CN108803683A - 基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法，该系统利用室内定位技术获取当前待追踪目标的位置，利用电子罗盘获取当前各个摄像头的指向，进而计算出各个云台的旋转角度和旋转方向，并控制云台进行旋转，使得各个云台上的摄像头对目标追踪拍摄，通过不断循环定位、获取指向、计算旋转角度和方向、旋转云台等操作来实现持续的多摄像头对目标物体的多角度追踪拍摄。具有拍摄角度丰富，不易丢失目标，指向精度高等优点。

Description

基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法

技术领域

本发明涉及一种多个摄像头对室内运动目标的实时追踪拍摄系统和方法，特别是涉及一种基于ZigBee无线传感网络的摄像头追踪拍摄系统和方法，属于传感器技术嵌入式开发以及无线通信的交叉领域。

背景技术

目标跟踪一直是学术界和工业界的一种重要的研究方向。例如生物学研究中需要对一个运动中的活体样品(例如飞翔中的鸟、快速奔跑中的狗)同时进行多个角度和方位的实时观察拍摄；例如，随着摄影技术以及VR视频的发展，往往需要对一个移动目标进行实时多角度的拍摄以供后期拼接为全景图片或全景视频。

而目前的摄像头实时追踪拍摄主要存在以下问题：

1)传统的目标追踪拍摄采用的单个摄像头追踪，拍摄的是平面图片，后期不方便拼接处理成全景图片。

2)传统的目标追踪采用的是图像识别算法，基于拍摄的图片或者视频识别出被追踪的目标，由于被追踪的目标个体间差异明显并且目标所在背景也在不断变化，对检测和追踪算法的鲁棒性要求很高，且计算量很大。然而，一旦被追踪目标与摄像头之间存在其他遮挡物，系统将很容易丢失目标，因此，存在很大的不可靠性。

发明内容

本发明的目的是能有效避免目标被遮挡导致的目标丢失问题，提出一种安装在室内的基于无线传感网络的多摄像头实时追踪拍摄系统及其实现方法。

为解决上述技术问题，本发明建立了一种基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统，其特征在于，该系统包括：本地服务器、室内定位模块、若干云台模块和若干摄像头模块；

其中，所述本地服务器作为信息的处理中心与控制中心用于实时分析处理各个模块发送的数据并控制各个模块的工作与联动，本地服务器通过ZigBee协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信；

室内定位模块包含若干个用于定位的锚节点以及1个待定位节点；所述待定位节点安装在被追踪目标上，所述锚节点放置在室内，所述室内定位模块包含ZigBee通信模块并通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；

所述云台模块用于安装摄像头模块以及旋转摄像头模块；云台模块包含ZigBee通信模块、电子罗盘、步进电机、步进电机驱动板、转盘、托盘、中央控制器和电源模块；云台模块的ZigBee通信模块与中央控制器连接，中央控制器分别与电子罗盘和步进电机驱动板连接，用于给步进电机供电和提供控制信号的步进电机驱动板与步进电机连接，所述电源模块分别为ZigBee通信模块、中央控制器、电子罗盘和步进电机驱动板供电；用于安置摄像头的转盘安装在步进电机转轴顶部；所述托盘设置于云台模块的底部，用于安装ZigBee通信模块、步进电机、步进电机驱动板、中央控制器和电源模块；

所述云台模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；

所述摄像头模块将采集到的视频通过WiFi传输到本地服务器。

在另一方面，本发明提供一种基于无线传感网络的多摄像头追踪拍摄实现方法，具体实施步骤如下：

1)安装待定位节点到待追踪目标上，在矩形室内放置室内定位锚节点和M个云台，并且每个云台的转盘上设置一个摄像头；

2)对待追踪目标进行定位；

3)本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据；

4)本地服务器计算各个云台的旋转角度以及旋转方向，并分别发送控制命令给各个云台；

5)本地服务器等待T毫秒，然后检测用户是否停止了系统；如果用户停止系统，则系统停止；否则，进入步骤2)。

进一步地，所述步骤1)中包括在每个云台上设置一个电子罗盘，并调整摄像头指向与电子罗盘一致。

进一步地，所述步骤2)对待追踪目标进行定位之前包括在本地服务器中以定位锚节点中的任意一个锚节点为坐标原点，输入所有其它定位锚节点相对于选定的坐标原点的坐标值(m_i,n_i),其中i表示锚节点的编号，同时输入所有的云台相对于选定坐标原点的坐标值(x_i,y_i),其中i表示云台的编号。

