CN103673990B - 获取摄像机姿态数据的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种获取摄像机姿态数据的装置，包括：卫星定位系统，用于获取摄像机位置的经纬度和时间；加速度传感器，用于与卫星定位系统配合，测量摄像机运动的速度和摄像机的位置；陀螺仪，用于与卫星定位系统配合，测量摄像机运动的方向和拍摄角度以及测量摄像机的转动角速度；核心处理器，用于基于帧同步脉冲读取每帧视频所对应的卫星定位系统和各传感器数据，并将其做融合、滤波处理，得出摄像机所处的位置和姿态数据后将所处位置和姿态数据输出。本发明还公开了一种获取摄像机姿态数据的方法。本发明摄像机不仅可以拍摄视频、采集声音，还可以采集到摄像机拍摄视频时的状态、时间和地点等信息，可以为日后重现拍摄时的场景提供了方便。

Description

获取摄像机姿态数据的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种摄像机姿态数据测量领域，更具体地，涉及一种获取摄像机姿态数据的装置及其方法。

背景技术

近年来，信息发布系统以及广播电视的应用无处不在，遍及人们生活和社会的各行各业以及各种场合中。而这些信息来源于摄像机对活动现场的拍摄得出的视频画面，现有技术中，当拍摄的画面记录到磁带、光盘或传输到远端时将无法得到拍摄时摄像机的位置、运动速度、摄像机的拍摄角度等信息。特别是各种灾难或突发事件发生时，没有与视频画面对应的摄像机的姿态数据将事件现场重现，给指挥中心对现场事件的分析带来了不便，丢失了重要的证据。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种获取摄像机姿态数据的装置及其方法，能够解决现有技术中存在的无法得到摄像机现场拍摄的姿态数据的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种获取摄像机姿态数据的装置，包括：卫星定位系统、加速度传感器、陀螺仪和核心处理器,其中,卫星定位系统，与核心处理器相连，用于获取摄像机位置的经纬度和时间；加速度传感器，与核心处理器相连，用于与卫星定位系统配合，测量摄像机运动的速度和摄像机的位置；陀螺仪，与核心处理器相连，用于与卫星定位系统配合，测量摄像机运动的方向和拍摄角度以及测量摄像机的转动角速度；核心处理器，用于基于帧同步脉冲读取每帧视频所对应的卫星定位系统和各传感器数据，并将其做融合、滤波处理，得出摄像机所处的位置和姿态数据后将所处位置和姿态数据输出。

优选地，该装置还包括地磁传感器，与核心处理器相连，用于与当地实际磁场比较得出当前摄像机的拍摄角度同时配合加速度传感器将摄像机姿态数据初始化。

优选地，加速度传感器还用于利用重力加速度对地磁传感器做倾斜修正。

优选地，该装置还包括气压传感器，与核心处理器相连，用于测量摄像机所处位置的气压以及配合卫星定位系统计算摄像机所处的高度。

优选地，该装置还包括，帧同步发生器，分别与摄像机和核心处理器相连，用于从摄像机输出的视频信号中分离出帧同步脉冲，并将帧同步脉冲发送给核心处理器。

优选地，核心处理器包括，同步脉冲计数器，用于对帧同步脉冲进行计数。

优选地，地磁传感器还用于在陀螺仪静止时,基于同步脉冲计数器的脉冲数定期对摄像机姿态数据做校正。

另一方面，本发明还提供了一种获取摄像机姿态数据的方法，包括：卫星定位系统获取摄像机位置的经纬度和时间；加速度传感器与卫星定位系统配合测量摄像机运动的速度和摄像机的位置；陀螺仪与卫星定位系统配合测量摄像机运动的方向和拍摄角度以及测量摄像机的转动角速度；核心处理器基于帧同步脉冲读取每帧视频所对应的卫星定位系统和各传感器数据；将数据做融合、滤波处理得出摄像机所处位置和姿态数据，并将所处位置和姿态数据输出。

优选地，在摄像机拍摄之前，该方法还包括：地磁传感器与当地实际磁场比较得出当前摄像机的拍摄角度同时配合所述加速度传感器将所述摄像机姿态数据初始化；加速度传感器利用重力加速度对地磁传感器做倾斜修正。

