CN103533238A - 一种实现球机图像防抖的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现球机图像防抖的装置及其方法，涉及安防监控领域。本装置的结构是：传感器（1）、微控制器（2）和电机控制芯片（5）依次连接；电机控制芯片（5）分别与垂直控制电机（4）和水平控制电机（6）连接。本发明采用机电混合的防抖设计方式，从镜头外部进行防抖设计，即区别于电子防抖，也区别于光学防抖，图像质量有保证；水平方向和垂直方向补偿分离，降低了滤波算法的实现难度，提高了控制精度；为了提高控制精度，采用步进电机进行精细控制；本发明适用于在已有球机结构上增加防抖功能，提升球机受外界干扰下输出图像的质量。
Description
技术领域
本发明涉及安防监控领域，尤其涉及一种实现球机图像防抖的装置及其方法。
背景技术
当前应用的图像防抖技术主要有两种：一种是电子防抖，一种是光学防抖（也可以称之为机械防抖），主要应用在照相机上。电子防抖是一种通过降低画质来补偿抖动的技术，此技术试图在画质和画面抖动之间取得一个平衡点。光学防抖是依靠特殊的镜头或者CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）感光元件的结构，最大程度地降低操作者在使用过程中由于抖动造成影像不稳定。电子防抖成本较低；光学防抖画质更好；实现上电子防抖更容易。
当前主流使用的防抖技术是光学防抖，光学防抖技术有两大派别，分别是以广大镜头厂商为代表的镜片移动式光学防抖，和新兴电子厂商为代表的CCD移动式光学防抖。这两大派别都是通过陀螺仪侦测到微小的移动，并且将信号传至微处理器计算需要补偿的位移量，然后根据镜片组或者CCD的抖动方向及位移量加以补偿，从而有效的克服因相机的振动产生的影像模糊。光学防抖技术的两大派别都利用了陀螺稳像的原理。
电子防抖主要缺点是：降低了相机成像画面的质量；而光学防抖的主要缺点是：对镜片组或者CCD加工要求和精度要求高，导致成本高。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在缺点和不足，提供一种实现球机图像防抖的装置及其方法。
本发明的技术方案是：
由陀螺仪和加速度计分别收集角速度和加速度参数输出给微控制器，经过微控制器滤波算法解算出水平方向的角速度补偿量以及姿态解算出俯仰方向的位置补偿量，然后以这两个补偿量对步进电机进行PID（比例（proportion）、积分（integral）、微分（derivative）控制器）控制，实现球机的镜头在水平方向合速度为0，在垂直方向合位移为0，这样在水平和垂直方向消除了镜头的抖动，从而实现图像防抖。成本和实现难度上比光学防抖低，画质上比电子防抖好。
一、实现球机图像防抖的装置（简称装置）
本装置包括传感器、微控制器、电源、垂直控制电机、电机控制芯片和水平控制电机；
其连接关系是：
传感器、微控制器和电机控制芯片依次连接，抖动时，微控制器根据传感器输出的加速度和角速度数据计算出需要补偿的角速度量和需要补偿的位置校正量，微控制器把补偿量传递给电机控制芯片；
电机控制芯片分别与垂直控制电机和水平控制电机连接，电机控制芯片根据需要补偿的量，控制垂直控制电机和水平控制电机进行补偿运动；
电源分别与传感器、控制器、垂直控制电机、电机控制芯片和水平控制电机连接，提供电压和电流。
二、实现球机图像防抖的方法（简称方法）
本方法包括下列步骤：
①加速度传感器和陀螺仪传感器检测球机镜头的抖动，输出加速度和角速度数据；
②微控制器接受上述角速度数据，对其进行滤波计算处理，分离运动，产生需要补偿的角速度量；
③微控制器接受上述角速度和加速度数据，对其进行姿态解算，获取姿态角，产生需要补偿的位置校正量；
④水平控制电机根据微控制器产生的角速度补偿量进行补偿运动，保证抖动时，球机镜头在水平方向的位置保持不变；
⑤垂直控制电机根据微控制器产生的位置校正量进行补偿运动，保证抖动时，球机镜头在俯仰方向的位置保持不变。
本发明具有下列优点和积极效果：
①采用机电混合的防抖设计方式，从镜头外部进行防抖设计，即区别于电子防抖，也区别于光学防抖，图像质量有保证；
②传感器和电机控制电路采用集中式部署，充分利用了已有设计，降低了成本和设计难度；
③水平方向和垂直方向补偿分离，降低了滤波算法的实现难度，提高了控制精度；
④为了提高控制精度，采用步进电机进行精细控制。
⑤适用于在已有球机结构上增加防抖功能，提升球机受外界干扰下输出图像的质量。
附图说明
图1为本装置的结构方框图；
图2为本方法的水平方向控制流程图；
图3为本方法的俯仰方向控制流程图。
图中：
1—传感器；
2—微控制器；
3—电源；
4—垂直控制电机；
5—电机控制芯片；
6—水平控制电机。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明详细说明。
一、装置
1、总体
如图1，本装置包括传感器1、微控制器2、电源3、垂直控制电机4、电机控制芯片5和水平控制电机6；
其连接关系是：
传感器1、微控制器2和电机控制芯片5依次连接，抖动时，微控制器2根据传感器1输出的加速度和角速度数据计算出需要补偿的角速度量和需要补偿的位置校正量，微控制器2把补偿量传递给电机控制芯片5；
电机控制芯片5分别与垂直控制电机4和水平控制电机6连接，电机控制芯片5根据需要补偿的量，控制垂直控制电机4和水平控制电机6进行补偿运动；
电源3分别与传感器1、控制器2、垂直控制电机4、电机控制芯片5和水平控制电机6连接，提供电压和电流。
2、部件的结构和功能
1）传感器1
传感器1包括陀螺仪和加速度计，安装在球机的水平旋转台上；
其功能是感受到球机的姿态变化，输出角速度和加速度参数给控制器2。
传感器采用InvenSense公司的6轴MEMS芯片MPU-6050，它包含一个三轴的陀螺仪和一个三轴加速度计(集成模块可减小安装误差)。
2）微控制器2
其硬件配置：STM32F103RB。