进一步地，步骤2)中采用加权质心定位算法对待追踪目标进行定位得到待追踪目标的位置(x_e,y_e)，加权质心定位算法表达式为：

其中，m_i,n_i为步第i个锚节点的坐标值，w_i为第i个锚节点被赋予的权重，d_i为待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离，

更进一步地，计算待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离d_i时预先在室内测量多组用于反映待定位节点与第i个定位锚节点通信的信号强度的信号强度指示RSSI数据R_i与对应的待定位节点与第i个定位锚节点距离d_i；通过对曲线拟合得到R_i与d_i的经验公式的的表达式如下：

d_i＝a₁×R_i ³+a₂×R_i ²+a₃×R_i+a₄

其中a₁、a₂、a₃、a₄为计算得到的函数系数。

进一步地，步骤3)中本地服务器发送信号B给M个云台模块，M个云台模块收到信号B后，获取电子罗盘的地磁数据；M个云台模块发送XY轴指向向量(α_i,β_i),1≤i≤M给本地服务器，本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据。

进一步地，步骤4)中本地服务器计算第i个云台的旋转角度的方法如下：

根据向量点乘原则，其中θ为与的夹角，也就是旋转角度。由于在确定旋转方向的时候，以不超过π的旋转角度来确定旋转方向，所以这里认为0≤θ＜π。所以，从旋转到的旋转角度的表达式如下：

式子中 其中1≤i≤M。

(α_i,β_i)为第i个云台的摄像头的当前指向，(x_e,y_e)为当前待定位节点的位置坐标；

第i个云台的旋转角度θ_i的计算公式为：

进一步地，步骤4)中本地服务器计算第i个云台的旋转方向计算方法如下：

根据向量的叉乘原则，其中1≤i≤M，向量为方向竖直向上的单位向量；

根据向量叉乘的右手定则，的指向按右手从以不超过π的角转向来确定的；

当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＞0时，叉乘结果方向向上，根据右手定则，第i个云台逆时针旋转；

当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＜0时，叉乘结果向下，根据右手定则，第i个云台顺时针旋转；

当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＝0，叉乘结果为零向量，第i个云台不旋转。

有益效果

本发明有以下优势：

1)采用多个摄像头从不同角度同时最终拍摄一个目标，方便后期拼接处理成全景图片或全景视频。

2)采用室内定位技术确定被追踪目标位置，相对于传统的采用图像识别的方法确定被追踪目标位置，不要求摄像头和被追踪目标之间没有遮挡，对复杂环境的适应性更好，不易丢失被追踪目标。

3)采用地磁信息判断当前云台上摄像头的指向，不存在累积误差问题，且指向的精度较高。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明一个实施例的室内定位模块示意图；

图3是本发明一个实施例的云台模块构造示意图；

图4是本发明一个实施例的云台模块实物结构示意图；

图5是本发明的方法流程图；

图6是本发明一个实施例定位模块包含的锚节点所处位置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

本发明的目的是提出一种安装在室内的基于无线传感网络的多摄像头实时追踪拍摄系统及其实现方法，其系统结构如图1所示，包括：

1)本地服务器

2)室内定位模块

3)云台模块

4)摄像头模块

其中，本地服务器为信息的处理中心与控制中心，通过协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信。实时分析处理各个模块发送的数据，并控制各个模块的工作与联动。此处，本地服务器与ZigBee协调器通过串口进行通信。ZigBee协调器包含CC2530、天线、电源。本地服务器选取Lenovo Y50个人计算机，搭载Windows 7 64位操作系统。

