中的一个。
该系统还可以具有电源组件，用于向监视器、伺服和摄像机提供电源，所述电源组件具有用于将电源组件固定在操作者身上的附件。还提供了用于存储摄像机所生成的图像的视频记录器。视频记录器可以具有记录器附件，用于把视频记录器固定在操作者身上；以及图像电缆，用于把摄像机的信号传输至监视器，所述图像电缆在吊杆内部延伸；电源电缆，用于把电源组件与监视器、摄像机和伺服相连；以及控制电缆，用于把控制器的控制信号传输至伺服。
因此，本发明提供了一种系统，使操作者单人就能够独立地支承、操纵和监视位于手触及范围之外的远距离摄像机。这样，可以独立地实现大视角范围。
由以下对本发明各个方面实施例的详细说明，结合附图，可以更加完全地理解本发明。图中图1是一个运动环境的立体图，解释了根据本发明的远距离摄像机定位系统的应用；图2是操作者利用根据本发明的远距离摄像机定位系统的一个实施例的立体图，解释了身体辅助支承；图3是根据本发明的操作者支承摄像机系统的一个实施例中使用的摄像机头部组件的立体图。
具体实施例方式
本发明致力于摄像机支架。本发明提供了一种摄像机支架，其可以由操作者单人把持、操纵和控制。该摄像机支架使摄像机可以放置在离操作者相当距离的远处，可以在很高的高度进行定位和指向，并允许很宽范围的横向定位。另外，该远距离定位提供了操作者支承摄像机系统的大运动范围。
参照图1，本发明的实施例10可以包括由摄像机定位器，如吊杆14所支承的摄像机12。摄像机定位器提供有操作者接口，如吊杆14的把手区16，使操作者18可以支承吊杆14并空间地操纵摄像机12。通过吊杆14，操作者18可以，例如，紧跟弧形轨道22中溜冰者20的移动。通过根据本发明的远距离摄像机定位系统可以实现这样的观察，并可由操作者单人进行管理。
以吊杆14作为示例，根据本发明的摄像机定位器把摄像机安置在操作者手触及范围之外的地方。这个远距离定位是离操作者接口，如吊杆14的把手区16至少3英尺。
正如说明书和所附权利要求书中所用的，操作者接口和摄像机位置之间3英尺的距离是为了在手的触及范围之外传送摄像机的定位操作。在测量这个3英尺的间距时，操作者接口中的基准点可以是使用中离操作者最近的点。对于吊杆14，操作者接口包括由操作者10的右手握住的吊杆14一端处的把手区24，这个3英尺的距离是从这个点开始计算的，而不是从操作者18的左手握住的更远一些的区域开始。当然，吊杆14可以延伸超过这个3英尺的距离，如图所示。
在图2中，从操作者一端部分地显示了该实施例。只是部分显示了吊杆14，实际上，吊杆延伸到固定摄像机的远端，图4显示了这样一个例子，在以下的说明书中会加以详细说明。
参照图2，远距离摄像机定位系统还包括监视器，用于观察摄像机(未显示)生成的图像。根据本发明，监视器固定在操作者身上，在操作者的视野之中。因此，操作者18单人即可以独立地支承、定位和操纵手触及范围之外的摄像机(未显示，参见图1)，以获得更大范围的视野，同时监视摄像机的画面。
在一个优选实施例中，监视器包含在盒式磁带录像机26这样的图像记录器之中，用于存储摄像机生成的图像。监视器可以独立于记录器26，记录器26是可选的。但是，在这个优选模式中，监视器是安装在记录器26上的翻起型监视器28。优选的记录器是DVCR，比如Sony GV-D700，自带高比容量锂离子电池(未显示)。优选的，记录器也允许查看已经拍摄的画面。
监视器可以用不同的方式固定在操作者身上。在一个实施例中，监视器28及其相关的记录器26一起由操作者腰部的腹部组件进行固定。腹部组件可以是，例如，具有拉链盖的Radio Shack便携式CD播放机袋，其容纳DVCR的翻起型监视器。
