CN103685959A

CN103685959A - Tv型二维索道摄像系统

Info

Publication number: CN103685959A
Application number: CN201310696079.1A
Authority: CN
Inventors: 龚文基; 魏彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: CN103685959B

Abstract

本发明是一种TV型二维索道摄像系统，由摄像单元（7）和二维索道系统构成，二维索道系统包括一条主索道（1），用于承载摄像单元（7）的重量；左右双滑轮滑车（3），(4），沿主索道（1）移动；左右定滑轮（10），（11）；左右绞盘站（8），（9）；左右牵引绳（2），（6），其一端分别穿过双滑轮滑车（3），(4）的下滑轮，分别固定在摄像单元（7）上；另一端穿过左右定滑轮（10），（11），分别与左右绞盘站（8），（9）相连，左右绞盘站（8），（9）通过拉动左右牵引绳（2），（6），牵引摄像单元（7）的水平和垂直位置的移动。本发明实现了摄像机在空间水平和垂直方向的平滑运动，并消除了对实现摄像平稳性有干扰的不利因素。

Description

TV型二维索道摄像系统

技术领域

本发明涉及一种摄影/摄像的运动拍摄的技术设备，尤其是涉及索道拍摄，适用于演播室和大型活动等场地范围的运动拍摄。

背景技术

摄像机在空间的位置移动和拍摄角度的调整是完成运动拍摄的重要环节，运动拍摄的目前手段：斯坦尼康减震器，摄影摇臂，轨道车，以及索道拍摄，飞行器航空拍摄等。其中，索道拍摄是灵活性和实用性很强的一种技术手段。

摄影/摄像机在空间的位置移动和拍摄角度的调整是使用索道拍摄完成运动拍摄的重要环节。而T型二维索道拍摄系统是索道拍摄手段里使用广泛一种技术手段。现有技术采用的索道拍摄系统简单的采用一般运输索道的技术，特别是跨度较大时，产生干扰和平移振荡等不利因素，摄像的平稳性受到干扰，极大影响了拍摄效果。

目前，T型二维索道摄像系统一般包括索道系统和摄像单元，索道系统包括一条主索道，用于承载所述摄像单元的重量和确定摄像单元的运动面；安装在主索道上的承载滑车，承载滑车上部设置两个滚轮，在主索道上滚动，下部设置两个定滑轮；使用循环牵引绳和升降牵引绳使承载滑车沿主索道前后移动和摄像单元的上下移动。

为了防止摄像单元在牵引过程中产生的振荡，影响拍摄效果，在循环牵引绳2上使用张紧机构，对产生的振荡起到一定的阻尼作用。

上述技术手段不能从根本上消除摄像单元移动平稳性的干扰因素，不能使摄像机在空间实现水平和垂直方向的平滑运动，实现拍摄画面的流畅稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可使摄像机在空间实现水平和垂直方向平滑运动，并消除对实现摄像平稳性有干扰的不利因素，，以及摄像机各要素的远程实时操控，实现拍摄画面的流畅稳定。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种TV型二维索道摄像系统，由摄像单元7和二维索道系统构成，所述二维索道系统包括:

一条主索道1，用于承载摄像单元7的重量，确定摄像单元7的运动面；

左右双滑轮滑车3，4，所述双滑轮滑车的上滑轮沿主索道1移动；

左右定滑轮10，11；

左右绞盘站8，9；

左右牵引绳2，6，所述牵引绳的一端分别穿过双滑轮滑车3，4的下滑轮，分别固定在摄像单元7上；另一端穿过左右定滑轮10，11，分别与左右绞盘站8，9相连，所述左右绞盘站8，9通过拉动左右牵引绳2，6，牵引所述摄像单元7的水平和垂直位置的移动。

所述左右双滑轮滑车3，4的两个下滑轮之间设置反向同步锁定机构5，实现两个下滑轮只具备反向等速旋转的自由度，确保摄像机的平滑运动。

所述右定滑轮11一侧增加一个定滑轮12，同时将所述左绞盘站9移动到所述右绞盘站9的右边；所述左牵引绳2依次反向穿过所述左定滑轮10和定滑轮12，与所述左绞盘站9连接。

所述双轮滑车3，4的下轮使用与牵引绳2，6摩擦系数大的材料，以保证所述双轮滑车3，4的下轮与所述牵引绳2，6无滑差。

所述步反向机构5为反扭同步带结构，所述反扭同步带结构在左右双滑轮滑车3，4的两个下滑轮分别设计双走线槽，在一对走线槽之间安装反扭同步带13。

所述步反向机构5为轴传结构，所述轴传结构包括同步皮带传动14，15和具有等速比的90度锥齿轮变速器16，17；所述步皮带传动14，15的输入轴分别连接双轮滑车3，4的下滑轮轴，所述锥齿轮变速器16，17的输出轴之间联接一根可调长度的轻质杆件18。

