专利名称：吊具镜头自动跟踪控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于视频图像监控技术领域，涉及视频目标的自动变焦、跟踪控制系统，尤其涉及一种用于吊具的镜头自动跟踪控制系统及装置，简称镜头跟踪器。
背景技术：
视频跟踪系统在视频监控行业中，随着智能视频分析的需求，得到了很大发展，大多应用于对人和与之相关的物体进行监控。随着现代装备技术的发展，一些大型的装卸装备之高度越来越高，极大地改善了装卸条件。但是，由于司机室的位置很高，距地面高达四五十米，如果吊具深入到船舱，可达六七十米的距离，因此会导致司机看不清吊具的运行情况，影响生产速度，且极易产生安全
急 ^^ ο为此，为这些大型装卸设备配置一种装置或系统，能够随吊具的上下运动自动变焦，且始终跟踪摄影，清晰显示吊装目标，以便司机能够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，已成为装卸行业追求的一项目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种吊具镜头自动跟踪控制系统，它能对大型装卸设备吊具实现视频自动跟踪及变焦控制，从而使在大型装卸设备上从事装卸操作的司机，能准确地操控吊具，完成安全装卸作业。本发明的技术解决方案如下
一种吊具镜头自动跟踪控制系统，所述系统包括云台组件、摄像机镜头组件、吊具视频镜头跟踪模块、嵌入式跟踪控制器以及手动操作器；
所述云台组件上安置摄像机镜头组件，其中云台及镜头分别安装连接步进电动机，嵌入式跟踪控制器与云台组件和摄像机镜头组件分别相连，吊具视频镜头跟踪模块安装于嵌入式跟踪器内，手动操作器连接嵌入式跟踪控制器；
所述吊具视频镜头跟踪模块包括高度信号采集模块，用于取得高度数据，提供控制依据；目标跟踪模块，用于计算对目标吊具升降的跟踪数据；以及自动控制和调节模块，用于实现对云台组件和摄像机镜头组件的驱动、控制、调整、纠偏，完成自动跟踪；
所述摄像机镜头组件采集目标视频和自动控制变焦，保持目标吊具视频清晰度；所述云台组件控制调整摄像机镜头组件的俯仰角，自动跟踪吊具，保持对焦；所述嵌入式控制器设有嵌入式控制芯片，通过高度信号采集模块、目标跟踪模块和自动控制和调节模块，控制镜头变焦、聚焦和云台俯仰角，通过芯片对摄像机镜头组件和云台组件实现自动控制，保持对目标吊具的视频自动跟踪；
所述手动操作器安装在司机驾驶室，由司机手动调节镜头和云台。所述云台安装连接一个步进电动机。所述镜头安装连接两个步进电动机。
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本发明的吊具镜头自动跟踪控制系统能对大型装卸设备吊具实现视频自动跟踪及变焦控制，能够随吊具的上下运动自动变焦，且始终跟踪摄影，清晰显示吊装目标，以便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，完成安全装卸作业。
图1是本发明的一种吊具镜头自动跟踪控制系统的结构示意图。图2是图1跟踪控制系统安置在装卸设备上的位置示意图。附图标记
1为云台，2为摄像机及镜头，3为嵌入式跟踪控制器，4为手动操作器，5为司机驾驶室， 6为吊具。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。参看图1和图2，本发明提供一种吊具镜头自动跟踪控制系统，该系统主要由云台组件、摄像机镜头组件、吊具视频镜头跟踪模块、嵌入式跟踪控制器3以及手动操作器4组成。云台组件包括云台1，摄像机镜头组件包括摄像机及镜头2，在云台组件上安置摄像机镜头组件，其中云台及镜头分别安装连接步进电动机，嵌入式跟踪控制器3与云台组件和摄像机镜头组件分别相连，吊具视频镜头跟踪模块安装于嵌入式跟踪器内，手动操作器4连接嵌入式跟踪控制器3。吊具视频镜头跟踪模块主要由高度信号采集模块、目标跟踪模块以及自动控制和调节模块组成，各模块通过线路连接。高度信号采集模块用于取得高度数据，提供控制依据。目标跟踪模块用于计算对目标吊具升降的跟踪数据。自动控制和调节模块用于实现对云台组件和摄像机镜头组件的驱动、控制、调整、纠偏，完成自动跟踪。摄像机镜头组件采集目标视频和自动控制变焦，保持目标吊具视频清晰度。云台组件控制调整摄像机镜头组件的俯仰角，自动跟踪吊具6，保持对焦。嵌入式控制器3设有嵌入式控制芯片，通过高度信号采集模块、目标跟踪模块和自动控制和调节模块，控制镜头变焦、聚焦和云台俯仰角，通过芯片对摄像机镜头组件和云台组件实现自动控制，保持对目标吊具的视频自动跟踪。对目标吊具的视频自动跟踪，由嵌入式控制芯片及系统软件实现。手动操作器4安装在司机驾驶室5，可由司机手动调节镜头2和云台1。云台1及镜头2均采用步进电动机驱动，步进电动机共计三个，其中，云台连接一个步进电动机，为MV、30W，经细分器调节；镜头采用两个步进电动机，为5V、2W，一个步进电动机用来变焦，另一个步进电动机用来聚焦。嵌入式跟踪控制器3采用两块嵌入式控制芯片，分别控制镜头变焦、聚焦和云台俯仰角。代表吊具钢缆高度的信号为4_20mA工业控制信号，成正比关系，钢缆起吊到最高时为4mA，，放到最低时为20mA。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， 它具有采集简捷、计算准确、易于控制的特点。