工业区域精确定位摄像系统的制作方法

本发明属于工业视频监控领域，尤其是涉及一种工业区域精确定位摄像系统。

背景技术：

随着人们安全防护意识的逐渐提高，对工业自动化控制的要求越来越高。基于ptz(pan/tilt/zoom)的摄像系统逐渐在安防领域普遍开来，但是在对设备的云台功能进行操控时总是不能将感兴趣的区域一步到位的移动到屏幕中间并进行缩放。通常要通过客户端或者摇杆键盘多次的调整图像位置以及大小。这样操作费时费力，并且在工业场所消耗大量作业时间，影响工作效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种工业区域精确定位摄像系统，以提供一种可以准确、迅速的完成框选区域的移动与图像的缩放的工业区域精确定位摄像系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种工业区域精确定位摄像系统,包括云台转向模块和摄像模块，所述云台转向模块包括主轴、外壳、上电机旋转装置、下电机旋转装置和底座，所述上电机旋转装置由上电机和一对第一外齿轮副组成，所述上电机的出力轴固定连接字所述第一外齿轮副，所述第一外齿轮副的从动齿轮与主轴固定连接，实现云台转向系统的俯仰视角调节，所述下电机旋转装置由下电机、托架和一对第二外齿轮副组成，所述下电机底部与所述托架固定连接，所述下电机的出力轴带动外齿轮副实现减速输出，所述第二外齿轮副的从动轮与所述底座固定连接，实现云台转像系统的水平视角调节，所述下电机旋转装置的外部与所述外壳固定连接；所述摄像模块包括3d定位云台控制板、摄像机芯、雨刷、灯光照明、温控开关、模拟相机和监视器，所述3d定位云台控制板分别信号连接至所述上电机、所述下电机、所述摄像机芯、所述模拟相机、所述雨刷的电机和所述温控开关，所述温控开关电连接至加热电阻，所述模拟相机信号连接至所述监视器。

进一步的，所述3d定位云台控制板由电源电路、cpu控制电路、串行通讯电路、驱动电路、地址及协议选择电路、机芯驱动电路、模拟相机控制电路和辅助功能电路组成，所述电源电路和所述辅助功能电路为整套系统进行供电；所述cpu控制电路分别信号连接至所述串行通讯电路、所述驱动电路、地址及协议选择电路、所述机芯驱动电路和所述模拟相机控制电路。

进一步的，所述电源电路包括稳压桥b、稳压器u1和稳压块u2，所述稳压桥的型号为rs507l，所述稳压器u1的型号为lm2576s-adj，稳压块u2的型号为lm7805，所述稳压桥的引脚3经熔断器f1连接至端子排xt1的第二接口，引脚2连接至端子排xt1的第一接口，所述引脚2和所述引脚3之间串联二极管d1，所述稳压桥的引脚1分别经二极管d6接地、经电容c4接地、经电容c1接地、连接至所述稳压器u1的第一引脚，所述稳压器u1的第四引脚经电阻r2接地，所述稳压器u1的引脚2经二极管d2后接地，所述稳压器u1的引脚2经电感l1后经电容c5接地、经二极管d3后接地、经电容c2后接地、连接至所述稳压块u2的第一引脚，所述电容c5与所述电阻r2之间串联一个电阻r1，所述稳压块u2的第三引脚分别经二极管d4接地、经电容c6接地、经电容c3接地、经电阻r3和二极管d5后接地。

进一步的，所述cpu控制电路包括处理器u3，所述处理器u3的型号为stc15w4k32s4，所述处理器u3的引脚p1.5经电阻r4和二极管d7后接地。

进一步的，所述串行通讯电路包括收发器u4，所述收发器u4的型号为sn65hvd3082ed，所述收发器u4的引脚gnd和引脚vcc之间串联电容c7，所述收发器u4的引脚a经熔断器f2连接至端子排xt2的第二接口，引脚b经熔断器f3连接至端子排xt2的第一接口，所述引脚a与所述引脚b之间串联一个tvs二极管d7，二极管d8和二极管d9串联后与二极管d7并联组成并联电路，所述并联电路的两端分别连接至所述引脚a和所述引脚b，二极管d8和二极管d9接地，所述二极管d8、二极管d9和二极管d7的型号均为smbj5a，所述收发器u4的引脚di和引脚ro分别连接至所述处理器u3的txd0引脚和rxd0引脚，所述收发器u4的引脚de和引脚re/均连接至所述处理器u3的de引脚。

进一步的，所述机芯驱动电路包括接口模块xs1，所述接口模块xs1的一端连接至+12v电源，另一端接地。

进一步的，所述模拟相机驱动电路包括接口模块xs2和端子排xt3，所述接口模块xs2包括9个引脚，所述接口模块xs2的第三引脚连接至所述端子排xt3的第一接口，接口模块xs2的第四引脚连接至所述端子排xt3的第二接口，接口模块xs2的第八引脚连接至所述处理器u3的引脚rxd1，第九引脚连接至所述处理器u3的引脚txd1。

