基于反馈神经积分器的类人眼异向运动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于仿生眼异向运动原理的运动平台上双摄像机监控方法减小盲区的方法。该方法是基于人类眼球异向运动的原理，当装载有摄像机的运动平台与目标区域产生相对位置变化时，该方法可以分别自主控制调节这两个摄像机的角度和方向，使目标区域始终处于两个摄像机的公共视场，从而获得目标区域的三维深度信息。该方法主要通过传感器测量运动平台的运动参数后，摄像机控制单元对上述参数进行Ａ／Ｄ转换、数字滤波、标度转换和控制运算后，得到摄像机云台电机补偿平台的移动所需要旋转的角度和方向。此控制信号通过串口驱动运动平台上摄像机云台的电机旋转。因此，采用本方法进行简单运算，就可以控制摄像机云台的电机以一定的速度按相应的方向旋转，消除装载有摄像机平台运动时带来的盲区。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于反馈神经积分器的类人眼异向运动控制系统。
技术介绍
在监测监控，视觉测距定位等系统中，需要获得实时准确的三维深度信息，众所周知， 为了准确实时的获得三维深度信息，需要保证被测目标始终处于两个摄像机的公共视场当中， 然而，对于一些需要将摄像机安装到运动平台的情况，传统的双摄像头监控测距系统存在盲 区，不能使目标区域始终在公共视场内，如图2所示。现有的对于两个摄像机处于移动平台 上的测距系统一般是图像处理的方法，来获得深度信息，这种方法也称为帧内稳像，用维纳 滤波或逆滤波等方法复原线运动形成的模糊图像，但这种方法所能复原的程度是极其有限的， 处理速度很慢，无法满足实时性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题和不足，提供一种基于反馈神经积分器的类人 眼异向运动控制方法，根据两个摄像机所在的移动平台与被测目标的位置变化，分别对运动 平台上两个摄像机进行实时控制，消除盲区，使被测目标的区域始终处于这两个摄像头的公 共视场当中，从而获得实时准确的三维深度信息。图3是我们专利技术的这种方法的效果示意图。为达到上述目的，本专利技术的构思是人眼的异向运动是人眼同时注视空间内不同距离目 标时，双眼同时、等量、等速度地向相反方向运动，使被注视的目标处于两眼的公共视场当中。图4所示的是根据解剖学和生理神经学建立的仿生眼双目异向运动控制系统的数学模型， 该模型己被生理学试验证实。图5是图4的简化图。运动平台上的两个摄像机，分别表示人 的人的两个眼睛，通过仿生眼异向运动的控制算法调节这两个摄像机，从而使被测目标的区 域处于两个摄像机的公共视场当中。根据上述构思，本专利技术采用以下述技术方案实现-一种，其特征在于基于反馈神经积分器， 精确实现人类眼球的异向运动，控制操作步骤如下1) 传感器测量测量摄机运动平台与被测目标位置参数的连续模拟量；2) A/D转换对传感器得到的连续模拟量通过A/D转换后得到数字量采样信号；3) 数字滤波对采样信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；4) 标度转换进行传感器的标定，得到与传感器输出值相对应的输入值即运动平台的运 动参数值，同时将步骤1)测量的结果计算转化为摄像机I和II光轴与被测目标的夹角(为了便于控制，设摄像机i和n与被测目标的夹角分别为正值和负值)；5) 系统控制运算获得的运动平台运动参数值通过单片机的控制算法，得到摄像机云台 补偿载体快速运动所需要旋转的速度和方向。6) 控制双摄像机运动将得到的摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的角度和速度， 发送给摄像机云台电机，控制摄像机的运动。上述的控制算法采用了人眼的视动反射的数学模型，如附图4和图5所示图中，模型的输入量7;(力和7;(力分别是被测目标与摄像机I和II的光轴的位置夹角，模型的输出量￡,0)和￡ 。图中眼球运动装置的传递函数尸^)为(l)^代表眼球运动装置的时间常数，5=Q'28S; ^代表眼球运动装置的增益，图中反馈神经积分器中的传递函数为(2)^代表眼球运动装置的时间常数，T/Z"28、 ~代表神经积分器的增益~=1 图5中的系统数学模型可表示为等式(3)和等式(4):7>r/ +[(i+^)rp+7^+1+^:, p+ 7>r/ +[(1+巧X,)7; + 7>+1+&(3)糊 7/ +[(1+琳,)7; +7}}$+1+琳/ 7/ +[(1+^)7; +7}>+1+难/(4)其中；k ， // ， v ， 义，a:，7， "， g,， g ， A， A， ^， r2， 5，代表眼球神经回路中相应常数增益，t;代表眼球运动装置的时间常数，7V代表反馈神经积分器的时间常数。为了简化建模，p二g,A + gJ!+^A^ ，尽=&戍+《^2+^~3 。