CN209070376U - 一种基于图像识别的云台追踪系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于图像识别的云台追踪系统，包括电源模块、摄像头模块、人机交互模块、STM32嵌入式微处理器、舵机云台模块、激光照射模块、电机MOS驱动模块、直流电机模块和移动框架。所述电源模块的输入端依次连接稳压电路、滤波电容，滤波电容的另一端作为电源模块的输出；所述摄像头模块、人机交互模块和舵机云台模块分别与STM32嵌入式微处理器相连；所述移动框架用于承载该系统各模块并使系统装置发生位移。本实用新型可以快速准确地识别不同颜色、形状的物体并实现动态追踪，同时追踪的激光显示方式以及LCD显示功能都能够直观地观察系统的追踪情况，系统具有较高的准确性、稳定性和可视化程度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于图像识别的云台追踪系统，属于图像追踪设备的技术领域。
背景技术
追踪系统，是连续跟踪并测量运动目标轨迹参数的系统，其目标是以一定速度和加速度运动的物体，追踪系统可以提供运动目标的空间定位、姿态、结构行为和性能。现有技术中一般追踪系统的追踪方法有机器视觉、激光雷达、红外辐射、卫星定位等，其中机器视觉以移动框架来实现自动追踪的主要工具被运用。但是近几年，移动框架目标追踪的研究虽然有了一定进展，但是现有的追踪系统其高昂的控制器和传感器成本使得追踪系统无法被广泛应用，而如果只是运用在一些简单的应用场景，则使用成本比较高，而且现有的部分追踪系统采用的红外辐射与室内的卫星定位方法追踪精度较低，并且仅仅可以返回待追踪物体的空间坐标，无法得到追踪物体的具体画面情况，可视化效果比较差。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于图像识别的云台追踪系统，解决目前移动平台目标追踪的成本高、跟随精度低、可视化程度较低等问题。
本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于图像识别的云台追踪系统，包括用于为整个系统提供动力源的电源模块、摄像头模块、人机交互模块、STM32嵌入式微处理器、舵机云台模块、激光照射模块、电机MOS驱动模块、直流电机模块、移动框架；其中，电源模块包括稳压电路、滤波电容，所述稳压电路设置在电池模块的输入口，滤波电容与所述稳压电路连接并设置在所述电池模块的输出口；所述摄像头模块、人机交互模块、舵机云台模块、电机MOS驱动模块均与所述STM32嵌入式微处理器通过I/O口连接；所述激光照射模块与舵机云台模块相连；所述电源模块、摄像头模块、人机交互模块、STM32嵌入式微处理器、舵机云台模块、电机MOS驱动模块、直流电机模块集成整合在所述移动框架上；所述摄像头模块用于采集图像并将所述采集图像传递至嵌入式微处理器；所述微处理器对所述采集图像处理后发送控制指令给所述舵机云台模块和电机MOS驱动模块；所述舵机云台模块和电机MOS驱动模块响应于所述控制指令配合实施追踪操作，并通过所述人机交互模块实时显示追踪画面。
进一步的，所述稳压电路采用可调的LM2596稳压模块。
进一步的，所述摄像头模块采用OV7670摄像头，并设置有一与所述OV7670连接并采用AL422B型芯片的FIFO。
进一步的，所述人机交互模块上设置有一显示屏，所述显示屏采用LCD触摸电容屏。
进一步的，所述舵机云台模块采用二维舵机云台，所述二维舵机云台包括两个第一舵机和第二舵机，所述第一舵机通过一舵机支架与所述第二舵机连接；所述第一舵机的输出轴在水平面旋转，所述第二舵机的输出轴在竖直面旋转；且所述第一舵机和第二舵机均通过I/O口连接所述STM32嵌入式微处理器；所述第一舵机和第二舵机的工作电压范围为4.5-5.5V，正常工作电流为200mA，堵转电流为800mA，工作频率为300hz。
进一步的，所述第一舵机和第二舵机为S-D5舵机。
进一步的，所述激光照射模块固定于所述第二舵机的输出轴上。
进一步的，所述直流电机模块包括两个RS-380SH直流电机，每一所述RS-380SH直流电机连接在所述电机MOS驱动模块的电机接口电路上。
进一步的，所述移动框架为包括车底盘的车模，所述车底盘尺寸为16.4cm*24.5cm；所述车模两侧分别放置有两个橡胶车轮，每一所述橡胶车轮均与所述直流电机模块连接。
本实用新型的基于图像识别的云台追踪系统，系统初始化之后，由摄像头模块采集环境画面，并传输给STM32嵌入式微处理器，STM32嵌入式微处理器分析图像像素点阈值并进行二值化处理，并通过图像分割算法、形心算法计算出待追踪物体的空间坐标；同时，STM32嵌入式微处理器产生PWM脉冲信号给舵机云台模块与电机MOS驱动模块，控制舵机云台模块和直流电机模块工作，并利用舵机云台模块上的激光发射器，将激光准确地照射在待追踪的物体上；当待追踪物体发生运动时，摄像头模块实时返回采集到的画面，STM32嵌入式微处理器迅速更新待追踪物体的空间坐标，从而实现动态跟踪；与现有技术相比，本实用新型使用低成本的嵌入式开发平台和外设模块，设计出一种基于图像识别的云台追踪系统，在降低成本的同时实现了追踪的高精度和高可视化追踪画面的效果。
