專利名稱：無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置的制作方法
無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置屬于無人控制攝像自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
在體育球場(chǎng)上觀看比賽，總會(huì)看到大小不一的攝像安置在不同的攝像角度、位置，攝像球賽時(shí)，有一、二名攝像師用手工方式操縱攝像機(jī)的鏡頭。雖然先進(jìn)的攝像機(jī)機(jī)內(nèi)有自動(dòng)調(diào)焦、電子快門、自動(dòng)光圈、調(diào)白平衡、調(diào)整各種誤差、儲(chǔ)存圖象、自動(dòng)顯示機(jī)器內(nèi)故障原因等幾十種機(jī)內(nèi)自控功能，但對(duì)于在野外的氣溫高、氣溫低、風(fēng)、雨、雷電等不利的天氣環(huán)境下，這幾十種機(jī)內(nèi)自控功能只能起輔助、配合作用，并不能解決最根本的問題-現(xiàn)場(chǎng)手工操縱攝像作業(yè)。
無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置發(fā)明目的是尋求實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)有目標(biāo)跟蹤攝像、實(shí)現(xiàn)攝像操縱自動(dòng)化和遠(yuǎn)距離測(cè)向遙控?zé)o人攝像技術(shù)、方法。本發(fā)明裝置采用了機(jī)電一體化技術(shù)(即液壓系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、傳感器)、電子接口技術(shù)、無線電測(cè)向技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置的發(fā)明，克服了現(xiàn)場(chǎng)手工操縱攝像作業(yè)操縱不便主要問題，實(shí)現(xiàn)無人攝像自動(dòng)化。
本發(fā)明包括由無線電測(cè)向信號(hào)源1、攝像機(jī)2、無線電測(cè)向機(jī)3、計(jì)算機(jī)4、位置檢測(cè)反饋傳感器14、液壓系統(tǒng)5等組成的技術(shù)領(lǐng)域(其系統(tǒng)組成見附3)。本發(fā)明裝置主要應(yīng)用于攝像機(jī)2操縱自動(dòng)作業(yè)，本發(fā)明的特征是用無線測(cè)向信號(hào)源1的信標(biāo)、引導(dǎo)遠(yuǎn)距離按有攝像機(jī)2下方的無線電測(cè)向天線3-1、無線電測(cè)向機(jī)3，經(jīng)無線電測(cè)向機(jī)3測(cè)定無線電測(cè)向信號(hào)源1運(yùn)動(dòng)方位，輸出模擬信號(hào)，經(jīng)放大器15放大，傳至計(jì)算機(jī)4的模擬信號(hào)輸入接口，經(jīng)計(jì)算機(jī)4進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換機(jī)內(nèi)程序處理，轉(zhuǎn)換成符合液壓系統(tǒng)所接收的電壓信號(hào)，并被液壓系統(tǒng)中的電液伺服閥轉(zhuǎn)換成液壓流量信號(hào)，使二自由度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(見附圖5-2)、俯仰方向(見附圖5-1)隨測(cè)向信號(hào)指令進(jìn)行相應(yīng)的回轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)、俯仰方向運(yùn)動(dòng)，使攝像機(jī)鏡頭2-3始終對(duì)準(zhǔn)無線電測(cè)向信號(hào)源1的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)、位置。
本發(fā)明在應(yīng)用中事先確定了無線電測(cè)向信號(hào)源1的頻率、周期、波長(zhǎng)、相位信號(hào)，使本發(fā)明攝像作業(yè)具備可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。以上本發(fā)明裝置組成運(yùn)行工作的說明，在實(shí)際應(yīng)用中攝像機(jī)具有攝像操縱自動(dòng)化、無人控制操縱自動(dòng)化的意義。
本發(fā)明無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置與現(xiàn)有的攝像機(jī)系統(tǒng)相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)的積極效果。
(1)能在各種天氣條件下進(jìn)行無人控制操縱自動(dòng)化攝像作業(yè)。
(2)當(dāng)沒有無線電測(cè)向信號(hào)源時(shí)，可以通過室內(nèi)的控制臺(tái)來遙控室外的本發(fā)明裝置來進(jìn)行遙控?cái)z像作業(yè)。
(3)本發(fā)明裝置所采用的技術(shù)，在某些方面是毫無聯(lián)系的，經(jīng)過組合、優(yōu)化，使攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了由現(xiàn)場(chǎng)手工操縱攝像作業(yè)向無人控制操縱攝像自動(dòng)化作業(yè)過渡的新水平。
