一种带有云台的头戴式摄录系统及其控制方法.pdf

一种带云台的头戴式摄录系统，包括微型化智能云台，小型摄像头及头戴式辅助器件，其中智能化云台直接加装在小型摄像头上，头戴式辅助器件连接到微型化智能云台上，用于将摄录系统固定，所述智能化云台包括微型IMU九轴传感器，微型中央处理器MCU及微型精准步进电机，所述微型中央处理器MCU通过对姿态数据进行分析处理，来控制步进电机的转动，矫正摄像头的姿态。

1.  一种带云台的头戴式摄录系统，其特征在于：包括微型化智能云台，小型摄像头及头戴式辅助器件，其中智能化云台直接加装在小型摄像头上，头戴式辅助器件连接到微型化智能云台上，用于将摄录系统固定，所述智能化云台包括微型姿态传感器，微型中央处理器MCU及微型精准步进电机。

2.  根据权利要求1所述的带云台的头戴式摄录系统，其中所述姿态传感器是微型IMU九轴传感器，该微型IMU九轴传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，其包括各种运动传感器，通过内嵌的微型处理器得到三维姿态与方位等姿态数据。

3.  根据权利要求1所述的带云台的头戴式摄录系统，其中所述微型中央处理器MCU通过对姿态数据进行分析处理，来控制步进电机的转动，矫正摄像头的姿态。

4.  一种控制权利要求1-3任一项所述的带云台的头戴式摄录系统的方法，其特征在于：
使用微型中央处理器MCU预设小型摄像头姿态，姿态传感器获取小型摄像头的姿态方位并将姿态方位信息输出至微型中央处理器MCU运算存储预设值；
工作中，小型摄像头姿态改变后，姿态传感器获取小型摄像头的姿态，与预设姿态作对比；
如果小型摄像头姿态与预设姿态不相符，则微型中央处理器MCU运算分析输出控制信号至电机，电机转动矫正小型摄像头的姿态方位对小型摄像头的姿态方位进行调节；
如果小型摄像头姿态与预设姿态相符，则不执行小型摄像头的调节。