监视器也可以包括视频监视器目镜30，比如轻重量的Sony PLM-A35LCD目镜，向其供给系统视频信号。这个结构允许摄像机定位系统10的“抬头”操作，而无需盯着腹部组件。这大大简便了视频对象的拉幅。在系统中使用目镜30也实现了更轻重量的磁带录像机，无需使用监视器。
因为使用细长吊杆14作为摄像机定位器，操作者接口可以具有吊杆上的手接口16和诸如吊带32这样的身体接口。对于更长的吊杆，除了操作者的手之外，可能还需要提供吊带32来利用操作者的身体以支承吊杆14，从而为更大的弯曲扭矩提供另外的稳定和支承。
正如在吊带32中，身体接口可以配置为提供对吊杆14的支承，而手接口16主要是为了使操作者可以操纵吊杆从而操纵摄像机的位置。当然，手接口16也可以同时用于支承吊杆14，有没有吊带32这样的身体接口的辅助都行。
手接口可以包括沿着吊杆14的长度分开的两个把手34、36。把手区可以用衬垫、泡沫材料等等进行标识。优选的，所指定并分开的用于操作者的手的把手区可以在吊杆的端部具有一个把手36。另外，可以提供一个连续的区域(未显示)，使操作者可以顺着吊杆14改变手的位置。吊杆14可以不提供指定区域，在这种情况下，吊杆14本身可以作为手接口。
操作者身体接口可以配置为不同的方式，只要它使操作者18除手之外还可以利用自己的身体来支承吊杆。操作者身体接口可以包括一个辅助支承结构38，其沿吊杆14的长度与之相连，用于固定到操作者18身上。辅助支承结构38可以具有带40，用于绕在操作者的身体上。偏斜线42从带40延伸到滑轮44。动作线46沿滑轮44运动，由四个撑杆50构成的框48从吊杆14侧向延伸出去，提供了动作线46两端的固定。在使用中，操作者18可以负担系统的一部分重量，同时可以在所有的方向上自由地操纵吊杆14。动作线46通过滑轮44的相应运动可以实现吊杆14的横向摆动。
可以通过弹簧52来提供偏斜线42。弹簧52使吊杆14可以相对操作者18进行灵活的垂直和轴向运动。
也可以提供其它的支承结构，从用于更小的定位器的基于手的支承到用于更长或更重的定位系统的身体辅助支承。重要的是该支承使操作者无需辅助，单人就可以支承和操纵定位器和相关的摄像机。
当前实施例中使用的吊杆14是很多风筝店都可以见到的轻重量7段一7米长碳纤维伸缩套杆。对于4.0盎司摄像机头部以及未加强的套杆来说，这个吊杆系统的实际长度极限是5米。在后面的说明中会介绍加强的方法。薄壁圆截面通过把所有的材料尽可能地集中在远离梁的中性线，可以提供最大的单位重量刚性。
伸缩管组件的一个来源是马里兰洲Hyattsville的Premier Kites生产的伸缩玻璃纤维套杆。在这个生产商提供的4种不同长度的套杆中，由于其更大的管径，从而更大的刚性，22英尺长的77922型是最佳选择。这个套管组件有7个一米长的段，在本实施例中放弃了其尖部两个最细的段。这个伸缩套管所有的管段是相对薄壁的，其端部的壁厚大约为0.050英寸。伸展时，管段对接，加强了摩擦配合接触区。这个管组件的根段具有一个超出直径的根部，大约为1.53英寸。各个段的外径比其相邻的大段直径小大约0.12英寸，并且沿其长度直径有大约0.080英寸的锥度。这个管组件具有厚的涂漆和底漆层，这保护相对较薄的玻璃纤维壁，占整个管组件重量的大约10％。7段22英尺长管的重量大约是2.2磅。管组件长度的切割和涂漆并不是严格控制的，因此重量和长度会有显著的变化。
