專(zhuān)利名稱(chēng)：攝像機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種攝像機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及到幫助攝像機(jī)采集目標(biāo)的特寫(xiě)視頻信息，所說(shuō)的目標(biāo)則是競(jìng)賽中的運(yùn)動(dòng)員或節(jié)目中的演員。
運(yùn)動(dòng)節(jié)目一個(gè)目的是給觀看者身臨其境的感覺(jué)。為此，最好有多個(gè)攝像機(jī)采集領(lǐng)先的競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)員或節(jié)目中明星演員的激動(dòng)人心的特寫(xiě)鏡頭。如果鄰先的運(yùn)動(dòng)員或明星演員一般離開(kāi)攝像機(jī)太運(yùn)，周知是把攝像機(jī)放到運(yùn)動(dòng)員或演員身上，以便至少部分地表現(xiàn)他們。考慮到要有最令人感興趣的圖像，應(yīng)不斷地選擇和重新評(píng)價(jià)攝像方法。在演出和競(jìng)賽過(guò)程中，演員或運(yùn)動(dòng)員身上或靠近演員或運(yùn)動(dòng)員處以周知的方式存在有攝像機(jī)。例如，在自行車(chē)賽中，通常將攝像機(jī)安裝在相鄰的摩托車(chē)上。在帆船賽中，可以將攝像機(jī)安裝在參賽船的桅桿頂部。最難以成像的情況是航空比賽或表演，其中，參賽者在三維空間內(nèi)非?？焖俚剡\(yùn)動(dòng)，因而，攝像機(jī)操作者會(huì)很容易地錯(cuò)過(guò)參賽者。
在這種情況下，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在不使用許多運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中無(wú)法設(shè)置于參賽者附近的攝像機(jī)操作者的情況下，利用自動(dòng)制導(dǎo)式攝像機(jī)來(lái)捕獲最佳的影像。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如權(quán)利要求1中特征部分所述的裝置來(lái)解決上述問(wèn)題。
存在有多種用于監(jiān)控運(yùn)動(dòng)物體位置的系統(tǒng)。例如在歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)書(shū)第92303372.4號(hào)和92303372.2號(hào)中說(shuō)明了這種系統(tǒng)。但是，這種系統(tǒng)只局限于監(jiān)控物體的位置而不是監(jiān)控物體的方向和姿態(tài)。
本發(fā)明的系統(tǒng)能用一種高效跟蹤系統(tǒng)來(lái)代替攝像機(jī)的操作者；具體地說(shuō)，能夠在攝像機(jī)的取景框內(nèi)自動(dòng)地跟蹤選定的目標(biāo)。為此，所說(shuō)的目標(biāo)應(yīng)通過(guò)通訊裝置不斷地向工作臺(tái)提供自身的位置和姿態(tài)坐標(biāo)信息。所述目標(biāo)的位置和姿態(tài)信息由前述工作臺(tái)的信息處理裝置所處理，從而被轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)坐標(biāo)并傳送給攝像機(jī)的定向系統(tǒng)。每個(gè)目標(biāo)均可由一個(gè)工作臺(tái)上的多個(gè)攝像機(jī)來(lái)加以跟蹤，每個(gè)攝像機(jī)均帶有自己的定向系統(tǒng)。所有的定向系統(tǒng)均使用業(yè)已分配給這些定向系統(tǒng)的特定目標(biāo)的位置信息。這就能使要顯示出來(lái)的所有候選人均不斷地處在視域之內(nèi)以供選擇。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，接收站位于工作臺(tái)上并存儲(chǔ)有視頻信號(hào)，該視頻信號(hào)是攝像機(jī)利用例如典型的16mm膠片技術(shù)以確定的方式或者利用例如錄像帶技術(shù)以可擦除的方式獲得的。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，接收站不位于工作臺(tái)上，該接收站的操作者可瞬時(shí)地修正攝像機(jī)相對(duì)目標(biāo)的位置。這就能使目標(biāo)相對(duì)攝像機(jī)的位置達(dá)到最佳。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，每個(gè)目標(biāo)也可起作工作臺(tái)的作用，從而，使得接收站選擇最適當(dāng)?shù)墓ぷ髋_(tái)并使得所述工作臺(tái)上的攝像機(jī)形成要顯示的領(lǐng)先參賽者的最佳圖像。在本實(shí)施例中，所有目標(biāo)和工作臺(tái)的位置及姿態(tài)信息均由這些目標(biāo)和工作臺(tái)經(jīng)由通訊裝置傳給其它目標(biāo)和工作臺(tái)的信息處理系統(tǒng)。就對(duì)已定位的攝像制的制導(dǎo)來(lái)說(shuō)，目標(biāo)的姿態(tài)信息不一定是有用的，但是，如果上述目標(biāo)后來(lái)被選定為工作臺(tái)，并且，就推斷來(lái)說(shuō)如果通訊裝置的效率暫時(shí)下降，則所說(shuō)的信息就會(huì)變得很重要。