优选地，该方法还包括：气压传感器测量摄像机所处位置的气压以及配合卫星定位系统计算摄像机所处的高度。

优选地，在摄像机拍摄时，该方法还包括：帧同步发生器从摄像机输出的视频信号中分离出帧同步脉冲，并将帧同步脉冲发送给核心处理器。

优选地，在将所述数据做融合、滤波处理得出摄像机所处位置和姿态数据，并将所处位置和姿态数据输出后还包括：同步脉冲计数器对所述帧同步脉冲进行计数；地磁传感器在陀螺仪静止时,基于同步脉冲计数器的脉冲数定期对摄像机姿态做校正。

本发明的技术效果：

1.由于本发明设置了卫星定位系统、加速度传感器、陀螺仪传感器以及核心处理器，摄像机不仅可以拍摄视频画面、采集声音，还可以测量出摄像机拍摄画面时，摄像机所处的位置、转动的角速度和移动速度等姿态数据，而且这些数据与视频画面的每一帧关联，如果是远端传输，远端用户看到视频的时候就可以看到摄像机拍摄时的姿态，并可以在地图上标出摄像机所在位置和拍摄角度，在各种灾难或突发事件发生时，如果将视频和姿态数据同时传到指挥中心，便于事件现场的重现，必要时可以作为重要证据使用，对高层领导起到积极作用；

2.由于本发明设置了地磁传感器，可以得出当前摄像机的拍摄角度同时配合加速度传感器将摄像机姿态数据初始化；地磁传感器，在陀螺仪静止时，基于同步脉冲计数器的脉冲数定期对摄像机姿态做校正，降低了摄像机在拍摄时获取姿态数据的误差，提高了姿态数据的精确度；

3.由于本发明设置了气压传感器，配合卫星定位系统测量摄像机在拍摄画面时所处的高度，可以更精确的确定摄像机的位置；

4.由于本发明设置有帧同步发生器，从摄像机输出的视频信号中分离出帧同步脉冲，核心处理器以帧同步脉冲作为基准，读取每帧视频对应的各传感器和卫星定位系统的数据，保证了这些数据信息与视频画面的每一帧关联，实现了摄像机姿态数据与视频的同步输出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例一的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例二的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例三的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例四的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例五的一种获取摄像机姿态数据的方法的流程图；

图6示出了根据本发明实施例六的一种获取摄像机姿态数据的方法的流程图；

图7示出了根据本发明实施例七的一种获取摄像机姿态数据的方法的流程图；

图8示出了根据本发明实施例八的一种获取摄像机姿态数据的方法的具体处理流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

实施例一

图1示出了根据本发明实施例一的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；如图1所示，该装置包括：卫星定位系统10、加速度传感器20、陀螺仪30和核心处理器40,其中,

卫星定位系统10，与核心处理器40相连，用于获取摄像机位置的经纬度和时间；

加速度传感器20，与核心处理器40相连，用于与卫星定位系统10配合，测量摄像机运动的速度和摄像机的位置；

陀螺仪30，与核心处理器40相连，用于与卫星定位系统10配合，测量摄像机运动的方向和拍摄角度以及测量摄像机的转动角速度；

核心处理器40，用于基于帧同步脉冲读取每帧视频所对应的卫星定位系统10和各传感器数据，并将其做融合、滤波处理，得出摄像机所处的位置和姿态数据后将所处位置和姿态数据输出。

由于本发明的实施例设置了卫星定位系统、加速度传感器、陀螺仪传感器以及核心处理器，摄像机不仅可以拍摄视频画面、采集声音，还可以测量出摄像机拍摄画面时，摄像机所处的位置、转动的角速度和移动速度等姿态数据，而且这些数据与视频画面的每一帧关联，如果是远端传输，远端用户看到视频的时候就可以看到摄像机拍摄时的姿态，并可以在地图上标出摄像机所在位置和拍摄角度，在各种灾难或突发事件发生时，如果将视频和姿态数据同时传到指挥中心，便于事件现场的重现，必要时可以作为重要证据使用，对高层领导起到积极作用。