套管过量的弯曲柔性会不利地影响摄像机支承系统所得到的图像质量。因此优化套管的重量和刚性以使其刚性-重量比最大化。首先，去除过厚的涂漆和底漆层。对于各个管段，沿其圆周每四分之一点处添加超高刚性的硼纤维束。使用马里兰州Wilmington的Textron System生产的5.6密耳(千分之一英寸)硼纤维，在根部或近端的管段上添加更多的纤维，外侧或远端的管段依次添加更少的纤维。然后给管段覆上非常轻(每平方码0.5盎司)的玻璃纤维布和环氧树脂。烘烤之后，分别完成改良的管段，装配成适当的伸缩结构，这是很重要的，因为由于硼和玻璃环氧树脂处理改变了外径。处理之后各个管段的最终重量可以保持为原始重量的±1％～2％。通过测量自由掉落时管段的振荡频率计算管段的弯曲刚性，如上处理后管段的弯曲刚性可以提高大约15％。
这个实施例中的远距离摄像机定位系统手持部分的重量大约为2.26磅(1025克)，全长16.4英尺(5米)，带有4盎司2通道(平移和倾斜)摄像机头部。如果添加了其它的操作者支承部件，比如具有自带电池的VCR、吊杆电源以及监视器目镜，则总的系统重量大约为6.8磅(大约3.1Kg)。这个重量会随确切的系统配置而变化。更小的电池可以使重量减小半磅或更多，更短的吊杆长度也可以使总系统重量每米减小几盎司。
对于室内或狭小空间使用的情况，经常需要更短的摄像机吊杆长度。可以得到短长度的薄壁圆截面伸缩套杆，其具有更小的直径。更小直径的管比大直径的具有更小的弯曲和扭转刚性。这种刚性不足会导致差的图像质量，定位和指向误差或者“颤动”。为了使刚性最大，使用这一系列伸缩吊杆中直径最大的作为摄像机吊杆的起点。
管段的结合点延伸一个给定的延伸距离，以确保紧密的配合。然后在钻孔处理中对结合点进行细钻，以产生重复的正交孔组，用于锁定销。轻重量的碳纤维锁定销保证在特技操纵或吊杆竖立重力作用压缩吊杆时伸缩吊杆的结合点不会滑动。销理想地与孔摩擦配合，也可以用橡胶带或安全夹固定在位置上。
根据拍摄要求确定段的长度和数目之后，使用伸缩管的最近或最大直径的段。为了使刚性最大重量最小，通过管的近端去除伸缩管的不必要的远端，以配置吊杆长度进行拍摄。销住剩下的段，把摄像机头部销在远端管段中。
参照图3，摄像机12在远离操作者(未显示)的一端连接在吊杆14(显示了一部分)上。该实施例包括一个统称为吊杆头部54的组件，包括弱连接56、电缆断开架58、用于平移和倾斜功能的两个伺服60、62、伺服臂64、66以及附属的隔离/连接硬件、电缆张力解除器以及摄像机12。
在可能的破坏性情况下，比如摄像机与外部物体发生碰撞的情况下，弱连接56可以使吊杆头部54从吊杆14上断开。这个断开可以帮助吸收撞击力并减轻对摄像机或伺服的可能的损坏。
优选的，弱连接56是一个钻有和伸缩吊杆段相同的孔图案的窄管。孔68的直径是弱连接管56直径的相对较大的一部分，从而造成必要的应力集中，当头部组件54的任何部位与足够的力接触时产生断裂。弱连接管56可以是轻重量的薄壁玻璃纤维窄管。优选的，弱连接管56保持相对较低的长度直径比(短)以减小弯曲。优选的，在弱连接管56的端部有尺寸和伺服60一样的轻重量层压板70，用于安装伺服60。
可以用双面胶带把伺服60固定在板70上，以消除剪切滑动，两个轻重量的尼龙电缆扎匝(未显示)保持伺服60和层压板70之间的压紧负荷。
两个伺服60、62是吊杆侧伺服60和摄像机侧伺服62。优选的，通过从盒体上修剪掉安装缘，并把各个伺服的引出线和连接器替换成轻重量的线和连接器，去除掉各个伺服不必要的重量，这样质量可以减小大约10～30％。这需要在拆卸时对伺服内部的表面安装部件PC放大器/控制器板直接进行焊下和重焊，需要适当的接地和技术协议。
如果伺服盒体对于所需的任务具有额外的强度，则也可以进一步对其本身进行切除。可以切除伺服盒体螺栓的一部分长度。可以采用各种其它的材料去除方法来减小吊杆头部组件的重量。