其特征在于，所述摄像单元7由摄像机21，竖轴19和配重20构成，所述牵引绳2，6上对称布置的平面铰点23，其下端连接到所述竖轴19上的平面铰点22，在所述竖轴19上设置直线滑块24，所述平面铰点23和所述直线滑块24之间分别铰接等长双杆25。

本发明的的TV型二维索道摄像系统，实现了摄像机在空间水平和垂直方向的平滑运动，并消除了对实现摄像平稳性有干扰的不利因素，并可以对摄像机各要素的远程实时操控，实现拍摄画面的流畅稳定。

附图说明

图1是本发明的标准方式的运行示意图；

图2是本发明的一种变形方式的示意图；

图3是本发明的要着重解决的一种有害情状况说明图；

图4是本发明的机构运动分析图；

图5图6是本发明的反向同步机构方案图；

图7是本发明的实现摄像平台垂直稳定的方案图。

1主索道	14左同步皮带传动
		2左牵引绳	15右同步皮带传动
3左双滑轮滑车	16左锥齿轮变速器
		4右双滑轮滑车	17右锥齿轮变速器
5 反向同步锁定机构	18轻质杆件
		6右牵引绳	19竖轴
7摄像单元	20配重
		8左绞盘站	21摄像机
9右绞盘站	22竖轴铰点
		10左定滑轮	23牵引绳铰点
11右定滑轮	24直线滑块
		12 定滑轮	25等长杆
13反扭同步带

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明TV型二维索道摄像系统的构建：参照图1，首先搭建一条承重的主索道或轨道1，主要承载摄像单元7的重量和确定摄像单元7的运动面，该运动面是由主索道1和沿重力方向垂直向下的垂线构成。在主索道1上左右两端分别加装左右双滑轮滑车3，4，双滑轮滑车的上滑轮沿主索道1移动，加装左右牵引绳2，6，牵引绳的一端穿过双滑轮滑车3，4的下滑轮，固定在摄像单元7上。另一端穿过左右定滑轮10，11分别与左右绞盘站8，9相连，用于牵引上述滑车左右移动，完成摄像单元7的水平位置的移动。

本发明在左右双滑轮滑车3，4的两个下滑轮之间采用了反向同步锁定机构5，实现两个下滑轮只具备反向等速旋转的自由度（反向同步旋转，类似一对等齿数啮合的齿轮），确保摄像机在空间实现水平和垂直方向平滑运动。

图2是本发明TV型二维索道摄像系统的另一种实施方式，如图所示，在右定滑轮11一侧增加一个定滑轮12，同时将左绞盘站9移动到右绞盘站9的右边；左牵引绳2反向穿过左定滑轮10以后，返回右边，穿过定滑轮12，改变方向垂直向下连到移动过来的左绞盘站9上。

摄像机运动的实现：上位控制器将解算完成的位置指令实时发送给左右绞盘站8，9的伺服系统，绞盘站的丝筒旋转来收放缠绕其上的左右牵引绳2，6，，上述绞盘站8，9对线缆的收放速度相同时，摄像单元7产生水平X轴的移动V_x；当绞盘站8，9的收放速度有差动时，摄像单元7产生高度Y轴上的运动V_y。解算方法遵循图4所示，由上位机根据建立的数学模型进行实时解算。

其数学模型为：

V_x=V₁sinα + V₂sinα

V_y=V₂cosα－V₁cosα

α=arctg(L/2H)

其中，V₁左牵引绳2移动速度，V₂右牵引绳6移动速度，L等腰三角形底边，H等腰三角形高。

系统冗余自由度的消除：由图3可以看到，摄像单元7和双滑车体系间存在多余的水平自由度，系统不具备自身的稳态特性。当系统处于稳定移动状态时，摄像单元7不会产生晃动，此时，左右双滑轮滑车3，4的上滑轮在主索道1上面转动平移，下滑轮不产生转动，左右牵引绳2，6保持瞪眼三角形，对应附图3中间的状态。在图3的两边图形所示的状态，无论是摄像单元7向左还是向右晃动，左右双滑轮滑车3，4的下滑轮产生同方向的转动，向右移动，两个下滑轮顺时针转动，反之，逆时针转动。本发明的结构提供了消除上述问题的方法。即，使用同步反向锁定机构5，该机构用于限定摄像单元7和双轮滑车2、5间的水平交错滑移自由度。实际实施中，双轮滑车的下轮需使用与牵引绳摩擦系数尽量大的材料以保证无滑差防止带来系统运行误差。

