专利名称：吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及视频图像监控技术领域，涉及对视频目标自动变焦、聚焦、跟踪的装置及控制方法，尤其涉及一种吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法。
背景技术：
随着视频监控技术日益成为大型装卸设备上的标准配置，对大型装卸设备所配置的视频监控装置的要求也日益提高，从可以监看被装卸物件，到监视设备行进方向有无障碍，现在已有要求从距地面或被装卸物件几十米的司机室，能清晰地看见被装卸物件，以便司机能快速、安全地作业。为此，配置一种装置或系统，能够随吊具的上下运动，自动变焦，始终跟踪摄影，清晰显示吊装目标，从而使司机通过该装置，观察吊具运行过程，从而准确操控吊具，实现安全操作，成为装卸行业正在追求的一项目标。标准工业控制信号，是由设备在运行时的物理量，通过变送器技术转换成的电流信号，经传送至控制设备，由嵌入式芯片计算出控制程式，可对目标设备进行控制的源信号。标准工业控制信号具有采集简捷、计算准确、易于控制的特点。
发明内容
本发明的任务是提供一种吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法，对视频监控摄像机和云台进行自动变、聚焦及调整俯仰角，实现监控视频图像不因吊具运动而产生缩小或模糊的变化，同时帮助装卸设备司机准确、安全地进行操控。本发明的技术解决方案如下
一种吊具镜头自动跟踪控制装置，所述装置包括云台及摄像机镜头，所述装置还包括云台控制芯片、镜头控制芯片、初始化设置数码管、存储器、云台驱动器以及镜头驱动器；所述云台控制芯片连接云台驱动器，云台驱动器连接云台接口，云台驱动器驱动俯仰角步控云台跟踪目标调整俯仰角；
所述镜头控制芯片连接镜头驱动器，镜头驱动器连接摄像机镜头接口，镜头驱动器驱动变聚焦步控镜头跟踪目标变焦和聚焦；
所述云台控制芯片和镜头控制芯片分别连接存储器。所述镜头驱动器包括变焦驱动器和聚焦驱动器，变焦驱动器和聚焦驱动器分别连接摄像机镜头接口，变焦驱动器驱动摄像机镜头跟踪目标进行变焦，聚焦驱动器驱动摄像机镜头跟踪目标进行聚焦。所述装置还包括手动调控接口，手动调控接口分别连接云台控制芯片和镜头控制
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心/T O一种吊具镜头自动跟踪控制方法，采取下列步骤
当云台控制芯片(3)从输入的标准工业信号数据(I)获得吊具高度数据时，嵌入式程序计算出相对应的云台俯仰角度和钢缆运行速度，完成跟随初始化，且将数据存入存储器(12)，并给出脉冲信号予驱动器，通过云台接口(5)，驱动云台自动调整俯仰角至符合跟踪吊具位置；
当镜头控制芯片(6)获得开机的信号时，随即输出初始化指令，通过摄像机镜头接口(11)，令摄像机镜头变焦至极限起点即零位置，再随输入的标准工业信号数据(1)，由嵌入式程序计算出相应的变焦位置和计算出应予补偿的聚焦数据，且将数据存入存储器(12)，并给出脉冲信号至变焦驱动器(7)和聚焦驱动器(9)，通过摄像机镜头接口(11)，驱动摄像机镜头实现跟踪对焦； 将初始化设置数码管(2)设显示设备的吊具钢绳的最大长度、最小长度和横向距离，按动显示按钮，分别显示最大长度、最小长度和横向距离；再按动显示按钮关闭数码管，此时数据存入存储器(12);按动调节按钮，可调整所需调整的最大、最小及横向数据，实现对不同装卸设备的吊具钢缆长度及横向跨距的初始化设置，从而在装置运行时作为嵌入式程序计算跟随目标的基础数据；