室内定位模块包含4个用于定位的锚节点，以及1个待定位节点，其构造如图2所示。待定位节点安装在被追踪目标上，具体实施本发明时可根据需要将待定位节点安装在任意位置。在本实施例中中待追踪目标为四旋翼无人机，待定位节点安装在无人机的一个起落架上。待定位节点通过获取与4个锚节点的RSSI数据，使用加权质心定位算法计算被追踪目标的位置。此处，RSSI为信号强度指示，反映锚节点与待定位节点通信的信号强度，进而计算出锚节点和待定位节点之间的距离。各个锚节点与待定位节点包含CC2530、天线、电源。云台模块包含CC2530、电子罗盘AK8963C、步进电机28BYJ-48、步进电机驱动板ULN-2003、转盘，下方托盘，电源，构造示意图如图3所示。其中，CC2530为ZigBee通信模块，AK8963C为电子罗盘芯片，ULN-2003为为步进电机驱动板，28BYJ-48为步进电机，MCU是中央控制器。中央控制器作用是通过采用协议控制周边设备的动作，采用现有技术，这里不做赘述。

云台模块用于安装摄像头模块以及旋转摄像头模块。系统一共包含5个云台模块。其中，电子罗盘AK8963C芯片安装在转盘上，位于转盘上表面边缘处，并与CC2530相连接，此处，CC2530安装于转轴下方的托盘上。电子罗盘是一种以电气方式检测地球的地磁后计算出方位角(磁北)的传感器，广泛应用于智能手机中的指南针，电子地图等应用中。此处，电子罗盘利用霍尔效应根据地磁场计算出当前传感器的指向后，进而能够计算出当前云台(以下“云台”即所述云台模块)上摄像头的指向，进而能够计算出当前指向的方向与待追踪目标所处的方向之间的偏差角度。步进电机28BYJ-48连接在步进电机驱动板ULN-2003上，步进电机驱动板ULN-2003与CC2530相连接。步进电机转轴连接转盘，安装于转盘下方的托盘上，用于驱动转盘的旋转，实物结构示意图如图4所示，图4示出了云台模块实物结构示意图，其中，E为CC2530，即为ZigBee通信模块，F为AK8963C电子罗盘芯片，G为ULN-2003步进电机驱动板，H为28BYJ-48步进电机，I为转轴，J为下方托盘，K为转盘，L为安装摄像头的位置。

摄像头模块以OV7620视频采集芯片为核心，将采集到的视频通过WiFi传输到本地服务器。摄像头模块用于追踪拍摄目标物体。系统一共包含5个摄像头模块，分别对应于5个云台模块。摄像头节点安装在云台模块的转盘上，跟随转盘一起转动，以追踪拍摄待追踪目标。每个云台的转盘安装一个摄像头节点。

基于无线传感网络的多摄像头追踪拍摄实现方法，流程图如图5所示，具体实施步骤如下：

步骤1：测试用的待追踪目标为一个四旋翼无人机，将室内定位模块的待定位节点安装在无人机的一个起落架上面。测试房间为一个长15米，宽10米的矩形，将室内定位模块的4个用于定位的锚节点放置在矩形室内的4个角落，这里认为本发明只适用于室内俯视图是矩形的室内环境。

