CN103458184B - 一种应用手机进行云台远程控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用手机进行云台远程控制的方法，该方法通过云台转向控制、云台焦距控制、云台对焦控制三种模式对云台进行远程控制，通过对手机水平及上下转动的操作，模拟远端云台，控制云台运动；三种模式对应转向、焦距、对焦三种不同的控制，三种模式共同实现对云台的全方位控制；本发明解决了传统的云台操作杆、按键等操作复杂度高，利用手机通过无线网络对云台进行控制的手机屏幕有限等问题，采用通过对手机转动实现云台控制的更为直观、操控效率更高的方法，同时对云台的控制不仅限于将云台转动到合适的位置还包括对云台焦距和对焦的控制，调整云台监控视野及清晰度，最终达到按照用户需求，实现云台监控的精确定位。

Description

一种应用手机进行云台远程控制的方法

技术领域

本发明属于传感器技术及数字视频监控领域，尤其涉及一种应用手机进行云台远程控制的方法。

背景技术

随着多媒体技术和网络通信技术的迅速发展，视频监控技术在国民生产生活的各个领域得到了广泛应用。目前的数字视频监控一般采用将摄像机安装在云台上，通过云台控制摄像机进行水平、垂直方向的转动，云台控制系统对云台进行控制，带动摄像机转向需要监控的区域，将拍摄景象的视频流进行回传以实现远程监控。传统的对云台的控制有按键、摇杆、直接输控制命令等方式。

随着智能手机的大量普及，3G、WiFi 等无线网络的迅速发展，出现了使用智能手机通过无线网络对监控设备远程控制的方法，这使得对云台的控制打破了地域和时间的限制，手机使用者可以随时随地监控远端情况。但是由于手机触摸屏大小有限等特性，使得现有的各种操控远端云台方法在手机上使用显得很不方便。若为手机配置专门的摇杆设备，则其携带不方便。若在手机触摸屏上安排滑动条或操作按键来模拟云台操作面板，则会占用触摸屏很大的一部分显示空间，使得本就大小有限的触摸屏难以获得充分的屏幕空间播放实时传回的监控画面。

目前还未有依据手机陀螺仪的旋转角速度来控制远端云台运动的方法，同时要达到高质量的远程监控，不仅需要控制云台的转向还需要控制云台的焦距和对焦，以达到精准监控，而目前通过手机传感器对云台的控制仅限于转向的控制，还未有对云台焦距及对焦的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术在操控效率和用户体验方面的不足，提供一种手机传感器进行云台远程控制的方法，以提高对云台控制的智能化。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种应用手机进行云台远程控制的方法，手机内置有陀螺仪和重力感应器，其特征在于，该方法通过云台转向控制、云台焦距控制、云台对焦控制三种模式对云台进行远程控制，通过对手机水平及上下转动的操作，模拟远端云台，控制云台运动；三种模式对应转向、焦距、对焦三种不同的控制，三种模式共同实现对云台的全方位控制。

所述云台转向控制模式通过以下子步骤来实现：

第一步，为手机的陀螺仪建立三维坐标系，以手机屏幕为水平面建立坐标系，设定长为X轴，宽为Y轴，以与手机屏幕垂直的法线方向为Z轴，完成三维坐标系的建立；

第二步，设定采样间隔；

第三步，对陀螺仪的参数值进行采样；在Android或者IOS操作系统中通过调用系统API函数，可以获取陀螺仪在各个分量上（X，Y，Z轴）的旋转角速度，取得的旋转角速度为一个三元数组[x,y,z]，z值在云台转向控制过程中不使用，以下步骤只对[x,y]进行处理；对陀螺仪的参数值进行采样时得到的旋转角速度值记录为：[,],[,],[,],…,[,] ，i为采样次数；

第四步，确定手机转动的方向参数；依据陀螺仪参数值计算手机位置的变化，将从陀螺仪上获取的值进行分析来获得方向参数，将手机旋转的方向分为上，下，左，右四个方向，根据[x,y]的值进行判断；x表示手机按X轴转动的角速度，正负值分别代表向上下转动；y表示手机按Y轴转动的角速度，正负值分别代表向左右转动；

第五步，确定手机转动的角速度参数；依据采样间隔，设定参数n以防止云台由于手机的轻微抖动而发生同步抖动，参数n设定原理为:对于i个陀螺仪采样值，每n个划为一组求旋转角速度的平均值[,]，以[,]值作为该时间段的角速度参数，得到[,]，[,]，…，[,]，j<i；

