本发明专利技术公开了一种实现球机图像防抖的装置及其方法，涉及安防监控领域。本装置的结构是：传感器（1）、微控制器（2）和电机控制芯片（5）依次连接；电机控制芯片（5）分别与垂直控制电机（4）和水平控制电机（6）连接。本发明专利技术采用机电混合的防抖设计方式，从镜头外部进行防抖设计，即区别于电子防抖，也区别于光学防抖，图像质量有保证；水平方向和垂直方向补偿分离，降低了滤波算法的实现难度，提高了控制精度；为了提高控制精度，采用步进电机进行精细控制；本发明专利技术适用于在已有球机结构上增加防抖功能，提升球机受外界干扰下输出图像的质量。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，涉及安防监控领域。本装置的结构是：传感器（1）、微控制器（2）和电机控制芯片（5）依次连接；电机控制芯片（5）分别与垂直控制电机（4）和水平控制电机（6）连接。本专利技术采用机电混合的防抖设计方式，从镜头外部进行防抖设计，即区别于电子防抖，也区别于光学防抖，图像质量有保证；水平方向和垂直方向补偿分离，降低了滤波算法的实现难度，提高了控制精度；为了提高控制精度，采用步进电机进行精细控制；本专利技术适用于在已有球机结构上增加防抖功能，提升球机受外界干扰下输出图像的质量。【专利说明】
本专利技术涉及安防监控领域，尤其涉及。
技术介绍
当前应用的图像防抖技术主要有两种:一种是电子防抖，一种是光学防抖(也可以称之为机械防抖)，主要应用在照相机上。电子防抖是一种通过降低画质来补偿抖动的技术，此技术试图在画质和画面抖动之间取得一个平衡点。光学防抖是依靠特殊的镜头或者CCD (Charge Coupled Device,电荷稱合器件)感光元件的结构,最大程度地降低操作者在使用过程中由于抖动造成影像不稳定。电子防抖成本较低；光学防抖画质更好；实现上电子防抖更容易。当前主流使用的防抖技术是光学防抖，光学防抖技术有两大派别，分别是以广大镜头厂商为代表的镜片移动式光学防抖，和新兴电子厂商为代表的CCD移动式光学防抖。这两大派别都是通过陀螺仪侦测到微小的移动，并且将信号传至微处理器计算需要补偿的位移量，然后根据镜片组或者CCD的抖动方向及位移量加以补偿，从而有效的克服因相机的振动产生的影像模糊。光学防抖技术的两大派别都利用了陀螺稳像的原理。电子防抖主要缺点是:降低了相机成像画面的质量；而光学防抖的主要缺点是:对镜片组或者CCD加工要求和精度要求高，导致成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服现有技术存在缺点和不足，提供。本专利技术的技术方案是: 由陀螺仪和加速度计分别收集角速度和加速度参数输出给微控制器，经过微控制器滤波算法解算出水平方向的角速度补偿量以及姿态解算出俯仰方向的位置补偿量，然后以这两个补偿量对步进电机进行PID (比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative)控制器)控制，实现球机的镜头在水平方向合速度为0，在垂直方向合位移为0，这样在水平和垂直方向消除了镜头的抖动，从而实现图像防抖。成本和实现难度上比光学防抖低，画质上比电子防抖好。一、实现球机图像防抖的装置(简称装置) 本装置包括传感器、微控制器、电源、垂直控制电机、电机控制芯片和水平控制电机； 其连接关系是: 传感器、微控制器和电机控制芯片依次连接，抖动时，微控制器根据传感器输出的加速度和角速度数据计算出需要补偿的角速度量和需要补偿的位置校正量，微控制器把补偿量传递给电机控制芯片； 电机控制芯片分别与垂直控制电机和水平控制电机连接，电机控制芯片根据需要补偿的量，控制垂直控制电机和水平控制电机进行补偿运动； 电源分别与传感器、控制器、垂直控制电机、电机控制芯片和水平控制电机连接，提供电压和电流。二、实现球机图像防抖的方法(简称方法) 本方法包括下列步骤: ①加速度传感器和陀螺仪传感器检测球机镜头的抖动，输出加速度和角速度数据； ②微控制器接受上述角速度数据，对其进行滤波计算处理，分离运动，产生需要补偿的角速度量； ③微控制器接受上述角速度和加速度数据，对其进行姿态解算，获取姿态角，产生需要补偿的位置校正量； ④水平控制电机根据微控制器产生的角速度补偿量进行补偿运动，保证抖动时，球机镜头在水平方向的位置保持不变； ⑤垂直控制电机根据微控制器产生的位置校正量进行补偿运动，保证抖动时，球机镜头在俯仰方向的位置保持不变。