进一步的，所述地址及协议端子电路包括拨码开关s1，所述拨码开关s1的第一引脚至第八引脚各自经过一个保护电阻后，分别连接至所述处理器u3的引脚a1至引脚a8，所述拨码开关s1的第九引脚至第十六引脚均接地。

进一步的，所述辅助功能电路包括接口模块xs3，所述接口模块xs3的第一接口连接至所述电源电路中熔断器f1的一侧，所述接口模块xs3的第二接口连接至端子排xt1的第二引脚。

进一步的，所述驱动电路包括若干并联的继电器，所述继电器的型号均为g5q-1a-12v，继电器k1的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.6，的第一触点连接至所述接口模块xs4的第二接口，所述接口模块xs4的第一接口连接至所述接口模块xs3的第一接口，继电器k2的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚0.5，第一触点连接至接口模块xs5的第二接口，继电器k3的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.4，第一触点连接至接口模块xs5的第二接口，第一触点连接至接口模块xs6的第一接口，接口模块xs6的第二接口接地；继电器k4的第二触点和第三引脚均接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.3，第一触点连接至接口模块xs7的第一接口，所述接口模块xs7的第一接口与第三接口之间通过电容c8和电容c9串联，所述接口模块xs7的第三接口分别连接至所述接口模块xs5的第一接口和所述接口模块xs4的第一接口，继电器k5的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.2，第一触点连接至接口模块xs7的第二接口，继电器k6的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p4.6，第一触点连接至接口模块xs7的第四接口，所述第四接口与所述接口模块xs7的第三接口通过电容c10和电容柜c11串联，继电器k7的第一引脚和第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p4.5，第一触点连接至接口模块xs7的第五接口，继电器k1至继电器k7的第二触点均连接至接口模块xs4的第三接口。

相对于现有技术，本发明所述的工业区域精确定位摄像系统具有以下优势：

(1)本发明所述的工业区域精确定位摄像系统，所采用的框选区域比例关系的算法可以准确、迅速的完成框选区域的移动与图像的缩放，可将框选区域放大至95％的屏幕占比，所有的操作只需要框选区域一步完成，算法系统自动智能识别方位和图像缩放的倍数，释放操作的时间。

(2)本发明所述的工业区域精确定位摄像系统，可以应用于环境恶劣的工业环境，在潮湿、寒冷、腐蚀性强的地方可以保持良好稳定的工作状态，基于程序算法的细节化与完整化可以是整套系统在运行状态下的每次操作都能准确高精度的达到应有的效果，精确转动云台到指定框选区域的中心点；稳定快速的将框选区域放大至全屏，全程时间小于3s，大大缩短操作者的操作和等待时间按。实现精确定位，精确抓取图像，使得安防系数大大提高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的工业区域精确定位摄像系统的控制原理图；

图2为本发明实施例所述的云台控制板的控制原理图；

图3为本发明实施例所述的电源电路图；

图4为本发明实施例所述的串行通讯电路图；

图5为本发明实施例所述的机芯驱动电路图；

图6为本发明实施例所述的模拟相机驱动电路图；

图7为本发明实施例所述的地址及协议选择电路图；

图8为本发明实施例所述的辅助功能电路图；

图9为本发明实施例所述的驱动电路图；

图10为本发明实施例所述的cpu控制电路图；

图11为本发明实施例所述的云台转向模块的结构示意图；

图12为本发明实施例所述框选区域的结构示意图。

附图标记说明：

1-主轴；2-外壳；3-上电机旋转装置；4-下电机旋转装置；5-底座。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

工业区域精确定位摄像系统，如图1至图12所示，包括云台转向模块和摄像模块，所述云台转向模块包括主轴1、外壳2、上电机旋转装置3、下电机旋转装置4和底座5；上电机旋转装置3由上电机和一对第一外齿轮副构成；其中输出动力源为上电机，输出动力源的出力轴带动外齿轮副，实现减速输出，所述第一外齿轮副的从动齿轮与主轴1固定连接，实现云台转向系统的俯仰视角调节；下电机旋转装置4由下电机、托架以及一对第二外齿轮副构成；其中输出动力源为下电机，下电机与托架固定连接，输出动力源的出力轴带动外齿轮副，实现减速输出；第二外齿轮副的从动轮与底座5固定连接，实现云台转像系统的水平视角调节，下电机旋转装置4的外部与所述外壳2固定连接。