实施例二

图2示出了根据本发明实施例二的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；如图2所示，该装置还包括地磁传感器50，与核心处理器40相连，用于与当地实际磁场比较得出当前摄像机的拍摄角度同时配合加速度传感器20将摄像机姿态数据初始化。

加速度传感器20还用于利用重力加速度对地磁传感器50做倾斜修正；在没有卫星导航信号的时候（比如经过山洞）配合陀螺仪30做摄像机的运动估算。

核心处理器40包括：同步脉冲计数器402，用于对帧同步脉冲进行计数。

地磁传感器50还用于在陀螺仪30静止时，基于同步脉冲计数器402的脉冲数定期对摄像机姿态做校正。

本实施例中的加速度传感器20、陀螺仪30、地磁传感器50可以为三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴地磁传感器，也可以各采用三个单轴器件代替，安装时将同类器件相互垂直布置。

其中，陀螺仪30可以采用机械陀螺仪，激光陀螺仪等，但考虑到摄像机的移动方便性，最好采用压电陀螺仪。加速度传感器20、陀螺仪30以及地磁传感器50安装时尽量固定在摄像机的转动轴附近。转动轴的确定方法如下：如果是肩扛拍摄，转动轴在肩托的中心部位；如果是三脚架拍摄，转动轴在三脚架转动云台的中心部位。另外，地磁传感器50安装时尽量远离金属的物体，安装在摄像机上时可以采用支架的方式固定在摄像机上，使其与摄像机保持3-5cm的垂直距离。

由于本发明的实施例设置了地磁传感器，可以得出当前摄像机的拍摄角度同时配合加速度传感器将摄像机姿态数据初始化；地磁传感器基于同步脉冲计数器的脉冲数定期对摄像机姿态做校正，降低了摄像机在拍摄时获取姿态数据的误差，提高了姿态数据的精确度。

实施例三

图3示出了根据本发明实施例三的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；如图3所示，该装置还包括：气压传感器60，与核心处理器40相连，用于测量摄像机所处位置的气压以及配合卫星定位系统10计算摄像机所处的高度。

由于本发明的实施例设置了气压传感器，配合卫星定位系统测量摄像机在拍摄画面时所处的高度，可以更精确的确定摄像机的位置，减少了误差。

实施例四

图4示出了根据本发明实施例四的一种获取摄像机姿态数据的装置的结构示意图；如图4所示，该装置还包括，帧同步发生器70，分别与摄像机和核心处理器40相连，用于从摄像机输出的视频信号中分离出帧同步脉冲，并将帧同步脉冲发送给核心处理器40。

在本发明的实施例中，由于设置有帧同步发生器，从摄像机输出的视频信号中分离出帧同步脉冲，核心处理器以帧同步脉冲作为基准，读取每帧视频对应的各传感器和卫星定位系统的数据，保证了这些数据信息与视频画面的每一帧关联，实现了摄像机姿态数据与视频的同步输出。

实施例五

图5示出了根据本发明实施例5的一种获取摄像机姿态数据的方法的流程图；如图6所示，该方法包括：

步骤S501，卫星定位系统获取摄像机位置的经纬度和时间；

步骤S502，加速度传感器与卫星定位系统配合测量摄像机运动的速度和摄像机的位置；

步骤S503，陀螺仪与卫星定位系统配合测量摄像机运动的方向和拍摄角度以及测量摄像机的转动角速度；

步骤S504，核心处理器基于帧同步脉冲读取每帧视频所对应的卫星定位系统和各传感器数据；

步骤S505，将数据做融合、滤波处理得出摄像机所处位置和姿态数据，并将所处位置和姿态数据输出。

为了确定摄像机位置更准确，该方法在步骤S504之前还包括：气压传感器测量摄像机所处位置的气压以及配合卫星定位系统计算摄像机所处的高度。

为了保证核心处理器读取的摄像机姿态数据与视频画面的每一帧关联，实现摄像机姿态数据与视频的同步输出，该方法在步骤S504之前还包括：帧同步发生器从摄像机输出的视频信号中分离出帧同步脉冲，并将帧同步脉冲发送给核心处理器。

