多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及视频监控【技术领域】，具体公开了一种多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其包括主控制器电路、分别与主控制器电路电性连接的通信接口电路、电机位置检测电路、电机驱动电路、摄像机接口电路及视频叠加电路；所述电机驱动电路电性连接有步进电机，视频叠加电路一端与摄像机接口电路电性连接，其另一端还电性连接有视频输出接口。本实用新型针对目前球机控制装置中存在的响应速度慢、延时长、图像有抖动、球机状态信息不完整等缺陷及不足开发设计，可以达到快速自动跟踪多个目标的需要。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及视频监控【技术领域】，尤其涉及一种主从摄像机监控系统中的球机 控制装置。 多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置
【背景技术】
[0002] 多目标视频自动跟踪监控系统中，需要球机跟踪多个不同的活动目标，并在多个 不同活动目标之间快速切换，因此需要球机能实时响应来自球机控制器的切换、变焦、转动 跟踪命令，在球机切换到新目标后能保持相对稳定，使图像不产生明显抖动。枪机和球机的 坐标系不一样，球机在垂直方向坐标系存在边界，因此当电机运动到坐标〇点或坐标最大 点时，需保证电机运动速度小于等于启动速度，使电机能在边界点平稳停止，以免超出边界 造成坐标信息出错或电机失步。
[0003] 在现有的视频监控系统中，云台全方位移动及镜头变倍变焦控制球机在跟踪多个 目标时，一般是通过鼠标或摇杆来控制球机转动到某个位置，然后手动控制放大倍数，将远 处的目标拉近放大观察。这种球机控制方式粗略、简单，人工劳动强度大，重要目标易丢失， 并且球机响应速度慢，不适合用作多目标自动跟踪系统中的球机控制。
[0004] 目前还有一种单目标自动跟踪球机，发现目标后能自动跟踪目标，并对目标进行 自动调节和放大，但当目标运动速度或方向变化较快时，这种球机无法实现快速定位跟踪， 更不能实现在不同监控目标之间快速切换。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于，提出一种多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置， 其针对目前球机控制装置中存在的响应速度慢、延时长、图像有抖动、球机状态信息不完整 等缺陷及不足开发设计，可以达到快速自动跟踪多个目标的需要。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种多目标视频自动跟踪系统中的球机控制 装置，其包括：主控制器电路、分别与主控制器电路电性连接的通信接口电路、电机位置检 测电路、电机驱动电路、摄像机接口电路及视频叠加电路；所述电机驱动电路电性连接有步 进电机，视频叠加电路一端与摄像机接口电路电性连接，其另一端还电性连接有视频输出 接口。
[0007] 其中，所述主控制器电路采用ARM处理器，该ARM处理器采用NXP LPC1700系列32 位单片机做主控制器。
[0008] 具体的，所述ARM处理器可以采用ARMLPC1754做主控制器。
[0009] 本实用新型中，所述通信接口电路采用异步通信串口，其内包括有主机通信串口 及RS485转换芯片65LBC184。
[0010] 本实用新型中，所述电机位置检测电路内包括有光耦TCST-1030。
[0011] 具体的，所述电机驱动电路为步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路内包括有 Allegro步进电机驱动芯片A3988和数模转换芯片TLV5620。
[0012] 进一步地，所述主控制器电路还电性连接有一温度控制电路。
[0013] 可选择性的，所述温度控制电路由温度传感器TMP175构成。
[0014] 此外，所述主控制器电路还电性连接有一存储器，所述存储器可以为E2PR0M存储 控制电路。
[0015] 本实用新型的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其采用ARM作主控制 器，通过球机位置检测电路获取球机的水平和垂直坐标信息，降低了电机位置信息的时延； 通过细分步进电机控制，使步进电机按照32细分步进转动，特别是优化了步进电机启动、 停止时的加减速控制，使用恒加减速度递推算法，提高了步进电机启停的准确性和可靠性， 同时通过自定义球机控制命令，让球机能在不同活动目标间快速切换跟踪，从而实现使球 形摄像机每分钟可跟踪60个活动目标，且图像无明显抖动，使多目标自动跟踪智能化，极 大地提高了主从式摄像机监控系统的可用度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本实用新型多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置一种具体实施例 的硬件电路框图；