本专利技术具有下列优点和积极效果: ①采用机电混合的防抖设计方式，从镜头外部进行防抖设计，即区别于电子防抖，也区别于光学防抖，图像质量有保证； ②传感器和电机控制电路采用集中式部署，充分利用了已有设计，降低了成本和设计难度； ③水平方向和垂直方向补偿分离，降低了滤波算法的实现难度，提高了控制精度； ④为了提高控制精度，采用步进电机进行精细控制。⑤适用于在已有球机结构上增加防抖功能，提升球机受外界干扰下输出图像的质量。【专利附图】【附图说明】图1为本装置的结构方框图； 图2为本方法的水平方向控制流程图； 图3为本方法的俯仰方向控制流程图。图中: I一传感器； 2—微控制器； 3—电源； 4一垂直控制电机； 5一电机控制芯片； 6—水平控制电机。【具体实施方式】以下结合附图和实施例对本专利技术详细说明。一、装置 1、总体 如图1，本装置包括传感器1、微控制器2、电源3、垂直控制电机4、电机控制芯片5和水平控制电机6 ; 其连接关系是: 传感器1、微控制器2和电机控制芯片5依次连接,抖动时,微控制器2根据传感器I输出的加速度和角速度数据计算出需要补偿的角速度量和需要补偿的位置校正量，微控制器2把补偿量传递给电机控制芯片5 ； 电机控制芯片5分别与垂直控制电机4和水平控制电机6连接，电机控制芯片5根据需要补偿的量，控制垂直控制电机4和水平控制电机6进行补偿运动； 电源3分别与传感器1、控制器2、垂直控制电机4、电机控制芯片5和水平控制电机6连接，提供电压和电流。2、部件的结构和功能 I)传感器I 传感器I包括陀螺仪和加速度计，安装在球机的水平旋转台上； 其功能是感受到球机的姿态变化，输出角速度和加速度参数给控制器2。传感器采用InvenSense公司的6轴MEMS芯片MPU-6050，它包含一个三轴的陀螺仪和一个三轴加速度计(集成模块可减小安装误差)。2)微控制器2 其硬件配置:STM32F103RB。其软件算法是:四阶IIR ButterWorth低通滤波、四元数法运动微分方程。其功能是解算得到补偿量输出给电机控制芯片5。3)电源 3 电源3选用:XED-3024S。给其它部件提供动力。4)垂直控制电机4 为了提高补偿运动的精度，选用的电机为步进电机。步进电机运动的约束条件是:在理想条件下，一段时间内，步进电机正反方向运动的步数相等。6)电机控制芯片5 电机控制芯片5选用意法半导体(ST)公司的L6219。其功能是控制垂直控制电机4和水平控制电机6进行补偿运动，从而实现图像增稳。6)水平控制电机6 为了提高补偿运动的精度，选用的电机为步进电机。步进电机运动的约束条件是:在理想条件下，一段时间内，步进电机正反方向运动的步数相等。3、本装置的工作原理 微控制器2收集传感器I的输出参数，经过算法解算，输出给电机控制芯片5，电机控制芯片5根据输入参数控制水平方向控制电机6和俯仰方向控制电机4进行补偿。二、方法 1、水平方向控制软件流程 如图2，水平方向控制流程包括下列步骤:A、陀螺仪传感器采集水平旋转台在水平方向上的角速度参数输出给微控制器-201； B、微控制器通过软件滤波算法分离出水平运动-202； 所述的滤波算法是四阶IIR ButterWorth低通滤波。C、微控制器计算出水平方向上需要补偿的角速度量-203 ； D、微控制器输出这个补偿量给电机控制芯片，电机控制芯片控制水平控制步进电机进行补偿运动本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实现球机图像防抖的装置，其特征在于：包括传感器（1）、微控制器（2）、电源（3）、垂直控制电机（4）、电机控制芯片（5）和水平控制电机（6）；传感器（1）、微控制器（2）和电机控制芯片（5）依次连接，抖动时，微控制器（2）根据传感器（1）输出的加速度和角速度数据计算出需要补偿的角速度量和需要补偿的位置校正量，再把补偿量传递给电机控制芯片（5）；电机控制芯片（5）分别与垂直控制电机（4）和水平控制电机（6）连接，电机控制芯片（5）根据需要补偿的量，控制垂直控制电机（4）和水平控制电机（6）进行补偿运动；电源（3）分别与传感器（1）、控制器（2）、垂直控制电机（4）、电机控制芯片（5）和水平控制电机（6）连接，提供电压和电流。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖洲，倪祖高，
申请(专利权)人：武汉烽火众智数字技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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