一种三维定位同步跟踪摄像系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种三维定位同步跟踪摄像系统，包括：三维定位同步跟踪控制板、摄像装置、三维定位同步跟踪云台装置；三维定位同步跟踪控制板与摄像装置均安装在三维定位同步跟踪云台装置上；进一步的，三维定位同步跟踪云台包括旋转盘、用于驱动旋转盘转动的第一驱动组件，三维定位同步跟踪控制板与摄像装置均通过电机支架安装在旋转盘上；摄像装置通过第二驱动组件转动安装在旋转盘上。本发明专利技术所述的一种三维定位同步跟踪摄像系统，具有水平和垂直方向均可360

【技术实现步骤摘要】
一种三维定位同步跟踪摄像系统及控制方法


[0001]本专利技术属于三维定位同步跟踪视频监控
，尤其是涉及一种三维定位同步跟踪摄像系统及控制方法。

技术介绍

[0002]核环吊作业区作为环境恶劣的重要行业，对生产作业区域进行严密监控，有效保障生产安全有序进行，及时发现异常状况，将异常进程制止在萌芽状态。
[0003]目前市面上大多数的监控项目中，摄像系统会安装在室内或者室外的普通环境，定点观测，所以需要摄像系统具有基础的定速旋转运动。但是由于核环境现场的工作环境的复杂性，以及需要摄像系统自动瞄准观测目标，根据后方传递来的数据信号，跟随目标观测物一起运动，所以对摄像系统提出了更高的要求，可变转速以及高精度的跟踪归位。现有的可360
°
连续调整视角的摄像系统中，大多数都采用直流电机带动齿轮副的配合，进行摄像系统的旋转工作，且由于直流电机在实际应用时很难进行摄像系统的变速操作，且传统的齿轮副或者涡轮蜗杆传动，在动力传递时会产生噪音以及当由于加工精度不高时，其本身机构会产生一定的震动和冲击，且不便于维修维护。在实际核环境现场使用时，由于使用环境多为振动环境，且随时会跟随被观测物体进行加速减速等运动，且会进行回归初始位置或者回归预设位置的操作。所以急需一款可以进行水平方向和垂直方向均可连续360
°
旋转的可变速度的高精度摄像系统，防护等级高且抗震动的摄像系统，使作业过程更加高效、安全。
[0004]本专利设计解决了以下几个问题：1、一般云台速度恒定的问题：本系统采用双步进电机的方式，使云台水平和垂直方向均可360
°
连续旋转，且由于步进电机调速控制较为方便，故解决了一般云台机只能以恒定速度旋转的问题。
[0005]2、一般云台机定位精度低：本系统采用同步带传动的传动方式，使传动更加平稳有效，去除齿隙间隙对云台定位精度的影响，并且在云台水平和垂直旋转的机构中增加了光电开关，使记录云台初始位置的信息更为准确，计算预置位的难度大大降低，故提高了云台机的定位精度。
[0006]3、一般云台机制造成本高昂：一般云台机的传动形式为齿轮传动，齿轮传动对于加工来说，需要较高精度的机械设备来进行加工，并且加工之后的零部件需要调质或者其他热处理工艺，所以齿轮的制造成本较高，并且齿轮配合在进行装配时要求的装配精度较高，所以需要较高素质的人员进行安装调试，故成本较高。本系统采用同步带传送，同步带轮为基础标准型带轮，同步带也为国标带型，制造和生产组装工艺较为简单，制造以及物料成本较为低廉。
[0007]4、解决了一般云台机不能在核辐射环境下使用的问题。由于在核电站环境下存在核辐射，核辐射会影响机芯的正常工作，所以本系统采用不锈钢外筒加铅玻璃的设计方式，最大限度的避免核辐射对摄像机芯的影响。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种三维定位同步跟踪摄像系统，以解决因核环境条件下一般摄像系统的防护能力低和摄像系统本身不能准确的变速跟踪被观测物以及不能准确的回归预置位点的问题。
[0009]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种三维定位同步跟踪摄像控制方法，包括以下步骤：S1、根据跟踪摄像机的三维坐标和被跟踪物体的三维坐标，计算被跟踪物体与跟踪摄像机的单倍图像的焦距；S2、根据单倍图像的焦距，计算出跟踪摄像机变化的变倍值，然后计算出变倍值对应的变倍电机坐标值；S3、根据跟踪摄像机当前变倍电机坐标值坐标，计算出预定坐标与当前变倍电机坐标的差值，根据差值计算出云台速度；S4、根据跟踪摄像机的三维坐标和被跟踪物体的三维坐标，计算得到垂直、水平角度；S5、根据垂直、水平角度以及云台速度控制云台转动。
[0010]进一步的，步骤S1中，计算被跟踪物体与跟踪摄像机的单倍图像的焦距的步骤如下：设定跟踪摄像机的三维坐标为、被跟踪物体坐标为，根据两点距离的公式计算被跟踪物体与跟踪摄像机的距离，两点距离公式如下：。
[0011]进一步的，步骤S2中经过光学变倍公式计算得到摄像机变倍数，其中光学变倍公式如下：变倍值=A+(
△
H*Q/F)*(1/Q)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
=A+
△
H/F；计算出变倍值对应的变倍电机坐标值通过查表方式得到电机坐标值。
[0012]进一步的，步骤S3中计算预定坐标的方法包括以下步骤：设最近3次坐标点，(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)，(X4,Y4,Z4)为预定坐标；三维坐标通过拆分为X、Y、Z轴三组的方式进行预定坐标计算：已知X1、X2、X3，3个坐标点，求出预定坐标中的X4，固定时间间隔为t，V1为X1X2之间的速度，V2为X2X3之间的速度，V3为需要计算的速度，计算方法：加速度a=(V2
