一种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其包括：安装于船体上的船舶姿态测量传感器，该船舶姿态测量传感器能够实时采集船舶姿态数据并传输至上位机；装载有摄像机且用于固定并控制该摄像机视轴方向的云台，该云台能够向上位机传输云台状态数据并按照上位机控制指令调整摄像机视轴方向；以及分别与所述船舶姿态测量传感器、云台连接的上位机，该上位机能够接收上述船舶姿态数据及云台状态数据并输出对应的控制指令控制所述云台调整摄像机视轴方向。本实用新型实现了稳定的视频图像输出并为船载视频智能分析提供了有力的保障。
【专利说明】
一种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及惯性传感器技术和机械稳像技术，具体是涉及一种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统。
【背景技术】
[0002]船载视频技术是利用船载摄像机拍摄船内人员活动，甲板或舱内货物情况以及船外海面上其他目标，以实现对感兴趣的场景进行存储记录，以及利用先进的分析技术对视频进行理解，实现更高层次的应用的技术。
[0003]同时，利用船载视频对海上目标的探测还可以有效地辅助雷达和船舶自动识别系统等传统的目标探测系统，尤其是对未安装船舶自动识别系统的不易于被雷达探测的弱小目标，对海上交通安全、海上遇险船舶和落水人员的搜寻救助、海盗入侵检测和预警等方面均具有重要的意义。然而，现有的安装在船上的成像系统均存在会随着本船的航行以及海上风浪的影响而上下颠簸和摇摆，产生六自由度运动，导致图像摇摆不定，不利于人员观测以及后续的视频处理的问题，因此，研究如何对原始视频数据进行稳像处理是十分必要的。
【发明内容】
[0004]鉴于已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是要提供一种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，该系统能够根据船舶姿态的变化数据实时控制摄像机姿态保持空间指向的稳定性，进而实现稳定的视频图像输出。
[0005]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]—种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其特征在于:
[0007]包括
[0008]安装于船体上的船舶姿态测量传感器，该船舶姿态测量传感器能够实时采集船舶姿态数据并传输至上位机，所述船舶姿态数据即船舶三自由度转动角度数据，其包括船首向数据和船横倾角度数据以及船纵倾角度数据；
[0009]装载有摄像机且用于固定并控制该摄像机视轴方向的云台，该云台能够向上位机传输云台状态数据并按照上位机控制指令调整摄像机视轴方向；
[0010]以及分别与所述船舶姿态测量传感器、云台连接的上位机，该上位机能够接收上述船舶姿态数据及云台状态数据并输出对应的控制指令控制所述云台调整摄像机视轴方向。
[0011]进一步的，所述船舶姿态测量传感器通过RS232串口将船舶姿态数据传输至上位机;所述云台通过RS485串口向上位机传输云台状态数据或者接收上位机发送的控制指令。
[0012]进一步的，所述船舶姿态测量传感器包括:
[0013]能够测量船首向数据的陀螺罗经以及能够测量船横倾角度数据以及船纵倾角度数据的微机电惯性传感器。
[0014]进一步的，所述上位机采用工控机，并通过其内部的视频采集卡端口与摄像机的PAL复合信号输出端连接，以采集摄像机拍摄的视频数据。
[0015]进一步的，所述上位机采用通信协议选用Pelco-D协议的工控机，工控机通过该Pelco-D协议实现对云台及其装载的摄像机进行姿态控制。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的有益效果:
[0017]本实用新型通过对船舶三自由度的摇摆运动数据的测量以及当前云台状态数据的测量确定当前姿态状态下摄像机视轴的补偿量后，由上位机发送指令驱动云台对摄像机视轴进行调整，实现了稳定的视频图像输出并为船载视频智能分析提供了有力的保障。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型对应的电路原理结构不意简图；
[0019]图2为本实用新型对应的电路原理结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0021 ]设计原理:作为一个船载视频稳像系统，其应满足以下需求:根据船舶姿态的变化实时控制摄像机姿态进行调整，并使得摄像机姿态的空间指向保持稳定。
[0022]基于上述情况，本实用新型设计了一种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其船舶姿态测量传感器通过实时感知船舶三自由度转动参数同时通过搭载有摄像机的云台的实时状态值测量，分析确定当前姿态状态下摄像机视轴的补偿量，进而发送指令驱动云台对摄像机视轴偏移量进行补偿，以隔离船舶三自由度的摇摆运动对船载摄像机的影响，实现稳定的视频图像输出。