附图说明
图1为本实用新型基于图像识别的云台追踪系统的结构示意图；
图2为本实用新型所述舵机云台模块结构图。
附图说明：1-第一舵机、2-舵机支架、3-第二舵机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参阅图1，在本实用新型实施例中，提供了一种基于图像识别的云台追踪系统，包括用于为整个系统提供动力源的电源模块、摄像头模块、人机交互模块、STM32嵌入式微处理器、舵机云台模块、激光照射模块、电机MOS驱动模块、直流电机模块、移动框架。其中，电源模块包括稳压电路、滤波电容；摄像头模块、人机交互模块、舵机云台模块、电机MOS驱动模块均与STM32嵌入式微处理器通过I/O口连接；激光照射模块与舵机云台模块相连；所述电源模块、摄像头模块、人机交互模块、STM32嵌入式微处理器、舵机云台模块、电机MOS驱动模块、直流电机模块集成整合在移动框架上；摄像头模块用于采集图像并将采集图像传递至嵌入式微处理器；微处理器对采集图像处理后发送控制指令给舵机云台模块和电机MOS驱动模块；舵机云台模块和电机MOS驱动模块响应于控制指令配合对物体进行追踪，并通过人机交互模块实时显示追踪画面。优选地，MCU控制模块可以采用具备高响应速度和处理速度的STM32F103ZET6型控制器，以提升本实用新型中系统的数据处理效率，保证系统可以进行实时的画面追踪操作。
参阅图2，在本实用新型中，舵机云台模块采用二维舵机云台，二维舵机云台包括两个第一舵机1和第二舵机3，第一舵机1通过一舵机支架2与第二舵机3连接；第一舵机1的输出轴在水平面旋转，第二舵机3的输出轴在竖直面旋转；且第一舵机1和第二舵机3均通过I/O口连接STM32嵌入式微处理器；具体的，本实用新型采用S-D5舵机作为第一舵机1和第二舵机3，S-D5舵机的工作电压范围为4.5-5.5V，正常工作电流为200mA，堵转电流为800mA，工作频率为300hz。
此外，激光照射模块固定在第二舵机3的输出轴上，在本实用新型的追踪系统在工作过程中，通过激光照射模块发射红外线激光，照射在待追踪物体上，实现追踪物体的效果；直流电机模块包括两个RS-380SH直流电机，每一RS-380SH直流电机连接在电机MOS驱动模块的电机接口电路上；移动框架为包括车底盘的车模，车底盘尺寸为16.4cm*24.5cm；车模两侧分别放置有两个橡胶车轮，每一橡胶车轮均与直流电机模块连接。
优选的，本实用新型实施例中电源模块的输入端连接一12V锂电池，输入后连接稳压电路，稳压电路的另一端连接滤波电容，滤波电容的另一端与电源模块的输出端口连接；在实际操作中，外接12V锂电池输入电压至电源模块后，经由稳压电路转换为稳定的5V或3.3V的可供系统中各组成部分使用的电压大小，为STM32嵌入式微处理器、摄像头模块、人机交互模块、电机驱动模块、舵机云台提供合适的工作电压；优选地，所述稳压电路采用LM2596稳压芯片。
在使用本实用新型的基于图像识别的云台追踪系统工作过程中，由摄像头模块采集环境画面信息并将信息传递给STM32嵌入式微处理器进行图像处理，STM32嵌入式微处理器接收到图像之后对图像进行二值化处理并使用形心算法可以确定带追踪的物体坐标，并输出PWM给舵机云台模块和电机MOS驱动模块驱动整个移动框架跟随被追踪物体移动，实现三维追踪功能；同时，STM32嵌入式微处理器会将摄像头模块采集得到的视频画面传递至人际交互模块，由显示屏实时显示追踪画面。
优选的，基于OV7670摄像头具备伽马曲线、白平衡、饱和度、色度等图像处理功能，并且可以通过SCCB接口编程，本实用新型的摄像头模块采用与采用AL422B型芯片的FIFO连接的OV7670摄像头，以保证通过本实用新型的基于图像识别的云台追踪系统可采集得到稳定清晰的追踪图像，达到高精度和高质量的追踪效果；当然，本实用新型对摄像头模块并未进行限制和固定，可根据实际情况进行选择，例如，若追踪环境为较为潮湿的地方，则需要使用防水功能的摄像头进行追踪操作。
在本实用新型实施例中，人机交互模块由具有触摸功能的显示屏构成，通过I/O口连接STM32嵌入式微处理器，这样，一方面通过显示屏显示待追踪物品的横纵坐标，另一方面可以显示二值化处理后的摄像头采集的画面，便于直观地对被追踪物进行观测，使用者更好地根据实际的追踪画面作出最好的对应措施；优选的，在本实施例中采用ALIENTEKTFTLCD型显示触摸屏，具体为一种LCD触摸电容屏；当然，本实用新型对此并未进行限制和固定，可根据实际情况进行选择。