优选的，用于指向摄像机12的伺服60、62都是Hitec 225金属齿轮、铝输出轴伺服，以支持特技操纵时产生的负荷。优选的，伺服60、62装备有刚性的、合理强度的厚塑料“X”臂。对于吊杆侧伺服60，“X”臂可以是两个细的，一个粗的，并利用另一块薄的轻重量层压板72在剩下的方向上延伸，利用规定的高预载扭矩与非常小的钢制螺栓、螺母和垫圈连接，以实现臂(未显示)和层压板臂延伸72之间最大的压紧载荷。优选的，然后把螺母锁紧，以确保在伺服操作和激烈的操纵中不会因为振动而产生松动。
优选的，臂和延伸72的宽度是要连接在它们上面的伺服，即摄像机侧伺服62的宽度。伺服臂的厚度用于增加摄像机支承装置的扭转和梁刚性。可以把轻重量(根据长度而中至低密度)的轻木支座74粘接在层压板臂延伸72的端部，与支座方向平行。
利用双面胶带把摄像机侧伺服62粘接在轻木支座74上，以防止剪切滑动，并利用两个中型拉链扣(zip tie)(未显示)保持压紧。优选的，利用小的拉链扣把具有这些伺服的小塑料“X”臂连接在摄像机12上，使摄像机12可以附在摄像机侧伺服62上。
对于所示的当前实施例，轻重量伺服，比如Hitec HS81金属齿轮的Hitec HS85金属齿轮，可以取代更重的HS-225而用于摄像机侧伺服。有了这个菊花链伺服结构，要支承和驱动的伺服重量越小，就可以使用越轻的伺服，从而可以在伺服链的摄像机侧使用更轻的伺服。对于1至2盎司的很轻的吊杆头部重量，对于更轻的1/2或1/3盎司的摄像机，可以使用1/2甚至是1/4盎司重的非常轻的伺服。由于根据摄像机的重量确定伺服的尺寸，摄像机的重量是吊杆头部总重量的主要决定因素。因为摄像机头部重量是所需吊杆刚度的主要因素，所以吊杆强度，从而吊杆重量、摄像机本身是摄像机吊杆系统的手持部分总重量的主要决定因素。
摄像机可以是SuperCircuits的PC-17。这是具有450线高分辨率的小型固定焦距、高景深、高分辨率彩色CCD摄像机，其原始重量是2.5盎司。这个规格使摄像机具有相对较高的分辨率-重量比，为180线/盎司。新的摄像机具有更小的尺寸(更轻的重量)和更高的分辨率，分辨率-重量比可以用作选择摄像机的一个准则。如果有对于特定应用的特定分辨率要求，则需要更大质量的摄像机。优选的，摄像机的自动功能包括增益控制、白色平衡、黑色平衡、快门(1/60至1/100,000秒)、色饱和、色调、以及颜色亮度帮助把重量保持为最小，因为无需为这些任务添加辅助部件。可以改装或省略连接器和电缆以减小重量。
优选的，摄像机具有“RCA”型视频插座和同轴电缆电源连接器。这两个连接器可以分别替换为特制的微型同轴电缆连接器和微型电源连接器。把这两个连接器换成轻重量的可以为改进后的2.1盎司的摄像机重量和214线/盎司的分辨率-重量比产生0.4盎司的重量减轻。在本说明书的电缆连接部分中将对这个特殊设计的轻重量同轴电缆和电源连接器进行详细说明。
另一个为摄像机吊杆选择的好的摄像机例子是SuperCircuitsPC-53XS，这是分辨率为380线的彩色摄像机，原始重量为1/2盎司。这个摄像机的原始分辨率-重量比是760线/盎司。与摄像机本身的重量相比，这个摄像机也具有相对较重的连接器。把这些连接器替换为轻重量的可以使重量减轻1/3盎司，得到改进的1140线/盎司的分辨率-重量比。这个较高的分辨率-重量比被这种彩色视频摄像机的低分辨率的实际极限所抵消。
命令和数据处理系统把来自操作者侧的控制器(未显示)的摄像机指向命令传送到伺服60、62，把来自摄像机14的摄像机信号传送回监视器(未显示，参见图2)。一些子系统部件可以位于定位器的长度上及其远端，所以其重量是非常关键的因素。