本发明的实施例实现了摄像机不仅可以拍摄视频画面、采集声音，还可以采集到摄像机拍摄视频画面时的状态、时间和地点等信息。而且这些信息与视频画面的每一帧关联，当这些信息记录到磁带、光盘等介质时，可以为日后重现拍摄时的场景提供方便。如果是突发时间除了可以将现场视频和音频传输到远端以外，还可以传输摄像机的即使状态、时间和地点等信息。为事件处置提供更详细的参考资料。

实施例六

图6示出了根据本发明实施例六的一种获取摄像机姿态数据的方法的流程图；如图6所示，在摄像机拍摄之前，该方法还包括：

步骤S601，地磁传感器与当地实际磁场比较得出当前摄像机的拍摄角度同时配合所述加速度传感器将摄像机姿态数据初始化；

步骤S602，加速度传感器利用重力加速度对地磁传感器做倾斜修正。

实施例七

图7示出了根据本发明实施例七的一种获取摄像机姿态数据的方法的流程图；如图7所示，在将所述数据做融合、滤波处理得出摄像机所处位置和姿态数据，并将所处位置和姿态数据输出后还包括：

步骤S701，同步脉冲计数器对帧同步脉冲进行计数；

步骤S702，地磁传感器在陀螺仪静止时，基于同步脉冲计数器的脉冲数定期对摄像机姿态做校正。

实施例八

图8示出了根据本发明实施例八的一种获取摄像机姿态数据的方法的具体处理流程图；如图8所示，包括以下步骤：

步骤S801，将摄像机处于静止状态；

步骤S802，开机；

步骤S803，从卫星定位系统获取摄像机当前位置的经纬度和事件；

步骤S804，读取加速度传感器、地磁传感器和气压传感器数据；

步骤S805，用加速度传感器的数据对地磁传感器做倾斜校正；

步骤S806，根据经纬度和时间查表得到当地的地球磁场分布；

步骤S807，将当地的地球磁场分布与地磁传感器的数据进行比较，得出当前摄像机拍摄角度并对摄像机姿态数据初始化；

步骤S808，“可以拍摄”指示灯亮，摄像机开始拍摄；

步骤S809，收到帧同步发生器传来的帧同步脉冲？若是，执行步骤S810，若否，执行步骤S813；

步骤S810，读取陀螺仪、加速度传感器、气压传感器和卫星定位系统的数据；

步骤S811，对读出的数据做融合、滤波处理得出摄像机的拍摄角度、位置和移动速度；

步骤S812，输出拍摄角度、位置和移动速度数据；

步骤S813，陀螺仪是否静止？若是，执行步骤S814；若否，返回步骤S809；步骤S814，同步脉冲计数器“+1”；

步骤S815，同步脉冲计数器脉冲数=25？若是，执行步骤S816；若否，返回步骤S809；

步骤S816，地磁传感器对摄像机姿态进行校正；

步骤S817，同步脉冲计数器置零，返回步骤S809。

在执行步骤S802，开机时，如果地磁传感器受到干扰，可以先将摄像机旋转一周，然后根据摄像机旋转一周的磁场变化计算出实际地球磁场的方向。

另外，在对精度不是特别高的情况下，为了简化运算，在开始初始化时可以省去步骤S806。

步骤S815中，同步脉冲计数器的脉冲数可以改变，不限于25，也可以调长。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1.由于设置了卫星定位系统、加速度传感器、陀螺仪传感器以及核心处理器，摄像机不仅可以拍摄视频画面、采集声音，还可以测量出摄像机拍摄画面时，摄像机所处的位置、转动的角速度和移动速度等姿态数据，而且这些数据与视频画面的每一帧关联，如果是远端传输，远端用户看到视频的时候就可以看到摄像机拍摄时的姿态，并可以在地图上标出摄像机所在位置和拍摄角度，在各种灾难或突发事件发生时，如果将视频和姿态数据同时传到指挥中心，便于事件现场的重现，必要时可以作为重要证据使用，对高层领导起到积极作用；

2.由于设置了地磁传感器，可以得出当前摄像机的拍摄角度同时配合加速度传感器将陀螺仪初始化；地磁传感器基于同步脉冲计数器的脉冲数定期对摄像机姿态数据校正，降低了摄像机在拍摄时获取姿态数据的误差，提高了姿态数据的精确度；