其软件算法是：四阶IIR ButterWorth低通滤波、四元数法运动微分方程。其功能是解算得到补偿量输出给电机控制芯片5。
3）电源3
电源3选用：XED-3024S。
给其它部件提供动力。
4）垂直控制电机4
为了提高补偿运动的精度，选用的电机为步进电机。
步进电机运动的约束条件是：在理想条件下，一段时间内，步进电机正反方向运动的步数相等。
6）电机控制芯片5
电机控制芯片5选用意法半导体（ST）公司的L6219。
其功能是控制垂直控制电机4和水平控制电机6进行补偿运动，从而实现图像增稳。
6）水平控制电机6
为了提高补偿运动的精度，选用的电机为步进电机。
步进电机运动的约束条件是：在理想条件下，一段时间内，步进电机正反方向运动的步数相等。
3、本装置的工作原理
微控制器2收集传感器1的输出参数，经过算法解算，输出给电机控制芯片5，电机控制芯片5根据输入参数控制水平方向控制电机6和俯仰方向控制电机4进行补偿。
二、方法
1、水平方向控制软件流程
如图2，水平方向控制流程包括下列步骤：
A、陀螺仪传感器采集水平旋转台在水平方向上的角速度参数输出给微控制器-201；
B、微控制器通过软件滤波算法分离出水平运动-202；
所述的滤波算法是四阶IIR ButterWorth低通滤波。
C、微控制器计算出水平方向上需要补偿的角速度量-203；
D、微控制器输出这个补偿量给电机控制芯片，电机控制芯片控制水平控制步进电机进行补偿运动-204；
E、判断水平控制电机的补偿运动是否满足约束条件-205，是则跳转到步骤A-201进行下一次采集，否则进入步骤F-206；
F、水平控制电机的补偿运动没有满足约束条件，把水平方向需要进行的位置补偿量反馈给步骤C-203。
2、垂直方向控制流程
如图3，垂直方向控制软件流程包括下列步骤：
a、传感器分别采集垂直方向的角速度和垂直方向的加速度参数输出给微控制器-301；
b、微控制器根据传感器1输入的角速度和加速度进行姿态解算输出姿态角-302；
所述的姿态解算是四元数法运动微分方程。
c、微控制器根据姿态角计算出需要补偿的位置校正量输出给电机控制芯片-303；
d、电机控制芯片通过前馈方式对垂直控制步进电机进行位置校正-304；
e、判断垂直控制电机的位置校正是否满足约束条件-305，是则跳转到步骤a-301进行下一次采集，否则进入步骤f-306；
f、垂直控制步进电机的位置校正没有满足约束条件-305，把垂直方向需要进行的位置补偿量反馈给步骤c-303。
Claims (4)
1.一种实现球机图像防抖的装置，其特征在于：
包括传感器（1）、微控制器（2）、电源（3）、垂直控制电机（4）、电机控制芯片（5）和水平控制电机（6）；
传感器（1）、微控制器（2）和电机控制芯片（5）依次连接，抖动时，微控制器（2）根据传感器（1）输出的加速度和角速度数据计算出需要补偿的角速度量和需要补偿的位置校正量，再把补偿量传递给电机控制芯片（5）；
电机控制芯片（5）分别与垂直控制电机（4）和水平控制电机（6）连接，电机控制芯片（5）根据需要补偿的量，控制垂直控制电机（4）和水平控制电机（6）进行补偿运动；
电源（3）分别与传感器（1）、控制器（2）、垂直控制电机（4）、电机控制芯片（5）和水平控制电机（6）连接，提供电压和电流。
2.基于权利要求1所述装置的防抖方法，其特征在于：
①加速度传感器和陀螺仪传感器检测球机镜头的抖动，输出加速度和角速度数据；
②微控制器接受上述角速度数据，对其进行滤波计算处理，分离运动，产生需要补偿的角速度量；
③微控制器接受上述角速度和加速度数据，对其进行姿态解算，获取姿态角，产生需要补偿的位置校正量；
④水平控制电机根据微控制器产生的角速度补偿量进行补偿运动，保证抖动时，球机镜头在水平方向的位置保持不变；
⑤垂直控制电机根据微控制器产生的位置校正量进行补偿运动，保证抖动时，球机镜头在俯仰方向的位置保持不变。
3.按权利要求2所述的防抖方法，其特征在于水平方向控制流程：
A、传感器采集水平旋转台在水平方向上的角速度参数输出给微控制器（201）；
B、微控制器通过软件滤波算法分离出水平运动（202）；
C、微控制器计算出水平方向上需要补偿的角速度量（203）；
D、微控制器输出这个补偿量给电机控制芯片，电机控制芯片控制水平控制步进电机进行补偿运动（204）；
E、判断水平控制步进电机的补偿运动是否满足约束条件（205），是则跳转到步骤A（201）进行下一次采集，否则进入步骤F（206）；
F、水平控制步进电机的补偿运动没有满足约束条件，把水平方向需要进行的位置补偿量反馈给步骤C（203）。
4.按权利要求2所述的防抖方法，其特征在于垂直方向控制流程：
a、传感器分别采集垂直方向的角速度和垂直方向的加速度参数输出给微控制器（301）；
b、微控制器根据传感器输入的角速度和加速度进行姿态解算输出姿态角（302）；
c、微控制器根据姿态角计算出需要补偿的位置校正量输出给电机控制芯片（303）；
d、电机控制芯片通过前馈方式对垂直控制步进电机进行位置校正（304）；
e、判断垂直控制步进电机的位置校正是否满足约束条件（305），是则跳转到步骤a（301）进行下一次采集，否则进入步骤f（306）；
f、垂直控制步进电机的位置校正没有满足约束条件（305），把垂直方向需要进行的位置补偿量反馈给步骤c（303）。
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|---|---|
| CN (1) | CN103533238A (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104539938A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-04-22 | 天津天地伟业数码科技有限公司 | 球型摄像机运行状态检测方法 |
| CN104679294A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-03 | 酷派软件技术（深圳）有限公司 | 触控操作装置和触控操作防抖方法 |