所述摄像模块包括3d定位云台控制板、摄像机芯、雨刷、灯光照明、温控开关、模拟相机和监视器；所述3d定位云台控制板分别信号连接至所述上电机、所述下电机、所述摄像机芯、所述模拟相机、所述雨刷的电机和所述温控开关，所述温控开关电连接至加热电阻，所述模拟相机信号连接至所述监视器。

所述3d定位云台控制板由电源电路、cpu控制电路、串行通讯电路、驱动电路、地址及协议选择电路、机芯驱动电路、模拟相机控制电路和辅助功能电路组成，所述电源电路和所述辅助功能电路为整套系统进行供电；所述cpu控制电路分别信号连接至所述串行通讯电路、所述驱动电路、地址及协议选择电路、所述机芯驱动电路和所述模拟相机控制电路。

所述电源电路包括稳压桥b、稳压器u1和稳压块u2，所述稳压桥的型号为rs507l，所述稳压器u1的型号为lm2576s-adj，稳压块u2的型号为lm7805，所述稳压桥的引脚3经熔断器f1连接至端子排xt1的第二接口，引脚2连接至端子排xt1的第一接口，所述引脚2和所述引脚3之间串联二极管d1，所述稳压桥的引脚1分别经二极管d6接地、经电容c4接地、经电容c1接地、连接至所述稳压器u1的第一引脚，所述稳压器u1的第四引脚经电阻r2接地，所述稳压器u1的引脚2经二极管d2后接地，所述稳压器u1的引脚2经电感l1后经电容c5接地、经二极管d3后接地、经电容c2后接地、连接至所述稳压块u2的第一引脚，所述电容c5与所述电阻r2之间串联一个电阻r1，所述稳压块u2的第三引脚分别经二极管d4接地、经电容c6接地、经电容c3接地、经电阻r3和二极管d5后接地。

所述cpu控制电路包括处理器u3，所述处理器u3的型号为stc15w4k32s4，所述处理器u3的引脚p1.5经电阻r4和二极管d7后接地。

cpu控制驱动电路控制上、下电机转动。通过上、下电机旋转装置中的齿轮传动机构带动云台转向系统旋转到指定位置。

所述串行通讯电路包括收发器u4，所述收发器u4的型号为sn65hvd3082ed，所述收发器u4的引脚gnd和引脚vcc之间串联电容c7，所述收发器u4的引脚a经熔断器f2连接至端子排xt2的第二接口，引脚b经熔断器f3连接至端子排xt2的第一接口，所述引脚a与所述引脚b之间串联一个tvs二极管d7，二极管d8和二极管d9串联后与二极管d7并联组成并联电路，所述并联电路的两端分别连接至所述引脚a和所述引脚b，二极管d8和二极管d9接地，所述二极管d8、二极管d9和二极管d7的型号均为smbj5a，所述收发器u4的引脚di和引脚ro分别连接至所述处理器u3的txd0引脚和rxd0引脚，所述收发器u4的引脚de和引脚re/均连接至所述处理器u3的de引脚。

串行通讯电路用于信号的传输与转换，将rs485转换为ttl信号传给cpu，将cpu发送的ttl信号转换为rs485信号；

所述机芯驱动电路包括接口模块xs1，所述接口模块xs1的一端连接至+12v电源，另一端接地。

所述模拟相机驱动电路包括接口模块xs2和端子排xt3，所述接口模块xs2包括9个引脚，所述接口模块xs2的第三引脚连接至所述端子排xt3的第一接口，接口模块xs2的第四引脚连接至所述端子排xt3的第二接口，接口模块xs2的第八引脚连接至所述处理器u3的引脚rxd1，第九引脚连接至所述处理器u3的引脚txd1。

所述地址及协议端子电路包括拨码开关s1，所述拨码开关s1的第一引脚至第八引脚各自经过一个保护电阻后，分别连接至所述处理器u3的引脚a1至引脚a8，所述拨码开关s1的第九引脚至第十六引脚均接地。

所述辅助功能电路包括接口模块xs3，所述接口模块xs3的第一接口连接至所述电源电路中熔断器f1的一侧，所述接口模块xs3的第二接口连接至端子排xt1的第二引脚。

所述驱动电路包括若干并联的继电器，所述继电器的型号均为g5q-1a-12v，继电器k1的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.6，的第一触点连接至所述接口模块xs4的第二接口，所述接口模块xs4的第一接口连接至所述接口模块xs3的第一接口，继电器k2的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚0.5，第一触点连接至接口模块xs5的第二接口，继电器k3的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.4，第一触点连接至接口模块xs5的第二接口，第一触点连接至接口模块xs6的第一接口，接口模块xs6的第二接口接地；继电器k4的第二触点和第三引脚均接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.3，第一触点连接至接口模块xs7的第一接口，所述接口模块xs7的第一接口与第三接口之间通过电容c8和电容c9串联，所述接口模块xs7的第三接口分别连接至所述接口模块xs5的第一接口和所述接口模块xs4的第一接口，继电器k5的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p0.2，第一触点连接至接口模块xs7的第二接口，继电器k6的第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p4.6，第一触点连接至接口模块xs7的第四接口，所述第四接口与所述接口模块xs7的第三接口通过电容c10和电容柜c11串联，继电器k7的第一引脚和第三引脚接至+12v电源，第四引脚连接至所述处理器u3的引脚p4.5，第一触点连接至接口模块xs7的第五接口，继电器k1至继电器k7的第二触点均连接至接口模块xs4的第三接口。

