本實用新型涉及遠程監(jiān)控技術(shù)領域，特別是一種遠程虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在實際應用中的很多場合，比如戰(zhàn)場上的敵情偵查、工業(yè)中的高溫，有毒環(huán)境的操作處理、航空航天星際探索、核污染區(qū)域污染處理等場合，由于高溫、有毒、高輻射、高危險等原因，這些場合不適合人類到實地去親身操作，而只能委派機器人或者其他自動化裝置去進行操作。因此，就涉及到一個遠程場景本地操作者虛擬呈現(xiàn)的一種需求。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是目前在計算機領域中一項發(fā)展最快的多學科綜合技術(shù)，已經(jīng)被廣泛地應用于許多領域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在廣泛地應用于軍事、建筑、工業(yè)仿真、考古、醫(yī)學、文化教育、農(nóng)業(yè)和計算機技術(shù)等方面，改變了傳統(tǒng)的人機交換模式。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向是仿真技術(shù)與計算機圖形學人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等多種技術(shù)的集合是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學科和研究領域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。

目前實現(xiàn)遠程虛擬現(xiàn)實的方法有以下幾種，但都存在自身的特點。

1）基于圖像傳感器的虛擬現(xiàn)實處理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以比較好的實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實場景，并能夠在虛擬場景中制作產(chǎn)生一些實際場景中不存在的物體，并通過計算機處理，實現(xiàn)操作者和虛擬場景的互動。但這種系統(tǒng)也存在一個較大的問題，就是制造成本比較高，不利于實現(xiàn)小型化等。

2）基于攝像機實時定標的可視遙在裝置，其基本工作方法是通過對頭盔顯示器攝像頭進行攝像機定標，計算出操作者頭部的朝向和運動軌跡；通過對雙目相機的攝像機定標,計算出云臺精確位置和朝向，兩者結(jié)合生成云臺轉(zhuǎn)動控制指令,使云臺和操作者頭部具有相同的運動軌跡，并將雙目相機獲得的左右眼圖像實時傳回本地計算機，在頭盔上實時顯示,實現(xiàn)在本地看到符合人體頭部運動姿態(tài)的遠程立體場景。該系統(tǒng)能夠比較好的實現(xiàn)與現(xiàn)實場景的再現(xiàn)，但由于其云臺的控制和定位都是通過pc機來進行的，也存在造價比較高，系統(tǒng)復雜的問題。

3）還有，多功能拍攝球形云臺能夠?qū)崿F(xiàn)和不同相機攝影機到相互連接配合問題；全景監(jiān)控云臺攝像機和環(huán)形及半球形全景監(jiān)控的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)遠程圖像的及全方位進行圖像拍攝的問題，監(jiān)控用攝像機的自動翻轉(zhuǎn)控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)了監(jiān)控攝像機自動翻轉(zhuǎn)控制，頭戴式立體視覺觀片器能夠?qū)崿F(xiàn)視頻播放時產(chǎn)生三維效果，定位用激光靶圖像傳輸裝置能夠?qū)崿F(xiàn)測量電廠水冷卻塔等無整體操作平臺高大混凝土構(gòu)筑物頂高處中心半徑的定位，但是都無法實現(xiàn)遠程現(xiàn)實環(huán)境的虛擬實現(xiàn)，也就無法使操作者產(chǎn)生身臨其境的感覺。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種遠程虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)系統(tǒng)，能夠通過遠程現(xiàn)實環(huán)境的虛擬實現(xiàn)技術(shù)實現(xiàn)遠程真實環(huán)境的精確感知，從而通過控制位于遠程的機器人等自動化設備來實現(xiàn)遠程的精確操作。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案如下。

一種遠程虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)系統(tǒng)，包括位于監(jiān)控室的虛擬現(xiàn)實眼鏡端以及設置于現(xiàn)場的自動化設備和視頻采集云臺，所述視頻采集云臺包括云臺、位于云臺上方的攝像機以及位于云臺下方的云臺舵機和云臺控制器，虛擬眼現(xiàn)實眼鏡端中設置有微型顯示器；所述自動化設備用于采集設備主視方向的頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)并傳輸給視頻采集云臺的云臺控制器，云臺控制器根據(jù)自動化設備采集的信息控制云臺舵機動作來調(diào)整攝像機跟隨自動化設備主視方向進行變化；攝像機采集的信息傳輸給虛擬現(xiàn)實眼鏡端通過微型顯示器進行遠程場景的展示。

上述一種遠程虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)系統(tǒng)，所述自動化設備中設置有姿態(tài)采集模塊和藍牙發(fā)送模塊，所述姿態(tài)采集模塊的信號端連接藍牙發(fā)送模塊的輸入端，藍牙發(fā)送模塊與視頻采集云臺之間通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸。

