一种轻量化变倍跟随方法及电动镜头与流程

1.本发明属于视频监控技术领域，具体涉及一种轻量化变倍跟随方法及电动镜头。


背景技术：

2.变倍跟随，是根据当前物距的镜头追踪曲线(又称变焦跟踪曲线，通常是有一定弧度的曲线，通常镜头生产厂家会提供不同物距下的曲线)，变倍是实时调整对焦电机达到图像在整个变倍过程中图像清晰的目的。由于多数镜头采用对焦电机和变倍电机单独无关联控制，因此在变倍过程中图像无法保持清晰。
3.现有技术如申请号为2018101727613的中国发明专利文献，其公开了一种变倍跟随方法及电动镜头，其首先为主控芯片通过响应变倍跟随操作，向变焦定时器和对焦定时器发送计数指令，计数指令包括用于控制变焦定时器计数的第一计数指令和用于控制对焦定时器计数的第二计数指令，接着变焦定时器根据第一计数指令执行多次计数，并在每次计数达到对应的第一定时器数值时触发第一中断信号，并且，对焦定时器根据第二计数指令执行多次计数，并在每次计数达到对应的第二定时器数值时触发第二中断信号，而后，主控芯片根据每次触发的第一中断信号控制变焦电机运动，并根据每次触发的第二中断信号控制对焦电机运动，以完成电动镜头的变倍跟随。由此，通过采用变焦定时器和对焦定时器独立控制变焦电机和对焦电机，实现变倍跟随过程，可以使电动镜头实现类似机芯镜头的变倍跟随效果。但是该技术方案需要两个硬件定时器对硬件电路的要求较高，不同平台的移植性较差，并且逻辑复杂。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一在于提供一种轻量化变倍跟随方法，降低对硬件的要求，并且可移植性强，逻辑简单。
5.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
6.一种轻量化变倍跟随方法，应用于电动镜头，所述电动镜头包括变焦电机、变倍电机、电机驱动芯片、硬件定时器和主控芯片，所述电机驱动芯片用于控制所述变焦电机和变倍电机，所述主控芯片电连接电机驱动芯片和硬件定时器，所述轻量化变倍跟随方法实施在所述主控芯片，包括：
7.接收变倍变焦命令，解析变倍变焦命令得到变焦电机和/或变倍电机的运动方向和运动速度；
8.判断需要变倍和/或变焦，则启动硬件定时器，并进入下一步；否则结束；
9.在接收到硬件定时器的中断信号后，判断是否需要变倍和/或变焦，若需要变倍和/或变焦则执行下一步；否则关闭硬件定时器并结束；
10.根据变倍变焦命令中的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片的寄存器，并向电机驱动芯片发送控制信号，该控制信号用于触发电机驱动芯片根据寄存器内设定的值控制变焦电机和/或变倍电机运动。
11.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
12.作为优选，判断是否需要变倍和/或变焦的过程如下：
13.若变倍电机的当前位置为变倍变焦命令中变倍电机的运动方向上的末端，则不需要变倍；否则需要变倍；
14.若变焦电机的当前位置为变倍变焦命令中变焦电机的运动方向上的末端，则不需要变焦；否则需要变焦。
15.作为优选，所述根据变倍变焦命令中的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片的寄存器，包括：
16.当仅需要变倍时，基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值；
17.当仅需要变焦时，基于变倍变焦命令中变焦电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值；
18.当需要同时变倍和变焦时，基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值；预计算本次中断执行后变倍电机的位置，根据预计算的变倍电机的位置查询变焦跟踪曲线确定变焦电机的目标位置，根据变焦电机的当前位置和目标位置计算变焦电机的实际运动速度，基于计算所得的变焦电机的实际运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值。
19.作为优选，所述电机驱动芯片需要设置的寄存器值包括intctxx和psumxx，当寄存器为64细分模式时，设置的寄存器值如下：
20.intctxx＝27mhz*phase/(768*pps)
21.psumxx＝27mhz/(24*intctxx*vd)
22.式中，phase为一个相电流周期的步距数量，pps为运动速度或实际运动速度，vd为硬件定时器的中断间隔，当电机驱动芯片被触发后，控制相应电机运行psumxx*2步，每步运行时间为12*intctxx/27mhz。
23.作为优选，采用pid算法根据变焦电机的当前位置和目标位置计算变焦电机的实际运动速度。
