[發(fā)明專利]一種基于三軸云臺的視頻穩(wěn)像方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202111123803.2 | 申請日： | 2021-09-24 |
| 公開（公告）號： | CN113805611A | 公開（公告）日： | 2021-12-17 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 柳曉鳴;林偉榮;杜莎莎;索繼東;姚婷婷;李博文;趙可欣 | 申請（專利權(quán)）人： | 大連海事大學(xué) |
| 主分類號： | G05D3/20 | 分類號： | G05D3/20 |
| 代理公司： | 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212 | 代理人： | 何圣斐;李洪福 |
| 地址： | 116026 遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 三軸云臺 視頻 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種基于三軸云臺的視頻穩(wěn)像方法，分為姿態(tài)信息采集部分和控制部分。姿態(tài)信息采集部分使用基于步進電機的三軸云臺作為穩(wěn)像平臺，慣性傳感器作為姿態(tài)信息獲取元件，將慣性傳感器中的加速度計和陀螺儀采集到的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行融合，解算出姿態(tài)角；控制部分控制器采用分級調(diào)節(jié)的方式控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動，對較小角度誤差的直接計算脈沖個數(shù)并輸出，較大角度誤差則用雙層控制算法，確定角度和速度的相關(guān)關(guān)系，用時間縮短的PID(Time Shortened?PID，TS?PID)算法控制脈沖的輸出，縮短誤差較小時姿態(tài)角誤差的補償時間。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及視頻處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三軸云臺的視頻穩(wěn)像 方法。
背景技術(shù)
視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于日常生活的各個方面。然而攝像設(shè)備獲取視頻信息 的過程中不可避免要受到抖動噪聲而造成視頻圖像的晃動、模糊、失真等情 況，丟失重要的監(jiān)控信息。機械穩(wěn)像技術(shù)可以有效降低攝像設(shè)備抖動程度， 將攝像設(shè)備安裝在文獻云臺上，通過調(diào)整云臺姿態(tài)可以將攝像設(shè)備的抖動幅 度穩(wěn)定在較小的范圍內(nèi)。
攝像設(shè)備大幅度晃動下會產(chǎn)生三種角度的抖動：俯仰角、偏航角和翻滾 角。電子穩(wěn)像手段經(jīng)常輔助機械穩(wěn)像手段來補償機械穩(wěn)像精度外的小幅度抖 動，電子穩(wěn)像對于圖像翻滾的補償最為困難，常見兩軸云臺只能實現(xiàn)俯仰角 和偏航角的補償，為了降低電子穩(wěn)像的復(fù)雜度，機械穩(wěn)像選擇可以補償包括 翻滾角在內(nèi)三種姿態(tài)角的三軸云臺作為穩(wěn)像平臺。
針對攝像設(shè)備晃動角度范圍較大的情況，采用不同的控制方法來補償誤 差，將步進電機自身特性與PID算法結(jié)合，角度較小直接輸出計算脈沖個數(shù) 輸出脈沖，角度較大采用雙層控制算法輸出脈沖。傳統(tǒng)PID控制算法在誤差 較小時，輸出的控制量變得很小，導(dǎo)致偏差趨于零的速度變慢，因此需要對 傳統(tǒng)PID算法進行改進，從而加快誤差較小時的步進電機運行頻率，縮短云 臺達到穩(wěn)定的時間。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于三軸云臺的視頻穩(wěn)像方 法，可有效克服電子穩(wěn)像技術(shù)對視頻大幅度晃動處理效果不佳、常見兩軸云 臺不能實現(xiàn)對翻滾角的補償?shù)葐栴}，同時在保證可以實現(xiàn)三種姿態(tài)角度補償 的基礎(chǔ)上，改進控制算法，縮短補償時間。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明所提出的一種基于三軸云臺的視頻穩(wěn)像方法，具體包括以下步 驟：
S1：使用具有俯仰軸、偏航軸和翻滾軸的基于步進電機的三軸云臺作 為穩(wěn)像平臺，將攝像設(shè)備置于三軸云臺三條軸線交點處，慣性傳感器置于 三軸云臺的平面坐標軸的交點處采集攝像設(shè)備的姿態(tài)信息；姿態(tài)信息采集 基于三維穩(wěn)像平臺上安裝的慣性傳感器，慣性傳感器中的加速度計和陀螺 儀分別獲取攝像設(shè)備的三軸加速度ax，ay，az和三軸角速度ωx'，ωy'，ωz'；
S2：用采集到的加速度修正角速度漂移，將采集到的加速度和角速度 運用向量外積補償算法進行數(shù)據(jù)融合，并運用四元數(shù)解算出攝像設(shè)備姿態(tài) 角：翻滾角φ，垂直俯仰角θ，水平方位角ψ；
S3：通過步進電機對三軸云臺進行姿態(tài)調(diào)整；慣性傳感器和微控制器 相連，微控制器和步進電機的驅(qū)動器相連，由微控制器輸出脈沖信號控制 步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動；采用分級調(diào)節(jié)的方式控制步進電機驅(qū) 動器驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動，根據(jù)當前角度和期望角度差值的大小來選擇控 制方法，當角度差值小于T1時，直接計算應(yīng)輸出的脈沖數(shù)和脈沖頻率輸出 脈沖；當角度差值大于T1時，使用雙層控制算法輸出脈沖，第一層控制為角度層，第二層控制為速度層，角度層控制器被稱為角度控制器，速度層 控制器被稱為速度控制器；
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