专利名称：运动平台上双摄像机监控系统减小盲区的方法
技术领域：
本发明涉及一种运动平台上两个摄像机获得深度信息时，自主减小盲区的一种方法，具 体涉及一种利用人类眼球异向运动原理，控制运动平台上两个摄像机运动来减小盲区方法。
背景技术：
在监测监控，视觉测距定位等系统中，需要获得实时准确的三维深度信息，众所周知， 为了准确实时的获得三维深度信息，需要保证被测目标始终处于两个摄像机的公共视场当中， 然而，对于一些需要将摄像机安装到运动平台的情况，传统的双摄像头监控测距系统存在盲 区，不能使目标区域始终在公共视场内，如图(1)所示。现有的对于两个摄像机处于移动平 台上的测距系统一般是图像处理的方法，来获得深度信息，这种方法也称为帧内稳像，用维 纳滤波或逆滤波等方法复原线运动形成的模糊图像，但这种方法所能复原的程度是极其有限 的，处理速度很慢，无法满足实时性的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题和不足，提供一种基于仿生眼异向运动原理的 运动平台上双摄像机监控系统减小盲区的方法，根据两个摄像机所在的移动平台与被测目标 的位置变化，分别对运动平台上两个摄像机进行实时控制，消除盲区，使被测目标的区域始 终处于这两个摄像头的公共视场当中，从而获得实时准确的三维深度信息。图(2)是我们发 明的这种方法的效果示意图，。
为达到上述目的，本发明的构思是人眼的异向运动是人眼同时注视空间内不同距离目 标时，双眼同时、等量、等速度地向相反方向运动，使被注视的目标处于两眼的公共视场当 中。图(3)所示的是根据解剖学和生理神经学建立的仿生眼双目异向运动控制系统的数学模
型，该模型已被生理学试验证实。图(4)是图(3)的简化图。运动平台上的两个摄像机， 分别表示人的人的两个眼睛，通过仿生眼异向运动的控制算法调节这两个摄像机，从而使被 测目标的区域处于两个摄像机的公共视场当中。
根据上述构思，本发明采用以下述技术方案实现
一种运动平台上双摄像机监测系统减小盲区的方法，其特征在于控制操作步骤如下
1) 传感器测量测量摄机运动平台与被测目标位置参数；
2) A/D转换对传感器得到的连续模拟量通过A/D转换后得到数字量；
3) 数字滤波对采样信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；
4) 标度转换进行传感器的标定，得到与传感器输出值相对应的输入值即运动平台的运动参数值，同时将第1)步测量的结果计算转化为摄像机I和II光轴与被测目标的 夹角(为了便于控制，设摄像机I和II与被测目标的夹角分别为正值和负值)；
5) 系统控制运算获得的运动平台运动参数值通过单片机的控制算法，得到摄像机云台 补偿载体快速运动所需要旋转的速度和方向。
6) 控制双摄像机运动将得到的摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的角度和速度， 发送给摄像机云台电机，控制摄像机的运动。
上述的控制算法采用了人眼的视动反射的数学模型，如附图(3)和图(4)所示
图中，模型的输入量7;(s)和7;(s)分别是被测目标与摄像机i和ii的光轴的位置夹角， 模型的输出量A(力和A(》，7;是神经积分器的时间常数，7;是眼外肌的时间常数，^是神 经积分器直接通路的增益，符号"和;i分别代表传递视网膜滑动速度信号和视网膜滑动位移
信号的神经纤维的突触传递增益。根据生理学实验数据，r =25S， 7;二0.24s， ge=0.24，
图中(4)的系统数学模型可表示为等式(1)和等式(2):
《(》][G^+W)+(W+/V >]^T-KW-五々)][咏+义A)+("P+wK1^7 (1)
《+i 《+i
￡々)=[7;(力-￡/(观(/^+/)义)+ (炉+/^>]~^7-[7;(力-￡,(观咏+;^) + (;;/3+讽>]^7 (2)
《+l 《+l
根据上述数学模型，编好单片机的程序，即可计算出所需的控制量，发送给摄像机云台 的电机，控制摄像机的运动。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的特点和优点本发明设计的运动平台上双
摄像机可以根据仿生眼异向运动原理，根据目标的位置移动，像人类眼球一样，两摄像机自 主实时地调节，从而使被测目区域处于两摄像机的公共视场当中，获得三维深度信息。单片 机只要接受传感器数据将自动按照编好的程序进行简单运算，就可以控制摄像机云台的电机 以一定的命令按相应的方向旋转，实时补偿平台自身的运动，消除盲区现象。
图l传统双摄像机获得深度信息的示意图2基于异向运动原理的双摄像机获得深度信息的示意图3仿生眼异向运动控制系统图4仿生眼异向运动控制系统简图5利用本发明方法的控制操作流程图；图6实例的系统示意图； 图7实例的系统框图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例如下详述参见图5，本基于仿生眼异向运动原理的运动平台 上双摄像机监控系统减小盲区的方法，基于人类眼球异向运动的原理，当装载有双摄像机的 运动平台与目标区域产生位置变化时，控制该双摄像机的角度和方向，使目标区域始终处于 两个摄像机的公共视场，从而获得目标区域的三维深度信息。其控制操作步骤如下-
1) 传感器测量测量摄像机运动平台与被测目标位置参数；
2) A/D转换对传感器得到的连续模拟量通过A/D转换后得到数字量；
3) 数字滤波对采样信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；
4) 标度转换进行传感器的标定，得到与传感器输出值相对应的输入值，即运动平台的运动 参数值，同时将l)部测量的结果计算转化为两个摄像机的光轴与被测目标的夹角；
