CN106657932A - 全景观察仪 - Google Patents

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范光华
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Abstract

本发明公开了一种全景观察仪，包括周视部件、云台部件、探照灯部件及一体摄像机部件；云台部件水平转动的安装在周视部件的上端面，探照灯部件和一体摄像机部件分别安装在云台部件的左右端面；周视部件包括周视壳体，周视壳体沿圆周方向均布若干个定焦摄像机及红外照明组件；云台部件包括云台壳体，云台壳体的内部设有水平传动组件和俯仰传动组件；水平传动组件的下端从云台壳体的下端面穿出后与周视壳体固定连接；俯仰传动组件从云台壳体的侧壁穿出后与对应的探照灯部件或一体摄像机部件固定连接。本发明用于车载安防监控系统中，能够通过8台定焦摄像机实现对车辆周围水平360°范围内环境进行实时视频观察，实用性强。

Description

全景观察仪
技术领域
本发明属于车载安防监控技术领域，主要涉及一种全景观察仪。
背景技术
车载安防监控的任务主要是实现乘员在车内对车外环境进行实时观察和视频存储与回放。目前，车载安防监控系统主要由视频观察设备、视频记录单元和显示器组成。其中车载视频观察设备的解决方案主要有以下两种。
方案一：视频观察设备采用固定安装的枪式摄像机对关重区域进行定点观察。由于单台摄像机的视场角和观察距离有限，因此，在大范围区域监控的应用场合，大多采用在车体的多个不同的位置或不同的方向布置多台摄像机进行观察的解决方案。
方案二：视频观察设备采用单台或多台搭载于云台的摄像机（球机），通过云台转动，摄像机可以分时地对不同的监控区域进行观察。
由于以上两种方案选用的摄像机均为常规型监控摄像机，选型、使用和维护比较方便，因此在当前的车载安防监控领域得到了广泛应用。然而，在实际的应用中也存在一定的问题。采用多台枪型摄像机方案，由于受到车体外形的制约，摄像机的布局往往不能实现对车辆周围环境进行全范围的观察，即存在观察盲区。采用球机方案，由于摄像机随着云台转动，只能分时地对不同的区域进行观察，观察的实时性不太理想。
发明内容
针对目前车载安防监控领域的应用需要以及当前市场上已有车载监控摄像机方案的缺点，本发明提供一种全景观察仪。
本发明的技术方案是：
一种全景观察仪，包括周视部件、云台部件、探照灯部件及一体摄像机部件；云台部件水平转动的安装在周视部件的上端面，探照灯部件和一体摄像机部件分别安装在云台部件的左右端面；
所述的周视部件包括周视壳体，周视壳体沿圆周方向均布若干个定焦摄像机及红外照明组件，周视壳体的内部设有电源组件；
所述的云台部件包括云台壳体，云台壳体的内部设有水平传动组件和俯仰传动组件；水平传动组件的下端从云台壳体的下端面穿出后与周视壳体固定连接；俯仰传动组件从云台壳体的侧壁穿出后与对应的探照灯部件或一体摄像机部件固定连接；
所述的定焦摄像机及红外照明组件、水平传动组件、俯仰传动组件、探照灯部件和一体摄像机部件均与电源组件电连接。
作为优选，所述的水平传动组件包括转动连接板，转动连接板与周视壳体固定连接，转动连接板的上端面固定安装有转动轴，转动轴的上端套装有沿转动轴转动的水平旋转涡轮和固定板，水平旋转涡轮与固定板的上端面固定连接，固定板与云台壳体固定连接，固定板的上端面固定安装有竖向支架，竖向支架上安装有水平传动蜗杆和水平驱动电机，水平传动蜗杆与水平旋转涡轮啮合，水平传动蜗杆的另一端套装有水平从动齿轮，水平驱动电机的电机轴上套装有水平驱动齿轮，水平从动齿轮和水平驱动齿轮通过水平同步带转动连接；水平驱动电机与电源组件电连接。
作为优选，所述的俯仰传动组件包括与云台壳体固定连接的安装板，安装板安装有俯仰驱动电机和俯仰传动蜗杆，俯仰驱动电机的电机轴上套装有俯仰驱动齿轮，俯仰传动蜗杆的一端套装有俯仰从动齿轮，俯仰驱动齿轮和俯仰从动齿轮通过俯仰同步带转动连接；俯仰传动蜗杆的上方设有与俯仰传动蜗杆啮合的俯仰旋转涡轮，俯仰旋转涡轮套装有俯仰主轴，俯仰主轴的两端分别与对应的探照灯部件或一体摄像机部件固定连接；俯仰驱动电机与电源组件电连接。