对于电缆，优选的，在吊杆14的长度上有两个电缆。第一个是4芯带状电缆，承载+6V和+12V电源，以及从操作者控制器到摄像机头部的两个伺服命令。带状电缆是绞合铜芯，具有很大的柔性，尽可能小的电阻。对于5米吊杆的20英尺长带状电缆，可以使用28AWG#。第二个电缆是非常细的同轴电缆(RG-178，外径仅为0.078”)，用于把摄像机信号传送回记录器，其屏蔽层作为所有吊杆头部电气部件的公共接地路径，包括两个伺服、摄像机电源、以及视频信号。同轴电缆屏蔽层具有2英寸长的引出线，在每一端具有一个D型连接器端子，以断开吊杆头部的多个电气部件以及吊杆近端的多个控制器所使用的公共接地。同轴电缆屏蔽层作为公共接地，以减小连接器的数目，从而减小全部吊杆电缆的总重量。带状电缆承载伺服和摄像机的电源，以及对于两个伺服中每一个的一个可变脉冲宽度TTL位置命令。同轴电缆和带状电缆在两端具有连接器，以实现模块化，便于查找错误，便于重新配置、维护和升级。所有的电源电缆连接器在电源侧具有插座，以避免暴露的插脚短路。带状电缆在远端具有集成电路插座的四芯部分作为连接器，并且优选的用热缩管进行了应力消除，以便于检查和破损检测。所述连接器可视地进行了刻槽，以防止向摄像机或伺服供给错误的电压。吊杆带状电缆的近端具有类似的集成电路插头四芯部分，同样经过了应力消除和刻槽。
摄像机吊杆电缆在两端与“断开架”相连。远端，或吊杆头部，断开架76具有从集成电路插座出来的四芯部分78，其针脚暴露，以及具有D型插头端子的接地引出线80，优选的，两者用热缩管进行了应力消除，以便于检查和损坏检查。同样，可视地对四芯连接器进行了刻槽，以防止给摄像机或伺服施加错误的电压。远端断开架76也具有用于各个伺服60、62的3芯“JST”型微型连接器82，把接地路径、+6V电压路径，以及命令信号路径传递至伺服60、62。“JST”型连接器82比其它连接器，比如Futaba-J型更轻，由于吊杆远端每一克的重量减轻都会有利于图像稳定性，因此这很重要。远端断开架76也具有微型电源连接器84，用于把接地路径和+12V路径传递至摄像机12，在+6V伺服电源和公共接地之间有一个轻重量3000微法电容器86，以从视频接地路径中减小/消除伺服电机噪声。
操作者端断开架(未显示)也具有分别用于两个摄像机指向通道的Futaba-J型电源插头和Futaba-J型伺服命令插头。轻重量的Futaba-J连接器使伺服驱动器或指向控制器(未显示)可以模块化并可互换，以便于查找错误，便于重配置(通道交换)，放置伺服信号反向器，便于维护和升级。用于指向控制器的Futaba-J连接器提供了轻重量的连接器，使得可以使用手动伺服驱动器，典型的是无线电控制模型业余型。远端断开架具有一个Futaba-J型插座连接器，用于接收操作者的电源Futaba-J电源插头。
同轴吊杆电缆的近端具有军用镀金SMB同轴连接器，以保证耐用性，其紧固力是从操作者记录器和电源出来的同轴电缆段重量的几倍。这使操作者和吊杆可以随意运动，而同轴电缆不会在自身重量的作用下脱开。
对于记录和监视设备及其与操作者相连的支架，操作者携带腹部组件，附带便携式数字磁带录像机和电源，优选的是具有6V抽头的12V电池。优选的，这个腹部组件是1200mAHr高比容量的镍金属氢化物电池，而且是可快速充电的(大电流)，以便于充电。优选的，腹部组件电池出来的12V线具有串连的开关，从而摄像机电源(12V)可以开关。开关具有相对较高的开关力，并包含在腹部组件中，以防止无意中关闭摄像机。开关具有连接器，用于12V腹部组件电池的充电。腹部组件电池引出线上的连接器在Futaba-J连接器的信号位置(和键缘同一端)具有12V引线，从而可以使用任何模型业余“智能充电器”或者峰值检测充电器进行充电。6V电源已经是有效的，这样当给吊杆施加电源时，伺服控制器和伺服即被激活。然后一旦确认了指向功能的可用性，就可以打开摄像机。