(4)本發(fā)明可適合與各種攝像機(jī)配套，本發(fā)明對(duì)攝像機(jī)沒有什么要求。也就是說，利用原有的攝像機(jī)與本發(fā)明相配套，就能實(shí)現(xiàn)無人控制攝像自動(dòng)化作業(yè)要求。
(5)本發(fā)明裝置通過組合不相聯(lián)的技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的自動(dòng)化控制操縱作業(yè)，這是現(xiàn)有技術(shù)所不具備的。
下列是本發(fā)明說明書附圖注釋

圖1是本發(fā)明組成總方框圖-圖2是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例俯視圖-圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖-圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖-圖5是本發(fā)明液壓系統(tǒng)流程原理方框圖-圖5-1是本發(fā)明液壓系統(tǒng)俯仰運(yùn)動(dòng)原理圖-圖5-2是本發(fā)明液壓系統(tǒng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)原理圖本發(fā)明裝置說明書附圖標(biāo)記號(hào)注釋、對(duì)照文1.無線電測(cè)向信號(hào)源-2米超短波信號(hào)源微型發(fā)射器。
※2.攝像機(jī)△2-1顯示器△2-2攝像機(jī)主機(jī)△2-3攝像機(jī)鏡頭※3.無線電測(cè)向機(jī)主機(jī)△3-1無線電測(cè)向天線※4.計(jì)算機(jī)-實(shí)時(shí)系統(tǒng)單片計(jì)算機(jī)※5.液壓系統(tǒng)※6.球場(chǎng)※7.電視節(jié)目轉(zhuǎn)播車※8.齒輪△9.齒條△10.電液伺服閥△11.液壓執(zhí)行油缸△12.回轉(zhuǎn)立柱△13.俯仰運(yùn)動(dòng)軸※14.檢測(cè)反饋傳感器-光電觸角編碼器※15.模擬信號(hào)放大器△16.模擬/數(shù)字信號(hào)輸入電子接口※17.回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)油缸△18.俯仰運(yùn)動(dòng)油缸△19.機(jī)臂△20.精濾油器△21.步進(jìn)電機(jī)△22.葉片泵△23.蓄能器△24.油箱△25.液壓集成塊△26.底座△27.三角支持架釋※表示前標(biāo)記與后標(biāo)記之間沒有技術(shù)上聯(lián)系。
△表示前標(biāo)記號(hào)與后標(biāo)記之間在技術(shù)上有聯(lián)系但工作內(nèi)容不同。
※、△表示區(qū)別，以避免混淆，更主要是為了能清楚地反映附圖標(biāo)記與說明書文字對(duì)照說明。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方案如下附1是本發(fā)明組成方框圖-圖1總方框是本發(fā)明主要組成部分，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)中斷，會(huì)影響本發(fā)明在應(yīng)用中的攝像作業(yè)，圖1總方框圖由無線電測(cè)向信號(hào)源1、攝像機(jī)2、無線電測(cè)向機(jī)3、計(jì)算機(jī)4、液壓系統(tǒng)5組成。
附2是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例俯視圖-圖2中的無線電測(cè)向信號(hào)源1用來起到信標(biāo)、引導(dǎo)攝像機(jī)2的跟蹤掃描攝像，攝像機(jī)2的跟蹤運(yùn)動(dòng)攝像是通過液壓系統(tǒng)5的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，俯仰運(yùn)動(dòng)二自由度自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的，圖2是本發(fā)明裝置應(yīng)用實(shí)例俯視中的電視節(jié)目轉(zhuǎn)播球場(chǎng)6的攝像機(jī)2攝像到圖像信號(hào)，來傳播給廣大電視觀眾。A的流程線是無線電測(cè)向信號(hào)源1發(fā)射的無線電信號(hào)符號(hào)注釋。
附3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖-本發(fā)明裝置包括計(jì)算機(jī)4、電液伺服閥10、液壓執(zhí)行油缸11、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)立住12、俯仰運(yùn)動(dòng)軸13、攝像機(jī)2、無線電測(cè)向信號(hào)源1、無線電測(cè)向機(jī)3、模擬信號(hào)放大器5、模擬/數(shù)字輸入電子接口16、開關(guān)R1、R2、R3、R4、檢測(cè)反饋傳感器14，另外與本發(fā)明有關(guān)的電視節(jié)目轉(zhuǎn)播車7配合組成。
4、10、11、12、13，表示控制部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分、2至4的流程線是把攝像機(jī)2攝像到圖像傳到計(jì)算機(jī)4的顯示器2-1上顯示，用來調(diào)整、控制攝像點(diǎn)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)位置。