在实际使用中，吊车的钢绳高度h随吊车型号而不同，一般在三四十米至六七十米之间，因此，本实施例在嵌入式跟踪控制器3内设计了数码管和按键，可让使用者按实际情况设置。为了让司机在驾驶室可以手动调节镜头和云台动作，故设计一手动操作器4，手动操作器4与嵌入式跟踪控制器3连接，手动操作器4置于司机驾驶室5内，可由司机随意操作镜头的变焦和云台的升降。本实施例的嵌入式跟踪控制器3内装有两个数码管用来显示设置的吊具钢绳的最大长度、最小长度和横向距离。正常开机时是不显示的，使用者只需按一下最右边的按键，数码管就亮起来。第一个显示数据是最大长度(最上的LED指示灯亮)，可在30-80m之间任意设置；再按一下显示数据是最小长度(当中的LED指示灯亮)，可在2-10m之间任意设置；再按一下显示数据是横向距离(最下的LED指示灯亮)，可在1. 5-; 之间任意设置；再按一下数码管熄灭。数据存入嵌入式跟踪控制器。数据设置使用左边两个按键，一个按键为增加，一个按键为减少。云台调节如下如果L=;3m，真实高度H=7m，起始角度为45°，运动物体的线速度最大为4m/S，对应的控制云台的最大角速度为(artg(ll/7))-45° =12.528° /S ；如果起始位置高度小于L，起始角度α <45°，角速度可能要大于该数值12. 5 ° /S。对于要求角度误差为0.03°。在初始输入的情况下，以L=H=7m为例，如初始输入的角度误差为0.03°，对应到L的误差为士 7.3cm。因此输入初始数据的精度应该是在1厘米量级上。由于控制板上ADC位数的限制，ADC能够分辨到20mv左右，本实施例对4_20mA 工控信号用一个250欧的电阻采样。全量程范围为IV到5V，如果钢绳高度为3飞: 高度， 其工控信号4-20mA对应的采样精度要在20mV以内，才能保证输出的0. 6°的测量精度。如果检测的高度范围变大，对工控信号则有更高的要求。镜头调节如下由于关机断电时，镜头的变焦位置是随意的，因此当再次上电时， 需要一个初始化的过程，将变焦转到极限位置，然后据此为变焦的起始的零位，并由此根据工业4-20mA信号计算出其余变焦位置。因变焦产生的变化将影响聚焦，所以还需要对聚焦进行补偿。这两项工作都由嵌入式跟踪控制器通过控制摄像机镜头组件的两个步进电机完成。本实施例中步进电机走完变焦全程需4200步左右，对应8位ADC，每个bit变化约走 21步。根据实验，变焦过程基本平稳，肉眼感觉不到顿挫。综上所述，本发明的吊具镜头自动跟踪控制系统能对大型装卸设备吊具实现视频自动跟踪及变焦控制，能够随吊具的上下运动自动变焦，且始终跟踪摄影，清晰显示吊装目标，以便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，完成安全装卸作业。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系统，其特征在于，所述系统包括云台组件、摄像机镜头组件、吊具视频镜头跟踪模块、嵌入式跟踪控制器以及手动操作器；所述云台组件上安置摄像机镜头组件，其中云台及镜头分别安装连接步进电动机，嵌入式跟踪控制器与云台组件和摄像机镜头组件分别相连，吊具视频镜头跟踪模块安装于嵌入式跟踪器内，手动操作器连接嵌入式跟踪控制器；所述吊具视频镜头跟踪模块包括高度信号采集模块，用于取得高度数据，提供控制依据；目标跟踪模块，用于计算对目标吊具升降的跟踪数据；以及自动控制和调节模块，用于实现对云台组件和摄像机镜头组件的驱动、控制、调整、纠偏，完成自动跟踪；所述摄像机镜头组件采集目标视频和自动控制变焦，保持目标吊具视频清晰度；所述云台组件控制调整摄像机镜头组件的俯仰角，自动跟踪吊具，保持对焦；所述嵌入式控制器设有嵌入式控制芯片，通过高度信号采集模块、目标跟踪模块和自动控制和调节模块，控制镜头变焦、聚焦和云台俯仰角，通过芯片对摄像机镜头组件和云台组件实现自动控制，保持对目标吊具的视频自动跟踪；所述手动操作器安装在司机驾驶室，由司机手动调节镜头和云台。
2.根据权利要求1所述的吊具镜头自动跟踪控制系统，其特征在于，所述云台安装连接一个步进电动机。
3.根据权利要求1所述的吊具镜头自动跟踪控制系统，其特征在于，所述镜头安装连接两个步进电动机。
全文摘要
本发明涉及一种吊具镜头自动跟踪控制系统，系统中的云台组件上安置摄像机镜头组件，其中云台及镜头分别安装连接步进电动机，嵌入式跟踪控制器与云台组件和摄像机镜头组件分别相连，手动操作器连接嵌入式跟踪控制器。摄像机镜头组件采集目标视频和自动控制变焦，保持目标吊具视频清晰度。云台组件控制调整摄像机镜头组件的俯仰角，自动跟踪吊具，保持对焦。嵌入式控制器设有嵌入式控制芯片，通过芯片对摄像机镜头组件和云台组件实现自动控制，保持对目标吊具的视频自动跟踪。本发明能对大型装卸设备吊具实现视频自动跟踪及变焦控制，能够随吊具的上下运动自动变焦，且始终跟踪摄影，清晰显示吊装目标，便于司机准确操控吊具，完成安全装卸作业。
文档编号B66C13/16GK102530727SQ201210023300
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者邬承基 申请人:上海成业科技工程有限公司, 上海振华重工(集团)股份有限公司