作为优选，所述的探照灯部件和一体摄像机部件的上方分别固定安装有遮阳板，探照灯部件上方的遮阳板和一体摄像机部件上方的遮阳板通过连接板固定连接。
作为优选，所述的一体摄像机部件的前端设有雨刷器。
作为优选，所述的周视壳体沿圆周方向均布八个定焦摄像机及红外照明组件。
作为优选，所述的水平旋转涡轮的一侧设有水平光电限位机构，水平光电限位机构与电源组件电连接。
作为优选，所述的俯仰旋转涡轮的一侧设有俯仰光电限位机构，俯仰光电限位机构与电源组件电连接。
作为优选，所述的固定板的上端面还固定安装有主控板，主控板设有主控制器和电机驱动器，水平光电限位机构、俯仰光电限位机构、电机驱动器、定焦摄像机及红外照明组件、探照灯部件和一体摄像机部件分别与主控制器电连接，水平驱动电机、俯仰驱动电机分别与电机驱动器电连接；主控制器和电机驱动器分别与电源组件电连接。
本发明的有益效果是：
本发明主要用于车载安防监控系统中，能够通过8台定焦摄像机实现对车辆周围水平360°范围内环境进行实时视频观察，每台定焦摄像机配有红外照明灯，可适应夜间低照度使用环境；并能通过1台变焦摄像机跟随云台进行水平和俯仰转动实现对重要目标的重点观察，变焦摄像机配有白光探照灯和雨刷器，可适应夜间和雨雪等恶劣天气环境。云台在断电情况下能够保持位置自锁状态。本发明实用性强，具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中的周视部件的结构示意图；
图3是图1中的云台部件的结构示意图；
图4是图3中的水平传动组件的结构示意图；
图5是图3中的俯仰传动组件的结构示意图；
图6是本发明中的主控制器的电路图；
图7是本发明中的水平电机驱动电路的电路图；
图8是本发明中的俯仰电机驱动电路的电路图；
图9是本发明中的软件流程图；
图中：1为周视部件，2为云台部件，3为连接板，4为遮阳板，5为探照灯部件，6为一体摄像机部件；101为周视壳体，102为定焦摄像机及红外照明组件，103为电源组件；201为云台壳体，202为水平传动组件，203为俯仰传动组件，601为雨刷器；2021为转动连接板，2022为固定板，2023为水平同步带，2024为水平驱动电机，2025为水平旋转涡轮，2026为水平光电限位机构，2027为水平传动蜗杆，2028为主控板；2031为安装板，2032为俯仰同步带，2033为俯仰驱动电机，2034为俯仰主轴，2035为俯仰光电限位机构，2036为俯仰旋转涡轮，2037为俯仰传动蜗杆。
具体实施方式
实施例一：参见图1-5，一种全景观察仪，包括周视部件、云台部件、探照灯部件及变焦摄像机部件。云台部件水平转动的安装在周视部件的上端面，探照灯部件和变焦摄像机部件分别安装在云台部件的左右端面。
周视部件包括周视壳体，周视壳体沿圆周方向均布八个定焦摄像机及红外照明组件，周视壳体的内部设有电源组件。
云台部件包括云台壳体，云台壳体的内部设有水平传动组件和俯仰传动组件。水平传动组件的下端从云台壳体的下端面穿出后与周视壳体固定连接。俯仰传动组件从云台壳体的侧壁穿出后与对应的探照灯部件或变焦摄像机部件固定连接。
定焦摄像机及红外照明组件、水平传动组件、俯仰传动组件、探照灯部件和变焦摄像机部件均与电源组件电连接。
水平传动组件包括转动连接板，转动连接板与周视壳体固定连接，转动连接板的上端面固定安装有转动轴，转动轴的上端套装有沿转动轴转动的水平旋转涡轮和固定板，水平旋转涡轮与固定板的上端面固定连接，固定板与云台壳体固定连接，固定板的上端面固定安装有竖向支架，竖向支架上安装有水平传动蜗杆和水平驱动电机，水平传动蜗杆与水平旋转涡轮啮合，水平传动蜗杆的另一端套装有水平从动齿轮，水平驱动电机的电机轴上套装有水平驱动齿轮，水平从动齿轮和水平驱动齿轮通过水平同步带转动连接。水平驱动电机与电源组件电连接。
