CN1928747A - 基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法。它是利用人眼视动反射控制系统数学模型，使得载体快速运动时，摄像机产生与眼球的视动反射类似的运动，这样摄像机获得的图像就会时刻保持清晰，消除模糊现象。其步骤为：传感器测量载体的运动参数后经过A/D转换、数字滤波、标度转换和控制运算后，控制信号驱动运动载体上摄像机云台的电机旋转。因此，单片机只要接受传感器数据将自动按照编好的程序进行简单运算，就可以控制摄像机云台的电机以一定的速度按相应的方向旋转，消除载体快速运动时摄像机图像模糊的现象，提高图像质量。

Description

基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法

技术领域

本发明涉及一种运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法，具体涉及一种利用人眼视动反射方法控制运动载体上摄像机运动来稳定图像的方法。

背景技术

电视摄像系统已广泛应用在舰船的巡逻设备、无人机的侦察系统以及侦察车的监视系统等领域中。为了精确搜索、瞄准、观测或测量某一特定目标，需保证摄像机拍摄的图像清晰可见，但电视摄像系统的工作效果受到载体运动的影响。当载体快速运动时，摄像机的图像就变得模糊不清。而这种模糊的图像对于观察者会产生疲劳感，从而导致误判和漏判，甚至根本无法判断；对于目标自动识别系统会导致漏警和虚警。所以，运动载体上摄像系统的稳像是一个十分重要的问题。现有的系统一般是通过降低载体的运动速度来消除图像的模糊，这样系统的效率大大降低。另外一种方法是图像处理的方法，称为帧内稳像，用维纳滤波或逆滤波等方法复原线运动形成的模糊图像，但这种方法所能复原的程度是极其有限的，处理速度很慢，无法满足实时性的要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定方法，消除运动载体快速运动时摄像机图像模糊的现象，提高图像质量。

为达到上述目的，本发明的构思是：视动反射是人眼由于注视眼前快速移动的背景引起的一种眼球反射运动，使人眼能看清高速运动的背景里的物体。当整个背景高速运动时，眼睛发生一种有节律性、有快慢相的眼球运动，其快相与物体前进的方向一致，慢相则与物体前进方向相反。即在眼睛的追随运动中掺杂了跳动，其跳动速度很快，当眼跳动的方向和速度与物体运动的方向和速度相符合时，眼就能很好地看清物体。正是视动反射使人们坐在火车车厢里，可以看清车窗外快速移动的树木和风景。而人眼的视动反射控制系统的数学模型如附图1所示，已被生理学试验证实。运动载体上的电视摄像系统中，摄像机的运动控制系统采用人眼的视动反射控制系统模型，使得载体快速运动时，摄像机产生与眼球的视动反射类似的有节律的有快慢相的运动，这样摄像机获得的图像就会时刻保持清晰，消除模糊现象。

根据上述构思，本发明采用下述技术方案实现：

一种基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法，其特征在于利用人眼视动反射控制系统数学模型，使得运动载体运动时，摄像机产生类似眼球的运动，获得稳定的图像，其操作步骤如下：

1)采用传感器测量运动载体自身运动速度参数；

2)A/D转换：对传感器得到的连续模拟信号通过A/D转换后得到数字信号；

3)数字滤波：对得到的数字信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；

4)标度转换：进行传感器的标定，把传感器测得的电量值转换为相对应的被测物理量的值即运动载体的实际运动参数值；

5)控制运算：获得的运动载体实际运动参数值，通过单片机采用人眼视动反射控制系统数学模型进行控制运算，得到摄像机云台补偿载体快速运动所需要旋转的速度和方向。

以上步骤2)中A/D转换、步骤3)中数字滤波、步骤4)中标度转换和步骤5)中控制运算可分开进行，为了结构紧凑、轻便也可在同一个带有A/D转换器的单片机内进行。

上述的人眼的视动反射控制系统的数学模型：如附图1所示：

图1中，模型的输入量O(s)是目标相对于头部的速度，模型的输出量E(s)是眼球的旋转速度，T_n是神经积分器的时间常数，T_e是眼外肌的时间常数，g_e是神经积分器直接通路的增益，符号γ和λ分别代表传递视网膜滑动速度信号和视网膜滑动位移信号的神经纤维的突触传递增益。根据生理学实验数据，T_n＝25秒，T_e＝0.24秒，g_e＝0.24，γ＝0～1，λ＝0～1。