镜头控制芯片(6)每O. I秒对信号采样一次，根据采样得到的数据，获得并计算输出的脉冲数，然后输出相应的脉冲到镜头驱动器，从而实现视频目标的自动跟踪。按动显示按钮时，最上面的指示灯亮，显示的数据是最大长度，可在30-80m之间任意设置。按动显示按钮时，中间的指示灯亮，显示的数据是最小长度，可在2-10m之间任意设置。按动显示按钮时，最下面的指示灯亮，显示的数据是横向距离，可在I. 5-3. Om之间任意设置。按本发明的吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法，采用嵌入式控制技术，对摄像机和云台进行控制，达到自动跟踪装卸目标的效果。采用本发明的吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法，能使视频监控摄像机和云台进行自动变、聚焦及调整俯仰角，实现监控视频图像不因吊具运动而产生缩小或模糊的变化。本发明能通过对摄像机镜头和云台的自动跟踪控制，实现对大型装卸设备的精确、安全操作，同时帮助装卸设备司机准确、安全地进行操控。
图I是本发明的吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法的结构连接示意及工作流程示意图。图2是本发明的吊具镜头自动跟踪控制技术原理图。附图标记
I为工业信号数据输入，2初始化设置数码管，3为云台控制芯片，4为云台驱动器，5为云台接口，6为镜头控制芯片，7为变焦驱动器，8为镜头变焦，9为聚焦驱动器，10为镜头聚焦，11为摄像机镜头接口，12为存储器，13为手动调控接口。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法作详细说明。
参看图I，本发明提供了一种吊具镜头自动跟踪控制装置，该装置主要由云台控制芯片3、云台驱动器4、镜头控制芯片6、镜头驱动器、初始化设置数码管2、存储器12、手动调控接口 13以及云台接口 5和摄像机镜头接口 11组成。云台控制芯片3连接云台驱动器4，云台驱动器4连接云台接口 5，云台驱动器4通过云台接口 5驱动俯仰角步控云台，从而跟踪目标调整云台的俯仰角。镜头控制心片6连接镜头驱动器，镜头驱动器连接摄像机镜头接口 11。如图中所示，镜头驱动器包括变焦驱动器7和聚焦驱动器9，变焦驱动器7和聚焦驱动器9分别连接摄像机镜头接口 11，再连接摄像机镜头；变焦驱动器7驱动摄像机镜头跟踪目标进行变焦，聚焦驱动器9驱动摄像机镜头跟踪目标进行聚焦。云台控制芯片3和镜头控制芯片6分别连接存储器12。手动调控接口 13分别连 接云台控制芯片3和镜头控制芯片6。所述云台控制芯片3，通过对云台俯仰角调控的计算方法，在当前采样时采得的工业标准信号数据，计算出高度变化，求得相应角度变化，然后测算出在本采样吊具升降周期内应通过多少个脉冲量，令驱动器驱动俯仰角步控云台，使其调整到需要的位置，从而确定实际操作周期的相同控制角度，保障摄像机采集图像的有效角度。所述镜头控制芯片6，通过对镜头跟踪变焦聚焦调控的计算方法，在设备上电时，镜头焦距调到极限位置，作变聚焦的起始的零位，并根据输入的工业标准信号数据计算出其余变聚焦位置，令驱动器驱动变聚焦步控镜头自动变焦和聚焦，从而保持视频图像对目标吊具的自动跟随。所述手动调控接口 13，接入手动调控器纠正累积偏差，当通过根据吊具钢缆的机械传动所输出的信号数据，计算出的数据驱动驱动器进行镜头和云台实现自动控制，会产生极微小的计算差，对因久而久之此数据累积而致的偏差，可以通过手动控制器给出的信号，直接调整步控镜头的聚焦、变焦及步控云台的俯仰角度。再参看图1，本发明还提供了一种吊具镜头自动跟踪控制方法，采取下列步骤
当云台控制芯片3从输入的标准工业信号数据I获得吊具高度数据时，嵌入式程序计算出相对应的云台俯仰角度和钢缆运行速度，完成跟随初始化，且将数据存入存储器12，并给出脉冲信号予云台驱动器4，通过云台接口 5输出信号，自动调整云台的俯仰角至符合跟踪吊具位置。当镜头控制芯片6获得开机的信号时，随即输出初始化指令至摄像机镜头接口11，令摄像机镜头变焦至极限起点即零位置，再随输入的标准工业信号数据1，由嵌入式程序计算出相应的变焦位置和计算出应予补偿的聚焦数据，且将数据存入存储器12，并给出脉冲信号至变焦驱动器7和聚焦驱动器9，通过摄像机镜头接口 11，使摄像机镜头实现跟踪对焦。将初始化设置数码管2设显示设备的吊具钢绳的最大长度、最小长度和横向距离，按动显示按钮，分别显示最大长度、最小长度和横向距离；再按动显示按钮关闭数码管，此时数据存入存储器12 ;按动调节按钮，可调整所需调整的最大、最小及横向数据，实现对不同装卸设备的吊具钢缆长度及横向跨距的初始化设置。