cpu控制电路将接收到的信号转换为驱动信号控制驱动电路并发送相应协议(pelco-d/visca)的控制信号控制机芯动作；cpu控制电路将接收到的信号转换为驱动信号控制驱动电路并通过串行通讯电路发送相应协议(pelco-d/visca)的控制信号控制机芯动作；

串行通讯电路用于信号的传输与转换，将rs485转换为ttl信号传给cpu，将cpu发送的ttl信号转换为rs485信号；

驱动电路用于控制云台转向系统上下左右转向以及雨刷开关灯光照明开关等；

模拟相机控制电路：当相机是模拟相机的时候，需要接入此模块进行信号的转接从而实现对相机的控制以及图像的显示。

机芯驱动电路：机芯驱动电路主要为相机提供电源的使能。

地址与协议选择电路：通过程序处理将相应的协议设置、地址位选择等功能编译到地址与协议选择电路上，实现硬件上可以更改协议和地址等信息，方便操作。

框选区域定位功能实现的软件算法：

通过网络连接摄像系统，在ie浏览器或者相应客户端以及终端控制设备的操作界面点击3d定位按键并进行框选区域的框选，此时框选完成后相机传输关于兴趣框选区域面积大小及框选区域中心点坐标的信息给控制板，通过程序算法将得到的信息进行分析后控制云台转动到该框选区域的中心点坐标位置，，并且根据框选区域与屏幕图像、当前相机变倍倍数的比例关系进行相应变倍

驱动云台转动算法：

t1＝(t1*x)/zoomx

t2＝(t2*y)/zoomx

t1为云台x轴方向转动时间；t2为云台y轴方向上转动时间；t1为相机最大变倍倍数下云台转动至坐标(1，0)的时间；t2为相机最大变倍倍数下云台转动至坐标(0，1)的时间；(x，y)为感兴趣框选区域中心点坐标；zoomx为当前相机的变倍倍数。

相机变倍算法：

floata＝(max(l，w)/255)*zoomx

a＝((float)((uint)((a+0.005)*100)))/100

a为对应框选区域大小应变倍的倍数值，保留小数点后两位有效数值；max(l，w)为框选区域对应当前图像的边长的最大值,；zoomx为当前相机的变倍倍数。

详细介绍如下：

如图12所示，x坐标：选择的框选区域的中心的x方向坐标。x值范围为负127至正127。一个字节长度。y坐标：选择的框选区域的中心的y方向坐标。y值范围为负127至正127。一个字节长度。框选区域中心坐标为(x，y),长度为l，宽度w

屏幕中心的坐标为(0,0)，x，y的值有正负之分。右方向为x轴正方向；上方向为y轴正方向。正方向的值为正，负方向的值为负。

举例说明：选择框选区域的宽度，一个字节长度。假设最大放大倍数为23倍，取值范围为11<＝width<＝254；选择框选区域的高度，一个字节长度。假设最大放大倍数为23倍，取值范围为11<＝width<＝254

根据程序的算法得出结果，cpu控制驱动电路同时发送通讯指令控制机芯变倍到适合框选区域大小的变倍倍数和控制上、下电机转动通过齿轮传动机构带动云台转向系统旋转,将框选区域中心调整到屏幕中心。云台转动与相机变倍同时完成同时结束，大大缩短操作者的操作时间，并且可以精准定位框选区域。

基于本算法的基础上可优化的算法为框选区域坐标和大小的确定与当前图像呈现于屏幕的像素点来进行运算，得出像素点与相机焦距的比例关系，利用3d坐标进行操作。x、y轴为云台转向距离，z轴为相机焦距伸缩距离。基于像素与电机物理矢量值的结合所得到的算法更加精确。

本产品从材质结构设计到核心的算法设计使得系统可以应用于环境恶劣的工业环境，在潮湿、寒冷、腐蚀性强的地方可以保持良好稳定的工作状态，基于程序算法的细节化与完整化可以是整套系统在运行状态下的每次操作都能准确高精度的达到应有的效果，精确转动云台到指定框选区域的中心点；稳定快速的将框选区域放大至全屏。全程时间小于3s，大大缩短操作者的操作和等待时间按。实现精确定位，精确抓取图像，使得安防系数大大提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。