[0018] 图2为本实用新型多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置一种具体实施例 的制软件流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020] 如图1所示，本实用新型提供一种多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置， 其包括：主控制器电路10、分别与主控制器电路10电性连接的通信接口电路11、电机位置 检测电路12、电机驱动电路13、摄像机接口电路14及视频叠加电路15 ;所述电机驱动电路 13电性连接有步进电机132,视频叠加电路15 -端与摄像机接口电路14电性连接，其另一 端还电性连接有视频输出接口 16。本实用新型根据高清多目标视频监控跟踪系统对球机控 制的需要，针对目前球机控制装置中存在的响应速度慢、延时长、图像有抖动、球机状态信 息不完整等缺陷及不足开发设计，其通过主控制器电路10和外围传感器及驱动、控制电路 实现对球机的快速准确控制，使球机转动、停止和变焦速度得到极大提高，达到快速自动跟 踪多个目标的需要。
[0021] 其中，所述主控制器电路10采用ARM处理器，该ARM处理器采用NXP LPC1700系 列32位单片机做主控制器，其内核为ARM CorteX-M3,最高频率lOOMhz，主要完成信号处 理、电机坐标位置及速度控制。作为本实用新型的一种优选实施例，所述ARM处理器可以采 用AIMLPC1754做主控制器。
[0022] 本实用新型中，所述通信接口电路11采用异步通信串口，其内包括有主机通信串 口及RS485转换芯片65LBC184,其通过RS485转换芯片65LBC184转换为RS485总线信号， 实现主控制器与后台工控制机间的通信。
[0023] 本实用新型中，所述电机位置检测电路12内包括有光耦TCST-1030,其通过该光 耦TCST-1030实现电机水平坐标和垂直坐标的检测，并将检测结果送至主控制器电路10进 行处理。
[0024] 具体的，所述电机驱动电路13为步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路内包 括有Allegro步进电机驱动芯片A3988和数模转换芯片TLV5620,其通过TLV5260实现对 A3988参考电压的管理，实现电机驱动细分和球机坐标系的建立功能，达到电机启动和停止 稳定可靠的目标。本实用新型通过电机驱动的细分方案来实现，而步进电机132细分是通 过旋转电机线圈相电流矢量来实现的，其物理表现就是相电流值的大小按照正弦波规律变 化。本实用新型的电机控制细分具体采用A3988的细分功能，其采用全步控制方式，由于 A3988相电流大小取决于其参考电压，本方案中采用数模转换芯片TLV5620来控制A3988的 参考电压值随时间按正弦波规律变化，从而实现A3988电机驱动输出波形的细分控制。数 模转换的精度决定了细分的程度。数模转换芯片TLV5620为8位DAC，因此数字取值范围为 0?255,在此区间内将正弦波离散化，得到1/4周期内最大的可分辨离散化点数为32个， 即本方案电机细分为32细分，远高于目前采用的4细分方法。球形摄像机电机控制的又一 要求是电机加减速控制。电机的转动速度与数模转换值的变化速率成正比，与变化时间间 隔成反比。改变数模转换值变化的时间间隔，就能实现电机转动速度的变化。这个时间间 隔可以采用定时器来控制。通常电机从静止状态（速度为〇)转为运动状态（速度为s)是 一个阶跃过程，电机的初始速度s要足以提供从静止转为运动的动力，符合这一条件的最 大s取值为电机的稳定启动速度Smax。当设计的启动速度小于Smax时，电机才能够正常启 动。电机以较低的启动速度s稳定启动以后，就可以按照一定规律逐渐提高转动速度，实现 加速运转；当电机以较高的速度（高于Smax)运转时，为了让电机稳定停止，也需要按照一 定的规律逐渐降低转动速度，使电机速度降低到Smax以下，方可停止电机。因此，电机的加 减速变化需要在可靠的范围以内，才能避免发生电机失步现象。在本方案中，可以采用恒加 速度递推算法，进行电机的加减速变化控制，当选定的加速度为合理的可靠值时，按照预设 的递推算法，可以驱动电机任意加减速而不发生失步。
[0025] 摄像机接口电路14用来连接球形摄像机的图像输出，为字符叠加提供视频图像 ?目号。视频置加电路15用于实现|旲拟视频的字符置加，以显不球机的实时状态/[目息。视频 输出接口 16输出叠加了球机状态信息字符的球形摄像机模拟视频信号。
[0026] 进一步地，所述主控制器电路10还电性连接有一温度控制电路17。在本实用新型 具体实施例中，所述温度控制电路17由温度传感器ΤΜΡ175构成，用于检测球机实时温度， 进行过温保护。
[0027] 此外，所述主控制器电路10还电性连接有一存储器18,所述存储器18可以为 E2PR0M存储控制电路，用于保存球机信息。
[0028] 本实用新型多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置在具体使用时，后台工控 机传来的控制信号经通信接口电路11送主控制器电路10,主控制器电路10结合电机位置 检测电路12获取的电机位置信息，产生电机控制信号，经电机驱动电路13实现对球形摄像 机电机的准确控制。球机的状态信息主要包括水平位置信息、垂直位置信息和温度信息，主 控制器电路10完成对这些信息的处理，控制电机驱动电路13和温度控制电路17实现球式 摄像机转动和温度控制。视频叠加电路15实现模拟视频和字符的叠加，用于显示球机的实 时状态信息。存储器18用于保存球机信息。
