一种姿态自校正云台摄像机控制装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种姿态自校正云台摄像机控制装置，包含：轨道；轨道平台，设置在轨道上，可沿轨道滑动；轨道电机，与轨道平台连接，提供轨道平台运动的动力；云台摄像机，安装在轨道平台上，可随轨道平台一起运动；云台电机，与所述云台摄像机连接，提供云台摄像机俯仰及偏转的动力；第一传感器，设置在轨道平台上，可随轨道平台一起运动；第二传感器，设置在云台摄像机上，可随云台摄像机俯仰及偏转；嵌入式微控制器，其信号输入端分别连接第一传感器及第二传感器，其输出端分别连接轨道电机及云台电机。本发明还公开了一种控制方法。本发明能够补偿由于机械磨损，热胀冷缩等因素造成的行进距离误差及偏转、俯仰角度误差，实现姿态自校正。
【专利说明】一种姿态自校正云台摄像机控制装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视频监控领域，具体涉及一种姿态自校正云台摄像机控制装置及其方 法。
【背景技术】
[0002] 在无人值守的变电站、机房的远程监控等需要移动监控的场所，平时并没有相关 的工作人员在值班，运维人员在控制中心通过远程控制云台装置来操作监控场所里的活动 轨道摄像机对设备进行日常的巡检工作，活动轨道摄像机也可以在无人操作的情况下通过 预先设置的轨道位置和角度，实现自动巡航，定时对指定的位置进行巡检，以方便对特定的 设备进行观察和分析。
[0003] 传统的活动轨道摄像机远程控制云台装置是通过控制芯片编程，控制步进电机和 齿轮结构来到达预先设定的机位，通过步进电机来控制行进距离，通过齿轮结构来提供行 进的动力并控制云台的偏转角度等，这些都是由电机和齿轮等硬件组合来实现云台控制的 动作。这类结构的云台装置通过长时间的运行后，由于机械磨损，热胀冷缩等因素的影响， 云台操作活动轨道摄像机的行进距离和偏转角度会与预先设定的值产生偏差，导致活动云 台不能达到预设的位置，活动轨道摄像头的行进距离与偏转角度的偏差也会越来越大，后 期需要经常进行手工校正才能正常运行，校正工作往往需要专业人员来完成，浪费人力、物 力与时间，直接影响正常生产工作的开展。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种姿态自校正云台摄像机控制装置及其方法，能够补偿 由于机械磨损，热胀冷缩等因素造成的行进距离误差、偏转俯仰角度误差，实现云台摄像机 的姿态自校正。
[0005] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种姿态自校正云台摄像机 控制装置，其特点是，包含： 轨道； 轨道平台，设置在轨道上，可沿轨道滑动； 轨道电机，与轨道平台连接，提供轨道平台运动的动力； 云台摄像机，安装在轨道平台上，可随轨道平台一起运动； 云台电机，与所述云台摄像机连接，提供云台摄像机俯仰及偏转的动力； 第一传感器，设置在轨道平台上，可随轨道平台一起运动； 第二传感器，设置在云台摄像机上，可随云台摄像机俯仰及偏转； 嵌入式微控制器，其信号输入端分别连接第一传感器及第二传感器，其输出端分别连 接轨道电机及云台电机。
[0006] 姿态自校正云台摄像机控制装置进一步包含一第三传感器，设置在云台摄像机 上，可随云台摄像机俯仰及偏转，所述第三传感器连接嵌入式微控制器的信号输入端。
[0007] 所述的第一传感器及第二传感器均为加速度计，所述第三传感器为一陀螺仪。