将M个摄像头放置在M个云台的转盘上，每个云台放置一个摄像头，并使得摄像头指向与电子罗盘AK8963C指向一致。将M个云台放置在室内尽量分散的M个位置，使得任意两个云台之间的最小距离尽量大。各个云台放置完成后，手动调节各个云台，使得各个云台上的摄像头尽量对准待追踪目标的起始位置。在本地服务器中，以4个锚节点的任意一个锚节点为坐标原点。在本实施例中将5个摄像头放置在5个云台的转盘上，每个云台放置一个摄像头，并使得摄像头指向与电子罗盘AK8963C指向一致。将5个云台放置在室内的5个位置，其中四个角落各放置一个，房间中间位置放置1个。系统中的云台模块与摄像头模块的数量视用户需求而定，云台与摄像头数量越多，则拍摄角度越多。各个云台放置完成后，手动调节各个云台，使得各个云台上的摄像头尽量对准待追踪目标的起始位置。室内各个节点部署位置的示意图如图6所示，图6示出了云台数量和摄像头数量M＝5的情况下的室内各个节点部署的示意图。其中，椭圆形为室内定位模块包含的锚节点所处位置，矩形为待追踪目标所处位置，三角形为各个云台所处位置。

然后，在本地服务器中，以西南角的锚节点为坐标原点，以正东方向为x轴正方向，正北方向为y轴正方向，输入所有其他锚节点相对于选定的原点的坐标值(m_i,n_i),1≤1≤3，输入所有的云台相对于选定的原点的坐标值(x_i,y_i),1≤i≤5。

步骤2：启动系统后，由于当前各个摄像头的指向并不一定是待追踪目标的方向，所以要进行指向的调节，为了计算出各个摄像头需要旋转的方向角，首先要定位出当前待追踪目标的位置。

待追踪目标的定位，采用加权质心定位算法。本地服务器发送表示请求进行室内定位的信号A给安装在待追踪目标上的待定位节点，待定位节点收到信号A后获取其与4个锚节点之间的RSSI数值R_i,1≤i≤4，并发送到本地服务器，由本地服务器进行待追踪目标的位置计算。该信号A的数据包内容如表1所示。

表1信号A的数据包内容

字节：

此处，我们认为本发明只适用于待定位节点一直在室内的情况。假设当前待定位节点的位置为(x_e,y_e)。加权质心计算公式为：

其中，1≤i≤4，m_i,n_i为步骤1中预先设置的第i个锚节点的坐标值。为第i个锚节点被赋予的权重，d_i为待定位节点与第i个锚节点之间的距离，预先在室内测量多组RSSI数据R_i与对应的距离d_i，R_i与d_i的经验公式：

d_i＝a₁×R_i ³+a₂×R_i ²+a₃×R_i+a₄

受地面材质、房屋大小、墙面等因素的影响，上式中的系数a_j,1≤j≤4会因不同的房屋而随之改变。所以室内定位模块需要预先测量并通过MATLAB最小二乘拟合，求出R_i与d_i函数关系中的系数a_j。

通过MATLAB进行曲线拟合，得到R_i与d_i的经验公式表达式为

d_i＝0.0163×R_i ³+0.0762×R_i ²+16.31×R_i+93.22

由此本地服务器得到待定位节点的位置(x_e,y_e),也就得到了待追踪目标的位置(x_e,y_e)。此处，由于待定位节点安装在待追踪目标上面，因此认为待定位节点的位置就是待追踪目标的位置。本地服务器完成此步骤的目标位置的计算之后，进入步骤3。

步骤3：本地服务器计算得到了当前待追踪目标的位置之后，为了完成云台上摄像头模块对待追踪目标的追踪拍摄，需要获取当前各个摄像头的指向，以分别计算出各个摄像头的旋转角度和旋转方向。本地服务器发送表示请求获取指向信息的信号B给M个云台模块，M个云台模块收到信号B后，获取电子罗盘AK8963C的地磁数据。由于电子罗盘AK8963C为三轴磁力计，获取到芯片在三维空间的指向向量，而本系统只需要平面指向数据，故M个云台模块发送XY轴指向向量(α_i,β_i),1≤i≤M给本地服务器。由于在步骤1中，我们使摄像头指向与电子罗盘指向一致，所以，电子罗盘的指向就是摄像头的指向。