[0029] 如图2所示，为本实用新型一种可选择性实施例的制软件流程图。21初始化及自 检完毕、22是进入主循环、23是串口接收到命令、24是PELC0_P命令判断、25是PELC0_P命 令解析、26是PELC0-D命令判断、27是PELC0-D命令解析，28是自定义球机控制协议命令解 析、29是球机翻转判定、30是叠加字符显示刷新、31是球机过温检测及保护、32是坐标错误 检测及恢复、33是10分钟未接收使命处理。初始化及自检完毕21是指系统完成上电自检。 自检完成后程序进入循环22,主循环是电机控制按事先编好的程序运行。进入主循环后， 程序进行一系列控制命令判断与解析。程序对主控制器接收到的命令是从串口还是并口接 收进行判断，即串口接收到的命令判断23,如果不是从串口接收到的球机控制命令，则根据 接收到的命令完成如下操作：进行球机翻转判定29,叠加字符显示刷新30,球机过温检测 及保护31，坐标错误检测及恢复32,10分钟未接收使命处理33,完成这些工作后返回主循 环；如果是从串口接收到的命令则为球机控制按编写的协执行，本实用新型中有PELC0-D 协议、PELC0-P协议和自定义球机控制协议三种，PELC0-D协议用于矩阵和其它设备之间的 通信，所有的值都是用16进制表示，有检验位。PELC0-P协议采用RS-485传输，波特率为 4800,1位起始位和停止位，8位数据位，无校验。自定义球机控制协议是本实用新型开发的 新的协议，是让步进电机控制更平滑，不同目标间跟踪切换更快速。因此串口接收到的命令 必须进行判别，即PELC0-P命令判断24,若是则进行PELC0-P命令解析25 ;若不是即进行 PELC0-D命令判断26,若是则进行PELC0-D命令解析27 ;若不是即进行自定义球机控制命 令判断28。判断并实现命令解析后程序重新进入主循环，进行下一个命令判断与执行。本 实用新型中可以应用两种控制模式，一种是坐标模式，另一种是速度模式。坐标模式用于精 确的位置控制，速度模式用于控制电机平滑的起停，两种模式的结合形成了高速跟踪球机 在智能多目标跟踪系统中的优秀性能，实现了一分钟内可同时跟踪60个活动目标，提高了 监控球机的自动化程度和多目标切换时图像的稳定性。
[0030] 综上所述，本实用新型多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其采用ARM 作主控制器，通过球机位置检测电路获取球机的水平和垂直坐标信息，降低了电机位置信 息的时延；通过细分步进电机控制，使步进电机按照32细分步进转动，特别是优化了步进 电机启动、停止时的加减速控制，使用恒加减速度递推算法，提高了步进电机启停的准确性 和可靠性，同时通过自定义球机控制，让球机能在不同活动目标间快速切换跟踪，从而实现 使球形摄像机每分钟可跟踪60个活动目标，且图像无明显抖动，使多目标自动跟踪智能 化，极大地提高了主从式摄像机监控系统的可用度。
[0031] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，包括主控制器电路、 分别与主控制器电路电性连接的通信接口电路、电机位置检测电路、电机驱动电路、摄像机 接口电路及视频叠加电路；所述电机驱动电路电性连接有步进电机，视频叠加电路一端与 摄像机接口电路电性连接，其另一端还电性连接有视频输出接口。
2. 如权利要求1所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，所 述主控制器电路采用ARM处理器，该ARM处理器采用NXP LPC1700系列32位单片机做主控 制器。
3. 如权利要求2所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，所 述ARM处理器采用ARMLPC1754做主控制器。
4. 如权利要求1所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在 于，所述通信接口电路采用异步通信串口，其内包括有主机通信串口及RS485转换芯片 65LBC184。
5. 如权利要求1所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，所 述电机位置检测电路内包括有光耦TCST-1030。
6. 如权利要求1所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，所 述电机驱动电路为步进电机驱动电路，该步进电机驱动电路内包括有Allegro步进电机驱 动芯片A3988和数模转换芯片TLV5620。
7. 如权利要求1-6任一项所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征 在于，所述主控制器电路还电性连接有一温度控制电路。
8. 如权利要求7所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，所 述温度控制电路由温度传感器TMP175构成。
9. 如权利要求8所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，所 述主控制器电路还电性连接有一存储器。
10. 如权利要求9所述的多目标视频自动跟踪系统中的球机控制装置，其特征在于，所 述存储器为E2PR0M存储控制电路。
【文档编号】G05D3/00GK203883939SQ201420225891
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】蒋涛, 邹钢, 韩贵杰 申请人:成都新舟锐视科技有限公司