專利名稱：運(yùn)動平臺上雙攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減小盲區(qū)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動平臺上兩個攝像機(jī)獲得深度信息時，自主減小盲區(qū)的一種方法，具 體涉及一種利用人類眼球異向運(yùn)動原理，控制運(yùn)動平臺上兩個攝像機(jī)運(yùn)動來減小盲區(qū)方法。
背景技術(shù)：
在監(jiān)測監(jiān)控，視覺測距定位等系統(tǒng)中，需要獲得實(shí)時準(zhǔn)確的三維深度信息，眾所周知， 為了準(zhǔn)確實(shí)時的獲得三維深度信息，需要保證被測目標(biāo)始終處于兩個攝像機(jī)的公共視場當(dāng)中， 然而，對于一些需要將攝像機(jī)安裝到運(yùn)動平臺的情況，傳統(tǒng)的雙攝像頭監(jiān)控測距系統(tǒng)存在盲 區(qū)，不能使目標(biāo)區(qū)域始終在公共視場內(nèi)，如圖(1)所示?，F(xiàn)有的對于兩個攝像機(jī)處于移動平 臺上的測距系統(tǒng)一般是圖像處理的方法，來獲得深度信息，這種方法也稱為幀內(nèi)穩(wěn)像，用維 納濾波或逆濾波等方法復(fù)原線運(yùn)動形成的模糊圖像，但這種方法所能復(fù)原的程度是極其有限 的，處理速度很慢，無法滿足實(shí)時性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，提供一種基于仿生眼異向運(yùn)動原理的 運(yùn)動平臺上雙攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減小盲區(qū)的方法，根據(jù)兩個攝像機(jī)所在的移動平臺與被測目標(biāo) 的位置變化，分別對運(yùn)動平臺上兩個攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時控制，消除盲區(qū)，使被測目標(biāo)的區(qū)域始 終處于這兩個攝像頭的公共視場當(dāng)中，從而獲得實(shí)時準(zhǔn)確的三維深度信息。圖(2)是我們發(fā) 明的這種方法的效果示意圖，。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是人眼的異向運(yùn)動是人眼同時注視空間內(nèi)不同距離目 標(biāo)時，雙眼同時、等量、等速度地向相反方向運(yùn)動，使被注視的目標(biāo)處于兩眼的公共視場當(dāng) 中。圖(3)所示的是根據(jù)解剖學(xué)和生理神經(jīng)學(xué)建立的仿生眼雙目異向運(yùn)動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模
型，該模型已被生理學(xué)試驗(yàn)證實(shí)。圖(4)是圖(3)的簡化圖。運(yùn)動平臺上的兩個攝像機(jī)， 分別表示人的人的兩個眼睛，通過仿生眼異向運(yùn)動的控制算法調(diào)節(jié)這兩個攝像機(jī)，從而使被 測目標(biāo)的區(qū)域處于兩個攝像機(jī)的公共視場當(dāng)中。
根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種運(yùn)動平臺上雙攝像機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)減小盲區(qū)的方法，其特征在于控制操作步驟如下
1) 傳感器測量測量攝機(jī)運(yùn)動平臺與被測目標(biāo)位置參數(shù)；
2) A/D轉(zhuǎn)換對傳感器得到的連續(xù)模擬量通過A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量；
3) 數(shù)字濾波對采樣信號進(jìn)行平滑加工，增強(qiáng)有效信號，消除或減少噪聲；
4) 標(biāo)度轉(zhuǎn)換進(jìn)行傳感器的標(biāo)定，得到與傳感器輸出值相對應(yīng)的輸入值即運(yùn)動平臺的運(yùn)動參數(shù)值，同時將第1)步測量的結(jié)果計算轉(zhuǎn)化為攝像機(jī)I和II光軸與被測目標(biāo)的 夾角(為了便于控制，設(shè)攝像機(jī)I和II與被測目標(biāo)的夾角分別為正值和負(fù)值)；