第六步，将分析处理所得的数据转化为云台控制命令；将对[x,y]分析处理后所获得的方向参数和角速度参数，根据云台控制协议转化为相对应的云台控制命令；

第七步，将转化而来的云台控制命令放入控制命令队列，发送给远端云台，控制云台转动；

所述云台焦距控制模式和云台对焦控制模式，通过以下子步骤来实现：

第一步，为手机的重力感应器建立坐标系；以手机屏幕为水平面，设定长为X轴，宽为Y轴，以与手机屏幕垂直的法线方向为Z轴，完成三维坐标系的建立；

第二步，获取手机重力感应器的参数值；在Android或者IOS操作系统中可以通过调用系统API函数，获取手机在各个分量上（X，Y，Z轴）的当前重力加速度值；取得的数值为一个三元数组[x,y,z]，后续步骤只对[z]进行处理；

第三步，设定采样间隔，定时对内置重力感应器的参数值进行采样；

第四步，确定手机转动的方向参数；分析获取的重力感应器的参数值，对比[z_i]与[z_i-1]的值；倘若[z_i]大于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向上倾斜，倘若[z_i]小于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向下倾斜；为了防止云台由于手机的轻微抖动而发生同步抖动，在连续对比2-3组数据都得出的同样的结果时，才认为用户确实是在使手机向上或向下倾斜；

第五步，将分析处理所得的数据转化为云台控制命令；根据云台控制协议将对[z]分析处理后获得的方向参数转化为云台控制命令；在云台焦距控制模式下，把向上倾斜对应为摄像头焦距拉近即ZoomTele指令，向下倾斜对应为摄像头焦距拉远即ZoomWide指令；在云台对焦控制模式下，把向上倾斜对应为摄像头焦点拉近即FocusNear指令，向下倾斜对应为摄像头焦点拉远即FocusFar指令；

第六步，将转化而来的云台控制命令放入控制命令队列，依次发送给远端云台，控制云台焦距或云台对焦。

本发明的有益效果是：本发明应用手机进行云台远程控制的方法利用手机内置的陀螺仪和重力感应器感知用户对手机的操作，将其转化为控制命令控制远端云台模拟手机进行同步的上下左右转动，在控制远端云台转向的同时，调节云台的焦距和控制对焦。本发明解决了传统的云台操作杆、按键等操作复杂度高，新兴的利用手机通过无线网络对云台进行控制的手机屏幕有限等问题，采用通过对手机转动实现云台控制的更为直观、操控效率更高的方法，同时对云台的控制不仅限于将云台转动到合适的位置还包括对云台焦距和对焦的控制，调整云台监控视野及清晰度，最终达到按照用户需求，实现云台监控的精确定位。

附图说明

图1为手机的三维坐标系的示意图；

图2为本发明的方法原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

如图2所示，本发明应用手机进行云台远程控制的方法的基本原理是：目前的智能手机一般都内置有陀螺仪和重力感应器。陀螺仪可以感知当我们对手机进行转动时，手机三维空间中空间各分量（X,Y,Z轴）上转动的角速度，我们可以据此将其转化成云台转向控制的指令，从而达到手机远程控制云台转动的目的；重力感应器可以感知手机在三维空间中空间各分量（X,Y,Z轴）的重力加速度的投影值，当我们对手机上下转动时，Z轴上的重力加速度的分量就会发生变化，据此将其转化成云台焦距及对焦控制指令，以调节远端云台的焦距及控制对焦。

本发明应用手机进行云台远程控制的方法，通过云台转向控制、云台焦距控制、云台对焦控制三种模式对云台进行远程控制，通过对手机水平及上下转动的操作，模拟远端云台，控制云台运动。三种模式对应转向、焦距、对焦三种不同的控制，三种模式可以按需选择，以达到对云台的全方位控制，每一种模式的具体操作如下：

模式一：云台转向控制

云台转向控制的原理为获取陀螺仪转动的角速度，将其转化为云台控制指令，使云台按照与陀螺仪相同或者相近的角速度上下左右转动。

具体步骤如下：

第一步，为手机的陀螺仪建立三维坐标系（如图1所示）。以手机屏幕为水平面建立坐标系。设定长为X轴，宽为Y轴，以与手机屏幕垂直的法线方向为Z轴，完成三维坐标系的建立。

第二步，设定采样间隔。采样间隔的选取以不遗漏人对手机操作的停顿时间为标准，可取50ms的整数倍。

第三步，对陀螺仪的参数值进行采样。在Android或者IOS操作系统中通过调用系统API函数，可以获取陀螺仪在各个分量上（X，Y，Z轴）的旋转角速度，取得的旋转角速度为一个三元数组[x,y,z]，z值在云台转向控制过程中不使用，以下步骤只对[x,y]进行处理。对陀螺仪的参数值进行采样时得到的旋转角速度值记录为：[,],[,],[,],…,[,] ，i为采样次数。

第四步，确定手机转动的方向参数。依据陀螺仪参数值计算手机位置的变化，将从陀螺仪上获取的值进行分析来获得方向参数，将手机旋转的方向分为上，下，左，右四个方向，根据[x,y]的值进行判断。x表示手机按X轴转动的角速度，正负值分别代表向上下转动；y表示手机按Y轴转动的角速度，正负值分别代表向左右转动。