俯仰传动组件包括与云台壳体固定连接的安装板，安装板安装有俯仰驱动电机和俯仰传动蜗杆，俯仰驱动电机的电机轴上套装有俯仰驱动齿轮，俯仰传动蜗杆的一端套装有俯仰从动齿轮，俯仰驱动齿轮和俯仰从动齿轮通过俯仰同步带转动连接。俯仰传动蜗杆的上方设有与俯仰传动蜗杆啮合的俯仰旋转涡轮，俯仰旋转涡轮套装有俯仰主轴，俯仰主轴的两端分别与对应的探照灯部件或变焦摄像机部件固定连接。俯仰驱动电机与电源组件电连接。
探照灯部件和变焦摄像机部件的上方分别固定安装有遮阳板，探照灯部件上方的遮阳板和变焦摄像机部件上方的遮阳板通过连接板固定连接。变焦摄像机部件的前端设有雨刷器，雨刷器与电源组件电连接。
云台机械传动结构采用小型蜗轮蜗杆结构，在断电时可以保持自锁状态，可以保证云台和变焦摄像机在车辆上的强振动环境不会受到意外损坏。
工作过程：
本发明的全景观察仪通过8台定焦摄像机实现对车辆周围水平360°范围内环境进行实时视频观察，每台定焦摄像机视场角为50°，8台定焦摄像机在同一圆周面上均匀布置，每两台定焦摄像机的中心线夹角45°，可以实现水平方向360°视场范围的实时观察。每两台相邻的定焦摄像机视场约在1.3米处重合，即摄像机盲区半径约为1.3米，盲区距离小于常规车辆长度，可以满足车辆使用要求。定焦摄像机分辨率为720(W)×576(H)像素，观察50米处的1.7米高度的人员目标，人员在画面上占用分辨率约为10(W)×40(H)像素，可以对人员进行辨别。每台定焦摄像机配有红外照明灯，可适应夜间低照度使用环境。
通过1台变焦摄像机跟随云台进行水平和俯仰转动实现对重要目标的重点观察，变焦摄像机选用36倍光学变焦的模拟摄像机，焦距范围为3.4mm（广角端）～122.4mm（远端），视场角范围为2.2°～54.2°,最低照度0.1Lux。变焦摄像机配备有功率为35W的白光卤素探照灯，在距离150米处光照强度达到1Lux，可满足变焦摄像机在夜间环境下进行观察的需要。此外变焦摄像机还配备有雨刷器，可在雨雪天气下清除观察窗前的雨、雪、冰、霜等，提高恶劣环境下的观察能力。
云台的水平转动过程：水平驱动电机得电工作，水平驱动齿轮转动，水平驱动齿轮通过水平同步带带动水平从动齿轮转动，水平传动蜗杆驱动水平旋转涡轮转动，固定板相对转动连接板转动。蜗轮蜗杆传动平稳且具有断电自锁功能，水平同步带设有内齿轮，传动平稳、精度高。
变焦摄像机俯仰转动过程：俯仰驱动电机得电工作，俯仰驱动齿轮转动，俯仰驱动齿轮通过俯仰同步带带动俯仰从动齿轮转动，俯仰传动蜗杆驱动俯仰旋转涡轮转动，俯仰主轴转动，俯仰主轴带动探照灯部件和变焦摄像机部件一起转动。蜗轮蜗杆传动平稳且具有断电自锁功能，俯仰同步带设有内齿轮，传动平稳、精度高。
云台主要用于承载变焦摄像机和探照灯，可以实现在水平方向上360°连续转动并可实现在俯仰方向上-45°～85°范围内转动，以扩展变焦摄像机的观察范围。云台采用步进电机进行驱动，步进电机选用二相四线步进电机，步进电机驱动器采用128细分步进电机驱动器，经过细分后，步进电机步距角达到0.0140625°，在提高步进精度的同时，提高了步进电机的运行平稳性，使云台能够进行高精度的运动，经过机械传动机构进行减速后，云台最低转动速度可达到0.01°/s.云台机械传动机构主要由同步带和蜗轮蜗杆组成。采用蜗轮蜗杆结构，在断电时可保持水平方向和俯仰方向的自锁状态，以保证云台和变焦摄像机在车辆上的强振动环境不会受到意外损坏。
实施例二：参见图1-9，为了进步一提高本实施例一中全景观察仪的功能，在实施例一的基础上增加水平光电限位机构、俯仰光电限位机构、主控板。
水平旋转涡轮的一侧设有水平光电限位机构，水平光电限位机构与电源组件电连接。俯仰旋转涡轮的一侧设有俯仰光电限位机构，俯仰光电限位机构与电源组件电连接。固定板的上端面固定安装有主控板，主控板设有主控制器和电机驱动器，水平光电限位机构、俯仰光电限位机构、电机驱动器、定焦摄像机及红外照明组件、探照灯部件和变焦摄像机部件分别与主控制器电连接，水平驱动电机、俯仰驱动电机分别与电机驱动器电连接。主控制器和电机驱动器分别与电源组件电连接。