5) 系統(tǒng)控制運(yùn)算獲得的運(yùn)動平臺運(yùn)動參數(shù)值通過單片機(jī)的控制算法，得到攝像機(jī)云臺 補(bǔ)償載體快速運(yùn)動所需要旋轉(zhuǎn)的速度和方向。
6) 控制雙攝像機(jī)運(yùn)動將得到的攝像機(jī)云臺補(bǔ)償載體快速運(yùn)動所需旋轉(zhuǎn)的角度和速度， 發(fā)送給攝像機(jī)云臺電機(jī)，控制攝像機(jī)的運(yùn)動。
上述的控制算法采用了人眼的視動反射的數(shù)學(xué)模型，如附圖(3)和圖(4)所示
圖中，模型的輸入量7;(s)和7;(s)分別是被測目標(biāo)與攝像機(jī)i和ii的光軸的位置夾角， 模型的輸出量A(力和A(》，7;是神經(jīng)積分器的時間常數(shù)，7;是眼外肌的時間常數(shù)，^是神 經(jīng)積分器直接通路的增益，符號"和;i分別代表傳遞視網(wǎng)膜滑動速度信號和視網(wǎng)膜滑動位移
信號的神經(jīng)纖維的突觸傳遞增益。根據(jù)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，r =25S， 7;二0.24s， ge=0.24，
圖中(4)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可表示為等式(1)和等式(2):
《(》][G^+W)+(W+/V >]^T-KW-五々)][詠+義A)+("P+wK1^7 (1)
《+i 《+i
￡々)=[7;(力-￡/(觀(/^+/)義)+ (爐+/^>]~^7-[7;(力-￡,(觀詠+;^) + (;;/3+諷>]^7 (2)
《+l 《+l
根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，編好單片機(jī)的程序，即可計算出所需的控制量，發(fā)送給攝像機(jī)云臺 的電機(jī)，控制攝像機(jī)的運(yùn)動。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明設(shè)計的運(yùn)動平臺上雙
攝像機(jī)可以根據(jù)仿生眼異向運(yùn)動原理，根據(jù)目標(biāo)的位置移動，像人類眼球一樣，兩攝像機(jī)自 主實(shí)時地調(diào)節(jié)，從而使被測目區(qū)域處于兩攝像機(jī)的公共視場當(dāng)中，獲得三維深度信息。單片 機(jī)只要接受傳感器數(shù)據(jù)將自動按照編好的程序進(jìn)行簡單運(yùn)算，就可以控制攝像機(jī)云臺的電機(jī) 以一定的命令按相應(yīng)的方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)時補(bǔ)償平臺自身的運(yùn)動，消除盲區(qū)現(xiàn)象。


圖l傳統(tǒng)雙攝像機(jī)獲得深度信息的示意圖2基于異向運(yùn)動原理的雙攝像機(jī)獲得深度信息的示意圖3仿生眼異向運(yùn)動控制系統(tǒng)圖4仿生眼異向運(yùn)動控制系統(tǒng)簡圖5利用本發(fā)明方法的控制操作流程圖；圖6實(shí)例的系統(tǒng)示意圖； 圖7實(shí)例的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例如下詳述參見圖5，本基于仿生眼異向運(yùn)動原理的運(yùn)動平臺 上雙攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減小盲區(qū)的方法，基于人類眼球異向運(yùn)動的原理，當(dāng)裝載有雙攝像機(jī)的 運(yùn)動平臺與目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生位置變化時，控制該雙攝像機(jī)的角度和方向，使目標(biāo)區(qū)域始終處于 兩個攝像機(jī)的公共視場，從而獲得目標(biāo)區(qū)域的三維深度信息。其控制操作步驟如下-
1) 傳感器測量測量攝像機(jī)運(yùn)動平臺與被測目標(biāo)位置參數(shù)；
2) A/D轉(zhuǎn)換對傳感器得到的連續(xù)模擬量通過A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量；
3) 數(shù)字濾波對采樣信號進(jìn)行平滑加工，增強(qiáng)有效信號，消除或減少噪聲；