按动显示按钮时，最上面的指示灯亮，显示的数据是最大长度，可在30-80m之间任意设置。按动显示按钮时，中间的指示灯亮，显示的数据是最小长度，可在2-10m之间任意设置。按动显示按钮时，最下面的指示灯亮，显示的数据是横向距离，可在I. 5-3. Om之间任意设置。镜头控制芯片6每O. I秒对传感器输出的信号采样一次，根据采样得到的数据获得输出的脉冲数，然后输出相应的脉冲到镜头变焦驱动器7和聚焦驱动器9，通过摄像机镜头接口 11驱动变聚焦步控镜头，从而实现视频目标的自动跟踪。参看图2，本发明的控制技术包括对云台的俯仰角度进行自动控制；对摄像机镜头进行变焦、聚焦自动控制；利用手动调控进行纠正累积偏差。所述对云台的俯仰角度自动控制，在当前采样时采得的工业标准信号数据，通过云台控制芯片对云台俯仰角调整控制的计算方法，算出高度变化，求得相应角度变化，然后测算出在本采样吊具升降周期内应通过多少个脉冲量，令驱动器走到合适的位置，确定实际操作周期的相同控制角度，从而使俯仰角步控云台得以保障摄像机采集图像的有效角度。所述对摄像机镜头进行聚焦、变焦自动控制，通过镜头控制芯片对镜头跟踪对焦调控的计算方法，在设备上电时，镜头焦距转到极限位置，作变焦的起始的零位，并根据输入的工业标准信号数据计算出其余变焦位置，令驱动器驱动变聚焦步控镜头自动变焦和聚焦，从而保持视频图像对目标吊具的自动跟随。所述手动调控纠正累积偏差，根据吊具钢缆的机械传动所输出的信号数据，计算出的数据驱动驱动器进行镜头和云台实现自动控制，会产生极微小的计算差，对因久而久之此数据累积而致的偏差，可以通过手动控制器给出的信号，直接调整镜头的聚焦、变焦及云台的俯仰角度，矫正累积偏差。在实际使用中，本发明的吊具镜头跟踪控制装置采用两个嵌入式控制芯片云台控制芯片3和镜头控制芯片6，相互间通过线路连接，根据所输入的标准工业信号数据1，经专门设计的嵌入式软件程序计算出所需数据，输出相应驱动信号，通过驱动器的驱动分别控制z 台和镜头。云台控制芯片3通过线路连接云台驱动器4和云台接口 5,控制俯仰角步控云台跟随吊具目标调整俯仰角度；镜头控制芯片6，通过线路连接变焦驱动器7、聚焦驱动器9和摄像机镜头接口 11，跟随吊具目标对变聚焦步控摄像机镜头分别进行控制，实施镜头变焦8和镜头聚焦10，镜头控制芯片6每O. I秒对传感器输出的信号采样一次，采样得到的数据根据算法计算出应该输出的脉冲数，然后输出相应的脉冲到驱动器，驱动变聚焦步控镜头，从而实现视频目标的自动跟踪。当云台控制芯片3从输入的标准工业信号数据I获得吊具高度数据时，嵌入式程序计算出相对应的云台俯仰角度和钢缆运行速度，完成跟随初始化，且将数据存入存储器12，并给出脉冲信号予驱动器，通过云台接口 5，驱动俯仰角步控云台，自动调整云台的俯仰角至符合跟踪目标吊具位置。当镜头控制芯片6获得开机的信号时，随即输出初始化指令，令镜头变焦至极限起点(零)位置，再随输入的标准工业信号数据，由嵌入式程序计算出相应的变焦位置，和计算出应予补偿的聚焦数据，且将数据存入存储器12，并给出脉冲信号至变焦驱动器7和聚焦驱动器9，通过摄像机镜头接口 11，驱动变聚焦可控镜头实现对目标的跟踪对焦。
所述初始化设置数码管2，设数码管显示设备的吊具钢绳的最大长度、最小长度和横向距离。按动所设显示按钮，第一个显示数据是最大长度(最上面的指示灯亮)，可在30-80m之间任意设置；按第二 次显示的数据是最小长度(中间的指示灯亮)，可在2-10m之间任意设置；按第三次显示的数据是横向距离(最下面的指示灯亮)，可在I. 5-3. Om之间任意设置，再按则关闭数码管，此时数据存入存储器12。按动所设调节按钮(两个)，可调整所需调整的最大、最小及横向数据，从而可实现对不同装卸设备的吊具钢缆长度及横向跨距的初始化设置。所述手动调控接口 13，系为调整装置在运行中可能出现累积误差，控制器设置的接口，加置手动调控器，手动调整云台俯仰角和镜头对焦，使装置恢复准确的位置。综上所述，采用本发明的吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法，能对大型装卸设备的吊具，通过云台俯仰角和镜头对焦控制，实现随吊具的上下运动进行视频自动跟踪，且始终保持清晰显示吊装目标，使司机能够通过视频镜头跟踪装置观察吊具运行过程，从而准确操控吊具，快速安全地进行装卸作业。当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。