为了驱动伺服及其控制器，可以使用6V电池。另外，也可以提供4.8V电池。作为单独的部件，伺服和控制器很好地工作。伺服在更高的电压下更快并具有更大的扭矩，由于解码位置中有限数目的数字步长(由伺服中放大/控制器板所译码的)，它们也使摄像机疾速地指向。这使得无法实现窄角透镜。远低于4.8V时，伺服或控制器中的逻辑电路会失效，来自手操作控制器的可变脉宽指令信号的质量在沿20英尺未屏蔽窄隙带状电缆运行时也变得失效。要解决这个问题，可以对手操作控制器施加6V的电压，对伺服施加稍低的电压，以产生稍慢而平缓的摄像机指向运动。
从记录器到吊杆的同轴电缆在近端处具有标准的直角视频插头，以插入DVCR一侧的插座，而不会轻易地从腹部组件中突出来。这稍微重一些，从而同轴电缆的外径为大约0.1”的吊杆段可以经受因暴露而导致的磨损。
摄像机和吊杆电缆之间的同轴连接器可以由大电流连接器对、D型连接器终端对和热缩管而手工制作。Radio Shack零件号(274-151)和(274-154)分别是同轴电缆或者外壳的公母侧。去除了这些压接型连接器的后端以减轻重量。这些连接器的中部设计为压紧导体，被剪掉以减小要使用的同轴电缆屏蔽层的尺寸。可以去除公侧连接器的半球端部，留下开口的圆柱，将修剪的边缘消除毛刺并平滑。
通过切除设计为保持应力消除线的绝缘的压接凸缘，也对D型插头插座压接连接器进行修剪，以去除重量。把D型连接器终端的中部压接在同轴电缆的中心上。把公D型插头切割为其原始长度的大约1/3至1/2，使其比其所在的屏蔽柱的长度更短。这保证在插接时在正电压信号的电接触之前建立屏蔽(接地路径)的电连续性。使用适当的小直径热缩管来作为应力消除，把D型连接器保持在同轴电缆的介电层上，并使D型连接器的电缆端与同轴电缆的屏蔽层绝缘。应该在根据电缆直径把屏蔽层向后拉3至5mm(0.070外径的RG-178拉得更少，粗一些的腹部组件电缆拉得更多)之后，在把D型连接器压接在同轴电缆的中心导体上之前，把热缩管放置在同轴线缆介电层之上。
微型同轴连接器的两个插座布置在连接器的一端，两个插头布置在另一端。要连接的同轴电缆通常具有不同的直径，因为它是要与非常细的吊杆同轴电缆对接的短的摄像机同轴引出线。不管两个电缆的直径如何，应力消除、对中、内外触点的相对位置，以及电特性(信号和屏蔽之间压接压接和绝缘的连续性)是微型同轴连接器制造工艺的主要目标。母D型连接器的全长被覆盖在热缩管中，这里屏蔽的母连接器要压接到屏蔽层上。这个热缩管用于在插接时和插接之后使D型母连接器与屏蔽公连接器绝缘。然后把一根较大直径的热缩管放在母D型连接器上，从屏蔽公连接器进入插接状态的地方开始，到母屏蔽连接器压接在屏蔽层上的地方为止。这根热缩管收缩后比屏蔽母终端的内径稍微大一些，用于把内母连接器保持在屏蔽母连接器中心。制作母-母(FF)侧连接器之后，沿着电缆把屏蔽母连接器压接在同轴屏蔽层上，使得把最后的外热缩管部分放置在电缆上之后，两个母触点的端部沿着电缆处于相同位置。压接之后，利用热缩管盖住并保护母屏蔽终端。这个热缩管还用于母屏蔽的应力消除，并使该压接连接器的锁定凸缘不会露出，从而划伤或破坏摄像机吊杆系统的不能经受故障或刻划的部件。
然后和FF侧一样完成微型同轴连接器的公-公(MM)侧。只是出于上述原因，中间插头的端部应该比公屏蔽的端部短大约2或3mm。和FF侧一样使用多层的热缩管，以实现应力消除、中心导体路径和外部屏蔽之间的电绝缘，并把内部插头保持在各自屏蔽的中央。出于前面所述的原因，MM侧微型同轴连接器也由热缩管盖住。