在本实施例中各个摄像头指向的获取步骤如下。本地服务器发送信号B给5个云台模块，5个云台模块收到信号B后，分别获取各自的电子罗盘AK8963C的地磁数据。此处，信号B的数据包内容如表2所示。

表2信号B的数据包内容

字节：

由于电子罗盘AK8963C为三轴磁力计，获取到芯片在三维空间的指向向量，而本系统只进行二维平面的旋转，因此只需要平面指向数据，故5个云台模块发送XY轴指向向量(α_i,β_i),1≤i≤5给本地服务器。由于在步骤1中，我们使摄像头指向与电子罗盘指向一致，所以，电子罗盘的指向就是摄像头的指向。

步骤4：本地服务器获取到了各个云台的当前指向和待追踪目标的坐标后，开始计算各个云台的旋转角度和旋转方向。(x_i,y_i),1≤i≤5为步骤1中输入的第i个云台的坐标，(α_i,β_i),1≤i≤5为步骤3中获取的第i个云台的摄像头的当前指向向量，(x_e,y_e)为步骤2中当前待追踪目标的位置。设向量为第i个云台摄像头当前的指向向量。向量为第i个云台摄像头的目标指向向量。

则第i个云台的旋转方向计算方法如下：

因为向量和向量是二维平面向量，根据向量的叉乘原则，其中1≤i≤5，其中1≤i≤5，向量为方向竖直向上的单位向量。根据向量叉乘的右手定则，的指向按右手从以不超过π的角转向来确定的。当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＞0时，叉乘结果方向向上，根据右手定则，第i个云台逆时针旋转。当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＜0时，叉乘结果向下，根据右手定则，第i个云台顺时针旋转。当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＝0，叉乘结果为零向量，第i个云台不旋转。

第i个云台的旋转角度计算方法如下：

根据向量点乘原则，其中θ为与的夹角，也就是旋转角度。由于在确定旋转方向的时候，以不超过π的旋转角度来确定旋转方向，所以这里认为0≤θ＜π。所以，从旋转到的旋转角度的表达式如下：

式子中 其中1≤i≤5。所以，第i个云台的旋转角度θ_i的计算公式为：

由此得到第i个云台的旋转方向和旋转角度θ_i。如果第i个云台顺时针旋转，则本地服务器发送表示第i个云台请求顺时针转动θ_i角度的信号C_i给第i个云台模块，信号C_i中封装旋转角度θ_i，信号C_i的数据包内容如表3所示。如果第i个云台逆时针旋转，则本地服务器发送表示第i个云台请求逆时针转动θ_i角度的信号D_i给第i个云台模块，信号D_i中封装旋转角度θ_i，信号D_i的数据包内容如表4所示。

表3信号C_i的数据包内容

字节：

表4信号D_i的数据包内容

字节：

如果第i个云台不旋转，则不发送任何信号给第i个云台模块。

如果第i个云台收到信号C_i，则立即顺时针旋转角度θ_i；如果第i个云台收到信号D_i，则立即逆时针旋转角度θ_i，将摄像头指向被追踪目标的最新位置。

步骤5：步骤4中本地服务器发送完信号后，为了确保步骤4中各个云台都完成了旋转操作，将延迟等待200毫秒。等待200毫秒完成后，检测用户是否停止了系统，如果用户没有停止系统，则重新进入步骤2，否则系统将停止工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统，其特征在于，该系统包括：本地服务器、室内定位模块、若干云台模块和若干摄像头模块；

其中，所述本地服务器作为信息的处理中心与控制中心用于实时分析处理各个模块发送的数据并控制各个模块的工作与联动，本地服务器通过ZigBee协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信；

室内定位模块包含若干个用于定位的锚节点以及1个待定位节点；所述待定位节点安装在被追踪目标上，所述锚节点放置在室内，所述室内定位模块包含ZigBee通信模块并通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；