上述一種遠程虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)系統(tǒng)，所述視頻采集云臺上還設置有藍牙接收模塊和視頻發(fā)送模塊，藍牙接收模塊與自動化設備的藍牙發(fā)送模塊通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸，藍牙接收模塊的輸出端連接云臺控制器的輸入端，云臺控制器的輸出端連接云臺舵機的受控端；所述攝像機的數(shù)據(jù)輸出端連接視頻發(fā)送模塊的輸入端，視頻發(fā)送模塊與虛擬現(xiàn)實眼鏡端通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸。

上述一種遠程虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)系統(tǒng)，所述虛擬現(xiàn)實眼鏡端中設置有視頻接收模塊，視頻接收模塊與視頻采集云臺視頻發(fā)送模塊通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸，視頻接收模塊的輸出端連接微型顯示器的信號端。

由于采用了以上技術(shù)方案，本實用新型所取得技術(shù)進步如下。

本實用新型能夠通過遠程現(xiàn)實環(huán)境的虛擬實現(xiàn)技術(shù)實現(xiàn)遠程真實環(huán)境的精確感知，并通過控制位于遠程的機器人等自動化設備來實現(xiàn)遠程的精確操作，從而使操作者遠離危險的環(huán)境，不僅能增加操作安全度，而且也可以提高工作效率。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為具體實施例中所述控制信號產(chǎn)生與執(zhí)行的電路簡圖；

圖3為具體實施例中所述視頻信號發(fā)送與顯示的電路簡圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合具體實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。

一種遠程虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括自動化設備、視頻采集云臺和虛擬現(xiàn)實眼鏡端；自動化設備和視頻采集云臺之間以及視頻采集云臺和虛擬現(xiàn)實眼鏡端之間通過無線信號進行輸出傳輸。自動化設備和視頻采集云臺設置于現(xiàn)場，用于采集遠程的實際場景，虛擬現(xiàn)實眼鏡端位于監(jiān)控室內(nèi)，用于向使用者展示遠程的實際場景。

自動化設備用于采集設備主視方向的頭部姿態(tài)數(shù)據(jù)并傳輸給視頻采集云臺的云臺控制器。自動化設備中設置有姿態(tài)采集模塊和藍牙發(fā)送模塊，姿態(tài)采集模塊的信號端連接藍牙發(fā)送模塊的輸入端，藍牙發(fā)送模塊與視頻采集云臺之間通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸。本實用新型中，自動化設備可以為機器人或其他自動化裝置。

自動化設備中的姿態(tài)采集模塊采用高精度慣性導航模塊JY-901，模塊集成高精度的陀螺儀、加速度計和地磁場傳感器能夠準確測量自動化設備主視方向的姿態(tài)數(shù)據(jù)。模塊內(nèi)部集成了姿態(tài)解算器，配合動態(tài)卡爾曼濾波算法，能夠在動態(tài)環(huán)境下準確輸出模塊的當前姿態(tài)，姿態(tài)測量精度0.01度，穩(wěn)定性極高；模塊內(nèi)部自帶電壓穩(wěn)定電路，工作電壓3V~6V，引腳電平兼容3.3V/5V的嵌入式系統(tǒng)，連接方便；模塊支持串口和IIC兩種數(shù)字接口，串口速率2400bps~921600bps可調(diào)，IIC接口支持全速400K速率，方便用戶選擇最佳的連接方式。

藍牙發(fā)送模塊采用HC-05A藍牙串口模塊，藍牙串口模塊最主要的功能是取代串口線進行數(shù)據(jù)的無線傳輸。

視頻采集云臺包括云臺、位于云臺上方的攝像機以及位于云臺下方的云臺舵機、云臺控制器、藍牙接收模塊和視頻發(fā)送模塊；藍牙接收模塊與自動化設備的藍牙發(fā)送模塊通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸，藍牙接收模塊的輸出端連接云臺控制器的輸入端，云臺控制器的輸出端連接云臺舵機的受控端；攝像機的數(shù)據(jù)輸出端連接視頻發(fā)送模塊的輸入端，視頻發(fā)送模塊與虛擬現(xiàn)實眼鏡端通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸。

藍牙接收模塊采用HC-03A藍牙串口模塊，藍牙串口模塊最主要的功能是與藍牙發(fā)送模塊相互配對后完成數(shù)據(jù)的無線傳輸。

云臺控制器采用高性能的微處理器和先進的動力學解算與卡爾曼動態(tài)濾波算法，能夠快速求解出模塊當前的實時運動姿態(tài)，結(jié)合自動化設備傳輸?shù)淖陨碜藨B(tài)數(shù)據(jù)，來控制云臺舵機動作。本實施例中，云臺控制器采用8255單片機來讀取自動化設備輸出的模擬偏移量，并將這個量影射到云臺舵機0到180度的運動區(qū)間，結(jié)合云臺上攝像機自身的姿態(tài)數(shù)據(jù)，來控制云臺舵機M在二維空間運動。