权利要求
1.一种吊具镜头自动跟踪控制装置，所述装置包括云台及摄像机镜头，其特征在于所述装置还包括云台控制芯片、镜头控制芯片、初始化设置数码管、存储器、云台驱动器以及镜头驱动器； 所述云台控制芯片连接云台驱动器，云台驱动器连接云台接口，云台驱动器驱动俯仰角步控云台跟踪目标调整俯仰角； 所述镜头控制芯片连接镜头驱动器，镜头驱动器连接摄像机镜头接口，镜头驱动器驱动变聚焦步控镜头跟踪目标变焦和聚焦； 所述云台控制芯片和镜头控制芯片分别连接存储器。
2.根据权利要求I所述的吊具镜头自动跟踪控制装置，其特征在于所述镜头驱动器包括变焦驱动器和聚焦驱动器，变焦驱动器和聚焦驱动器分别连接摄像机镜头接口，变焦驱动器驱动摄像机镜头跟踪目标进行变焦，聚焦驱动器驱动摄像机镜头跟踪目标进行聚焦。
3.根据权利要求I所述的吊具镜头自动跟踪控制装置，其特征在于所述装置还包括手动调控接口，手动调控接口分别连接z 台控制芯片和镜头控制芯片。
4.一种吊具镜头自动跟踪控制方法，其特征在于采取下列步骤 当云台控制芯片(3)从输入的标准工业信号数据(I)获得吊具高度数据时，嵌入式程序计算出相对应的云台俯仰角度和钢缆运行速度，完成跟随初始化，且将数据存入存储器(12)，并给出脉冲信号予驱动器，通过云台接口(5)，驱动云台自动调整俯仰角至符合跟踪吊具位置； 当镜头控制芯片(6)获得开机的信号时，随即输出初始化指令，通过摄像机镜头接口(11)，令摄像机镜头变焦至极限起点即零位置，再随输入的标准工业信号数据(1)，由嵌入式程序计算出相应的变焦位置和计算出应予补偿的聚焦数据，且将数据存入存储器(12)，并给出脉冲信号至变焦驱动器(7)和聚焦驱动器(9)，通过摄像机镜头接口(11)，驱动摄像机镜头实现跟踪对焦； 将初始化设置数码管(2)设显示设备的吊具钢绳的最大长度、最小长度和横向距离，按动显示按钮，分别显示最大长度、最小长度和横向距离；再按动显示按钮关闭数码管，此时数据存入存储器(12);按动调节按钮，可调整所需调整的最大、最小及横向数据，实现对不同装卸设备的吊具钢缆长度及横向跨距的初始化设置，从而在装置运行时作为嵌入式程序计算跟随目标的基础数据； 镜头控制芯片(6)每O. I秒对信号采样一次，根据采样得到的数据，获得并计算输出的脉冲数，然后输出相应的脉冲到镜头驱动器，从而实现视频目标的自动跟踪。
5.根据权利要求4所述的吊具镜头自动跟踪控制方法，其特征在于按动显示按钮时，最上面的指示灯亮，显示的数据是最大长度，可在30-80m之间任意设置。
6.根据权利要求4所述的吊具镜头自动跟踪控制方法，其特征在于按动显示按钮时，中间的指示灯亮，显示的数据是最小长度，可在2-10m之间任意设置。
7.根据权利要求4所述的吊具镜头自动跟踪控制方法，其特征在于按动显示按钮时，最下面的指示灯亮，显示的数据是横向距离，可在I. 5-3. Om之间任意设置。
全文摘要
本发明涉及一种吊具镜头自动跟踪控制装置及控制方法，其中云台控制芯片连接云台驱动器，云台驱动器连接云台接口，云台驱动器驱动俯仰角步控云台跟踪目标调整俯仰角；镜头控制芯片连接镜头驱动器，镜头驱动器连接摄像机镜头接口，镜头驱动器驱动变聚焦步控镜头跟踪目标变焦和聚焦；云台控制芯片和镜头控制芯片分别连接存储器。本发明能使视频监控摄像机和云台进行自动变、聚焦及调整俯仰角，实现监控视频图像不因吊具运动而产生缩小或模糊的变化；能对大型装卸设备的吊具，通过云台俯仰角和镜头对焦控制，实现随吊具的上下运动进行视频自动跟踪，且始终保持清晰显示吊装目标，同时帮助装卸设备司机准确操控吊具，快速安全地进行装卸作业。
文档编号H04N5/232GK102616663SQ201210108330
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者邬承基 申请人:上海成业科技工程有限公司