本实用新型的基于图像识别的云台追踪系统，系统初始化之后，由摄像头模块采集环境画面，并传输给STM32嵌入式微处理器，STM32嵌入式微处理器分析图像像素点阈值并进行二值化处理，并通过图像分割算法、形心算法计算出待追踪物体的空间坐标；同时，STM32嵌入式微处理器产生PWM脉冲信号给舵机云台模块与电机MOS驱动模块，控制舵机云台模块和直流电机模块工作，并利用舵机云台模块上的激光发射器，将激光准确地照射在待追踪的物体上；当待追踪物体发生运动时，摄像头模块实时返回采集到的画面，STM32嵌入式微处理器迅速更新待追踪物体的空间坐标，从而实现动态跟踪；与现有技术相比，本实用新型使用低成本的嵌入式开发平台和外设模块，设计出一种基于图像识别的云台追踪系统，在降低成本的同时实现了追踪的高精度和高可视化追踪画面的效果。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：包括用于为整个系统提供动力源的电源模块、摄像头模块、人机交互模块、STM32嵌入式微处理器、舵机云台模块、激光照射模块、电机MOS驱动模块、直流电机模块、移动框架；其中，电源模块包括稳压电路、滤波电容，所述稳压电路设置在电池模块的输入口，滤波电容与所述稳压电路连接并设置在所述电池模块的输出口；所述摄像头模块、人机交互模块、舵机云台模块、电机MOS驱动模块均与所述STM32嵌入式微处理器通过I/O口连接；所述激光照射模块与舵机云台模块相连；所述电源模块、摄像头模块、人机交互模块、STM32嵌入式微处理器、舵机云台模块、电机MOS驱动模块、直流电机模块集成整合在所述移动框架上；所述摄像头模块用于采集图像并将所述采集图像传递至嵌入式微处理器；所述微处理器对所述采集图像处理后发送控制指令给所述舵机云台模块和电机MOS驱动模块；所述舵机云台模块和电机MOS驱动模块响应于所述控制指令配合实施追踪操作，并通过所述人机交互模块实时显示追踪画面。
2.根据权利要求1所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述稳压电路采用可调的LM2596稳压模块。
3.根据权利要求1所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述摄像头模块采用OV7670摄像头，并设置有一与所述OV7670连接并采用AL422B型芯片的FIFO。
4.根据权利要求1所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述人机交互模块上设置有一显示屏，所述显示屏采用LCD触摸电容屏。
5.根据权利要求1所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述舵机云台模块采用二维舵机云台，所述二维舵机云台包括两个第一舵机和第二舵机，所述第一舵机通过一舵机支架与所述第二舵机连接；所述第一舵机的输出轴在水平面旋转，所述第二舵机的输出轴在竖直面旋转；且所述第一舵机和第二舵机均通过I/O口连接所述STM32嵌入式微处理器；所述第一舵机和第二舵机的工作电压范围为4.5-5.5V，正常工作电流为200mA，堵转电流为800mA，工作频率为300hz。
6.根据权利要求5所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述第一舵机和第二舵机为S-D5舵机。
7.根据权利要求5所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述激光照射模块固定于所述第二舵机的输出轴上。
8.根据权利要求1所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述直流电机模块包括两个RS-380SH直流电机，每一所述RS-380SH直流电机连接在所述电机MOS驱动模块的电机接口电路上。
9.根据权利要求1～8任一项所述基于图像识别的云台追踪系统，其特征在于：所述移动框架为包括车底盘的车模，所述车底盘尺寸为16.4cm*24.5cm；所述车模两侧分别放置有两个橡胶车轮，每一所述橡胶车轮均与所述直流电机模块连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110238867A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-17 | 苏州工业园区职业技术学院 | 一种机器人视觉光源控制系统 |
| CN111964652A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-20 | 陈仕金 | 一种使用范围广的多方位激光测绘系统 |
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2018
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