專利名稱:分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
目前,用于監(jiān)控的云臺都是一體式的,負載的形式主要有三種獨立攝像機、攝像 機和照明器或者攝像機與其他設(shè)備的組合。在缺少照明條件的情況下,獨立攝像機在夜間 起不到監(jiān)控作用,如果單獨安裝照明器,照明方向固定無法跟隨目標變化。安裝照明器的一 體化智能云臺在監(jiān)控過程中照明器和攝像機隨云臺同步轉(zhuǎn)動專利ZL200520139840. 2安 裝的是紅外照明器,照明角度不可變,用于近距離監(jiān)控;專利ZL200820016226.0選用的是 同步變焦的激光照明器適合遠距離夜間監(jiān)控。但是,當監(jiān)控環(huán)境惡劣比如出現(xiàn)嚴重水汽時, 一體化云臺監(jiān)測到的圖像質(zhì)量降低甚至無法分辨目標,主要原因是照明器和攝像機安裝在 同一個云臺上距離較近。一體式監(jiān)控云臺的多個負載隨云臺同時轉(zhuǎn)動,它們的方向始終保 持一致,無需考慮跟隨目標一致的問題,分體式云臺將不同負載分別安裝在主控云臺和隨 動云臺上面,拉大了負載之間的距離,而當負載分立于不同云臺上時要想保證負載指向同 一目標,保持相應(yīng)的聯(lián)動一致性是最關(guān)鍵的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對分體式云臺在監(jiān)測目標時隨動云臺需跟隨主控云臺轉(zhuǎn)動并保證朝向 一致的問題,提供了一種分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方法的技術(shù)方案。本發(fā)明是通過如下技術(shù)措施實現(xiàn)的一種分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方 法,其特征是,它包括主控云臺和隨動云臺,主控云臺和隨動云臺均設(shè)置有水平和俯仰機 構(gòu),主控云臺和隨動云臺的內(nèi)置處理器均包含有控制模塊;首先,確定與目標水平面對應(yīng)的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)(1)、當監(jiān)控的所有目標處于同一水平面Sl時,可以通過如下方法求得手動控制 并觀測屏幕使主控云臺和隨動云臺指向同一目標水平面上的一個具體目標時,主控云臺的 控制模塊能夠自動獲取主控云臺的水平轉(zhuǎn)動角xxl和俯仰轉(zhuǎn)動角χχ2 ;隨動云臺的控制模 塊能夠自動獲取隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角yyl和俯仰轉(zhuǎn)動角yy2并將獲得的水平轉(zhuǎn)動角χχ 、 yyl和俯仰轉(zhuǎn)動角χχ2、yy2自動輸入預(yù)置在隨動云臺處理器內(nèi)的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,獲得聯(lián)動 數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)hl,h2和d;(2)、當主控云臺和隨動云臺同時監(jiān)控Sl和與Sl平行的水平面S2上的目標時,Sl 和S2水平面分別對應(yīng)一個聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,測定主控云臺到S2水平面上任意一個月標的距 離12,就能確定S2水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù)hi' = 12*sinxx2',h2' = (hl' -hl)+h2,其中hi'和h2'為S2水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù),xx2'是主控云臺到S2水 平面上的目標的俯仰轉(zhuǎn)動角,該俯仰轉(zhuǎn)動角能夠通過控制模塊自動獲取,hi和h2是(1)中計算得到的Sl水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù); 其次,聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)確定后,當主控云臺轉(zhuǎn)動時,主控云臺的控制模塊能 夠自動獲取主控云臺的水平轉(zhuǎn)動角Xl和俯仰轉(zhuǎn)動角X2 ;隨動云臺處理器通過聯(lián)動數(shù)學(xué)模型
或 得到隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角和俯仰轉(zhuǎn)動角;上述yl為隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角,y2為隨動云臺的俯仰轉(zhuǎn)動角;hl、hl'為主控 云臺到水平面的垂直距離;h2、h2'為隨動云臺到水平面的垂直距離;al和a2分別為主控 云臺和隨動云臺的水平偏角;bl和b2分別為主控云臺和隨動云臺的俯仰偏角。最后,隨動云臺的處理器根據(jù)得到的隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角和俯仰轉(zhuǎn)動角驅(qū)動隨 動云臺的自動跟隨動作使主控云臺和隨動云臺目標一致。本發(fā)明的具體特點還有,上述的水平偏角al和a2、俯仰偏角bl和b2可以通過校 正手段消除,簡化后的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型為 本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知,本發(fā)明為分體式云臺在完成隨 動功能時提供了具體的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,可以方便快速計算出當前隨動云臺的跟隨參數(shù),降 低了隨動誤差,提高了自動化程度。
圖1為本發(fā)明中聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的原理示意圖;圖2為本發(fā)明中監(jiān)控目標處于同一水平面并消除分體式云臺水平偏角和俯仰偏 角的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的簡化示意圖;圖3為本發(fā)明中監(jiān)控目標處于不同水平面并消除分體式云臺水平偏角和俯仰偏角的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的簡化示意圖;圖4為本發(fā)明應(yīng)用于海上主動激光夜視成像系統(tǒng)的具體實施方式