24.本发明提供的一种轻量化变倍跟随方法，仅采用一个硬件定时器即可实现对变焦电机和变倍电机的关联控制，对硬件的要求低，可移植性强；并且利用一个硬件定时器简化了整体控制逻辑，使得控制结果更加稳定。
25.本发明的目的之二在于提供一种电动镜头，该电动镜头关联控制变焦电机和变倍电机，变倍过程中始终保持图像清晰。
26.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
27.一种电动镜头，所述电动镜头包括变焦电机、变倍电机、电机驱动芯片、硬件定时器和主控芯片，所述电机驱动芯片用于控制所述变焦电机和变倍电机，所述主控芯片电连接电机驱动芯片和硬件定时器，所述主控芯片执行如下操作：
28.接收变倍变焦命令，解析变倍变焦命令得到变焦电机和/或变倍电机的运动方向
和运动速度；
29.判断需要变倍和/或变焦，则启动硬件定时器，并进入下一步；否则结束；
30.在接收到硬件定时器的中断信号后，判断是否需要变倍和/或变焦，若需要变倍和/或变焦则执行下一步；否则关闭硬件定时器并结束；
31.根据变倍变焦命令中的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片的寄存器，并向电机驱动芯片发送控制信号，该控制信号用于触发电机驱动芯片根据寄存器内设定的值控制变焦电机和/或变倍电机运动。
32.作为优选，判断是否需要变倍和/或变焦的过程如下：
33.若变倍电机的当前位置为变倍变焦命令中变倍电机的运动方向上的末端，则不需要变倍；否则需要变倍；
34.若变焦电机的当前位置为变倍变焦命令中变焦电机的运动方向上的末端，则不需要变焦；否则需要变焦。
35.作为优选，所述根据变倍变焦命令中的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片的寄存器，包括：
36.当仅需要变倍时，基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值；
37.当仅需要变焦时，基于变倍变焦命令中变焦电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值；
38.当需要同时变倍和变焦时，基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值；预计算本次中断执行后变倍电机的位置，根据预计算的变倍电机的位置查询变焦跟踪曲线确定变焦电机的目标位置，根据变焦电机的当前位置和目标位置计算变焦电机的实际运动速度，基于计算所得的变焦电机的实际运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值。
39.作为优选，所述电机驱动芯片需要设置的寄存器值包括intctxx和psumxx，当寄存器为64细分模式时，设置的寄存器值如下：
40.intctxx＝27mhz*phase/(768*pps)
41.psumxx＝27mhz/(24*intctxx*vd)
42.式中，phase为一个相电流周期的步距数量，pps为运动速度或实际运动速度，vd为硬件定时器的中断间隔，当电机驱动芯片被触发后，控制相应电机运行psumxx*2步，每步运行时间为12*intctxx/27mhz。
43.作为优选，采用pid算法根据变焦电机的当前位置和目标位置计算变焦电机的实际运动速度。
44.本发明提供的一种电动镜头，仅采用一个硬件定时器即可实现对变焦电机和变倍电机的关联控制，对硬件的要求低，可移植性强，变倍过程中始终保持图像清晰；并且利用一个硬件定时器简化了整体控制逻辑，使得控制结果更加稳定。
附图说明
45.图1为本发明的轻量化变倍跟随方法驱动的具体实现方式示意图；
46.图2为本发明的轻量化变倍跟随方法的流程图；
47.图3为本发明变倍跟随流程示意图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。
50.其中一个实施例中，提供一种轻量化变倍跟随方法，应用于电动镜头，以降低电动镜头变倍跟随时对硬件的要求，始终保持变倍过程中图像清晰。
51.本实施例中的电动镜头包括变焦电机、变倍电机、电机驱动芯片、硬件定时器和主控芯片，电机驱动芯片用于控制所述变焦电机和变倍电机，主控芯片电连接电机驱动芯片和硬件定时器。容易理解的是，本实施例中仅列举了与变倍跟随相关的部件，在实际应用中，电动镜头还具备其他部件，例如外壳、镜片等，本实施例中不做限定。
52.如图1所示，本实施例的轻量化变倍跟随方法驱动的具体实现方式为：ioctl接口接收变倍变焦命令，并解析变倍、变焦电机运行的方向以及速度；当需要运动变倍和/或变焦电机时，启动硬件定时器，每次进入中断会判断是否需要变倍和/或变焦，当需要变倍和/或变焦时进行寄存器设置，最后发送一次vd信号，触发变倍和/或变焦电机运动。如果中断没有电机可动，则关闭中断，等待下次开启。