根据生理学试验数据"0.3，// = 0.25，/ = 7.5， <t = 5， v = 1, ;i = 8 , *: = 0.1, 7 = 5, 5 = 0.25。根据上述数学模型，编好单片机的程序，即可计算出所需的控制量，发送给摄像机云台 的电机，控制摄像机的运动。本专利技术与现有技术相比，具有如下显而易见的特点和优点本专利技术设计的运动平台上双 摄像机可以根据仿生眼异向运动原理，根据目标的位置移动，像人类眼球一样，两摄像机自 主实时地调节，从而使被测目区域处于两摄像机的公共视场当中，获得三维深度信息。单片 机只要接受传感器数据将自动按照编好的程序进行简单运算，就可以控制摄像机云台的电机 以一定的命令按相应的方向旋转，实时补偿平台自身的运动，消除盲区现象。 附图说明图1利用本专利技术方法的控制操作流程图； 图2传统双摄像机获得深度信息的示意图； 图3基于异向运动原理的双摄像机获得深度信息的示意图； 图4基于反馈神经积分器的仿生眼异向运动控制系统图； 图5仿生眼异向运动控制系统简图； 图6实例的系统示意图； 图7实例的系统框图。 具体实施例方式本专利技术的一个优选实施例如下详述参见图5，本基于仿生眼异向运动原理的运动平台 上双摄像机监控系统减小盲区的方法，基于人类眼球异向运动的原理，当装载有双摄像机的 运动平台与目标区域产生位置变化时，控制该双摄像机的角度和方向，使目标区域始终处于 两个摄像机的公共视场，从而获得目标区域的三维深度信息。其控制操作步骤如下1) 传感器测量测量摄像机运动平台与被测目标位置参数；2) A/D转换对传感器得到的连续模拟量通过A/D转换后得到数字量；3) 数字滤波对采样信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；4) 标度转换进行传感器的标定，得到与传感器输出值相对应的输入值，即运动平台的 运动参数值，同时将l)部测量的结果计算转化为两个摄像机的光轴与被测目标的夹角；5) 系统控制运算获得的运动平台运动参数值通过单片机的控制算法，得到摄像机云台 补偿载体快速运动所需旋转的速度和方向。6) 控制摄像机运动将得到的摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的速度和方向，发 送给摄像机云台的电机，控制摄像机的运动。5参见图6和图7，本基于仿生眼异向运动原理的运动平台上双摄像机监控系统减小盲区 的方法，用于小型无人旋翼机的野外定点着陆系统，系统包括地面控制系统1和机载控制系 统2和小型无人旋翼机3。机载系统2包括飞行控制系统单元15和基于仿生眼的双摄像机控 制系统13。飞控传感器系统(陀螺仪、高度计、速度计)16采集相应的信息，通过A/D输入 到飞行控制系统。飞控导航系统(电子罗盘和GPS)通过RS-232与飞控系统提供导航信息。 地面手动操作可以使用RC触发器5与RC接收器发送操作命令，通过模拟开关6将命令输入 飞行控制单元15。飞行控制单元15根据上述的采集到的信息和命令，对执行单元4 (控制阀、 舵机和升降机)控制，从而控制无人旋翼机的姿态。地面控制中心7通过数据链8和RS-232 发送命令并接收飞控系统15的信息反馈。飞控系统单元15与摄像机控制单元13通过串口通 信。摄像机控制单元13，根据图像处理单元11的信息反馈，结合仿生眼异向运动的控制算 法，通过发送PWM波控制摄像机I和II，摄像机将获得的信息，传输到图像处理单元ll。图 像处理单元11通过图像数据链9，最终本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反馈神经积分器的类人眼异向运动控制方法，其特征在于基于反馈神经积分器，精确实现人类眼球的异向运动，控制操作步骤如下：　１）传感器测量：测量摄像机运动平台与被测目标位置参数的连续模拟量；　２）Ａ／Ｄ转换：对传感器得到的连续 模拟量通过Ａ／Ｄ转换后得到数字量采样信号；　３）数字滤波：对采样信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；　４）标度转换：进行传感器的标定，得到与传感器输出值相对应的输入值，即运动平台的运动参数值，同时将步骤１）测量的结果 计算转化为两个摄像机的光轴与被测目标的夹角；　５）系统控制运算：获得的运动平台运动参数值通过单片机的控制算法，得到摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的速度和方向；　６）控制摄像机运动：将得到的摄像机云台补偿载体快速运动所需旋转的 速度和方向，发送给摄像机云台的电机，控制摄像机的运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒宇，童金，罗均，谢少荣，张丽薇，李超，山峰，郑丽丽，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]