B的流程線是攝像機(jī)的圖像信號(hào)符號(hào)注釋。
C是用來傳輸球場(chǎng)上的電視節(jié)目信號(hào)。
D的流程線是用來在失去無線電測(cè)向信號(hào)源1信標(biāo)、引導(dǎo)信號(hào)情況下，通過電視節(jié)目轉(zhuǎn)播車7來遙控球場(chǎng)6的攝像機(jī)2攝像操縱作業(yè)。
R4至14的流程線是用檢測(cè)反饋傳感器14反饋液壓系統(tǒng)5引導(dǎo)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)立柱12，俯仰運(yùn)動(dòng)軸13的位移角度數(shù)據(jù)，以保障攝像機(jī)2跟蹤攝像精度和穩(wěn)定性、可靠性。
附4是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖-包括有調(diào)制用顯示器2-1(在實(shí)際中，只應(yīng)用于計(jì)算機(jī)4數(shù)據(jù)顯示，攝像作業(yè)管理等)、攝像機(jī)主機(jī)2-2、攝像機(jī)鏡頭2-3、計(jì)算機(jī)4、機(jī)臂19、葉片泵22、液壓俯仰運(yùn)動(dòng)油缸18、無線電測(cè)向機(jī)3、無線電測(cè)向天線3-1、步進(jìn)電機(jī)21、葉片泵22、液壓集成塊25、電液伺服閥10、蓄能器23、精濾油器20、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)油缸17、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)立住12、底座26，三角支持架27組成，并有電源線路E，視頻音頻電纜輸出端線路C相接。
附5液壓系統(tǒng)裝置-包括圖5-1、圖5-2在內(nèi)，執(zhí)行系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)立柱12，底座26、機(jī)臂19等機(jī)械部分，具有機(jī)臂回轉(zhuǎn)、機(jī)臂俯仰的二個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用液壓驅(qū)動(dòng)，包括步進(jìn)電機(jī)21、葉片泵22、精濾油器20、液壓集成塊25、蓄能器23、電液伺服閥10、俯仰運(yùn)動(dòng)軸13、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)立柱12、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)油缸17、俯仰運(yùn)動(dòng)油缸18、油箱24等部分?？刂葡到y(tǒng)采用實(shí)時(shí)系統(tǒng)單片計(jì)算機(jī)4控制，對(duì)液壓系統(tǒng)5的二個(gè)自由度作伺服控制，并以光電觸角編碼器作為位置檢測(cè)反饋傳感器14，對(duì)二個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)作位置閉環(huán)控制，完成實(shí)時(shí)系統(tǒng)單片計(jì)算機(jī)4的程序數(shù)據(jù)采集、跟蹤、協(xié)調(diào)二自由度動(dòng)作，以及必要的終端管理。
液壓系統(tǒng)5技術(shù)參數(shù)如下(1)機(jī)臂運(yùn)動(dòng)形式球坐標(biāo)式(2)自由度2
(3)運(yùn)動(dòng)行程機(jī)臂俯仰±30°-機(jī)臂回轉(zhuǎn)±110°(4)最大運(yùn)動(dòng)速度機(jī)臂俯仰上仰不小于20°/S-下仰不小于30°/S機(jī)臂回轉(zhuǎn)不小于30°/S(5)驅(qū)動(dòng)方式液壓，工作壓力0.39MPa(40公斤/厘米2)(6)控制運(yùn)動(dòng)方式液壓系統(tǒng)點(diǎn)坐標(biāo)和無線電測(cè)向源1信標(biāo)引導(dǎo)控制(7)計(jì)算機(jī)型號(hào)實(shí)時(shí)系統(tǒng)單片計(jì)算機(jī)(8)檢測(cè)反饋方式二只光電觸角編碼器液壓系統(tǒng)裝置參數(shù)運(yùn)動(dòng)自由度是機(jī)臂俯仰△A＝60°機(jī)臂回轉(zhuǎn)△B＝220°作業(yè)空間是扇形截面空球體計(jì)算機(jī)4說明本機(jī)是采用實(shí)時(shí)系統(tǒng)單片計(jì)算機(jī)由中央處理(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口模塊(I/O)、顯示器2-1組成，根據(jù)實(shí)際需要，實(shí)時(shí)系統(tǒng)單片計(jì)算機(jī)只起到對(duì)無線電測(cè)向機(jī)3、測(cè)向信號(hào)模擬/數(shù)字、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，對(duì)液壓系統(tǒng)5的驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行終端管理、數(shù)據(jù)處理及光電觸角編碼器14檢測(cè)反饋數(shù)據(jù)處理。顯示器2-1可顯示攝像畫面的情況，以便根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。攝像機(jī)2與計(jì)算機(jī)4共享顯示器。