53.如图2所示，本实施例的轻量化变倍跟随方法实施在主控芯片，具体包括以下步骤：
54.步骤1、接收变倍变焦命令，解析变倍变焦命令得到变焦电机和/或变倍电机的运动方向和运动速度。
55.变倍变焦中需要驱动支持简单的变倍和变焦的独立控制，且速度可调，方向可调，如响应命令变倍+，速度为s。
56.步骤2、判断需要变倍和/或变焦，则启动硬件定时器，并进入下一步；否则结束。
57.本实施例仅需利用1个硬件定时器就可实现变倍和变焦电机的控制，初始化时默认硬件定时器频率为120hz，每次进中断时会判断当前变倍和变焦电机是否需要运动，在需要电机运动时把相关数据(步数，速度，每步运行时间等)通过通讯接口下发给电机驱动芯片，最后给出指定电机的dv信号。
58.具体的，判断是否需要变倍和/或变焦的过程如下：
59.若变倍电机的当前位置为变倍变焦命令中变倍电机的运动方向上的末端，则不需要变倍；否则需要变倍；若变焦电机的当前位置为变倍变焦命令中变焦电机的运动方向上的末端，则不需要变焦；否则需要变焦。
60.步骤3、在接收到硬件定时器的中断信号后，判断是否需要变倍和/或变焦，若需要变倍和/或变焦则执行下一步；否则关闭硬件定时器并结束。
61.步骤4、根据变倍变焦命令中的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片的寄存器，并向电机驱动芯片发送控制信号，该控制信号用于触发电机驱动芯片根据寄存器内设定的值控制变焦电机和/或变倍电机运动。
62.通常变倍和变焦的调整分为仅变倍、仅变焦和同时变倍变焦三类，本实施例针对每一类进行不同的设置，具体如下：
63.当仅需要变倍时，基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值。
64.当仅需要变焦时，基于变倍变焦命令中变焦电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值。
65.如图3所示，当需要同时变倍和变焦时，即需要变倍跟随时，具体的实现方式为：zoom表示变倍，focus表示变焦。当检测到变倍电机运动时，通过变焦跟踪曲线计算变焦电机需要跑的位置，利用pid输出变焦电机需要运行的方向及速度，实现动态调节，达到画面实时清晰。
66.具体的，需要基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值；预计算本次中断执行后变倍电机的位置，根据预计算的变倍电机的位置查询变焦跟踪曲线确定变焦电机的目标位置，根据变焦电机的当前位置和目标位置计算变焦电机的实际运动速度，基于计算所得的变焦电机的实际运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值。
67.其中变焦跟踪曲线为厂商提供的驱动控制步数表(不同倍率及物距下对应的变焦位置)。为了提高控制准确性可以根据项目需要拟合一条变焦跟踪曲线，可以是一个物距的变焦跟踪曲线，也可以是不同物距的变焦跟踪曲线。需要说明的是，基于驱动控制步数表拟合变焦跟踪曲线为现有技术，例如采用用解析表达式逼近离散数据的方法、最小二乘法等，本实施例中不进行详述。
68.在变倍跟踪时，通过获取当前变倍电机位置与变焦跟踪曲线计算需要运行变焦电机的步数，通过pid算法输出变焦方向及速度，通过动态调节，达到画面实时清晰。其中pid算法有p、i、d共3个系数需要调试，调试时先使i和d系数为0，调整p系数，使变焦电机跟得上变倍，之后再调整i和d系数，其中i为积分系数，d系数为微分系数。
69.本实施例中电机驱动芯片采用ms41908芯片，该芯片特性是1个vd信号同时控制变倍和聚焦电机，变倍和聚焦电机是绑定在一起的，所以把变倍和聚焦独立出来非常重要，本实施例采用定时器中断方式实现了该功能。
70.通过ioctl设置电机方向，步数以及速度，驱动根据速度计算每个vd信号最多走多少步，以及每步多少时间，通过定时器中断进行vd信号触发。其中基本的ioctl可控制项有：初始化变焦/变倍电机，找到零点位置；变焦/变倍电机往前跑x步；变焦/变倍电机往后跑x步；变焦/变倍电机速度设置；电机停止。ms41908芯片的步进周期和总步数如表1和表2所示。
71.表1电机一个步进的周期
[0072][0073]
表2电机一次触发运行总步数
[0074][0075]
本实施例电机驱动芯片需要设置的寄存器值包括intctxx和psumxx，intctab[15:0]和intctcd[15:0]分别设置变焦电机和变倍电机的一个步进的周期。psumab[7:0]和psumcd[7:0]分别设置变焦电机和变倍电机的总步数，如果要停止电机转动，设置psumxx[7:0]＝0。
[0076]
例如当intctab[15:0]＝400时，64细分下每步周期为12*400/27mhz＝0.178ms。