[0008] -种姿态自校正云台摄像机控制方法，其特点是，包含轨道平台行进距离自校正 方法及云台摄像机俯仰、偏转自校正方法，其中所述轨道平台行进距离自校正方法包含： A1、嵌入式微控制器根据第一传感器采集的数据计算出轨道平台实际行进的距离； A2、嵌入式微控制器将轨道平台实际行进的距离与预设行进距离进行对比得到行进距 离误差； A3、嵌入式微控制器判断行进距离误差是否满足允许行进距离误差； A31、若是，则不作处理； A32、若否，则执行误差补偿步骤，嵌入式微控制器发出命令控制轨道电机运动，使得轨 道平台运动行进距离误差值，达到预设行进距离； 所述云台摄像机俯仰、偏转自校正方法包含： B1、嵌入式微控制器将第二传感器及第三传感器的数据融合后，计算出云台摄像机实 际偏转的角度及实际俯仰的角度； B2、嵌入式微控制器将云台摄像机实际偏转的角度与预设偏转角度进行对比得到偏转 角度误差，将云台摄像机实际俯仰的角度与预设俯仰角度进行对比得到俯仰角度误差； B3、嵌入式微控制器判断偏转角度误差是否满足允许偏转角度误差及判断俯仰角度误 差是否满足允许俯仰角度误差； B31、若是，则不作处理； B32、若否，则执行误差补偿步骤，嵌入式微控制器发出命令控制云台电机运动，使得云 台摄像机运动偏转角度误差值，达到预设偏转角度，或使得云台摄像机运动俯仰角度误差 值，达到预设俯仰角度。
[0009] 所述的轨道平台行进距离自校正方法中步骤A1之前包含： A01、轨道电机接收嵌入式微控制器的命令后开始运动，移动预设行进距离，同时第一 传感器开始采集数据，嵌入式微控制器开始计时； A02、当轨道平台停止移动时，嵌入式微控制器停止计时，第一传感器停止采集数据，并 将数据发送至嵌入式微控制器。
[0010] 所述的轨道平台行进距离自校正方法中步骤A32之后进一步包含步骤A4,嵌入式 微控制器保存行进距离误差。
[0011] 所述的所述云台摄像机俯仰、偏转自校正方法中步骤B1之前包含： B01、云台电机接收嵌入式微控制器的命令后开始运动，移动预设偏转角度及预设俯仰 角度，同时第二传感器及第三传感器开始采集数据，嵌入式微控制器开始计时； B02、当云台电机停止移动时，嵌入式微控制器停止计时，第二传感器及第三传感器停 止采集数据，并将数据发送至嵌入式微控制器。
[0012] 所述的云台摄像机俯仰、偏转自校正方法中步骤B32之后进一步包含步骤B4,嵌 入式微控制器保存偏转角度误差及俯仰角度误差。
[0013] 所述允许行进距离误差为±5厘米。
[0014] 所述允许偏转角度误差为±2度，所述允许俯仰角度误差为±2度。
[0015] 本发明一种姿态自校正云台摄像机控制装置及其方法与现有技术相比具有以下 优点：结合加速度计与陀螺仪等传感器技术来检测轨道平台及云台摄像机的姿态变化，并 结合嵌入式软件来精确计算轨道平台的实际行进距离和云台摄像机偏转角度及俯仰角度， 再通过与预设值进行对比来计算出因长时间运行而产生的机械误差，当发现产生的机械误 差值超过允许的范围后，进行误差补偿，实现轨道平台行进距离上的位置修正和云台摄像 机偏转角度、俯仰角度的位置修正，从而实现云台摄像机姿态的自动校正。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明一种姿态自校正云台摄像机控制装置的整体结构示意图； 图2为轨道平台行进距离自校正方法流程图； 图3为云台摄像机俯仰、偏转自校正方法流程图； 图4为云台摄像机旋转角度矢量图； 图5为本发明实施例图。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