全景观察仪采用CAN总线和RS485总线与外部系统进行通信。外部控制设备可以向全景观察仪发送水平和俯仰运动速度控制信息、水平和俯仰运动位置控制信息、变焦摄像机变焦控制信息、红外照明灯开关信息、探照灯开关信息以及雨刷器控制信息等对全景观察仪进行控制，全景观察仪对外发送当前水平位置信息和当前俯仰位置信息。
全景观察仪软件主要用于控制接收全景观察仪运动控制命令和设备开关命令，驱动水平步进电机和俯仰步进电机运动并控制红外照明灯、探照灯、雨刷器的开关以及变焦摄像机变焦。全景观察仪软件流程图如图9所示。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种全景观察仪，其特征在于，包括周视部件、云台部件、探照灯部件及一体摄像机部件；云台部件水平转动的安装在周视部件的上端面，探照灯部件和一体摄像机部件分别安装在云台部件的左右端面；
所述的周视部件包括周视壳体，周视壳体沿圆周方向均布若干个定焦摄像机及红外照明组件，周视壳体的内部设有电源组件；
所述的云台部件包括云台壳体，云台壳体的内部设有水平传动组件和俯仰传动组件；水平传动组件的下端从云台壳体的下端面穿出后与周视壳体固定连接；俯仰传动组件从云台壳体的侧壁穿出后与对应的探照灯部件或一体摄像机部件固定连接；
所述的定焦摄像机及红外照明组件、水平传动组件、俯仰传动组件、探照灯部件和一体摄像机部件均与电源组件电连接。
2.根据权利要求1所述的全景观察仪，其特征在于，所述的水平传动组件包括转动连接板，转动连接板与周视壳体固定连接，转动连接板的上端面固定安装有转动轴，转动轴的上端套装有沿转动轴转动的水平旋转涡轮和固定板，水平旋转涡轮与固定板的上端面固定连接，固定板与云台壳体固定连接，固定板的上端面固定安装有竖向支架，竖向支架上安装有水平传动蜗杆和水平驱动电机，水平传动蜗杆与水平旋转涡轮啮合，水平传动蜗杆的另一端套装有水平从动齿轮，水平驱动电机的电机轴上套装有水平驱动齿轮，水平从动齿轮和水平驱动齿轮通过水平同步带转动连接；水平驱动电机与电源组件电连接。
3.根据权利要求2所述的全景观察仪，其特征在于，所述的俯仰传动组件包括与云台壳体固定连接的安装板，安装板安装有俯仰驱动电机和俯仰传动蜗杆，俯仰驱动电机的电机轴上套装有俯仰驱动齿轮，俯仰传动蜗杆的一端套装有俯仰从动齿轮，俯仰驱动齿轮和俯仰从动齿轮通过俯仰同步带转动连接；俯仰传动蜗杆的上方设有与俯仰传动蜗杆啮合的俯仰旋转涡轮，俯仰旋转涡轮套装有俯仰主轴，俯仰主轴的两端分别与对应的探照灯部件或一体摄像机部件固定连接；俯仰驱动电机与电源组件电连接。
4.根据权利要求3所述的全景观察仪，其特征在于，所述的探照灯部件和一体摄像机部件的上方分别固定安装有遮阳板，探照灯部件上方的遮阳板和一体摄像机部件上方的遮阳板通过连接板固定连接。
5.根据权利要求4所述的全景观察仪，其特征在于，所述的一体摄像机部件的前端设有雨刷器。
6.根据权利要求5所述的全景观察仪，其特征在于，所述的周视壳体沿圆周方向均布八个定焦摄像机及红外照明组件。
7.根据权利要求6所述的全景观察仪，其特征在于，所述的水平旋转涡轮的一侧设有水平光电限位机构，水平光电限位机构与电源组件电连接。
8.根据权利要求7所述的全景观察仪，其特征在于，所述的俯仰旋转涡轮的一侧设有俯仰光电限位机构，俯仰光电限位机构与电源组件电连接。
9.根据权利要求8所述的全景观察仪，其特征在于，所述的固定板的上端面还固定安装有主控板，主控板设有主控制器和电机驱动器，水平光电限位机构、俯仰光电限位机构、电机驱动器、定焦摄像机及红外照明组件、探照灯部件和一体摄像机部件分别与主控制器电连接，水平驱动电机、俯仰驱动电机分别与电机驱动器电连接；主控制器和电机驱动器分别与电源组件电连接。
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