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，如果通常為地面站的上述接收站遠(yuǎn)離所說(shuō)的比賽，則用于傳輸視頻信號(hào)的裝置可包括一個(gè)或多個(gè)中繼站；這些中繼站均配備有天線以便傳輸來(lái)自工作臺(tái)上攝像機(jī)的視頻信號(hào)。應(yīng)該注意，在后一種情況中，中繼站還最好將自身的坐標(biāo)提供給所說(shuō)的信息處理裝置，因此，天線能夠有效地彼此對(duì)向定位以確保最佳的傳輸質(zhì)量。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，用諸如名為NAVSTAR/GPS和GLONASS的周知系統(tǒng)之類(lèi)的全球定位系統(tǒng)來(lái)采集前述位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。上述系統(tǒng)在例如歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)書(shū)第92310832.8號(hào)或英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)書(shū)第8827257號(hào)中有所說(shuō)明。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，用慣性制導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)輔助以下將說(shuō)明的工作臺(tái)、目標(biāo)或中繼站的目標(biāo)全球定位系統(tǒng)。所說(shuō)的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)例如包括三個(gè)由與陀螺儀相連的加速度表所構(gòu)成的組件，每個(gè)組件均適用于目標(biāo)的三個(gè)Ox、Oy、Oz坐標(biāo)系統(tǒng)中的一個(gè)。如果例如衛(wèi)星與物體的全球定位系統(tǒng)之間的通訊因其它目標(biāo)的介入而降低效率或中斷，具體地說(shuō)，如果參賽者彼此重疊在一起，那么，上述慣性制導(dǎo)系統(tǒng)是有用的。對(duì)本發(fā)明中實(shí)際使用的全球定位系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般的操作周期為一秒，衛(wèi)星與目標(biāo)之間的傳輸中斷則持續(xù)若干秒；目標(biāo)的信息處理裝置可以利用上述慣性制導(dǎo)系統(tǒng)在發(fā)生中斷之前根據(jù)目標(biāo)先前的有效位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷，直至在恢復(fù)與衛(wèi)星的通訊時(shí)進(jìn)行了最后的修正。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，可以通過(guò)從目標(biāo)的全球位置矢量中減去工作臺(tái)的全球位置矢量并將結(jié)果矢量影射至工作臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)上而獲得目標(biāo)在工作臺(tái)坐標(biāo)內(nèi)的位置。具體地說(shuō)，可利用差分全球定位系統(tǒng)或D-GPS來(lái)獲得這種數(shù)據(jù)，而所說(shuō)的差分全球定位系統(tǒng)或D-GPS則通過(guò)三角測(cè)量來(lái)提供姿態(tài)數(shù)據(jù)。英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)書(shū)第9004433.0號(hào)說(shuō)明了這種差分全球定位系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，攝像機(jī)的定向系統(tǒng)可以使攝像機(jī)指向任何方向。
在每個(gè)目標(biāo)均有固定任務(wù)并且例如一個(gè)工作臺(tái)可拍攝一個(gè)目標(biāo)的簡(jiǎn)單環(huán)境中，一般不必采集目標(biāo)的的姿態(tài)數(shù)據(jù)，因此，就確定目標(biāo)的位置而言，有一個(gè)用于該目標(biāo)的全球定位系統(tǒng)就足夠了；相反，對(duì)工作臺(tái)和任何移動(dòng)的中繼站來(lái)說(shuō)，姿態(tài)對(duì)攝像機(jī)和天線的定向是很重要的。所以，工作臺(tái)和各個(gè)中繼站均需要一個(gè)用于位置的全球定位系統(tǒng)和至少兩個(gè)用于姿態(tài)的輔助全球定位系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及到在比賽實(shí)況報(bào)導(dǎo)過(guò)程中使用上述系統(tǒng)。具體地說(shuō)，應(yīng)該注意，在選擇最佳影像時(shí)，可將工作臺(tái)選定為目標(biāo)或者相反。