的應(yīng)用示意圖。圖中,1、主控云臺,2、隨動云臺,3、攝像機,4、激光照明器,5、主控云臺支架,6、隨 動云臺支架,7、水平線,8、海上水汽,9、后向散射光,10、入射光束,11、目標,12、反射光束, 21、主控云臺方位信息,22、聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,23、隨動云臺跟隨信息,24、系數(shù)集合,25、與系數(shù) 相關(guān)的信息,26、主控云臺,27、隨動云臺,28、主控云臺朝向,29、隨動云臺朝向,30、目標。
具體實施例方式為能清楚說明本方案的技術(shù)特點,下面通過一個具體實施方式
,對本方案進行闡 述。一種分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方法,其特征是,它包括主控云臺和隨動 云臺,主控云臺和隨動云臺均設(shè)置有水平和俯仰機構(gòu),主控云臺和隨動云臺的內(nèi)置處理器 均包含有控制模塊;首先,確定與目標水平面對應(yīng)的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)(1)、當監(jiān)控的所有目標處于同一水平面Sl時,可以通過如下方法求得手動控制 并觀測屏幕使主控云臺和隨動云臺指向同一目標水平面上的一個具體目標時,主控云臺的 控制模塊能夠自動獲取主控云臺的水平轉(zhuǎn)動角xxl和俯仰轉(zhuǎn)動角χχ2 ;隨動云臺的控制模 塊能夠自動獲取隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角yyl和俯仰轉(zhuǎn)動角yy2并將獲得的水平轉(zhuǎn)動角χχ 、 yyl和俯仰轉(zhuǎn)動角χχ2、yy2自動輸入預(yù)置在隨動云臺處理器內(nèi)的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,獲得聯(lián)動 數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)hl,h2和d;(2)、當主控云臺和隨動云臺同時監(jiān)控Sl和與Sl平行的水平面S2上的目標時,Sl 和S2水平面分別對應(yīng)一個聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,測定主控云臺到S2水平面上任意一個目標的距 離12,就能確定S2水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù)hi' = 12*sinxx2',h2' = (hl' -hl)+h2,其中hi'和h2'為S2水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù),xx2'是主控云臺到S2水 平面上的目標的俯仰轉(zhuǎn)動角,該俯仰轉(zhuǎn)動角能夠通過控制模塊自動獲取,hi和h2是(1)中 計算得到的Sl水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù);其次,聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)確定后,當主控云臺轉(zhuǎn)動時,主控云臺的控制模塊能 夠自動獲取主控云臺的水平轉(zhuǎn)動角Xl和俯仰轉(zhuǎn)動角χ2 ;隨動云臺處理器通過聯(lián)動數(shù)學(xué)模型
L0041」 得到隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角和俯仰轉(zhuǎn)動角;上述yl為隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角,y2為隨動云臺的俯仰轉(zhuǎn)動角;hl、hl'為主控 云臺到水平面的垂直距離;h2、h2'為隨動云臺到水平面的垂直距離;al和a2分別為主控 云臺和隨動云臺的水平偏角;bl和b2分別為主控云臺和隨動云臺的俯仰偏角。最后,隨動云臺的處理器根據(jù)得到的隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角和俯仰轉(zhuǎn)動角驅(qū)動隨 動云臺的自動跟隨動作使主控云臺和隨動云臺目標一致。本發(fā)明的具體特點還有,上述的水平偏角al和a2、俯仰偏角bl和b2可以通過校 正手段消除,簡化后的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型為 從圖1中可以看出首先應(yīng)由系數(shù)集合24構(gòu)建聯(lián)動數(shù)學(xué)模型22,當建立好聯(lián)動數(shù)學(xué) 模型后,將主控云臺方位信息21輸入到聯(lián)動數(shù)學(xué)模型22中就可以得到隨動云臺的跟隨信 肩、23ο圖2是一個水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的簡易效果圖,當主控云臺26和隨動云臺27 的安裝位置固定后,可根據(jù)需要建立適當?shù)淖鴺讼?,以便建立?lián)動數(shù)學(xué)模型將主控云臺和 隨動云臺的方向信息聯(lián)系起來。在該模型中,主控云臺的朝向28和隨動云臺的朝向29是 一一對應(yīng)的關(guān)系,即主控云臺指向目標30時隨動云臺只有一個朝向可以保證兩個云臺同 時指向目標。圖3是不同水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的簡化示意圖,當一個水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型 的系數(shù)確定后,只要獲取主控云臺到另一個水平面上的目標的距離和俯仰轉(zhuǎn)動角便可以確 定其聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù)。圖4是本發(fā)明應(yīng)用時的一個具體實施例,該實施例將本發(fā)明用于海上主動激光夜 視成像系統(tǒng)。主控云臺到水平面的距離hi = 9m,隨動云臺到水平面的距離h2 = 10m,兩云 臺之間的距離d = 6m,兩云臺的水平和俯仰偏角通過特殊手段校正到誤差范圍內(nèi),表1是簡 化后的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型在已知主控云臺的水平轉(zhuǎn)動角xl和俯仰轉(zhuǎn)動角x2的情況下計算得到 的隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角yl和俯仰轉(zhuǎn)動角12以及由光斑在屏幕中的位置計算出的誤差。表一