第五步，确定手机转动的角速度参数。依据采样间隔，设定参数n（n为自然数）以防止云台由于手机的轻微抖动而发生同步抖动，参数n设定原理为:对于i个陀螺仪采样值，每n个划为一组求旋转角速度的平均值[,]，以[,]值作为该时间段的角速度参数，得到[,]，[,]，…，[,]，j<i。

第六步，将分析处理所得的数据转化为云台控制命令。将对[x,y]分析处理后所获得的方向参数和角速度参数，根据云台控制协议转化为相对应的云台控制命令。

假设云台控制协议中最大速度字节为，手机内置陀螺仪返回的旋转角速度为，云台的最大转速为,那么发送的云台控制命令的速度参数为。

以PELCO-D协议为例，命令格式如下：

字节1

字节2

字节3

字节4

字节5

字节6

字节7

同步字节

地址码

指令码1

指令码2

数据码1

数据码2

校验码

数据码1表示镜头左右平移的速度，数值从$00(停止)到$3F(高速)，另外还有一个值是$FF，表示最高速；数据码2表示镜头上下移动的速度，数值从$00(停止)到$3F(最高速)。$00(停止)到$3F(高速)每一个值都代表不同的角速度，根据速度参数计算公式可以将获取的陀螺仪旋转角速度值转换为相应的速度控制命令。

第七步，将转化而来的云台控制命令放入控制命令队列，发送给远端云台，控制云台转动。

模式二：云台焦距控制

云台焦距控制的原理为根据手机内置重力感应器感知手机在三维空间中空间各分量（X,Y,Z轴）的重力加速度的投影值，当我们对手机上下转动时，Z轴上的重力加速度的分量就会发生变化，据此将其转化成云台焦距控制指令，控制远端云台焦距远近变化，调节云台的监控视野。

具体步骤如下：

第一步，为手机的重力感应器建立坐标系（如图1所示）。以手机屏幕为水平面，设定长为X轴，宽为Y轴，以与手机屏幕垂直的法线方向为Z轴，完成三维坐标系的建立。

第二步，获取手机重力感应器的参数值。在Android或者IOS操作系统中可以通过调用系统API函数，获取手机在各个分量上（X，Y，Z轴）的当前重力加速度值。取得的数值为一个三元数组[x,y,z]，后续步骤只对[z]进行处理。

第三步，设定采样间隔，定时对内置重力感应器的参数值进行采样。设定一定的采样间隔，采样间隔的选取以不遗漏人对手机操作的停顿时间为标准，可取50ms的整数倍，通过第二步中的重力感应器参数值采样方法，依次获得[z₀]，[z₁]，[z₂]，…,[z_i],其中i为采样的次数。

第四步，确定手机转动的方向参数。分析获取的重力感应器的参数值，对比[z_i]与[z_i-1]的值。倘若[z_i]大于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向上倾斜，倘若[z_i]小于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向下倾斜。为了防止云台由于手机的轻微抖动而发生同步抖动，在连续对比2-3组数据都得出的同样的结果时，才认为用户确实是在使手机向上（下）倾斜。

第五步，将分析处理所得的数据转化为云台控制命令。根据云台控制协议将对[z]分析处理后获得的方向参数转化为云台控制命令，把向上倾斜对应为摄像头焦距拉近即ZoomTele指令，向下倾斜对应为摄像头焦距拉远即ZoomWide指令。

第六步，将转化而来的云台控制命令放入控制命令队列，依次发送给远端云台，控制云台焦距。

模式三：云台对焦控制

云台对焦控制的原理为根据手机内置重力感应器感知手机在三维空间中空间各分量（X,Y,Z轴）的重力加速度的投影值，当我们对手机上下转动时，Z轴上的重力加速度的分量就会发生变化，据此将其转化成云台对焦控制指令，控制远端云台焦点远近变化，以调节云台监控画面的清晰度。

第一步，为手机的重力感应器建立坐标系（如图1所示）。以手机屏幕为水平面，设定长为X轴，宽为Y轴，以与手机屏幕垂直的法线方向为Z轴，完成三维坐标系的建立。

第二步，获取手机重力感应器的参数值。在Android或者IOS操作系统中可以通过调用系统API函数，获取手机在各个分量上（X，Y，Z轴）的当前重力加速度值。取得的数值为一个三元数组[x,y,z]，后续步骤只对[z]进行处理。

第三步，设定采样间隔，定时对内置重力感应器的参数值进行采样。设定一定的采样间隔，采样间隔的选取以不遗漏人对手机操作的停顿时间为标准，可取50ms的整数倍，通过第二步中的重力感应器参数值采样方法，依次获得[z₀]，[z₁]，[z₂]，…,[z_i],其中i为采样的次数。