權(quán)利要求中說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施例的其它實(shí)例。
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1概略地顯示了兩個(gè)飛機(jī)、一個(gè)中繼飛機(jī)、三個(gè)全球定位系統(tǒng)、一個(gè)視頻無(wú)線通訊地面站以及一個(gè)無(wú)線通訊地面站；圖2概略地顯示了全球定位系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)GPS)如何三個(gè)衛(wèi)星的幫助下起作用并說(shuō)明了如何使用該定位系統(tǒng)去進(jìn)行姿態(tài)測(cè)定；圖3顯示了視頻信號(hào)的路徑，此圖說(shuō)明了攝像機(jī)工作臺(tái)飛機(jī)是怎樣拍攝目標(biāo)飛機(jī)的并說(shuō)明了用于傳輸上述視頻信號(hào)的裝置的操作情況；圖4概略地顯示了通訊裝置的操作情況，特別是顯示了所述三個(gè)飛機(jī)與地面站是如何進(jìn)行通訊的。
圖1顯示了假定在一輔助觀察飛機(jī)上的假想觀看者所看到的兩個(gè)飛機(jī)4.5。盡管所說(shuō)的系統(tǒng)可包括更多的衛(wèi)星，但示出了三個(gè)全球定位衛(wèi)星1、2、3。中繼飛機(jī)6使得飛機(jī)4和5能將視頻信號(hào)傳輸給地面接收器8。中繼飛機(jī)6還能對(duì)飛機(jī)4、5與地面通訊站7之間的通訊起中繼作用。應(yīng)該注意，兩個(gè)飛機(jī)4、5中的任何一個(gè)均可既定為目標(biāo)或者既定為工作臺(tái)；信息處理裝置(未顯示)分布在飛機(jī)4、5、6。通訊站7與接收器8之間。
圖2顯示了圖1所示的飛機(jī)中的任何一個(gè)即兩個(gè)飛機(jī)4、5和中繼飛機(jī)6以何種方式帶有(至少)三個(gè)GPS接收器9、10、11以使信息處理裝置(未顯示)能夠計(jì)算出飛機(jī)的位置和姿態(tài)。應(yīng)該注意，一般的GPS可提供30至100米范圍的精確度；但是，對(duì)距離變化的測(cè)定要精確得多，精確在毫米范圍內(nèi)，這是因?yàn)?，給定衛(wèi)星所提供的距離信息的誤差是恒定的并且會(huì)形成一可高度調(diào)節(jié)的偏差。多個(gè)有效衛(wèi)星會(huì)通過(guò)冗余形成額外的測(cè)定可靠性。具體地說(shuō)，例如來(lái)自前述專(zhuān)利文件的周知信息處理裝置本身會(huì)計(jì)算出所有三個(gè)接收器9、10、11的全球位置矢量，從而計(jì)算出以飛機(jī)為界的坐標(biāo)系統(tǒng)的方向、該系統(tǒng)的歐拉角度以及上述數(shù)據(jù)在每個(gè)計(jì)算周期時(shí)的變化。
圖3顯示了這樣的情形即攝像機(jī)16從目標(biāo)4所采集到的視頻信號(hào)是如何首先經(jīng)由天線17、18從工作臺(tái)5傳輸(虛線)給中繼站6的，然后，又是如何經(jīng)由天線19傳輸(虛線)給帶有電視監(jiān)視器20的地面站8的。上述用于傳輸視頻信號(hào)的裝置的操作包括不僅通過(guò)GPS12和13使攝像機(jī)16精確地指向目標(biāo)4，而且通過(guò)GPS13和14使電線17和18彼此精確地對(duì)向；以及，還通過(guò)GPS19和15使得天線19和地面站6彼此精確地對(duì)向。上述信息處理裝置(未顯示)能進(jìn)行這種精確的定向，為該信息處理裝置提供有GPS數(shù)據(jù)，并且，該信息處理裝置能將任何全球位置矢量從大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相對(duì)坐標(biāo)。例如，目標(biāo)4的全球位置矢量是這種一種矢量，它具有位于地球中心的原點(diǎn)以及位于GPS12的端占；工作臺(tái)5的全球位置矢量是這樣一種矢量，它具有位于地球中心的原點(diǎn)以及位于GPS 13的端點(diǎn)。所說(shuō)的信息處理裝置會(huì)根據(jù)帶有位于GPS 13的原點(diǎn)以及位于GPS 12的端點(diǎn)的矢量來(lái)考慮到三個(gè)GPS9、10、11(圖2)所確定的工作臺(tái)5的姿態(tài)，以便使攝像機(jī)16正確地指向目標(biāo)4。
圖4概略地顯示了三個(gè)飛機(jī)4、5、6和地面站7是如何利用帶有非定向天線21、22、23的無(wú)線電設(shè)備進(jìn)行通訊的。上述天線與用于傳輸視頻信號(hào)的裝置的天線不同，不需要彼此對(duì)向以進(jìn)行通訊。圖4中的雙箭頭概略地示出了這一點(diǎn)。上述簡(jiǎn)化系統(tǒng)的所有裝置均可使用相同的頻率以廣播它們的全球位置矢量、當(dāng)前使用的衛(wèi)星、攝像機(jī)控制信息以及其它相關(guān)數(shù)據(jù)。為了能使用單一的頻率，可以使用符合Collison Detection(沖突檢測(cè))通訊標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線Carrier Sense Multiple Access(載體檢測(cè)多路存取)(ANSI/IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.3-1985和ISO/DIS 8802/3)。