7 夜間海上水汽8較重,產(chǎn)生的后向散射光9會嚴重影響一體式主動激光照明成像 系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。本實施例采用了攝像機3和激光照明器4分離的方式,即攝像機3和激光 照明器4安裝在兩個獨立的云臺上面,并通過結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)使攝像機3和激光照明器4的軸線 所在的平面與海平面垂直,減少了聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中系數(shù)的個數(shù)。當攝像機3監(jiān)控海上目標 11時,主控云臺1傳輸當前角度信息給隨動云臺2,隨動云臺2的處理器中內(nèi)置了聯(lián)動數(shù)學(xué) 模型可以計算出隨動角度,云臺轉(zhuǎn)動帶動激光照明器4使其入射光束10投射到海上目標11 上,海上目標11的反射光束12進入攝像機3從而得到清晰的目標圖像。由于后向散射光 9距離反射光束12較遠,無法進入攝像機3,從而消除了對成像系統(tǒng)的影響,解決了夜間海 上水汽8大激光照明器4后向散射嚴重導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降的問題。采用聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的海 上主動激光夜視成像系統(tǒng)相比一體式成像系統(tǒng)具有夜視距離遠、云臺精度高、隨動效果好、 透霧能力強、成像清晰等優(yōu)點。本發(fā)明未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過或采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn),在此不再贅述,當然, 上述說明并非是對本發(fā)明的限制,本發(fā)明也并不僅限于上述舉例,本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換,也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方法,其特征是,它包括主控云臺和隨動云臺,主控云臺和隨動云臺均設(shè)置有水平和俯仰機構(gòu),主控云臺和隨動云臺的內(nèi)置處理器均包含有控制模塊;首先,確定與目標水平面對應(yīng)的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)(1)、當監(jiān)控的所有目標處于同一水平面S1時,可以通過如下方法求得手動控制并觀測屏幕使主控云臺和隨動云臺指向同一目標水平面上的一個具體目標時,主控云臺的控制模塊能夠自動獲取主控云臺的水平轉(zhuǎn)動角xx1和俯仰轉(zhuǎn)動角xx2;隨動云臺的控制模塊能夠自動獲取隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角yy1和俯仰轉(zhuǎn)動角yy2并將獲得的水平轉(zhuǎn)動角xx1、yy1和俯仰轉(zhuǎn)動角xx2、yy2自動輸入預(yù)置在隨動云臺處理器內(nèi)的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,獲得聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)h1,h2和d;(2)、當主控云臺和隨動云臺同時監(jiān)控S1和與S1平行的水平面S2上的目標時,S1和S2水平面分別對應(yīng)一個聯(lián)動數(shù)學(xué)模型,測定主控云臺到S2水平面上任意一個目標的距離l2,就能確定S2水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù)h1′=l2*sinxx2′,h2′=(h1′ h1)+h2,其中h1′和h2′為S2水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù),xx2′是主控云臺到S2水平面上的目標的俯仰轉(zhuǎn)動角,該俯仰轉(zhuǎn)動角能夠通過控制模塊自動獲取,h1和h2是(1)中計算得到的S1水平面的聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的系數(shù);其次,聯(lián)動數(shù)學(xué)模型中的系數(shù)確定后,當主控云臺轉(zhuǎn)動時,主控云臺的控制模塊能夠自動獲取主控云臺的水平轉(zhuǎn)動角x1和俯仰轉(zhuǎn)動角x2;隨動云臺處理器通過聯(lián)動數(shù)學(xué)模型 <mrow><mi>y</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mi>arctan</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>h</mi> <mn>1</mn> <mi>ctg</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>a</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow> <mi>sin</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>b</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></mrow><mrow> <mi>h</mi> <mn>1</mn> <mi>ctg</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>a</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow> <mi>cos</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>b</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>d</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>a</mi><mn>2</mn> </mrow>或 <mrow><mi>y</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mi>arctan</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>h</mi> <msup><mn>1</mn><mo>′</mo> </msup> <mi>ctg</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>a</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow> <mi>sin</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>b</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></mrow><mrow> <mi>h</mi> <msup><mn>1</mn><mo>′</mo> </msup> <mi>ctg</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>a</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow> <mi>cos</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>b</mi><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>d</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>a</mi><mn>2</mn><mo>,</mo> </mrow> <mrow><mi>y</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mi>arcctg</mi><mfrac> <msqrt><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>h</mi><mn>1</mn><mi>ctg</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>b</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mn>1</mn><mi>ctg</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>b</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt> <mrow><mi>h</mi><mn>2</mn> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mi>b</mi><mn>2</mn> </mrow>或 <mrow><mi>y</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mi>arcctg</mi><mfrac> <msqrt><msup> <mrow><mo>(</mo><msup> <mrow><mi>h</mi><mn>1</mn> </mrow> <mo>′</mo></msup><mi>ctg</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>b</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>d</mi><mo>-</mo><msup> <mrow><mi>h</mi><mn>1</mn> </mrow> <mo>′</mo></msup><mi>ctg</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>a</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>b</mi> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt> <msup><mrow> <mi>h</mi> <mn>2</mn></mrow><mo>′</mo> </msup></mfrac><mo>+</mo><mi>b</mi><mn>2</mn><mo>,</mo> </mrow>得到隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角和俯仰轉(zhuǎn)動角;上述y1為隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角,y2為隨動云臺的俯仰轉(zhuǎn)動角;h1、h1′為主控云臺到水平面的垂直距離;h2、h2′為隨動云臺到水平面的垂直距離;d為主控云臺和隨動云臺之間的距離;a1和a2分別為主控云臺和隨動云臺的水平偏角;b1和b2分別為主控云臺和隨動云臺的俯仰偏角。最后,隨動云臺的處理器根據(jù)得到的隨動云臺的水平轉(zhuǎn)動角和俯仰轉(zhuǎn)動角驅(qū)動隨動云臺的自動跟隨動作使主控云臺和隨動云臺目標一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方法,其特征是,所述的 水平偏角al和a2、俯仰偏角bl和b2可以通過校正手段消除,簡化后的數(shù)學(xué)模型為
全文摘要
本發(fā)明為一種分體式云臺的自動跟隨控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明針對分體式云臺在監(jiān)測目標時隨動云臺需跟隨主控云臺轉(zhuǎn)動并保證朝向一致的問題,提供了一種建立聯(lián)動數(shù)學(xué)模型的方法,實現(xiàn)自動控制主控云臺和隨動云臺使其朝向一致。
文檔編號G03B17/56GK101916119SQ20101023816
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者夏立民, 李鵬, 桑建國, 王倩倩, 陳大明 申請人:山東神戎電子股份有限公司