在本实施例中，伺服控制器是德克萨斯州Corpus Christi的Customelectronics生产的改进后的Manuel Servo Drivers。对它们进行改进以提供比原始的20毫秒控制器更快的信号刷新速度。吊杆上使用的各个控制器的刷新速度也不相同，从而它们不会由于未屏蔽的带状电缆的长直段上的天线效应而相互干涉，这里带状电缆把它们的信号从近端断开架传送到吊杆头部。对电位计进行密封以防止弄脏。优选的，把控制器从相对较重的盒体中取出来，用热缩管封住，以防止与外部物体接触而短路。可以利用中等尺寸的轻重量尼龙拉链连接器把它们捆在轻重量的飞机层压板上，电位计和定心按钮也安装在同一层压板上。优选的，在电位计上使用大尺寸的旋钮，以便于操作者精细地控制输入。
可以利用#10尼龙螺母和螺栓把各个层压板固定在一对Dave Brownproducts生产的轻重量模型飞机消声器安装架上。对于各个安装架，又利用一个中等尺寸的轻重量尼龙拉链夹把安装架固定在吊杆管的近端部分上。然后在吊杆管和安装架之间放置具有单面胶的小条薄泡沫塑料带，胶面是在安装架的一侧，以防止表面磨损，并防止尖角与吊杆管接触，这会使吊杆管产生应力集中以及疲劳破坏。
优选的，控制器的电源和伺服命令信号电缆引出线是24英寸长，而不是通常的8英寸电缆，以便于达到近端吊杆段的中点，在此电缆与近端断开架接合。控制器引出线通常具有标准的Futaba-J型连接器，其重量轻且便于错误查找、重配置(信道交换)、维护和升级。
以上比较具体地公布了实现本发明的优选组件和配置，但可以理解，这些细节仅仅出于示例。本发明的范围应该由权利要求限定。
权利要求
1.一种由操作者单人使用和支承的远距离摄像机定位系统，包括摄像机；支承所述摄像机的摄像机定位器，所述摄像机定位器具有操作者接口，以使操作者能够支承所述摄像机定位器，并通过所述摄像机定位器空间地操纵所述摄像机，所述摄像机定位器把所述摄像机置于离所述操作者接口至少3英尺远；监视器，用于观看摄像机生成的图像，所述监视器具有监视器附件，用于把监视器固定在与所述操作者接口相互作用的操作者身上，在操作者的视野中，从而操作者单人就可以独立地支承、定位和操纵位于手触及范围之外的摄像机，以获得更大范围的视野，并监视摄像机的画面。
2.根据权利要求1所述的系统，其中的摄像机是视频摄像机。
3.根据权利要求2所述的系统，其中的监视器是视频监视器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中的监视器附件用于把监视器固定在操作者的身体上。
5.根据权利要求1所述的系统，其中的监视器附件包括用于把监视器固定在操作组眼前的框。
6.根据权利要求1所述的系统，其中的所述的操作者接口包括手接口和身体接口中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的系统，其中的所述的手接口用于空间地操纵摄像机，所述的身体接口是摄像机定位器的操作者支承接口。
8.根据权利要求6所述的系统，其中的手接口用于空间地操纵摄像机，并至少部分地提供摄像机定位器的操作者支承接口。
9.根据权利要求1所述的系统，其中的定位器是个细长的吊杆，所述操作者接口包括两个分离的把手表面，接近所述吊杆的近端，所述摄像机安装为接近与所述近端相对的吊杆远端。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述的操作者接口包括一个辅助支承结构，其沿吊杆长度与其相连，用于与操作者连接。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述的辅助支承结构包括围绕操作者身体的带，从带延伸出去的偏斜线，连接在所述的线与所述带相对一端的滑轮；动作线，滑轮沿其运动；以及从吊杆横向延伸出去的框架，其提供了动作线两端的固定，从而操作者可以承担一部分的系统重量，同时在所有的方向上自由地操纵吊杆。