[0018] 如图1所示，一种姿态自校正云台摄像机控制装置，包含：轨道；轨道平台，设置 在轨道上，可沿轨道滑动；轨道电机1，与轨道平台连接，提供轨道平台运动的动力；云台摄 像机，安装在轨道平台上，可随轨道平台一起运动；云台电机2,与所述云台摄像机连接，提 供云台摄像机俯仰及偏转的动力；第一传感器3,设置在轨道平台上，可随轨道平台一起运 动；第二传感器4,设置在云台摄像机上，可随云台摄像机俯仰及偏转；第三传感器5,设置 在云台摄像机上，可随云台摄像机俯仰及偏转；嵌入式微控制器6 (MCU)，其信号输入端分 别连接第一传感器3、第二传感器4及第三传感器5,传感器与MCU之间还设有数模转换单 兀7,嵌入式微控制器6的输出端分别连接轨道电机1及云台电机2,电机与MCU之间还设 有电机控制单元8。嵌入式微控制器6还连接一个后台主站9,作为远端控制中心，用于发 送控制命令，后台主站9与MCU之间采用TCP/IP协议。嵌入式微控制器6与数模转换单元 7之间采用SPI接口传输数据，嵌入式微控制器6与电机控制单元8采用脉冲宽度调制方式 (PWM)及I/O接口连接。
[0019] 结合上述的姿态自校正云台摄像机控制装置，实现其控制方法，方法包含轨道平 台行进距离自校正方法及云台摄像机俯仰、偏转自校正方法。
[0020] 如图2所示，轨道平台行进距离自校正方法包含： A01、轨道电机接收嵌入式微控制器的命令后开始运动，移动预设行进距离，同时第一 传感器开始采集数据，嵌入式微控制器开始计时； A02、当轨道平台停止移动时，嵌入式微控制器停止计时，第一传感器停止采集数据，并 将数据发送至嵌入式微控制器； A1、嵌入式微控制器根据第一传感器采集的数据计算出轨道平台实际行进的距离； A2、嵌入式微控制器将轨道平台实际行进的距离与预设行进距离进行对比得到行进距 离误差； A3、嵌入式微控制器判断行进距离误差是否满足允许行进距离误差； A31、若是，则不作处理； A32、若否，则执行误差补偿步骤，嵌入式微控制器发出命令控制轨道电机运动，使得轨 道平台运动行进距离误差值，达到预设行进距离； A4、嵌入式微控制器保存行进距离误差。
[0021] 如图3所示，云台摄像机俯仰、偏转自校正方法包含： B01、云台电机接收嵌入式微控制器的命令后开始运动，移动预设偏转角度及预设俯仰 角度，同时第二传感器及第三传感器开始采集数据，嵌入式微控制器开始计时； B02、当云台电机停止移动时，嵌入式微控制器停止计时，第二传感器及第三传感器停 止采集数据，并将数据发送至嵌入式微控制器； B1、嵌入式微控制器将第二传感器及第三传感器的数据融合后，计算出云台摄像机实 际偏转的角度及实际俯仰的角度； B2、嵌入式微控制器将云台摄像机实际偏转的角度与预设偏转角度进行对比得到偏转 角度误差，将云台摄像机实际俯仰的角度与预设俯仰角度进行对比得到俯仰角度误差； B3、嵌入式微控制器判断偏转角度误差是否满足允许偏转角度误差及判断俯仰角度误 差是否满足允许俯仰角度误差； B31、若是，则不作处理； B32、若否，则执行误差补偿步骤，嵌入式微控制器发出命令控制云台电机运动，使得云 台摄像机运动偏转角度误差值，达到预设偏转角度，或使得云台摄像机运动俯仰角度误差 值，达到预设俯仰角度； B4、嵌入式微控制器保存偏转角度误差及俯仰角度误差。
[0022] 本实施例中，第一传感器及第二传感器均为加速度计，第三传感器采用陀螺仪。在 另外的实施例中，能够实现该功能的传感器也应包含在内。本发明可以包含五个模块，分别 为加速度计，轨道平台构成轨道姿态采集模块，由加速度计、陀螺仪和云台摄像机构成云台 姿态采集模块，由轨道电机、齿轮和轨道构成的轨道系统平台，由云台摄像机及云台电机组 成的云台摄像机系统，由MCU、数模转换单元及电机控制单元组成的系统控制模块。
[0023] 在轨道姿态采集模块中是通过采集固定在轨道平台上的加速度计的数据，然后 MCU将采集得到的数据做两次积分运算处理，可以得到轨道平台的实际行进距离，公式如下 所示：
【权利要求】
1. 一种姿态自校正云台摄像机控制装置，其特征在于，包含： 轨道； 轨道平台，设置在轨道上，可沿轨道滑动； 轨道电机，与轨道平台连接，提供轨道平台运动的动力； 云台摄像机，安装在轨道平台上，可随轨道平台一起运动； 云台电机，与所述云台摄像机连接，提供云台摄像机俯仰及偏转的动力； 第一传感器，设置在轨道平台上，可随轨道平台一起运动； 第二传感器，设置在云台摄像机上，可随云台摄像机俯仰及偏转； 嵌入式微控制器，其信号输入端分别连接第一传感器及第二传感器，其输出端分别连 接轨道电机及云台电机。