图5是本发明的反向同步机构方案图，显示步反向机构5使用反扭同步带结构。在左右双滑轮滑车3，4的两个下滑轮分别设计双走线槽，一对走线槽供穿牵引绳用，另一对走线槽之间安装反扭同步带13。当系统的摄像单元7产生晃动，两个下滑轮在反扭同步带13的作用下，对对方产生方向的力矩，克服两个下滑轮同方向转动的趋势，使摄像单元7趋稳。此同步反向机构5所受的外力为水平拉力，故使用图5的反扭同步带结构即可完成功能要求。

同时，本发明还提供一种轴传结构，双轮滑车的下滑轮轴分别如图6所示联接一个1:1的一级同步皮带传动14，15和具有等速比的90度锥齿轮变速器16，17。该变速器的输出轴之间用可调长度的轻质杆件18联接，轻质杆件18的杆长可根据实际使用情况确定长短，同样起到反扭同步带13的功能。

图7是本发明的实现摄像平台垂直稳定的方案图。其稳定原理如下：

本发明的摄像单元7由摄像机21，竖轴19和配重20构成，在运行过程中，保证摄像平台7稳定的关键是应当始终保持竖轴19竖直向下，实现摄像平台垂直稳定。

整个运行系统运行过程中，牵引绳2和6始终等长。而牵引绳2、6手里的方向是牵引绳2、6夹角的角平分线，是竖直向上，作用力与重力的方向相反。在有摄像单元7悬吊于竖轴19上的平面铰点22时，吊索2、6处于张紧状态，在吊索2、6上对称布置的平面铰点23，竖轴19上设置直线滑块24，平面铰点23和直线滑块24之间铰接等长双杆25，上述结构组成滑动结构，可获得空间的定位，可以保证在吊索2、6的夹角发生改变时（升高变大，下降变小），竖轴19保持竖直向下。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种TV型二维索道摄像系统，由摄像单元（7）和二维索道系统构成，其特征在于，所述二维索道系统包括:

一条主索道（1），用于承载摄像单元（7）的重量，确定摄像单元（7）的运动面；

左右双滑轮滑车（3），(4），所述双滑轮滑车的上滑轮沿主索道（1）移动；

左右定滑轮（10），（11）；

左右绞盘站（8），（9）；

左右牵引绳（2），（6），所述牵引绳的一端分别穿过双滑轮滑车（3），(4）的下滑轮，分别固定在摄像单元（7）上；另一端穿过左右定滑轮（10），（11），分别与左右绞盘站（8），（9）相连，所述左右绞盘站（8），（9）通过拉动左右牵引绳（2），（6），牵引所述摄像单元（7）的水平和垂直位置的移动。

2.根据权利要求1所述的二维索道摄像系统，其特征在于，所述左右双滑轮滑车（3），(4）的两个下滑轮之间设置反向同步锁定机构（5），实现两个下滑轮只具备反向等速旋转的自由度，确保摄像机的平滑运动。

3.根据权利要求2所述的二维索道摄像系统，其特征在于，所述右定滑轮（11）一侧增加一个定滑轮（12），同时将所述左绞盘站（9）移动到所述右绞盘站（9）的右边；所述左牵引绳（2）依次反向穿过所述左定滑轮（10）和定滑轮（12），与所述左绞盘站（9）连接。

4.根据权利要求3所述的二维索道摄像系统，其特征在于，所述双轮滑车（3），(4）的下轮使用与牵引绳（2），（6）摩擦系数大的材料，以保证所述双轮滑车（3），(4）的下轮与所述牵引绳（2），（6）无滑差。

5.根据权利要求4所述的二维索道摄像系统，其特征在于，所述步反向机构（5）为反扭同步带结构，所述反扭同步带结构在左右双滑轮滑车（3），(4）的两个下滑轮分别设计双走线槽，在一对走线槽之间安装反扭同步带（13）。

6.根据权利要求4所述的二维索道摄像系统，其特征在于，所述步反向机构（5）为轴传结构，所述轴传结构包括同步皮带传动（14），（15）和具有等速比的90度锥齿轮变速器（16），（17）；所述步皮带传动（14），（15）的输入轴分别连接双轮滑车（3），(4）的下滑轮轴，所述锥齿轮变速器（16），（17）的输出轴之间联接一根可调长度的轻质杆件（18）。

7.根据权利要求5或6其中之一所述的二维索道摄像系统，其特征在于，所述摄像单元（7）由摄像机（21），竖轴（19）和配重（20）构成，所述牵引绳（2），（6）上对称布置的平面铰点（23），其下端连接到所述竖轴（19）上的平面铰点（22），在所述竖轴（19）上设置直线滑块（24），所述平面铰点（23）和所述直线滑块（24）之间分别铰接等长双杆（25）。