無線電測(cè)向機(jī)3△無線電測(cè)向天線3-1△無線中測(cè)向信號(hào)源1說明本機(jī)采用2米超短波測(cè)向機(jī)3，由天線輸入回路、本振、混頻、中放、檢波、增益控制組成。天線與輸入回路，該部分使用的是阻抗75歐的平衡米波天線，本振級(jí)采用電容三點(diǎn)式振蕩器、中放有兩級(jí)，每級(jí)有中和電路，增益穩(wěn)定在60dB以上，增益控制由實(shí)時(shí)系統(tǒng)單片機(jī)4根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
無線電測(cè)向天線3-1采用三單元八木天線，由全波振子、無源反射器、引向器組成，2米超短波無線電測(cè)向機(jī)3的機(jī)殼用不銹鋼金屬結(jié)構(gòu)，以屏敝高頻電磁場(chǎng)漏泄破壞遠(yuǎn)距離測(cè)向方向。
2米超短波無線電測(cè)向機(jī)的電路原理，是參照收音機(jī)的電路原理而改動(dòng)的，無線電測(cè)向機(jī)與收音機(jī)的區(qū)別在于無線電測(cè)向機(jī)3的天線是具有明顯的方向性，而收音機(jī)則對(duì)任何方向的頻率信號(hào)有相同的接收能力，無線電測(cè)向信號(hào)源1這理所謂的信號(hào)源，實(shí)際上是一個(gè)微型發(fā)射器。2米超短波微型發(fā)射器，主要由電容耦合三點(diǎn)式振蕩器、放大器、機(jī)內(nèi)天線扣式鋰電池組成。
2米超短波信號(hào)源1是調(diào)幅電極形式發(fā)射水平極化波、頻率范圍控制在144兆赫，輸出的射頻功率為2瓦。將2米超短波微型發(fā)射器材安置到體育用球皮內(nèi)，其電源開關(guān)一頭接在外面凹處，用一電極卡插入，可以起到開或關(guān)的轉(zhuǎn)換;也可以用磁鐵來吸引足球內(nèi)的電池的二電極片，使兩電極片相接，相接后電磁鐵可離開，使體育用球的電容耦合三點(diǎn)式振蕩器工作了。在比賽中體育用球和2米超短波微型發(fā)射器1的相配，并不影響相互之間的工作作用。由于這種2米超短波微型發(fā)射器1電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，普通技術(shù)人員也能設(shè)計(jì)。
2米超短波微型發(fā)射器1唯一特殊在于只發(fā)射144兆赫、功率為2瓦、輸出頻率、波長(zhǎng)、周期、相位的信號(hào)都是固定單一的，其輸出信號(hào)本身沒有包含任何有意義的內(nèi)容，只起到信標(biāo)、引導(dǎo)作用，以便于2米超短波無線電測(cè)向機(jī)3的測(cè)向，接收的穩(wěn)定性、靈敏性、可靠性、精確性。
本發(fā)明無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置應(yīng)用于與體育比賽相關(guān)的各種球賽無人自動(dòng)攝像，也可以應(yīng)用于按有無線電測(cè)向信號(hào)源1的其他場(chǎng)所無人自動(dòng)攝像。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置是無人控制攝像自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明主要包括有無線電測(cè)向機(jī)3、無線電測(cè)向信號(hào)源1、液壓系統(tǒng)5、計(jì)算機(jī)4、攝像機(jī)2，本發(fā)明的特征是利用液壓系統(tǒng)5、無線電測(cè)向信號(hào)源1、無線電測(cè)向機(jī)3、計(jì)算機(jī)4組成的無人控制操縱攝像自動(dòng)化裝置，使攝像機(jī)2具有自動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)攝像自動(dòng)化作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置發(fā)明，其特征是無線電測(cè)向信號(hào)源微型發(fā)射器1，只輸出固定不變的頻率、波形、波長(zhǎng)、相位、周期電磁波信號(hào)，只起到測(cè)向信號(hào)源1的信標(biāo)方位、引導(dǎo)攝像機(jī)2攝像跟蹤運(yùn)動(dòng)的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的無線電測(cè)向遙控?cái)z像跟蹤裝置發(fā)明，其特征是本發(fā)明裝置只用于按有無線電測(cè)向信號(hào)源1的場(chǎng)所無人自動(dòng)攝像。
全文摘要
本發(fā)明屬于無人控制操縱攝像自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明裝置主要組成有無線電測(cè)向信號(hào)源1，攝像機(jī)2，計(jì)算機(jī)4，無線電測(cè)向機(jī)3，液壓系統(tǒng)5。本發(fā)明裝置使攝像機(jī)2根據(jù)無線電測(cè)向信號(hào)源信標(biāo)方位進(jìn)行引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，使攝像機(jī)鏡頭掃描具有自動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)攝像跟蹤自動(dòng)化作業(yè)。
文檔編號(hào)G01S1/08GK1068693SQ92107520
公開日1993年2月3日 申請(qǐng)日期1992年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月20日
發(fā)明者顧湛 申請(qǐng)人:顧湛