一種帶有云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及頭戴式穩(wěn)定攝錄技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高速云臺(tái)的微型化以及與頭戴式攝像頭的結(jié)合，成為高度集成的一體化攝錄設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的頭戴式攝錄設(shè)備中，攝像頭的安裝位置和視角都是固定的，隨著人的運(yùn)動(dòng)或者頭部的晃動(dòng)，攝錄視角會(huì)出現(xiàn)偏差，攝錄畫(huà)面也會(huì)非常不穩(wěn)定。對(duì)此，現(xiàn)有頭戴式攝錄設(shè)備并沒(méi)有行之有效的解決方案，只有一些簡(jiǎn)單的防抖措施(包括光學(xué)防抖和電子防抖)。而可以實(shí)時(shí)穩(wěn)定姿態(tài)，跟蹤視角的云臺(tái)就可以完美的解決這個(gè)問(wèn)題?，F(xiàn)在也有裝有電動(dòng)云臺(tái)的攝錄設(shè)備，但是都是大型的固定攝像機(jī)或者航拍，手持?jǐn)z像機(jī)?，F(xiàn)有云臺(tái)也不能直接裝在微型頭戴式攝錄設(shè)備上?；诂F(xiàn)有的頭戴式攝錄設(shè)備的諸多缺點(diǎn)，本發(fā)明創(chuàng)造性的把云臺(tái)和頭戴攝像頭結(jié)合在了一起，并且微型化，高度集成，實(shí)現(xiàn)了頭戴式攝錄設(shè)備在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)環(huán)境中依舊可以穩(wěn)定攝錄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能實(shí)時(shí)穩(wěn)定姿態(tài)，跟蹤視角的輕便頭戴式攝錄設(shè)備，以便攝錄人員在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)環(huán)境中依舊可以拍攝到高清穩(wěn)定的畫(huà)面。
[0004]本發(fā)明可定義為頭戴式云臺(tái)攝錄設(shè)備，主要包括兩大部分:微型化智能云臺(tái)，小型攝像頭及頭戴式輔助器件。
[0005]現(xiàn)有的云臺(tái)主要用于大型固定攝像機(jī)，航拍攝像機(jī)和手持?jǐn)z像機(jī)，體積及質(zhì)量都比較大，而且智能化程度普遍較低，很難適用于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)環(huán)境中的輕便頭戴式攝錄系統(tǒng)。基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了微型化，智能化的可用于頭戴式攝像頭的云臺(tái)。微型化智能云臺(tái)直接加裝在攝像頭上，主要包括三部分:微型姿態(tài)傳感器，微型MCU以及微型精準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)。
[0006]姿態(tài)傳感器是基于MEMS技術(shù)的高性能三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。它包含各種運(yùn)動(dòng)傳感器，通過(guò)內(nèi)嵌的微型處理器得到三維姿態(tài)與方位等姿態(tài)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的姿態(tài)傳感器選用了微型MU九軸傳感器(運(yùn)動(dòng)傳感器)，微型低功耗的MPU (處理器)，利用特殊的三維算法和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)時(shí)輸出零漂移三維姿態(tài)與方位數(shù)據(jù)。
[0007]本發(fā)明選用微型MCU作為中央控制器，通過(guò)對(duì)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，矯正攝像頭的姿態(tài)。
[0008]現(xiàn)有云臺(tái)上的步進(jìn)電機(jī)都比較大，不適用于輕便頭戴式攝錄系統(tǒng)?；诖吮景l(fā)明設(shè)計(jì)了微型精準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)。這種微型電機(jī)體積小，重量輕，精度高，反應(yīng)迅速，可以滿足復(fù)雜運(yùn)動(dòng)環(huán)境中對(duì)頭戴攝像頭的快速姿態(tài)調(diào)節(jié)。
[0009]本發(fā)明選用的頭戴攝像頭是一款小型并且可以高清攝錄的攝像頭，頭戴式輔助器件包括攝像頭安裝底座及周邊，提供支撐的眼鏡框架或輕便型頭盔。
[0010]具體地本發(fā)明的方案如下:
[0011]方案1、一種帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)，其特征在于:包括微型化智能云臺(tái)，小型攝像頭及頭戴式輔助器件，其中智能化云臺(tái)直接加裝在小型攝像頭上，頭戴式輔助器件連接到微型化智能云臺(tái)上，用于將攝錄系統(tǒng)固定，所述智能化云臺(tái)包括微型姿態(tài)傳感器，微型中央處理器MCU及微型精準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)。
[0012]方案2、根據(jù)方案I所述的帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)，其中所述姿態(tài)傳感器是微型MU九軸傳感器，該微型IMU九軸傳感器是基于MEMS技術(shù)的高性能三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其包括各種運(yùn)動(dòng)傳感器，通過(guò)內(nèi)嵌的微型處理器得到三維姿態(tài)與方位等姿態(tài)數(shù)據(jù)。
[0013]方案3、根據(jù)方案I所述的帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)，其中所述微型中央處理器MCU通過(guò)對(duì)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，矯正攝像頭的姿態(tài)。
[0014]方案4、一種控制方案1-3任一項(xiàng)所述的帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)的方法，其特征在于:
[0015]使用微型中央處理器MCU預(yù)設(shè)小型攝像頭姿態(tài)，姿態(tài)傳感器獲取小型攝像頭的姿態(tài)方位并將姿態(tài)方位信息輸出至微型中央處理器MCU運(yùn)算存儲(chǔ)預(yù)設(shè)值；
[0016]工作中，小型攝像頭姿態(tài)改變后，姿態(tài)傳感器獲取小型攝像頭的姿態(tài)，與預(yù)設(shè)姿態(tài)作對(duì)比；
[0017]如果小型攝像頭姿態(tài)與預(yù)設(shè)姿態(tài)不相符，則微型中央處理器MCU運(yùn)算分析輸出控制信號(hào)至電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)矯正小型攝像頭的姿態(tài)方位對(duì)小型攝像頭的姿態(tài)方位進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0018]如果小型攝像頭姿態(tài)與預(yù)設(shè)姿態(tài)相符，則不執(zhí)行小型攝像頭的調(diào)節(jié)。
[0019]除了上述所述描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明微型姿態(tài)傳感器示意圖；
[0021]圖2為控制攝像頭姿態(tài)的總體功能流程框圖；
[0022]圖3為預(yù)設(shè)攝像頭姿態(tài)的功能流程框圖；
[0023]圖4為調(diào)整攝像頭姿態(tài)的功能流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0025]結(jié)合附圖，以下對(duì)本發(fā)明整體的組成和功能做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]本發(fā)明的硬件方面主要包括微型化智能云臺(tái)，小型攝像頭及頭戴式輔助器件，軟件方面主要包括基于MU九軸傳感器原始數(shù)據(jù)的三維姿態(tài)和方位數(shù)據(jù)的獲得(三維算法和數(shù)據(jù)融合技術(shù))，總控制器MCU的反饋?zhàn)藨B(tài)調(diào)節(jié)算法。
[0027]如圖1所示，微型姿態(tài)傳感器主要由MU九軸傳感器，微型MPU組成。MU九軸傳感器包括:三軸加速度計(jì)，三軸陀螺儀以及三軸磁力計(jì)，分別實(shí)時(shí)測(cè)量攝像頭的加速度信息，角速度信息和所處位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度信息，這些信息傳到微型MPU，運(yùn)用特殊的三維算法和數(shù)據(jù)融合技術(shù)分析就可以得到攝像頭實(shí)時(shí)的以四元數(shù)、歐拉角等表示的零漂移三維姿態(tài)和方位數(shù)據(jù)。
[0028]圖2為控制攝像頭姿態(tài)的總體功能流程框圖；中央控制器接受姿態(tài)傳感器感測(cè)的攝像頭姿態(tài)數(shù)據(jù)，并輸出控制信號(hào)到電機(jī)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)改變、矯正攝像頭姿態(tài)、方位。
[0029]圖3為預(yù)設(shè)攝像頭姿態(tài)的功能流程框圖，攝像頭要保持的姿態(tài)和方位要事先預(yù)設(shè)在微型中央控制器MCU中，具體的預(yù)設(shè)方法是:
[0030]調(diào)節(jié)微型化智能云臺(tái)進(jìn)入姿態(tài)方位預(yù)設(shè)模式，攝像頭保持預(yù)設(shè)值狀態(tài)，姿態(tài)傳感器獲取預(yù)設(shè)狀態(tài)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后傳給中央微型控制器MCU，MCU運(yùn)算分析后存儲(chǔ)在內(nèi)存中。