| CN105208247A (zh) * | 2015-09-02 | 2015-12-30 | 长春理工大学 | 一种基于四元数的全景稳像方法 |
| CN105681674A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-06-15 | 南通大学 | 基于机械稳像和电子稳像的稳像方法及复合式稳像系统 |
| CN109451229A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-08 | 天津天地伟业机器人技术有限公司 | 一种光学sensor防抖长焦距摄像机 |
| CN109951640A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-28 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖方法和系统、电子设备、计算机可读存储介质 |
| CN110012224A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖系统、方法、电子设备和计算机可读存储介质 |
| CN110035228A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-19 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖系统、方法、电子设备和计算机可读存储介质 |
| CN110049237A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-23 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖方法、装置、电子设备和计算机存储介质 |
| CN110351465A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-18 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种防抖摄像头模组及其防抖方法 |
| WO2019233187A1 (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | Ge Gaoli | 电暖器电子驱动机构 |
| WO2019237819A1 (zh) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | 葛高丽 | 基于环境分析的安全型取暖器 |
| CN114520900A (zh) * | 2020-11-19 | 2022-05-20 | 成都极米科技股份有限公司 | 投影画面防抖方法、装置、防抖设备以及可读存储介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1139858A (zh) * | 1995-02-14 | 1997-01-08 | 三星航空产业株式会社 | 电子摄像机及防止由于摄像机抖动引起的图像晃动的方法 |
| US5617177A (en) * | 1992-10-09 | 1997-04-01 | Nikon Corporation | Camera having function of correcting shake |
| US6906754B1 (en) * | 2000-09-21 | 2005-06-14 | Mitsubishi Electric Research Labs, Inc. | Electronic display with compensation for shaking |
| CN1812502A (zh) * | 2005-01-27 | 2006-08-02 | 佳能株式会社 | 图像拾取设备、其照相机主体、以及可互换式透镜 |
| CN101661208A (zh) * | 2008-08-29 | 2010-03-03 | 佳能株式会社 | 具有图像抖动校正功能的设备以及控制所述设备的方法 |
| CN202548681U (zh) * | 2012-04-11 | 2012-11-21 | 华北电力大学 | 一种智能自稳定摄像系统控制单元 |
-
2013
- 2013-09-30 CN CN201310456944.5A patent/CN103533238A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5617177A (en) * | 1992-10-09 | 1997-04-01 | Nikon Corporation | Camera having function of correcting shake |
| CN1139858A (zh) * | 1995-02-14 | 1997-01-08 | 三星航空产业株式会社 | 电子摄像机及防止由于摄像机抖动引起的图像晃动的方法 |
| US6906754B1 (en) * | 2000-09-21 | 2005-06-14 | Mitsubishi Electric Research Labs, Inc. | Electronic display with compensation for shaking |
| CN1812502A (zh) * | 2005-01-27 | 2006-08-02 | 佳能株式会社 | 图像拾取设备、其照相机主体、以及可互换式透镜 |
| CN101661208A (zh) * | 2008-08-29 | 2010-03-03 | 佳能株式会社 | 具有图像抖动校正功能的设备以及控制所述设备的方法 |