所述云台模块用于安装摄像头模块以及旋转摄像头模块；云台模块包含ZigBee通信模块、电子罗盘、步进电机、步进电机驱动板、转盘、托盘、中央控制器和电源模块；云台模块的ZigBee通信模块与中央控制器连接，中央控制器分别与电子罗盘和步进电机驱动板连接，用于给步进电机供电和提供控制信号的步进电机驱动板与步进电机连接，所述电源模块分别为ZigBee通信模块、中央控制器、电子罗盘和步进电机驱动板供电；用于安置摄像头的转盘安装在步进电机转轴顶部；所述托盘设置于云台模块的底部，用于安装ZigBee通信模块、步进电机、步进电机驱动板、中央控制器和电源模块；

所述云台模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；

所述摄像头模块将采集到的视频通过WiFi传输到本地服务器。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统，其特征在于所述ZigBee通信模块为CC2530，所述电子罗盘采用AK8963C、步进电机采用28BYJ-48、步进电机驱动板采用ULN-2003以及用于追踪拍摄目标物体的摄像头模块采用OV7620视频采集芯片为核心。

3.基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)安装待定位节点到待追踪目标上，在矩形室内放置室内定位锚节点和M个云台，并且每个云台的转盘上设置一个摄像头；

2)对待追踪目标进行定位；

3)本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据；

4)本地服务器计算各个云台的旋转角度以及旋转方向，并分别发送控制命令给各个云台；

5)本地服务器等待T毫秒，然后检测用户是否停止了系统；如果用户停止系统，则系统停止；否则，进入步骤2)。

4.如权利要求3所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，所述步骤1)中包括在每个云台上设置一个电子罗盘，并调整摄像头指向与电子罗盘一致。

5.如权利要求4所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，所述步骤2)对待追踪目标进行定位之前包括在本地服务器中以定位锚节点中的任意一个锚节点为坐标原点，输入所有其它定位锚节点相对于选定的坐标原点的坐标值(m_i,n_i),其中i表示锚节点的编号，同时输入所有的云台相对于选定坐标原点的坐标值(x_i,y_i),其中i表示云台的编号。

6.如权利要求5所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，步骤2)中采用加权质心定位算法对待追踪目标进行定位得到待追踪目标的位置(x_e,y_e)，加权质心定位算法表达式为：

其中，m_i,n_i为第i个锚节点的坐标值，w_i为第i个锚节点被赋予的权重d_i为待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离，且

7.如权利要求6所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，计算待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离d_i时预先在室内测量多组用于反映待定位节点与第i个定位锚节点通信的信号强度的信号强度指示RSSI数据R_i；通过对曲线采用最小二乘法拟合得到R_i与d_i的经验公式的表达式如下：

d_i＝a₁×R_i ³+a₂×R_i ²+a₃×R_i+a₄,

其中a₁、a₂、a₃、a₄为计算得到的函数系数。

8.如权利要求7所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，步骤3)中本地服务器发送表示请求获取指向信息的信号B给M个云台模块，M个云台模块收到信号B后，获取电子罗盘的地磁数据；M个云台模块发送XY轴指向向量(α_i,β_i),1≤i≤M给本地服务器，本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据。

9.如权利要求8所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，步骤4)中本地服务器计算第i个云台的旋转角度θ_i的计算公式为：

其中(α_i,β_i)为第i个云台的摄像头的当前指向，(x_e,y_e)为当前待定位节点的位置坐标；

式子中 其中1≤i≤M。

10.如权利要求8所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，步骤4)中本地服务器计算第i个云台的旋转方向的方法如下：

根据向量的叉乘原则，其中1≤i≤M，M为云台模块数量，向量为方向竖直向上的单位向量；

根据向量叉乘的右手定则，的指向按右手从以不超过π的角转向来确定的：

当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＞0时，叉乘结果方向向上，根据右手定则，第i个云台逆时针旋转；

当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＜0时，叉乘结果向下，根据右手定则，第i个云台顺时针旋转；

当α_i×(y_e-y_i)-β_i×(x_e-x_i)＝0，叉乘结果为零向量，第i个云台不旋转。