12.根据权利要求9所述的系统，其中的吊杆是可伸缩调节的。
13.根据权利要求9所述的系统，还包括摄像机侧伺服，其具有输出轴和从输出轴横向延伸出去的摄像机支承臂，所述摄像机固定在所述摄像机支承臂上；吊杆侧伺服，具有第二输出轴和从所述第二输出轴横向延伸出去的伺服支承臂，所述摄像机侧伺服固定在所述伺服支承臂上；断开部件，具有一个削弱部分和平台，吊杆侧伺服固定在所述平台上，所述断开部件可拆卸地连接在所述细长吊杆的远端；以及所述摄像机侧伺服和所述吊杆侧伺服的至少一个手操作控制器，所述控制器固定在所述吊杆上接近一个所述把手表面的地方。
14.根据权利要求9所述的系统，还包括电源组件，用于向监视器、伺服和摄像机提供电源，所述电源组件具有连接器，用于把电源组件固定在操作者身上。
15.根据权利要求9所述的系统，还包括视频记录器，用于存储摄像机生成的图像，所述视频记录器具有记录器连接器，用于把视频记录器固定在操作者身上；以及图像电缆，用于把摄像机的信号传输至监视器，所述图像电缆沿吊杆的内部延伸；电源电缆，用于把电源组件连接至监视器、摄像机和伺服；以及控制电缆，用于把控制器的控制信号传输至伺服。
16.一种操作者支承的摄像机定位及控制系统，包括摄像机定位器，所述摄像机定位器包括一个细长的吊杆，其在近端具有操作者接口，在相对的远端支承摄像机组件，所述操作者接口包括沿吊杆长度分开的两个把手表面；所述摄像机组件包括摄像机；摄像机侧伺服，其具有输出轴和从输出轴横向延伸出去的摄像机支承臂，所述摄像机固定在所述摄像机支承臂上；吊杆侧伺服，其具有第二输出轴和从所述第二输出轴横向延伸出去的伺服支承臂，所述摄像机侧伺服固定在所述伺服支承臂上；以及断开部件，其具有一个具有削弱部分和平台的杆，吊杆侧伺服固定在所述平台上，所述断开部件可拆卸地连接在所述细长吊杆的远端；用于所述摄像机侧伺服和所述吊杆侧伺服的至少一个手操作控制器，所述控制器固定在所述吊杆上接近所述把手表面的地方；监视器，用于观看摄像机生成的图像，所述监视器具有视线连接器，用于把监视器固定在操作者身上其视野之内；电源组件，用于向监视器、伺服和摄像机提供电源，所述电源组件具有连接器，用于把电源组件固定在操作者身上；视频记录器，用于存储摄像机生成的图像，所述视频记录器具有记录器连接器，用于把视频记录器固定在操作者身上；以及图像电缆，用于把摄像机的信号传输至监视器，所述图像电缆沿吊杆的内部延伸；电源电缆，用于把电源组件连接至监视器、摄像机和伺服；以及控制电缆，用于把控制器的控制信号传输至伺服。
全文摘要
一种远距离摄像机定位系统(10)，把摄像机(12)置于定位器，比如细长吊杆(14)上，处于操作者的触及范围之外。定位器(14)具有操作者接口(16)，比如把手(34、36)，也可以有身体吊带(40)，使操作者(18)可以支承、控制和操纵摄像机(12)的位置。用于显示摄像机(12)生成的图像的监视器(28)固定在操作者(18)身上，使操作者(18)可以独立地观看和控制摄像机图像。
文档编号G03B15/00GK1478216SQ01819910
公开日2004年2月25日 申请日期2001年12月3日 优先权日2000年12月2日
发明者托马斯·H·S·哈里斯, 托马斯 H S 哈里斯 申请人:托马斯·H·S·哈里斯, 托马斯 H S 哈里斯