| CN202548681U (zh) * | 2012-04-11 | 2012-11-21 | 华北电力大学 | 一种智能自稳定摄像系统控制单元 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 宋强: "智能一体化球型摄像机的设计与实现", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）》 * |
| 王炼: "高速球型摄像机控制系统设计与实现", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）》 * |
| 贾晓龙: "智能球型摄像机控制系统软件设计及自动跟踪算法研究与实现", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）》 * |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104539938A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-04-22 | 天津天地伟业数码科技有限公司 | 球型摄像机运行状态检测方法 |
| CN104679294A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-03 | 酷派软件技术（深圳）有限公司 | 触控操作装置和触控操作防抖方法 |
| CN104679294B (zh) * | 2015-03-16 | 2018-01-09 | 酷派软件技术（深圳）有限公司 | 触控操作装置和触控操作防抖方法 |
| CN105208247A (zh) * | 2015-09-02 | 2015-12-30 | 长春理工大学 | 一种基于四元数的全景稳像方法 |
| CN105681674A (zh) * | 2016-03-21 | 2016-06-15 | 南通大学 | 基于机械稳像和电子稳像的稳像方法及复合式稳像系统 |
| WO2019233187A1 (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | Ge Gaoli | 电暖器电子驱动机构 |
| WO2019237819A1 (zh) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | 葛高丽 | 基于环境分析的安全型取暖器 |
| CN109451229A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-08 | 天津天地伟业机器人技术有限公司 | 一种光学sensor防抖长焦距摄像机 |
| CN110012224A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖系统、方法、电子设备和计算机可读存储介质 |
| CN110035228A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-19 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖系统、方法、电子设备和计算机可读存储介质 |
| CN110049237A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-23 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖方法、装置、电子设备和计算机存储介质 |
| CN109951640A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-28 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖方法和系统、电子设备、计算机可读存储介质 |
| WO2020192480A1 (zh) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖系统、方法、电子设备 |
| CN110012224B (zh) * | 2019-03-26 | 2021-07-09 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖系统、方法、电子设备和计算机可读存储介质 |
| CN110049237B (zh) * | 2019-03-26 | 2021-08-03 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖方法、装置、电子设备和计算机存储介质 |
| CN110035228B (zh) * | 2019-03-26 | 2021-09-07 | Oppo广东移动通信有限公司 | 摄像头防抖系统、方法、电子设备和计算机可读存储介质 |
| CN110351465A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-18 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种防抖摄像头模组及其防抖方法 |
| CN114520900A (zh) * | 2020-11-19 | 2022-05-20 | 成都极米科技股份有限公司 | 投影画面防抖方法、装置、防抖设备以及可读存储介质 |
| CN114520900B (zh) * | 2020-11-19 | 2023-09-01 | 成都极米科技股份有限公司 | 投影画面防抖方法、装置、防抖设备以及可读存储介质 |
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