2. 如权利要求1所述的姿态自校正云台摄像机控制装置，其特征在于，进一步包含一 第H传感器，设置在云台摄像机上，可随云台摄像机俯仰及偏转，所述第H传感器连接嵌入 式微控制器的信号输入端。
3. 如权利要求2所述的姿态自校正云台摄像机控制装置，其特征在于，所述的第一传 感器及第二传感器均为加速度计，所述第H传感器为一巧螺仪。
4. 一种姿态自校正云台摄像机控制方法，其特征在于，包含轨道平台行进距离自校正 方法及云台摄像机俯仰、偏转自校正方法，其中所述轨道平台行进距离自校正方法包含： A1、嵌入式微控制器根据第一传感器采集的数据计算出轨道平台实际行进的距离； A2、嵌入式微控制器将轨道平台实际行进的距离与预设行进距离进行对比得到行进距 离误差； A3、嵌入式微控制器判断行进距离误差是否满足允许行进距离误差； A31、若是，则不作处理； A32、若否，则执行误差补偿步骤，嵌入式微控制器发出命令控制轨道电机运动，使得轨 道平台运动行进距离误差值，达到预设行进距离； 所述云台摄像机俯仰、偏转自校正方法包含： B1、嵌入式微控制器将第二传感器及第H传感器的数据进行融合后，计算出云台摄像 机实际偏转的角度及实际俯仰的角度； B2、嵌入式微控制器将云台摄像机实际偏转的角度与预设偏转角度进行对比得到偏转 角度误差，将云台摄像机实际俯仰的角度与预设俯仰角度进行对比得到俯仰角度误差； B3、嵌入式微控制器判断偏转角度误差是否满足允许偏转角度误差及判断俯仰角度误 差是否满足允许俯仰角度误差； B31、若是，则不作处理； B32、若否，则执行误差补偿步骤，嵌入式微控制器发出命令控制云台电机运动，使得云 台摄像机运动偏转角度误差值，达到预设偏转角度，或使得云台摄像机运动俯仰角度误差 值，达到预设俯仰角度。
5. 如权利要求4所述的姿态自校正云台摄像机控制方法，其特征在于，所述的轨道平 台行进距离自校正方法中步骤A1之前包含： A01、轨道电机接收嵌入式微控制器的命令后开始运动，移动预设行进距离，同时第一 传感器开始采集数据，嵌入式微控制器开始计时； A02、当轨道平台停止移动时，嵌入式微控制器停止计时，第一传感器停止采集数据，并 将数据发送至嵌入式微控制器。
6. 如权利要求4所述的姿态自校正云台摄像机控制方法，其特征在于，所述的轨道平 台行进距离自校正方法中步骤A32之后进一步包含步骤A4,嵌入式微控制器保存行进距离 误差。
7. 如权利要求4所述的姿态自校正云台摄像机控制方法，其特征在于，所述的所述云 台摄像机俯仰、偏转自校正方法中步骤B1之前包含： B01、云台电机接收嵌入式微控制器的命令后开始运动，移动预设偏转角度及预设俯仰 角度，同时第二传感器及第H传感器开始采集数据，嵌入式微控制器开始计时； B02、当云台电机停止移动时，嵌入式微控制器停止计时，第二传感器及第H传感器停 止采集数据，并将数据发送至嵌入式微控制器。
8. 如权利要求4所述的姿态自校正云台摄像机控制方法，其特征在于，所述的云台摄 像机俯仰、偏转自校正方法中步骤B32之后进一步包含步骤B4,嵌入式微控制器保存偏转 角度误差及俯仰角度误差。
9. 如权利要求4或6所述的姿态自校正云台摄像机控制方法，其特征在于，所述允许行 进距离误差为±5厘米。
10. 如权利要求4或8所述的姿态自校正云台摄像机控制方法，其特征在于，所述允许 偏转角度误差为±2度，所述允许俯仰角度误差为±2度。
【文档编号】H04N5/232GK104469292SQ201410694969
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】吴佳伟, 陈志佳, 张群, 廖斌 申请人:国网上海市电力公司, 上海思敦信息科技有限公司