CN102611841B - 一种摄影机的一维运动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摄影机的一维运动系统，其包括：步进电机，带动一滑块在轨道上运动，摄影机固定在所述滑块上；单片机，控制所述步进电机并通过一继电器控制摄影机的快门。所述单片机的控制模式有四种：单段延时摄影，多段延时摄影，单段平滑运动，多段平滑运动。本发明用单片机控制摄像机运动和快门启闭，简单可靠地实现了摄影机一维运动的自动化、参数化，使得用户能够通过设定一组参数的方式实现摄影机在空间中一个线段上的运动拍摄，从而满足一般电影摄影中运动镜头，以及延时摄影、逐格动画等拍摄要求，为摄影师提供更多创新空间。
Description
技术领域
本发明涉及摄影机的运动控制技术，具体涉及一种摄影机的一维运动系统。
背景技术
在生产生活中，运动控制技术被广泛采用，在其解决方案中，负载往往较低，不能承受重量较大的摄影机。在用于摄影机的运动控制中，手动控制摄影机轨道的方式较为笨重，且不能实现摄影机运动的自动控制；而现有电动摇臂设备并不能实现摄影机的精确定位，仍需人工参与运动控制。因而，如何根据摄影机的常见运动，优化其运动控制技术，实现摄影机一维运动的自动化、参数化控制，而满足一般电影摄影中运动镜头，以及延时摄影、逐格动画等拍摄要求，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摄影机的一维运动系统，其可以实现摄影机一维运动的自动化、参数化控制。
本发明的摄影机的一维运动系统，其包括：步进电机，带动一滑块在轨道上运动，摄影机固定在所述滑块上；单片机，控制所述步进电机和摄影机的快门。
其中，所述单片机通过一继电器控制摄影机的快门。所述继电器与摄影机快门之间的连接是有线连接或者无线连接。
根据本发明的一个实施方式，所述单片机采用单段延时摄影模式进行控制，该模式包括如下步骤：
用户操作滑块到运动终点位置；
用户设置运动参数，包括总帧数N、浓缩时间T、间停时间Te，其中，参数的合法性要求为N＞＝1，Tv＜Te＜T1，式中Tv为快门保持时间，T1＝T/(N-1)；
单片机计算L1和T1，其中L1＝L/(N-1)，式中L为轨道总长；
设置计数器为1，即i＝1；
驱动步进电机带动滑块返回运动起点，等待用户指令启动；
得到指令启动，进行如下步骤：
使摄影机快门开启，此时起算时间；
在等待快门保持时间Tv之后使摄影机快门关闭；
在等待间停时间Te之后使步进电机带动滑块按预定速度前进长度L1；
在等待时间T1之后使计数器进一，即i＝i+1；
重复上面四个步骤，直到计数器满足条件i＞＝N，停止计时，过程结束。
根据本发明的一个实施方式，所述单片机采用多段延时摄影模式进行控制，该模式包括如下步骤：
用户操作滑块到一段运动的终点位置；
用户设置该段运动的参数，包括总帧数N(j)、浓缩时间T(j)、间停时间Te(j)，其中，参数的合法性要求为N(j)＞＝1，Tv＜Te(j)＜T1(j)，式中Tv为快门保持时间，T1(j)＝T(j)/(N(j)-1)；
重复上两个步骤，直到所有的运动区段都设置完成；
单片机驱动步进电机带动滑块返回运动起点，等待用户指令启动；
得到指令启动，依次根据每一段对应的参数执行以下步骤：
单片机计算L1(j)和T1(j)，其中L1(j)＝L(j)/(N(j)-1)，式中L(j)为该段长度；
设置计数器为1，即i＝1；
使摄影机快门开启，此时起算时间；
在等待快门保持时间Tv之后使摄影机快门关闭；
在等待间停时间Te(j)之后使步进电机带动滑块按预定速度前进长度L1(j)；
在等待时间T1(j)之后使计数器进一，即i＝i+1；
重复上面四个步骤，直到计数器满足条件i＞＝N(j)，停止计时；
所有段都执行完毕后过程结束。
根据本发明的一个实施方式，所述单片机采用单段平滑运动模式进行控制，该模式包括如下步骤：
用户操作滑块到运动的终点位置；
用户设置运动速度v；
单片机驱动步进电机带动滑块返回运动起点；
用户选择手动或是自动运动；
如果是手动运动，则用户手动操作滑块运动，其运动速度固定为运动速度v，摄影机快门在运动过程中一直开启；
如果是自动运动，则步进电机按照运动速度v与预先设定的加速度曲线运动，摄影机快门在运动过程中一直开启。
根据本发明的一个实施方式，所述单片机采用多段平滑运动模式进行控制，该模式包括如下步骤：
用户操作滑块到一段运动的终点位置；
用户设置该段的运动速度v(j)；
重复上两个步骤，直到所有的运动区段都设置完成；
单片机驱动步进电机带动滑块返回运动起点；
依次对每段运动执行以下步骤：
步进电机按照该段的运动速度v(j)与预先设定的加速度曲线运动，摄影机快门在运动过程中一直开启；