第四步，确定手机转动的方向参数。分析获取的重力感应器的参数值，对比[z_i]与[z_i-1]的值。倘若[z_i]大于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向上倾斜，倘若[z_i]小于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向下倾斜。为了防止云台由于手机的轻微抖动而发生同步抖动，在连续对比2-3组数据都得出的同样的结果时，才认为用户确实是在使手机向上（下）倾斜。

第五步，将分析处理所得的数据转化为云台控制命令。根据云台控制协议将对[z]分析处理后获得的方向参数转化为云台控制命令，把向上倾斜对应为摄像头焦点拉近即FocusNear指令，向下倾斜对应为摄像头焦点拉远即FocusFar指令。

第六步，将转化而来的云台控制命令放入控制命令队列，依次发送给远端云台，控制云台对焦。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (1)

1.一种应用手机进行云台远程控制的方法，手机内置有陀螺仪和重力感应器，其特征在于，该方法通过云台转向控制、云台焦距控制、云台对焦控制三种模式对云台进行远程控制，通过对手机水平及上下转动的操作，模拟远端云台，控制云台运动；三种模式对应转向、焦距、对焦三种不同的控制，三种模式共同实现对云台的全方位控制；

所述云台转向控制模式通过以下子步骤来实现：

第一步，为手机的陀螺仪建立三维坐标系，以手机屏幕为水平面建立坐标系，设定长为X轴，宽为Y轴，以与手机屏幕垂直的法线方向为Z轴，完成三维坐标系的建立；

第二步，设定采样间隔；

第三步，对陀螺仪的参数值进行采样；在Android或者IOS操作系统中通过调用系统API函数，可以获取陀螺仪在各个分量上(X，Y，Z轴)的旋转角速度，取得的旋转角速度为一个三元数组[x,y,z]，z值在云台转向控制过程中不使用，以下步骤只对[x,y]进行处理；对陀螺仪的参数值进行采样时得到的旋转角速度值记录为：[x₁,y₁],[x₂,y₂],[x₃,y₃],…,[x_i,y_i]，i为采样次数；

第四步，确定手机转动的方向参数；依据陀螺仪参数值计算手机位置的变化，将从陀螺仪上获取的值进行分析来获得方向参数，将手机旋转的方向分为上，下，左，右四个方向，根据[x,y]的值进行判断；x表示手机按X轴转动的角速度，正负值分别代表向上下转动；y表示手机按Y轴转动的角速度，正负值分别代表向左右转动；

第五步，确定手机转动的角速度参数；依据采样间隔，设定参数n以防止云台由于手机的轻微抖动而发生同步抖动，参数n设定原理为:对于i个陀螺仪采样值，每n个划为一组求旋转角速度的平均值以值作为该时间段的角速度参数，得到j<i；

第六步，将分析处理所得的数据转化为云台控制命令；将对[x,y]分析处理后所获得的方向参数和角速度参数，根据云台控制协议转化为相对应的云台控制命令；

第七步，将转化而来的云台控制命令放入控制命令队列，发送给远端云台，控制云台转动；

所述云台焦距控制模式和云台对焦控制模式，通过以下子步骤来实现：

第一步，为手机的重力感应器建立坐标系；以手机屏幕为水平面，设定长为X轴，宽为Y轴，以与手机屏幕垂直的法线方向为Z轴，完成三维坐标系的建立；

第二步，获取手机重力感应器的参数值；在Android或者IOS操作系统中可以通过调用系统API函数，获取手机在各个分量上(X，Y，Z轴)的当前重力加速度值；取得的数值为一个三元数组[x,y,z]，后续步骤只对[z]进行处理；

第三步，设定采样间隔，定时对内置重力感应器的参数值进行采样；

第四步，确定手机转动的方向参数；分析获取的重力感应器的参数值，对比[z_i]与[z_i-1]的值；倘若[z_i]大于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向上倾斜，倘若[z_i]小于[z_i-1]，则表明用户正在使手机向下倾斜；为了防止云台由于手机的轻微抖动而发生同步抖动，在连续对比2-3组数据都得出的同样的结果时，才认为用户确实是在使手机向上或向下倾斜；

第五步，将分析处理所得的数据转化为云台控制命令；根据云台控制协议将对[z]分析处理后获得的方向参数转化为云台控制命令；在云台焦距控制模式下，把向上倾斜对应为摄像头焦距拉近即ZoomTele指令，向下倾斜对应为摄像头焦距拉远即ZoomWide指令；在云台对焦控制模式下，把向上倾斜对应为摄像头焦点拉近即FocusNear指令，向下倾斜对应为摄像头焦点拉远即FocusFar指令；

第六步，将转化而来的云台控制命令放入控制命令队列，依次发送给远端云台，控制云台焦距或云台对焦。