[發明專利]一種基于頭部姿態控制的隨動遠程視覺系統

無效

• 申請號: 201110222250.6
• 申請日: 2011-08-03
• 公開（公告）號: CN102348068A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 吳成東;韓泉城;張云洲;騰賀;夏志佳;吳昊
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及視頻監控、圖像處理領域，具體涉及一種基于頭部姿態控制的隨動遠程視覺系統。?

背景技術

隨著攝像頭制作成本的降低，攝像頭應用越來越廣泛。為了增大攝像頭可視角度，很多應用中均采用了云臺實現對攝像頭上下左右運動的控制。而目前攝像頭云臺操作大部分采用手動搖桿的方式，即通過搖桿來控制云臺的運動，雖能實現基本運動控制功能，但操作靈活性相對較低，尤其對于機器人或航模上用到的FPV裝置。?

發明內容

本發明的目的是為云臺攝像頭的操作者提供一種基于頭部姿態控制的隨動遠程視覺系統，通過配戴安裝有體感檢測傳感器的視頻眼鏡，實現對云臺的運動跟隨控制，增加虛擬現實的沉浸感，給操作者帶來視頻、聲音和運動的三維一體式操作體驗。?

本發明采用如下的技術方案：?

一種基于頭部姿態控制的隨動遠程視覺系統，包括視頻顯示與交互裝置和隨動視覺裝置。

視頻顯示與交互裝置包括無線影音傳輸接收模塊、視頻眼鏡顯示模塊、頭部姿態檢測傳感器模塊、控制器和通信模塊。隨動視覺裝置包括具有音頻采集功能的攝像頭、無線影音傳輸發射模塊、舵機云臺裝置、通信模塊和控制器。?

視頻顯示與交互裝置中，姿態檢測傳感器模塊放置在視頻眼鏡內部，通過模式選擇引腳連接至控制器I/O端口，姿態檢測傳感器模塊的水平方向和垂直方向的電壓輸出連接至控制器I/O端口，電源電路輸出端連接至控制器的電源端口，通信模塊的輸入端連接至控制器的通信端口，信號指示燈連接至控制器的通用端口。隨動視覺裝置中，水平舵機和垂直舵機分別連至云臺控制器的兩個接口，電源電路輸出端連接至云臺控制器的電源端口，通信模塊的輸入端連接至云臺控制器的通信端口，信號指示燈連接至云臺控制器的通用端口。?

本發明系統由攝像頭采集實時的圖像和聲音信息，并輸出模擬信號，模擬信號經過傳輸模塊傳輸到視頻眼鏡顯示模塊，操作者即可通過視頻眼鏡觀察到攝像頭正前方的視野并可聽到現場聲音，其中傳輸模塊采用無線或有線傳輸模塊。頭部姿態檢測模塊中的控制器將檢測到的運動數據解析成對云臺的位置控制指令，并通過通信模塊將位置指令傳輸給云臺控制模塊，云臺控制模塊對云臺進行控制，從而實現攝像頭對人頭部姿態的跟蹤運動，即實現了攝像頭與頭部組成的二維隨動系統，其中的通信模塊可以是無線或有線方式。?

本發明系統工作流程如下：?

步驟一：攝像頭采集其正前方的圖像信息，同時攝像頭內置麥克采集周圍的聲音信息，圖像和聲音信號經無線影音傳輸發射模塊，以無線形式發送出去；

步驟二：無線影音傳輸接收模塊接收到無線影音信號后，輸出至視頻眼鏡，視頻眼鏡實時的將接收到的影音信號呈現給操作者；

步驟三：安裝在視頻眼鏡上的頭部姿態檢測傳感器檢測操作者的水平和垂直姿態，并以電壓信號的形式輸出；

步驟四：視頻顯示與交互裝置的控制器通過其內置的AD轉換模塊采集由頭部姿態檢測傳感器輸出的電壓信號，并將其換算成云臺舵機的控制指令，通過通信模塊將控制指令數據包發送給隨動視覺裝置；

首先初始化控制器內部各功能模塊，包括時鐘、GPIO、AD、SPI等模塊，然后初始化通信模塊，進入循環狀態，檢測姿態檢測傳感器輸出的電壓信號，并根據公式1計算舵機控制PWM信號在一個周期內的高電平時間，將計算得到的水平舵機和垂直舵機的時間組成的數組，作為云臺的控制指令，通過通信模塊將控制指令發送給云臺控制裝置，如果接收到應答信號，則進入新一輪循環，否則繼續發送控制指令，直到接收到應答信號。

Y=0.606X+0.5?????????????????????????????????????????????????????公式1?

其中，Y?為舵機控制PWM信號在一個周期內的高電平時間，X為采集的MMA7620輸出的電壓值。

AD轉換的參考電壓為3.3V。?

步驟五：隨動視覺裝置通過通信模塊接收由視頻顯示交互裝置發送的數據包，解析出云臺的控制指令，根據控制指令控制云臺執行相應的動作，從而實現攝像頭對人頭部的跟隨運動。?

首先初始化控制器內部各功能模塊，包括時鐘、GPIO、AD、SPI等模塊，然后初始化通信模塊，進入命令接收等待狀態，當接收到舵機的控制指令后，判斷舵機控制PWM信號的高電平時間是否在0.5ms～2.5ms范圍內，如果在其范圍內，則控制舵機執行相應的控制動作，并發送應答控制信號（0x55）；如果接收到的控制指令的數據不在0.5ms～2.5ms范圍內，則放棄該數據，并繼續接收，直到接收到正確的控制指令。?