所有段都执行完毕后过程结束。
根据本发明的实施方式，上述各个模式中，所有步骤开始前滑块位于预定的起点。
在多段延时摄影模式和多段平滑运动模式中，用户对运动区段的设置是逐段进行的，上一段的终点即为下一段的起点。
本发明的有益效果主要体现在：用单片机控制摄像机运动和快门启闭，简单可靠地实现了摄影机一维运动的自动化、参数化，使得用户能够通过设定一组参数的方式实现摄影机在空间中一个线段上的运动拍摄，从而满足一般电影摄影中运动镜头，以及延时摄影、逐格动画等拍摄要求，为摄影师提供更多创新空间。
此外，本发明的摄影机的一维运动系统中，轨道配合大扭矩步进电机，满足了对较重的摄影机负载进行精确定位与运动控制的要求。
由于采用单片机，所有运动均可参数化控制，并且可重现，操作简便，动作可靠，定位与运动准确。
本发明还提供了四种实用的摄影机的运动拍摄模式，为摄影师提供了更多创新拍摄的空间，激发了创作灵感。
附图说明
图1显示了本发明的摄影机的一维运动系统的机械结构部分；
图2是本发明的摄影机的一维运动系统的电气原理图；
图3是本发明的摄影机的一维运动系统在单段延时摄影模式下的运动控制流程图；
图4是本发明的摄影机的一维运动系统在多段延时摄影模式下的运动控制流程图；
图5是本发明的摄影机的一维运动系统在单段平滑运动模式下的运动控制流程图；
图6是本发明的摄影机的一维运动系统在多段平滑运动模式下的运动控制流程图。
元件列表：
轨道 0
步进电机 1
滑块 2
同步带轮 3
同步带轮 4
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，其显示了本发明的一个实施例，其中本发明的摄影机的一维运动系统采用步进电机1带动一滑块2在轨道0上运动，摄影机固定在滑块2上，随之一起运动，而所述步进电机1由一单片机通过步进电机驱动模块进行控制。
其中，所述步进电机1为大扭矩步进电机，可驱动摄影机负载，同时由于步进电机1本身具有开环控制、保持扭矩、定位精度高且不累积的特点，因而保证了定位精度。
所述单片机还控制摄影机的快门。优选的，其通过快门继电器控制摄影机的快门，所述继电器与摄影机快门之间的连接可以是有线的，也可以是无线的。由此直接同步遥控摄影机快门，实现无人值守延时摄影。
可以设置一控制器，其内置快门继电器与快门线。所述继电器由单片机控制，其常开触点连接到相机的快门线上，通过其闭合或断开，在延时摄影模式同步遥控摄影机快门开启或关闭。当然，也可以无线方式控制快门，此时将无需快门线，而可选无线通信装置连接所述继电器的常开触点和摄影机快门，实现无线遥控快门，减少连线。
该实施例中，直接采用深圳市科易威电子设备有限公司生产的BOHM50型线性模组，其中包括了轨道0、步进电机1和滑块2。
优选的，可在步进电机1上额外加装散热片。
步进电机1与控制器间可使用铜质电线连接，接口可采用RS232接口，每两个引脚接在一起。
步进电机1可以采用57型步进电机，可改造为86型。
滑块2与相机的连接可使用标准螺纹UNC1/4-20。
如图2所示，电路部分包括：
电池：直流24V，可充电电池(实际可采用磷酸铁锂充电电池)；
保险丝：防止电池过载；
总开关S1；
热继电器RJ1：防止步进电机1过热失灵；
快门继电器J1：用于在延时摄影模式遥控同步摄影机的快门，常开触点接到相机的快门；
单片机：提供用户操作界面与控制电路，其输入5v控制电压；输出：
STEP/DIR：用于控制步进电机驱动模块；
GATE：控制快门继电器J1，高电平时快门继电器J1闭合，低电平时快门继电器J1断开；
步进电机驱动模块：采用标准2相步进电机驱动模块，输入5v控制电压、24v负载电压、STEP/DIR控制信号，输出直接连接步进电机1。
可以单独设置一控制器箱体，除步进电机1和热继电器RJ1设置在轨道上以外，将所有其他的电气电子元件，包括单片机、步进电机驱动模块、快门继电器J1、快门线、总开关S1、保险丝、可充电电池，都设置在该控制器箱体中。控制器箱体外部设有充电接口、快门线接口(加装无线通信装置则可省略)、电源开关、步进电机连接接口等。
所述单片机对所述步进电机1进行一维开环运动控制，控制模式有四种：单段延时摄影，多段延时摄影，单段平滑运动，多段平滑运动。
如图3所示，单段延时摄影按照如下步骤进行：
首先，用户通过按钮操作滑块2到运动终点位置以确定运动终点，该步骤开始前滑块2位于预定的起点，该步骤确定了单段延时摄影的运动区段。