一种带有云台的头戴式摄录系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及头戴式稳定摄录技术领域，具体涉及高速云台的微型化以及与头戴式摄像头的结合，成为高度集成的一体化摄录设备。
背景技术
在现有的头戴式摄录设备中，摄像头的安装位置和视角都是固定的，随着人的运动或者头部的晃动，摄录视角会出现偏差，摄录画面也会非常不稳定。对此，现有头戴式摄录设备并没有行之有效的解决方案，只有一些简单的防抖措施(包括光学防抖和电子防抖)。而可以实时稳定姿态，跟踪视角的云台就可以完美的解决这个问题。现在也有装有电动云台的摄录设备，但是都是大型的固定摄像机或者航拍，手持摄像机。现有云台也不能直接装在微型头戴式摄录设备上。基于现有的头戴式摄录设备的诸多缺点，本发明创造性的把云台和头戴摄像头结合在了一起，并且微型化，高度集成，实现了头戴式摄录设备在复杂运动环境中依旧可以稳定摄录。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实时稳定姿态，跟踪视角的轻便头戴式摄录设备，以便摄录人员在复杂运动环境中依旧可以拍摄到高清稳定的画面。
本发明可定义为头戴式云台摄录设备，主要包括两大部分：微型化智能云台，小型摄像头及头戴式辅助器件。
现有的云台主要用于大型固定摄像机，航拍摄像机和手持摄像机，体积及质量都比较大，而且智能化程度普遍较低，很难适用于复杂运动环境中的轻便头戴式摄录系统。基于此，本发明设计了微型化，智能化 的可用于头戴式摄像头的云台。微型化智能云台直接加装在摄像头上，主要包括三部分：微型姿态传感器，微型MCU以及微型精准步进电机。
姿态传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含各种运动传感器，通过内嵌的微型处理器得到三维姿态与方位等姿态数据。本发明的姿态传感器选用了微型IMU九轴传感器(运动传感器)，微型低功耗的MPU(处理器)，利用特殊的三维算法和数据融合技术，实时输出零漂移三维姿态与方位数据。
本发明选用微型MCU作为中央控制器，通过对姿态数据进行分析处理，来控制步进电机的转动，矫正摄像头的姿态。
现有云台上的步进电机都比较大，不适用于轻便头戴式摄录系统。基于此本发明设计了微型精准步进电机。这种微型电机体积小，重量轻，精度高，反应迅速，可以满足复杂运动环境中对头戴摄像头的快速姿态调节。
本发明选用的头戴摄像头是一款小型并且可以高清摄录的摄像头，头戴式辅助器件包括摄像头安装底座及周边，提供支撑的眼镜框架或轻便型头盔。
具体地本发明的方案如下：
方案1、一种带云台的头戴式摄录系统，其特征在于：包括微型化智能云台，小型摄像头及头戴式辅助器件，其中智能化云台直接加装在小型摄像头上，头戴式辅助器件连接到微型化智能云台上，用于将摄录系统固定，所述智能化云台包括微型姿态传感器，微型中央处理器MCU及微型精准步进电机。
方案2、根据方案1所述的带云台的头戴式摄录系统，其中所述姿态传感器是微型IMU九轴传感器，该微型IMU九轴传感器是基于MEMS技术 的高性能三维运动姿态测量系统，其包括各种运动传感器，通过内嵌的微型处理器得到三维姿态与方位等姿态数据。
方案3、根据方案1所述的带云台的头戴式摄录系统，其中所述微型中央处理器MCU通过对姿态数据进行分析处理，来控制步进电机的转动，矫正摄像头的姿态。
方案4、一种控制方案1-3任一项所述的带云台的头戴式摄录系统的方法，其特征在于：
使用微型中央处理器MCU预设小型摄像头姿态，姿态传感器获取小型摄像头的姿态方位并将姿态方位信息输出至微型中央处理器MCU运算存储预设值；
工作中，小型摄像头姿态改变后，姿态传感器获取小型摄像头的姿态，与预设姿态作对比；
如果小型摄像头姿态与预设姿态不相符，则微型中央处理器MCU运算分析输出控制信号至电机，电机转动矫正小型摄像头的姿态方位对小型摄像头的姿态方位进行调节；
如果小型摄像头姿态与预设姿态相符，则不执行小型摄像头的调节。
除了上述所述描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其他目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明的最优实施方式进行说明。
附图说明
图1为本发明微型姿态传感器示意图；
图2为控制摄像头姿态的总体功能流程框图；
图3为预设摄像头姿态的功能流程框图；
图4为调整摄像头姿态的功能流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
结合附图，以下对本发明整体的组成和功能做进一步详细说明。
本发明的硬件方面主要包括微型化智能云台，小型摄像头及头戴式辅助器件，软件方面主要包括基于IMU九轴传感器原始数据的三维姿态和方位数据的获得(三维算法和数据融合技术)，总控制器MCU的反馈姿态调节算法。
如图1所示，微型姿态传感器主要由IMU九轴传感器，微型MPU组成。IMU九轴传感器包括：三轴加速度计，三轴陀螺仪以及三轴磁力计，分别实时测量摄像头的加速度信息，角速度信息和所处位置的磁场强度信息，这些信息传到微型MPU，运用特殊的三维算法和数据融合技术分析就可以得到摄像头实时的以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态和方位数据。
图2为控制摄像头姿态的总体功能流程框图；中央控制器接受姿态传感器感测的摄像头姿态数据，并输出控制信号到电机，通过驱动电机改变、矫正摄像头姿态、方位。
图3为预设摄像头姿态的功能流程框图，摄像头要保持的姿态和方位要事先预设在微型中央控制器MCU中，具体的预设方法是：
调节微型化智能云台进入姿态方位预设模式，摄像头保持预设值状态，姿态传感器获取预设状态的姿态数据，然后传给中央微型控制器MCU，MCU运算分析后存储在内存中。
图4为调整摄像头姿态的功能流程框图。微型智能化云台对头戴式摄像头的姿态调整频率主要取决于微型姿态传感器的姿态采样频率，微型中央控制器MCU的运算能力，以及精准步进电机的可调节频率。综合以上制约条件，本发明将微型智能化云台设计为可选择其调节灵敏度和频率，以满足剧烈运动中的精准快速调节以及平缓运动中慢速调节来降低功耗。
微型中央控制器MCU得到微型姿态传感器发来的摄像头的三维姿态和方位数据后，与预设的摄像头要保持的姿态和方位做对比分析，运算后给微型精准电机发出控制信号，电机得到控制信号后，各个方向的电机分别调整转动，对摄像头的姿态和方位做出矫正。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。