图中输出与输入的传递函数为： $G\left(s\right)=\frac{T_n(\mathrm{\γs}+\mathrm{\λ})}{(T_{n}s+1)+T_n(\mathrm{\γs}+\mathrm{\λ})}---\left(1\right)$

本发明中，目标相对于头部的速度对应于载体相对于静止背景的运动速度，眼球的旋转速度对应于摄像机的旋转速度。即系统的输入量是载体的运动速度，输出量是摄像机的旋转速度和方向。

根据上述数学模型，编好单片机的程序，即可计算出所需的控制量，发送给摄像机云台的电机，控制摄像机的运动。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明设计的运动载体上电视摄像系统图像稳定方法利用人眼视动反射控制系统数学模型，方法简单、易行，单片机只要接受传感器数据将自动按照编好的程序进行简单运算，就可以控制摄像机云台的电机以一定的速度按相应的方向旋转，实时补偿载体自身的运动，使摄像机的图像时刻保持清晰，消除模糊现象。

附图说明

图1为人眼的视动反射控制系统的数学模型。

图2为本发明方法控制的操作流程图。

图3是本发明应用例的系统示意图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图详述如下：

参见图2，本基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法是利用人眼视动反射控制系统数学模型，使得运动载体运动时，摄像机产生类似眼球的运动，获得稳定的图像；其操作步骤如下：

(1)采用传感器测量运动载体自身运动速度参数；

(2)A/D转换：对传感器得到的连续模拟信号通过A/D转换后得到数字信号；

(3)数字滤波：对得到的数字信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；

(4)标度转换：进行传感器标定，把传感器测得的电量值转换为相对应的被测物理量的值即运动载体的运动参数值；

(5)控制运算：所获得的运动载体运动参数值，通过单片机应用人眼视动反射控制系统数学模型进行控制运算，得到摄像机云台补偿运动载体运动所需的旋转速度和方向。

上述的人眼视动反射控制系统数学模型是：输出与输入的传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{T_n(\mathrm{\γs}+\mathrm{\λ})}{(T_{n}s+1)+T_n(\mathrm{\γs}+\mathrm{\λ})}$

式中T_n＝25秒，γ＝0～1，λ＝0～1。

参见图3，本实施例应用于无人飞行器对地面目标进行搜索，系统由空中部分和地面站部分组成，空中部分包括无人飞行器和机载系统，地面站部分接收和显示跟踪场景，并负责操纵空中部分。无人飞行器为上海箭微机电技术有限公司研制的超小型旋翼飞行器，型号为SUAV-X160。

本实例中采用SK-W型空速计测量无人飞行器的飞行速度。

采用美国Cygnal公司的C8051F020单片机进行A/D转换、数字滤波、标度转换和控制运算，运算后得到摄像机云台电机需要旋转的速度和方向。

摄像机云台采用日本Cannon公司的二维云台VC-C50iR，有方位和俯仰两个旋转方向。

本控制方法用于上述系统中的控制，效果良好，当飞行器快速飞行时能清晰地显示摄像机获得的地面景物图像。

Claims (3)

1.一种基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法，其特征在于利用人眼视动反射控制系统数学模型，使得运动载体运动时，摄像机产生类似眼球的运动，获得稳定的图像；其操作步骤如下：

(1)采用传感器测量运动载体自身运动速度参数；

(2)A/D转换：对传感器得到的连续模拟信号通过A/D转换后得到数字信号；

(3)数字滤波：对得到的数字信号进行平滑加工，增强有效信号，消除或减少噪声；

(4)标度转换：进行传感器标定，把传感器测得的电量值转换为相对应的被测物理量的值即运动载体的运动参数值；

(5)控制运算：所获得的运动载体运动参数值，通过单片机应用人眼视动反射控制系统数学模型进行控制运算，得到摄像机云台补偿运动载体运动所需的旋转速度和方向。

2.根据权利要求1所述的基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法，其特征在于所述的步骤(2)中A/D转换、步骤(3)中数字滤波、步骤(4)中标度转换和步骤(5)中控制运算，均在同一个带有A/D转换器的单片机内进行。

3.根据权利要求1所述的基于视动反射的运动载体上电视摄像系统图像稳定的方法，其特征在于所述的人眼视动反射控制系统数学模型是：输出与输入的传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{T_n(\mathrm{\γs}+\mathrm{\λ})}{(T_{n}s+1)+T_n(\mathrm{\γs}+\mathrm{\λ})}$

式中T_n＝25秒，γ＝0～1，λ＝0～1。

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