3.由于设置了气压传感器，配合卫星定位系统测量摄像机在拍摄画面时所处的高度，可以更精确的确定摄像机的位置；

4.由于设置有帧同步发生器，从摄像机输出的视频信号中分离出帧同步脉冲，核心处理器以帧同步脉冲作为基准，读取每帧视频对应的各传感器和卫星定位系统的数据，保证了这些数据信息与视频画面的每一帧关联，实现了摄像机姿态数据与视频的同步输出。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种获取摄像机姿态数据的装置，其特征在于，包括：卫星定位系统、加速度传感器、陀螺仪、核心处理器、地磁传感器、气压传感器,其中,

所述卫星定位系统，与所述核心处理器相连，用于获取摄像机位置的经纬度和时间；

所述加速度传感器，与所述核心处理器相连，用于与所述卫星定位系统配合，测量摄像机运动的速度和摄像机的位置；

所述陀螺仪，与所述核心处理器相连，用于与所述卫星定位系统配合，测量摄像机运动的方向和拍摄角度以及测量摄像机的转动角速度；

所述核心处理器，用于基于帧同步脉冲读取每帧视频所对应的所述卫星定位系统和各传感器数据，并将其做融合、滤波处理，得出摄像机所处的位置和姿态数据后将所处位置和姿态数据输出；

所述地磁传感器，与所述核心处理器相连，用于与当地实际磁场比较得出当前摄像机的拍摄角度同时配合所述加速度传感器将所述摄像机姿态数据初始化；

所述气压传感器，与所述核心处理器相连，用于测量摄像机所处位置的气压以及配合所述卫星定位系统计算摄像机所处的高度。

2.根据权利要求1所述的获取摄像机姿态数据的装置，其特征在于，所述加速度传感器还用于利用重力加速度对所述地磁传感器做倾斜修正。

3.根据权利要求1所述的获取摄像机姿态数据的装置，其特征在于，还包括，帧同步发生器，分别与摄像机和所述核心处理器相连，用于从摄像机输出的视频信号中分离出所述帧同步脉冲，并将所述帧同步脉冲发送给所述核心处理器。

4.根据权利要求1或3所述的获取摄像机姿态数据的装置，其特征在于，所述核心处理器包括，同步脉冲计数器，用于对所述帧同步脉冲进行计数。

5.根据权利要求1所述的获取摄像机姿态数据的装置，其特征在于，所述地磁传感器还用于在陀螺仪静止时,基于所述同步脉冲计数器的脉冲数定期对所述摄像机姿态做校正。

6.一种获取摄像机姿态数据的方法，其特征在于，包括：

卫星定位系统获取摄像机位置的经纬度和时间；

加速度传感器与所述卫星定位系统配合测量摄像机运动的速度和摄像机的位置；

陀螺仪与所述卫星定位系统配合测量摄像机运动的方向和拍摄角度以及测量摄像机的转动角速度；

核心处理器基于帧同步脉冲读取每帧视频所对应的所述卫星定位系统和各传感器数据；

将所述数据做融合、滤波处理得出摄像机所处位置和姿态数据，并将所处位置和姿态数据输出；

地磁传感器与当地实际磁场比较得出当前摄像机的拍摄角度同时配合所述加速度传感器将所述摄像机姿态数据初始化；

所述加速度传感器利用重力加速度对所述地磁传感器做倾斜修正。

7.根据权利要求6所述的获取摄像机姿态数据的方法，其特征在于，该方法还包括：气压传感器测量摄像机所处位置的气压以及配合所述卫星定位系统计算摄像机所处的高度。

8.根据权利要求6所述的获取摄像机姿态数据的方法，其特征在于，在摄像机拍摄时，该方法还包括：帧同步发生器从摄像机输出的视频信号中分离出所述帧同步脉冲，并将所述帧同步脉冲发送给所述核心处理器。

9.根据权利要求6所述的获取摄像机姿态数据的方法，其特征在于，在所述将所述数据做融合、滤波处理得出摄像机所处位置和姿态数据，并将所处位置和姿态数据输出后还包括：

同步脉冲计数器对所述帧同步脉冲进行计数；

所述地磁传感器在陀螺仪静止时,基于所述同步脉冲计数器的脉冲数定期对所述摄像机姿态做校正。