還示出了一地面控制裝置24，在該控制裝置中進(jìn)行攝像機(jī)選擇、目標(biāo)選擇和變焦控制。上述地面控制裝置的信息處理裝置根據(jù)飛機(jī)的信息處理裝置進(jìn)行操作以便協(xié)調(diào)活動(dòng)并分配信息處理任務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種攝像機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，它利用至少一個(gè)攝像機(jī)來(lái)采集至少一個(gè)目標(biāo)的視頻信號(hào)并將該視頻信號(hào)傳輸給接收站，所述系統(tǒng)的特征在于，它包括-支承上述至少一個(gè)攝像機(jī)的工作臺(tái)，所述攝像機(jī)能隨著自身相對(duì)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而聚焦于目標(biāo)；-諸如位置和姿態(tài)測(cè)定系統(tǒng)之類(lèi)的多個(gè)信息處理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠計(jì)算出所述目標(biāo)在工作臺(tái)坐標(biāo)中的位置及方向；-用于將視頻信號(hào)傳輸給接收站的裝置；-上述多個(gè)信息處理裝置之間的通訊裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所說(shuō)的傳輸裝置將攝像機(jī)所采集的視頻信號(hào)傳給記錄這種信號(hào)的膠片或磁帶，或者將其傳給至少一個(gè)接收站或中繼站。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于-可以改變一個(gè)攝像機(jī)與一個(gè)目標(biāo)的歸屬關(guān)系；-目標(biāo)可起工作臺(tái)的作用，工作臺(tái)也可起目標(biāo)的作用；-全球定位系統(tǒng)采集目標(biāo)、工作臺(tái)以及中繼站的全球位置，相對(duì)位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)；以及-中繼站配備有可定向式的定向天線，從而能用通訊裝置和信息處理裝置使這些天線指向其它的中繼站或接收站。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，慣性制導(dǎo)系統(tǒng)支承著所說(shuō)的全球定位系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所說(shuō)的目標(biāo)和工作臺(tái)是飛機(jī)，并且，工作臺(tái)上的攝像機(jī)可定位成能相對(duì)工作臺(tái)的坐標(biāo)系統(tǒng)指向任何方向，同時(shí)，通過(guò)從目標(biāo)的全球位置矢量中減去工作臺(tái)的全球位置矢量并將結(jié)果矢量影射到工作臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)中，可以獲得所述目標(biāo)在工作臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所說(shuō)的工作臺(tái)和目標(biāo)是汽車(chē)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所說(shuō)的工作臺(tái)是固定的，所說(shuō)的目標(biāo)是配備有全球定位系統(tǒng)的汽車(chē)，而具有增強(qiáng)變焦能力的攝像機(jī)則定位于摩托車(chē)賽回路周?chē)?，以便能夠借助于汽?chē)的全球定位系統(tǒng)所提供的汽車(chē)的位置充分地利用變焦系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所說(shuō)的工作臺(tái)是飛機(jī)，所說(shuō)的目標(biāo)是地面上的汽車(chē)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所說(shuō)的工作臺(tái)承載著兩個(gè)平行的TV攝像機(jī)，這兩個(gè)攝像機(jī)用于進(jìn)行立體觀察，具體地說(shuō)，用于將視頻信號(hào)傳輸至觀眾所帶的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔。
10.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的使用方法。
全文摘要
一種攝像機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，它使用了多個(gè)分布在支承攝像機(jī)的工作臺(tái)上以及分布在攝像機(jī)目標(biāo)上的GPS，從而能使攝像機(jī)以及將視頻信號(hào)傳給接收器的天線自動(dòng)地定向。
文檔編號(hào)G01S5/14GK1138900SQ94194614
公開(kāi)日1996年12月25日 申請(qǐng)日期1994年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月23日
發(fā)明者卡爾·奧森 申請(qǐng)人:卡爾·奧森