4) 標(biāo)度轉(zhuǎn)換進(jìn)行傳感器的標(biāo)定，得到與傳感器輸出值相對應(yīng)的輸入值，即運(yùn)動平臺的運(yùn)動 參數(shù)值，同時將l)部測量的結(jié)果計算轉(zhuǎn)化為兩個攝像機(jī)的光軸與被測目標(biāo)的夾角；
5) 系統(tǒng)控制運(yùn)算獲得的運(yùn)動平臺運(yùn)動參數(shù)值通過單片機(jī)的控制算法，得到攝像機(jī)云臺補(bǔ)償 載體快速運(yùn)動所需旋轉(zhuǎn)的速度和方向。
6) 控制攝像機(jī)運(yùn)動將得到的攝像機(jī)云臺補(bǔ)償載體快速運(yùn)動所需旋轉(zhuǎn)的速度和方向，發(fā)送給 攝像機(jī)云臺的電機(jī)，控制攝像機(jī)的運(yùn)動。
參見圖6和圖7，本基于仿生眼異向運(yùn)動原理的運(yùn)動平臺上雙攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減小盲區(qū)
的方法，用于小型無人旋翼機(jī)的野外定點(diǎn)著陸系統(tǒng)，系統(tǒng)包括地面控制系統(tǒng)1和機(jī)載控制系
統(tǒng)2和小型無人旋翼機(jī)3。機(jī)載系統(tǒng)2包括飛行控制系統(tǒng)單元15和基于仿生眼的雙攝像機(jī)控 制系統(tǒng)13。飛控傳感器系統(tǒng)(陀螺儀、高度計、速度計)i6采集相應(yīng)的信息，通過A/D輸入 到飛行控制系統(tǒng)。飛控導(dǎo)航系統(tǒng)(電子羅盤和GPS)通過RS-232與飛控系統(tǒng)提供導(dǎo)航信息。 地面手動操作可以使用RC觸發(fā)器5與RC接收器發(fā)送操作命令，通過模擬開關(guān)6將命令輸入 飛行控制單元15。飛行控制單元15根據(jù)上述的采集到的信息和命令，對執(zhí)行單元4 (控制閥、 舵機(jī)和升降機(jī))控制，從而控制無人旋翼機(jī)的姿態(tài)。地面控制中心7通過數(shù)據(jù)鏈8和RS-232 發(fā)送命令并接受飛控系統(tǒng)15的信息反饋。飛控系統(tǒng)單元15與攝像機(jī)控制單元13通過串口通 信。攝像機(jī)控制單元13，根據(jù)圖像處理單元U的信息反饋，結(jié)合仿生眼異向運(yùn)動的控制算 法，通過發(fā)送PWM波控制攝像機(jī)I和II,攝像機(jī)將獲得的信息，傳輸?shù)綀D像處理單元ll。圖 像處理單元11通過圖像數(shù)據(jù)鏈9，最終發(fā)送到地面監(jiān)視器ll。無人飛行器為上海箭微機(jī)電技 術(shù)有限公司研制的超小型旋翼飛行器，型號為SUAV-X160。圖像處理單元11的圖像數(shù)據(jù)采集 卡為加拿大MatrM公司生產(chǎn)，數(shù)據(jù)處理采用美國德州儀器公司的DSP圖像處理套件，型號為TMDX320026711。數(shù)據(jù)鏈8采用美國Maxstream生產(chǎn)的XStream XH9-019PKC-R,導(dǎo)航系統(tǒng)17 磁羅盤采用德國生產(chǎn)E-co卿ass-3磁羅盤和GPS采用中國臺灣的RGM300。傳感器系統(tǒng)16中 速度計采用SK—W型空速計，陀螺采用ENC-03J角速率陀螺。飛行控制單元15和攝像機(jī)控制 單元13采用美國德州儀器公司的DSPTMS320F2812, 攝像機(jī)系統(tǒng)采用日本Cannon公司的集 成電機(jī)和攝像機(jī)為一體的二維云臺VC-C50iR，有方位和俯仰兩個旋轉(zhuǎn)方向；地面系統(tǒng)1中， 地面控制中心7和地面檢測中心11均采用筆記本電腦ThinkPad T61。 本控制方法的控制步驟為-
a. 在機(jī)載系統(tǒng)2中將傳感器組16感知無人飛行器的飛行速度信號傳送至攝像機(jī)圖像13 處理；
b. 根據(jù)傳感器系統(tǒng)16和圖像處理單元的11的信息，雙攝像機(jī)控制單元13,對攝像機(jī)云 臺電機(jī)進(jìn)行控制，其中包括數(shù)字濾波、標(biāo)度轉(zhuǎn)換和控制運(yùn)算，運(yùn)算后得到攝像機(jī)云臺 系統(tǒng)12的攝像機(jī)I云臺電機(jī)和攝像機(jī)II云臺電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度和方向。
c. 攝像機(jī)系統(tǒng)12通過串口把采集的視頻傳送給圖像處理單元11;