攝像機用于實時采集遠程場景，本實施例中采用攝像機其參數(shù)為：水平分辨率: 700 線；系統(tǒng)制式:PAL/NTSC PAL（H X V）:512*582 NTSC （H X V）542 * 492；電子快門:PAL= 1/50 ~1/100,000 秒；NTSCL= 1/60~ 1/120,000 秒；最低照度:0.1Lux（F: 1.2）；信噪比:> 48dB （自動增益關(guān)閉）；伽瑪:0.45；背光補償:開/關(guān)切換；鏡頭:3.6MM；自動增益:開/關(guān)；自動白平衡:開/關(guān)；鏡頭安裝方式:C/CS；視頻輸出:1Vp-p, 75Ω；電源輸入:DC12V；工作溫度范圍:-10℃~50℃（最大濕度 95%）；貯存溫度范圍:- 20℃~ 60℃ （最大濕度 95%）。

視頻發(fā)送模塊采用TS832模塊，用于將攝像機采集的遠程場景發(fā)送給虛擬現(xiàn)實眼鏡端。TS832模塊的參數(shù)為：發(fā)射頻率: 5.8G；發(fā)射功率: 600mw；發(fā)射頻點: 40點；輸入電壓: 7-30V；天線接頭: 發(fā)射端RP-SMA jack 天線端 RP-SMA plus；天線增益: 2db；工作電流:220mA /12V；工作溫度: -10-85 ℃；視頻制式: NTSC/PAL 自動；視頻帶寬: 8M；音頻帶寬: 6.5M；發(fā)射凈重: 22g；外形尺寸: 54*32*10mm。

虛擬現(xiàn)實眼鏡端中設置有微型顯示器和視頻接收模塊，視頻接收模塊與視頻采集云臺視頻發(fā)送模塊通過無線信號進行數(shù)據(jù)傳輸，視頻接收模塊的輸出端連接微型顯示器的信號端。

視頻接收模塊采用RC832模塊，用于接收視頻發(fā)送模塊發(fā)送的攝像機采集的遠程場景。RC832模塊的參數(shù)為：工作頻率: 5.8GHz；發(fā)射頻點: 40點；電壓輸入: 12V；工作電流: 200mA 最大；天線阻抗: 50Ω；天線接頭: 接收端 RP-SMA jack 天線端RP-SMA plus；天線增益: 2db；視頻阻抗: 75Ω；視頻制式: NTSC/PAL 自動；外形尺寸: 80*65*15mm；接收凈重: 85g。

微型顯示器采用LDM201，該顯示模組體積小巧，采用FLCOS鐵電液晶顯示，能夠減少客戶開發(fā)周期，降低客戶開發(fā)成本，可以方便地應用到客戶的產(chǎn)品開發(fā)設計中。其具體參數(shù)為：分辨率：800*480*RBG 16:9；屏幕尺寸：154mm（寬）*87mm（高）；長寬比：4:3 / 16:9（可自己選擇切換）；亮度：450cd/㎡；對比度：400:1；電源：直流12V；消耗功率：約6W（同系機中屬超低功耗）；尺寸：174mm（長）*114mm（寬）* 23mm（厚）；OSD語言：中文/英文/其他；工作溫度：-10℃～70℃；存儲溫度：-30℃～83℃。

本實用新型的工作原理如下所述。

本實用新型的工作成分為兩個部分，控制信號產(chǎn)生與執(zhí)行的電路如圖2所示，具體為：姿態(tài)模塊采集的數(shù)據(jù)通過藍牙發(fā)送模塊發(fā)送到藍牙接收模塊，藍牙接收模塊接收后發(fā)送給云臺控制器，云臺控制器將姿態(tài)模塊采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成云臺舵機轉(zhuǎn)動角度信號，從而控制云臺舵機轉(zhuǎn)過相應的角度。云臺舵機帶動云臺及其上的攝像機轉(zhuǎn)動，攝像機將遠程的圖像信號通過視頻發(fā)送模塊和視頻接收模塊實時傳輸?shù)固摂M現(xiàn)實眼鏡端的微型顯示器中，從而實現(xiàn)了遠程攝像機跟隨自動化設備頭部姿態(tài)的隨動控制，讓使用者在本地就能夠?qū)崟r全方位觀察遠程的環(huán)境情況；當然，使用者還可通過控制位于遠程的自動化設備來實現(xiàn)遠程的精確操作，從而使操作者遠離危險的環(huán)境。