[0031]圖4為調(diào)整攝像頭姿態(tài)的功能流程框圖。微型智能化云臺(tái)對(duì)頭戴式攝像頭的姿態(tài)調(diào)整頻率主要取決于微型姿態(tài)傳感器的姿態(tài)采樣頻率，微型中央控制器MCU的運(yùn)算能力，以及精準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)的可調(diào)節(jié)頻率。綜合以上制約條件，本發(fā)明將微型智能化云臺(tái)設(shè)計(jì)為可選擇其調(diào)節(jié)靈敏度和頻率，以滿足劇烈運(yùn)動(dòng)中的精準(zhǔn)快速調(diào)節(jié)以及平緩運(yùn)動(dòng)中慢速調(diào)節(jié)來(lái)降低功耗。
[0032]微型中央控制器MCU得到微型姿態(tài)傳感器發(fā)來(lái)的攝像頭的三維姿態(tài)和方位數(shù)據(jù)后，與預(yù)設(shè)的攝像頭要保持的姿態(tài)和方位做對(duì)比分析，運(yùn)算后給微型精準(zhǔn)電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，電機(jī)得到控制信號(hào)后，各個(gè)方向的電機(jī)分別調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)攝像頭的姿態(tài)和方位做出矯
IHo
[0033]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)，其特征在于:包括微型化智能云臺(tái)，小型攝像頭及頭戴式輔助器件，其中智能化云臺(tái)直接加裝在小型攝像頭上，頭戴式輔助器件連接到微型化智能云臺(tái)上，用于將攝錄系統(tǒng)固定，所述智能化云臺(tái)包括微型姿態(tài)傳感器，微型中央處理器MCU及微型精準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)，其中所述姿態(tài)傳感器是微型IMU九軸傳感器，該微型IMU九軸傳感器是基于MEMS技術(shù)的高性能三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其包括各種運(yùn)動(dòng)傳感器，通過(guò)內(nèi)嵌的微型處理器得到三維姿態(tài)與方位等姿態(tài)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)，其中所述微型中央處理器MCU通過(guò)對(duì)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，矯正攝像頭的姿態(tài)。
4.一種控制權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)的方法，其特征在于: 使用微型中央處理器MCU預(yù)設(shè)小型攝像頭姿態(tài)，姿態(tài)傳感器獲取小型攝像頭的姿態(tài)方位并將姿態(tài)方位信息輸出至微型中央處理器MCU運(yùn)算存儲(chǔ)預(yù)設(shè)值； 工作中，小型攝像頭姿態(tài)改變后，姿態(tài)傳感器獲取小型攝像頭的姿態(tài)，與預(yù)設(shè)姿態(tài)作對(duì)比； 如果小型攝像頭姿態(tài)與預(yù)設(shè)姿態(tài)不相符，則微型中央處理器MCU運(yùn)算分析輸出控制信號(hào)至電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)矯正小型攝像頭的姿態(tài)方位對(duì)小型攝像頭的姿態(tài)方位進(jìn)行調(diào)節(jié)； 如果小型攝像頭姿態(tài)與預(yù)設(shè)姿態(tài)相符，則不執(zhí)行小型攝像頭的調(diào)節(jié)。
【專利摘要】一種帶云臺(tái)的頭戴式攝錄系統(tǒng)，包括微型化智能云臺(tái)，小型攝像頭及頭戴式輔助器件，其中智能化云臺(tái)直接加裝在小型攝像頭上，頭戴式輔助器件連接到微型化智能云臺(tái)上，用于將攝錄系統(tǒng)固定，所述智能化云臺(tái)包括微型IMU九軸傳感器，微型中央處理器MCU及微型精準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)，所述微型中央處理器MCU通過(guò)對(duì)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，矯正攝像頭的姿態(tài)。
【IPC分類】H04N5-232, H04N5-76
【公開(kāi)號(hào)】CN104811641
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510198578
【發(fā)明人】段然, 李菂, 張國(guó)偉
【申請(qǐng)人】段然, 李菂, 張國(guó)偉
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日