d. 圖像處理單元11視頻數(shù)據(jù)鏈傳送到地面監(jiān)視器10，供有關(guān)人員觀察；
e. 地面控制中心7通過數(shù)據(jù)鏈接受飛行控制單元15的信息，同時也發(fā)送對飛行控制單 元發(fā)送命令，數(shù)據(jù)鏈與飛行控制單元是通過RS-232連接；
f. 地面監(jiān)控人員可以通過手柄控制RC觸發(fā)器與RC接收器5通過模擬開關(guān)6對飛行控制 單元15進(jìn)行實(shí)時控制。
本控制方法用于上述系統(tǒng)中的控制，效果良好，當(dāng)小型無人旋翼機(jī)野外定點(diǎn)著陸時后， 可以清晰的獲得定位點(diǎn)區(qū)域的信息，甚至可以達(dá)到著陸的零盲區(qū)，從而減少損失。
權(quán)利要求
1. 一種運(yùn)動平臺上雙攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減小盲區(qū)的方法，其特征在于基于人類眼球異向運(yùn)動的原理，當(dāng)裝載有雙攝像機(jī)的運(yùn)動平臺與目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生位置變化時，控制該雙攝像機(jī)的角度和方向，使目標(biāo)區(qū)域始終處于兩個攝像機(jī)的公共視場，從而獲得目標(biāo)區(qū)域的三維深度信息；其控制操作步驟如下1)傳感器測量測量攝像機(jī)運(yùn)動平臺與被測目標(biāo)位置參數(shù)；2)A/D轉(zhuǎn)換對傳感器得到的連續(xù)模擬量通過A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量；3)數(shù)字濾波對采樣信號進(jìn)行平滑加工，增強(qiáng)有效信號，消除或減少噪聲；4)標(biāo)度轉(zhuǎn)換進(jìn)行傳感器的標(biāo)定，得到與傳感器輸出值相對應(yīng)的輸入值，即運(yùn)動平臺的運(yùn)動參數(shù)值，同時將1)部測量的結(jié)果計算轉(zhuǎn)化為兩個攝像機(jī)的光軸與被測目標(biāo)的夾角；5)系統(tǒng)控制運(yùn)算獲得的運(yùn)動平臺運(yùn)動參數(shù)值通過單片機(jī)的控制算法，得到攝像機(jī)云臺補(bǔ)償載體快速運(yùn)動所需旋轉(zhuǎn)的速度和方向。6)控制攝像機(jī)運(yùn)動將得到的攝像機(jī)云臺補(bǔ)償載體快速運(yùn)動所需旋轉(zhuǎn)的速度和方向，發(fā)送給攝像機(jī)云臺的電機(jī)，控制攝像機(jī)的運(yùn)動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動平臺上雙攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減小盲區(qū)的方法。該方法是基于人類眼球異向運(yùn)動的原理，當(dāng)裝載有雙攝像機(jī)的運(yùn)動平臺與目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生相對位置變化時，控制這兩個攝像機(jī)的角度和方向，使目標(biāo)區(qū)域始終處于兩個攝像機(jī)的公共視場，從而獲得目標(biāo)區(qū)域的三維深度信息。該方法主要通過傳感器測量運(yùn)動平臺的運(yùn)動參數(shù)后，攝像機(jī)控制單元對上述參數(shù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、標(biāo)度轉(zhuǎn)換和控制運(yùn)算后，得到攝像機(jī)云臺電機(jī)補(bǔ)償平臺的移動所需要旋轉(zhuǎn)的角度和方向。此控制信號通過串口驅(qū)動運(yùn)動平臺上攝像機(jī)云臺的電機(jī)旋轉(zhuǎn)。采用本方法進(jìn)行簡單運(yùn)算，就可以控制攝像機(jī)云臺的電機(jī)以一定的速度按相應(yīng)的方向旋轉(zhuǎn)，消除裝載有攝像機(jī)平臺運(yùn)動時帶來的盲區(qū)。
文檔編號H04N5/232GK101420530SQ20081020337
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者夏冰玉, 李恒宇, 潘智昊, 濤 王, 均 羅, 謝少榮, 陳平偉 申請人:上海大學(xué)