5) 系统控制运算获得的运动平台运动参数值通过单片机的控制算法，得到摄像机云台补偿 载体快速运动所需旋转的速度和方向。
6) 控制摄像机运动将得到的摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的速度和方向，发送给 摄像机云台的电机，控制摄像机的运动。
参见图6和图7，本基于仿生眼异向运动原理的运动平台上双摄像机监控系统减小盲区
的方法，用于小型无人旋翼机的野外定点着陆系统，系统包括地面控制系统1和机载控制系
统2和小型无人旋翼机3。机载系统2包括飞行控制系统单元15和基于仿生眼的双摄像机控 制系统13。飞控传感器系统(陀螺仪、高度计、速度计)i6采集相应的信息，通过A/D输入 到飞行控制系统。飞控导航系统(电子罗盘和GPS)通过RS-232与飞控系统提供导航信息。 地面手动操作可以使用RC触发器5与RC接收器发送操作命令，通过模拟开关6将命令输入 飞行控制单元15。飞行控制单元15根据上述的采集到的信息和命令，对执行单元4 (控制阀、 舵机和升降机)控制，从而控制无人旋翼机的姿态。地面控制中心7通过数据链8和RS-232 发送命令并接受飞控系统15的信息反馈。飞控系统单元15与摄像机控制单元13通过串口通 信。摄像机控制单元13，根据图像处理单元U的信息反馈，结合仿生眼异向运动的控制算 法，通过发送PWM波控制摄像机I和II,摄像机将获得的信息，传输到图像处理单元ll。图 像处理单元11通过图像数据链9，最终发送到地面监视器ll。无人飞行器为上海箭微机电技 术有限公司研制的超小型旋翼飞行器，型号为SUAV-X160。图像处理单元11的图像数据采集 卡为加拿大MatrM公司生产，数据处理采用美国德州仪器公司的DSP图像处理套件，型号为TMDX320026711。数据链8采用美国Maxstream生产的XStream XH9-019PKC-R,导航系统17 磁罗盘采用德国生产E-co卿ass-3磁罗盘和GPS采用中国台湾的RGM300。传感器系统16中 速度计采用SK—W型空速计，陀螺采用ENC-03J角速率陀螺。飞行控制单元15和摄像机控制 单元13采用美国德州仪器公司的DSPTMS320F2812, 摄像机系统采用日本Cannon公司的集 成电机和摄像机为一体的二维云台VC-C50iR，有方位和俯仰两个旋转方向；地面系统1中， 地面控制中心7和地面检测中心11均采用笔记本电脑ThinkPad T61。 本控制方法的控制步骤为-
a. 在机载系统2中将传感器组16感知无人飞行器的飞行速度信号传送至摄像机图像13 处理；
b. 根据传感器系统16和图像处理单元的11的信息，双摄像机控制单元13,对摄像机云 台电机进行控制，其中包括数字滤波、标度转换和控制运算，运算后得到摄像机云台 系统12的摄像机I云台电机和摄像机II云台电机旋转角度和方向。
c. 摄像机系统12通过串口把采集的视频传送给图像处理单元11;
d. 图像处理单元11视频数据链传送到地面监视器10，供有关人员观察；
e. 地面控制中心7通过数据链接受飞行控制单元15的信息，同时也发送对飞行控制单 元发送命令，数据链与飞行控制单元是通过RS-232连接；
f. 地面监控人员可以通过手柄控制RC触发器与RC接收器5通过模拟开关6对飞行控制 单元15进行实时控制。
本控制方法用于上述系统中的控制，效果良好，当小型无人旋翼机野外定点着陆时后， 可以清晰的获得定位点区域的信息，甚至可以达到着陆的零盲区，从而减少损失。
权利要求
1. 一种运动平台上双摄像机监控系统减小盲区的方法，其特征在于基于人类眼球异向运动的原理，当装载有双摄像机的运动平台与目标区域产生位置变化时，控制该双摄像机的角度和方向，使目标区域始终处于两个摄像机的公共视场，从而获得目标区域的三维深度信息；其控制操作步骤如下1)传感器测量测量摄像机运动平台与被测目标位置参数；2)A/D转换对传感器得到的连续模拟量通过A/D转换后得到数字量；3)数字滤波对采样信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；4)标度转换进行传感器的标定，得到与传感器输出值相对应的输入值，即运动平台的运动参数值，同时将1)部测量的结果计算转化为两个摄像机的光轴与被测目标的夹角；5)系统控制运算获得的运动平台运动参数值通过单片机的控制算法，得到摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的速度和方向。6)控制摄像机运动将得到的摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的速度和方向，发送给摄像机云台的电机，控制摄像机的运动。
全文摘要
本发明涉及一种运动平台上双摄像机监控系统减小盲区的方法。该方法是基于人类眼球异向运动的原理，当装载有双摄像机的运动平台与目标区域产生相对位置变化时，控制这两个摄像机的角度和方向，使目标区域始终处于两个摄像机的公共视场，从而获得目标区域的三维深度信息。该方法主要通过传感器测量运动平台的运动参数后，摄像机控制单元对上述参数进行A/D转换、数字滤波、标度转换和控制运算后，得到摄像机云台电机补偿平台的移动所需要旋转的角度和方向。此控制信号通过串口驱动运动平台上摄像机云台的电机旋转。采用本方法进行简单运算，就可以控制摄像机云台的电机以一定的速度按相应的方向旋转，消除装载有摄像机平台运动时带来的盲区。
文档编号H04N5/232GK101420530SQ20081020337
公开日2009年4月29日 申请日期2008年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者夏冰玉, 李恒宇, 潘智昊, 涛 王, 均 罗, 谢少荣, 陈平伟 申请人:上海大学