用户设置运动参数，包括总帧数N、浓缩时间T、间停时间Te，其中，参数的合法性要求为N＞＝1，Tv＜Te＜T1，式中T1＝T/(N-1)。浓缩时间T为延时摄影中的实际拍摄时间跨度。间停时间Te是在触发摄影机快门后摄影机保持静止的时间，在此期间摄影机快门可以打开而在固定位置进行曝光。快门保持时间Tv是摄影机快门触发后保持开启的时间，快门继电器闭合时快门开启，快门继电器断开时快门关闭。Tv是一个全局参数，通常不需要用户单独设置。总帧数N是摄影中一共触发摄影机快门的次数。T1即为每一帧的时间。
单片机计算L1和T1，其中L1＝L/(N-1)，式中L为轨道0总长。L1即为前后两帧摄影机位置之间的间隔长度。摄影机在每一帧中保持在轨道0上的一个位置，一帧拍摄完成后前进所述间隔长度L1。
设置计数器为1，即i＝1。
驱动步进电机1带动滑块2返回运动起点。由于用户设置运动终点后，滑块2位于终点位置，而运动需要从起点开始，因而就需要本步骤使滑块2返回起点，亦即预定的起点。
此时，准备就绪，等待用户指令启动。
在得到指令启动后进行如下步骤：
使快门继电器闭合，此时起算时间。
在等待快门保持时间Tv之后使快门继电器断开。
在等待间停时间Te之后使步进电机1带动滑块2按预定速度前进长度L1。
在等待时间T1之后使计数器进一，即i＝i+1。
上面四个步骤完成了一帧的拍摄，其中快门继电器通断了一次，使摄影机快门开闭了一次，摄影机在步进电机1的带动下在轨道0上前进了长度L1。
重复上面四个步骤，直到计数器满足条件i＞＝N，此时即完成了N帧的摄影，停止计时，单段延时摄影过程结束。
如图4所示，多段延时摄影按照如下步骤进行：
首先，用户通过按钮操作滑块2到一段运动的终点位置，以确定该运动区段，该段长度为L(j)；
用户设置该段运动的参数，包括总帧数N(j)、浓缩时间T(j)、间停时间Te(j)，其中，参数的合法性要求为N(j)＞＝1，Tv＜Te(j)＜T1(j)，式中Tv为快门保持时间，T1(j)＝T(j)/(N(j)-1)；
重复上两个步骤，直到所有的运动区段都设置完成；
其中，上述步骤开始前滑块2位于预定的起点，上述步骤是从预定的起点开始，逐段设置，上一段的终点即为下一段的起点。
单片机驱动步进电机1带动滑块2返回运动起点，亦即预定的起点；
此时，准备就绪，等待用户指令启动；
得到指令启动，依次根据每一段对应的参数调用单段延时摄影的步骤。
如图5所示，单段平滑运动按照如下步骤进行：
首先，用户通过按钮操作滑块2到运动的终点位置，该步骤开始前滑块2也位于预定的起点；
用户设置运动速度v；
单片机驱动步进电机1带动滑块2返回运动起点，亦即预定的起点；
用户选择手动或是自动运动；
如果是手动运动，则用户通过按钮手动操作滑块2运动，其运动速度固定为运动速度v，摄影机快门在运动过程中一直开启；
如果是自动运动，则步进电机1按照运动速度v与预先设定的加速度曲线运动，摄影机快门在运动过程中一直开启。
如图6所示，多段平滑运动按照如下步骤进行：
首先，用户通过按钮操作滑块2到一段运动的终点位置，以确定该运动区段；
用户设置该段的运动速度v(j)；
重复上两个步骤，直到所有的运动区段都设置完成；
其中，上述步骤开始前滑块2位于预定的起点，上述步骤是从预定的起点开始，逐段设置，上一段的终点即为下一段的起点。
单片机驱动步进电机1带动滑块2返回运动起点，亦即预定的起点；
依次对每段运动调用单段平滑运动自动运动情况的步骤。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (2)
1.一种摄影机的一维运动系统，其特征在于，包括：
步进电机，带动一滑块在轨道上运动，摄影机固定在所述滑块上；
单片机，同步控制所述步进电机和摄影机的快门；
其中，所述单片机通过一继电器控制摄影机的快门，所述继电器与摄影机快门之间的连接是有线连接或者无线连接，所述单片机采用单段延时摄影模式进行控制，该模式包括如下步骤：
用户操作滑块到运动终点位置；
用户设置运动参数，包括总帧数N、浓缩时间T、间停时间Te，其中，参数的合法性要求为N>=1，Tv<Te<T1，式中Tv为快门保持时间，T1=T/(N-1)；
单片机计算L1和T1，其中L1=L/(N-1)，式中L为轨道总长；
设置计数器为1，即i=1；
驱动步进电机带动滑块返回运动起点，等待用户指令启动；
得到指令启动，进行如下步骤：
使摄影机快门开启，此时起算时间；
在等待快门保持时间Tv之后使摄影机快门关闭；
在等待间停时间Te之后使步进电机带动滑块按预定速度前进长度L1；
在等待时间T1之后使计数器进一，即i=i+1；
重复上面四个步骤，直到计数器满足条件i>=N，停止计时，过程结束。
2.根据权利要求1所述的摄影机的一维运动系统，其特征在于，所有步骤开始前滑块位于预定的起点。
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