‑
V1)/t；V3=V2+a*t；得到速度V3后，进而计算预定坐标中的X4：X4=X3+V3*t；同理得出：Y4、Z4，最终得到预定坐标(X4,Y4,Z4)；t为固定时间间隔，V1为X1与X2之间的速度，V2为X2与X3之间的速度，V3为需要计算的速度；计算云台速度过程包括：根据预定坐标d，与当前实时的坐标m进行差值计算，得到
云台电机差值n=d
‑
m，每次坐标获取时间t相同，则得到速度V=n/t，实时计算云台转动速度。
[0013]进一步的，步骤S4中垂直、水平角度的计算过程具体如下：设定AB两坐标点的x轴坐标差值和z轴坐标差值，作为三角形的邻边与对边，用反三角函数计算出水平旋转角度；利用B坐标点，在以A坐标点为中心，x轴与z轴形成的平面上的投影,形成以A、B、C为顶点的三角形，先计算出对边BC和邻边AC的长度，再利用反三角函数计算出垂直旋转角度∠BAC。
[0014]一种三维定位同步跟踪摄像系统，包括：三维定位同步跟踪控制板、摄像装置、三维定位同步跟踪云台装置；三维定位同步跟踪控制板与摄像装置均安装在三维定位同步跟踪云台装置上；三维定位同步跟踪云台包括旋转盘、用于驱动旋转盘转动的第一驱动组件，三维定位同步跟踪控制板与摄像装置均通过电机支架安装在旋转盘上；摄像装置通过第二驱动组件转动安装在旋转盘上。
[0015]进一步的，三维定位同步跟踪云台还包括下固定壳，第一驱动组件安装在下固定壳上，第一驱动组件包括第一电机、第一同步带轮，第一电机安装在下固定壳内，第一电机转轴端贯穿固定壳后与第一同步带轮连接，下固定壳顶部设有转轴，旋转盘安装在转轴上，旋转盘底部安装有第一从动带轮，第一同步带轮与第一从动带轮通过皮带连接；三维定位同步跟踪云台还包括第一外筒，第一外筒通过螺栓固定在旋转盘上，第一外筒的底部与下固定壳之间安装有轴承。
[0016]进一步的，第二驱动组件包括第二电机、第二同步带轮，第二电机通过螺栓固定在电机支架上，第二电机的转轴端与第二同步带轮连接，电机支架上安装有第二从动带轮，第二从动带轮与第二同步带轮通过皮带连接，第二从动带轮连接有第一联轴器，摄像装置外壁安装有第二联轴器，第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维定位同步跟踪摄像控制方法，其特征在于包括以下步骤：S1、根据跟踪摄像机的三维坐标和被跟踪物体的三维坐标，计算被跟踪物体与跟踪摄像机的单倍图像的焦距；S2、根据单倍图像的焦距，计算出跟踪摄像机变化的变倍值，然后计算出变倍值对应的变倍电机坐标值；S3、根据跟踪摄像机当前变倍电机坐标值坐标，计算出预定坐标与当前变倍电机坐标的差值，根据差值计算出云台速度；S4、根据跟踪摄像机的三维坐标和被跟踪物体的三维坐标，计算得到垂直、水平角度；S5、根据垂直、水平角度以及云台速度控制云台转动。2.根据权利要求1所述的一种三维定位同步跟踪摄像控制方法，其特征在于：步骤S1中，计算被跟踪物体与跟踪摄像机的单倍图像的焦距的步骤如下：设定跟踪摄像机的三维坐标为、被跟踪物体坐标为，根据两点距离的公式计算被跟踪物体与跟踪摄像机的距离，两点距离公式如下：。3.根据权利要求1所述的一种三维定位同步跟踪摄像控制方法，其特征在于：步骤S2中经过光学变倍公式计算得到摄像机变倍数，其中光学变倍公式如下：变倍值=A+(
△
H*Q/F)*(1/Q)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
=A+
△
H/F；计算出变倍值对应的变倍电机坐标值通过查表方式得到电机坐标值。4.根据权利要求1所述的一种三维定位同步跟踪摄像控制方法，其特征在于：步骤S3中计算预定坐标的方法包括以下步骤：设最近3次坐标点，(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)，(X4,Y4,Z4)为预定坐标，三维坐标通过拆分为X、Y、Z轴三组的方式进行预定坐标计算：已知X1、X2、X3，3个坐标点，求出预定坐标中的X4，固定时间间隔为t，V1为X1X2之间的速度，V2为X2X3之间的速度，V3为需要计算的速度，计算方法：加速度a=(V2
‑
V1)/t；V3=V2+a*t；得到速度V3后，进而计算预定坐标中的X4：X4=X3+V3*t；同理得出：Y4、Z4，最终得到预定坐标(X4,Y4,Z4)；t为固定时间间隔，V1为X1与X2之间的速度，V2为X2与X3之间的速度，V3为需要计算的速度；计算云台速度过程包括：根据预定坐标d，与当前实时的坐标m进行差值计算，得到云台电机差值n=d
‑
m，每次坐标获取时间t相同，则得到速度V=n/t，实时计算云台转动速度。5.根据权利要求1所述的一种三维定位同步跟踪摄像控制方法，其特征在于：步骤S4中垂直、水平角度的计算过程具体如下：设定AB两坐标点的x轴坐标差值和z轴坐标差值，作为三角形的邻边与对边，用反三角函数计算出水平旋转角度；
利用B坐标点，在以A坐标点为中心，x轴与z轴形成的平面上的投影C(x2，y1，z2)，形成以A、B、C为顶点的三角形，先计算出对边B...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙元杰，殷亚雷，崔巍，张旺，邵霞，
申请(专利权)人：天芯宜智能网络科技天津有限公司，
类型：发明
国别省市：