[0023]具体的，如图1-图2所示，所述系统主要包括下述三个部分，其分别为:
[0024](I)安装于船体上，用于对实现对船舶三自由度转动数据进行精确测量的船舶姿态测量传感器，所述船舶姿态测量传感器包括陀螺罗经以及微机电惯性传感器，其分别用于测量船首向数据和横倾角度数据、纵倾角度数据，即船舶三自由度转动角度数据，各测量数据通过串口(RS232)向上位机传输。
[0025](2)装载有摄像机且用于固定并控制该摄像机视轴方向的云台，该云台通过RS485串口向上位机传输云台状态数据或者接收上位机发送的控制指令;所述云台状态数据包括水平旋转角度数据以及垂直角度数据以便于系统确认摄像机视轴与惯性坐标系之间的几何关系获得摄像机视轴的补偿量，进而结合船舶三自由度转动数据确认云台按照当前姿态状态下的偏移量对摄像机视轴进行调整。
[0026]所述云台选用中型变速云台，其顶载重量可达15Kg，具有水平方向(0-360°)和垂直方向(-75° -+40°)的变速旋转能力，水平旋转速度为0.01°/s-60°/s，垂直旋转速度为
0.01° /8-30° /s，并具有返回水平和垂直状态的功能，完全能满足本实用使用需求。
[0027]同时在视频采集方面，所述云台装载的摄像机优选采用有效像素达到976(H)X582(V)的高变倍光学变焦一体化彩色摄像机，其具有27倍光学变焦和20倍电子变焦能力，将其PAL复合信号输出端连接至工控机内部的视频采集卡端口，以实现视频数据的有效采集。
[0028](3)上位机，其采用性能稳定的工控机，接收陀螺罗经感知的船首向数据、微机电惯性传感器感知的横纵摇角度数据、云台摄像机拍摄的视频数据以及云台实时状态数据，并基于上述数据对云台输出相应控制指令，以驱动云台调整摄像机视轴方向。
[0029]具体的工作过程:系统初始化即系统启动后，工控机读取陀螺罗经输出的船首向，记录该值作为船首向参考量即系统船首向零点；随后工控机读取陀螺罗经和微机电惯性传感器发送的船舶姿态数据并发送云台状态查询指令，并接收解算云台反馈的云台状态数据;考虑到船舶航行中受风流影响，即使非变向情况下，船首向也会有小幅度的波动。因此，利用与阈值比较的方法判断船首向是否变化，并驱动云台调整摄像机视轴方向，可设定该阈值为0.2°;利用船横(或者纵)倾角的角度差值与阈值比较的方法判断船横纵倾角是否变化并驱动云台调整摄像机视轴方向，可设定阈值均为0.1°。
[0030]鉴于与云台通信方面，传统系统多采用人工控制模式，其仅需要发送控制指令给云台，云台响应情况通过人工观察其装载的摄像机拍摄到的画面进行查验，然而，在本船载视频机械稳像系统中，系统需要时刻知道云台当前的状态值，校验云台相应情况以便于上位机输出相应的控制指令，因此，与传统人工控制相比，本系统需要完成发送云台状态查询指令给云台，并接收解算其反馈的状态语句的过程；因此优选采用Pelco-D通信协议，工控机通过该Pelco-D协议实现对云台及其装载的摄像机进行控制，如对摄像机进行包括光圈调节、变焦控制等操作控制。
[0031]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其特征在于: 包括 安装于船体上的船舶姿态测量传感器，该船舶姿态测量传感器能够实时采集船舶姿态数据并传输至上位机； 装载有摄像机且用于固定并控制该摄像机视轴方向的云台，该云台能够向上位机传输云台状态数据并按照上位机控制指令调整摄像机视轴方向； 以及分别与所述船舶姿态测量传感器、云台连接的上位机，该上位机能够接收上述船舶姿态数据及云台状态数据并输出对应的控制指令控制所述云台调整摄像机视轴方向。2.根据权利要求1所述的基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其特征在于: 所述船舶姿态测量传感器通过RS232串口将船舶姿态数据传输至上位机;所述云台通过RS485串口向上位机传输云台状态数据或者接收上位机发送的控制指令。3.根据权利要求1所述的基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其特征在于: 所述船舶姿态测量传感器包括: 能够测量船首向数据的陀螺罗经以及能够测量船横倾角度数据以及船纵倾角度数据的微机电惯性传感器。4.根据权利要求1所述的基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其特征在于: 所述上位机采用工控机，并通过其内部的视频采集卡端口与摄像机的PAL复合信号输出端连接，以采集摄像机拍摄的视频数据。5.根据权利要求1所述的基于惯性传感器的船载视频机械稳像系统，其特征在于: 所述上位机采用通信协议选用Pelco-D协议的工控机，工控机通过该Pelco-D协议实现对云台及其装载的摄像机进行姿态控制。
【文档编号】H04N5/232GK205490863SQ201521082701
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】刘 文, 张英俊, 朱飞祥, 杨雪锋
【申请人】大连海事大学