[0077]
根据表1推导出公式12*intctxx/27mhz*64＝1/motor_rps。
[0078]
其中，motor_rps为电机转速，单位为rps(每秒多少转)，intctxx为设置的寄存器值，可转换得到如下公式：
[0079]
intctxx＝27mhz/768/motor_rps
[0080]
pps＝motor_rps*phase
[0081]
其中，pps为每秒转动多少个步距，phase为一个相电流周期的步距数量。
[0082]
根据表2可得电机实际跑的步数为psumxx*2。
[0083]
所以得出公式12*intctxx/27mhz*psumxx*2＝1/vd。
[0084]
其中，vd为硬件定时器的中断间隔，单位为hz，例如，当vd为1时，表示每秒触发一次电机驱动芯片，因此当寄存器为64细分模式时，设置的寄存器值如下：
[0085]
intctxx＝27mhz*phase/(768*pps)
[0086]
psumxx＝27mhz/(24*intctxx*vd)
[0087]
式中，phase为一个相电流周期的步距数量，pps为运动速度或实际运动速度，vd为硬件定时器的中断间隔，当电机驱动芯片被触发后，控制相应电机运行psumxx*2步，每步运行时间为12*intctxx/27mhz。
[0088]
在另一个实时例中，提供一种电动镜头，所述电动镜头包括变焦电机、变倍电机、电机驱动芯片、硬件定时器和主控芯片，所述电机驱动芯片用于控制所述变焦电机和变倍电机，所述主控芯片电连接电机驱动芯片和硬件定时器，所述主控芯片执行如下操作：
[0089]
接收变倍变焦命令，解析变倍变焦命令得到变焦电机和/或变倍电机的运动方向
和运动速度；
[0090]
判断需要变倍和/或变焦，则启动硬件定时器，并进入下一步；否则结束；
[0091]
在接收到硬件定时器的中断信号后，判断是否需要变倍和/或变焦，若需要变倍和/或变焦则执行下一步；否则关闭硬件定时器并结束；
[0092]
根据变倍变焦命令中的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片的寄存器，并向电机驱动芯片发送控制信号，该控制信号用于触发电机驱动芯片根据寄存器内设定的值控制变焦电机和/或变倍电机运动。
[0093]
在一个具体实施例中，判断是否需要变倍和/或变焦的过程如下：
[0094]
若变倍电机的当前位置为变倍变焦命令中变倍电机的运动方向上的末端，则不需要变倍；否则需要变倍；
[0095]
若变焦电机的当前位置为变倍变焦命令中变焦电机的运动方向上的末端，则不需要变焦；否则需要变焦。
[0096]
在一个具体实施例中，所述根据变倍变焦命令中的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片的寄存器，包括：
[0097]
当仅需要变倍时，基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值；
[0098]
当仅需要变焦时，基于变倍变焦命令中变焦电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值；
[0099]
当需要同时变倍和变焦时，基于变倍变焦命令中变倍电机的运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变倍电机的寄存器值；预计算本次中断执行后变倍电机的位置，根据预计算的变倍电机的位置查询变焦跟踪曲线确定变焦电机的目标位置，根据变焦电机的当前位置和目标位置计算变焦电机的实际运动速度，基于计算所得的变焦电机的实际运动速度和硬件定时器的中断间隔设置所述电机驱动芯片中对应于变焦电机的寄存器值。
[0100]
在一个具体实施例中，所述电机驱动芯片需要设置的寄存器值包括intctxx和psumxx，当寄存器为64细分模式时，设置的寄存器值如下：
[0101]
intctxx＝27mhz*phase/(768*pps)
[0102]
psumxx＝27mhz/(24*intctxx*vd)
[0103]
式中，phase为一个相电流周期的步距数量，pps为运动速度或实际运动速度，vd为硬件定时器的中断间隔，当电机驱动芯片被触发后，控制相应电机运行psumxx*2步，每步运行时间为12*intctxx/27mhz。
[0104]
在一个具体实施例中，采用pid算法根据变焦电机的当前位置和目标位置计算变焦电机的实际运动速度。
[0105]
关于电动镜头的具体限定可参见上述对于轻量化变倍跟随方法的限定，本实施例中不进行赘述。
[0106]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0107]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。