CN212343920U - 一种应用于视觉导航的自动调焦硬件系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，用于解决现有技术的调焦过程需要手动操作，效率较低的缺陷。本实用新型包括：主控模块、电机驱动模块、电压采集模块、电机驱动模块、视频采集模块、通讯模块、变焦电机、聚焦电机以及上位机；其中主控模块与电机驱动模块连接，电机驱动模块与变焦电机、聚焦电机连接；主控模块的电压采集端与电压采集模块的输出端连接，电压采集模块的输入端与电位器连接；变焦电机和聚焦电机与所述电位器均连接；主控模块通过视频采集模块与摄像机连接；摄像机的第二输出端与上位机的视频采集端连接；通讯模块与主控模块和上位机均连接。本实用新型的一个应用是视觉导航技术。

Description

一种应用于视觉导航的自动调焦硬件系统

技术领域

本实用新型涉及自动调焦系统领域，具体涉及一种应用于视觉导航的自动调焦硬件系统。

背景技术

视觉导航技术是为了完成某种特殊任务，而在已知或位置环境中按照最优路径到达既定目的地的技术。例如，可以通过摄像机对周围环境进行图像采集，并对图像进行滤波等处理，完成自身位姿的确定和路径识别，并做出导航决策。由此可见，视觉导航技术的决策准确程度依赖于视频图像清晰度。

为了获得清晰的视频图像，目前现有的监控系统大多具有镜头聚焦和变焦机构，但聚焦控制都需要通过人工作用于手动按键或其它机械开关，以此获得一次聚焦动作的触发信号。即现有技术中的监控系统的镜头聚焦需要通过用户的按键输入来触发的，每按一次按键，镜头开始一次对焦，镜头的每一次聚焦变化，都需要人工来触发。当场景变换或光照改变引起失焦时，镜头不能自动调整聚焦，必须人为调整，否则得不到清晰的视频图像。人工调整聚焦不仅速度慢，工作效率低，而且要耗费较多人力资源。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种新的硬件电路连接关系，以解决现有技术的调焦过程需要手动操作，效率较低的缺陷。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，包括：主控模块、电机驱动模块、电压采集模块、电机驱动模块、视频采集模块、通讯模块、变焦电机、聚焦电机以及上位机；其中主控模块的变焦驱动端与电机驱动模块的变焦输入端连接；主控模块的聚焦驱动端与电机驱动模块的聚焦输入端连接；电机驱动模块的变焦输出端与变焦电机连接；电机驱动模块的聚焦输出端与聚焦电机连接；主控模块的电压采集端与电压采集模块的输出端连接，电压采集模块的输入端与电位器连接；变焦电机和聚焦电机与所述电位器均连接；主控模块的视频采集端与视频采集模块的输出端连接；视频采集模块的输入端与摄像机的第一输出端连接；摄像机的第二输出端与上位机的视频采集端连接；通讯模块的第一数据传输端与主控模块的调焦数据传输端连接；通讯模块的第二数据传输端与上位机的调焦数据传输端连接。

优选地，所述主控模块为MSP430系列芯片。

优选地，所述通讯模块为串口通信模块RS232。

优选地，所述视频采集模块为ADV7604芯片。

优选地，所述电机驱动模块为ST公司生产的L297-L298组合电路。

优选地，所述电压采集模块为电位计。

优选地，变焦电机和聚焦电机均为42BYG012步进电机。

本实用新型的有益效果是：1.通过电机驱动方式进行变焦聚焦，减少了人工调焦的繁琐操作；2.提供了一种新的硬件系统及其连接关系，供本领域技术人员在该硬件系统上进行进一步开发和试验，节省了效率。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型一个实施例的原理框图；

图2为本实用新型一个实施例的视频采集模块的电路结构图；图3为本实用新型一个实施例的通讯模块的电路结构图。

图4为本实用新型一个实施例的电机驱动模块的电路结构图；其中U1为L297芯片，U2为L298芯片；

图5为本实用新型一个实施例的电位计连接关系的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本实用新型一个实施例的原理框图如图1所示，包括：

主控模块1、电机驱动模块2、电压采集模块3、视频采集模块4、通讯模块5、变焦电机6、聚焦电机7以及上位机8；其中主控模块1的变焦驱动端与电机驱动模块2的变焦输入端连接；主控模块1的聚焦驱动端与电机驱动模块2的聚焦输入端连接；电机驱动模块2的变焦输出端与变焦电机6连接；电机驱动模块2的聚焦输出端与聚焦电机7连接；主控模块1的电压采集端与电压采集模块3的输出端连接，电压采集模块3的输入端与电位器9连接；变焦电机6和聚焦电机7与所述电位器9均连接；主控模块1的视频采集端与视频采集模块4的输出端连接；视频采集模块4的输入端与摄像机10的第一输出端连接；摄像机10的第二输出端与上位机8的视频采集端连接；通讯模块5的第一数据传输端与主控模块1的调焦数据传输端连接；通讯模块5的第二数据传输端与上位机8的调焦数据传输端连接。

图1所示实施例的原理是：用户通过上位机8发出一个调焦信号，通过通讯模块5发送至主控模块，主控模块1通过控制电机驱动模块2控制电机进行调焦。电位器9用于通过阻值反映电机的位置状态。电压采集模块3可以为电位计传感器，通过测量电位器两端的电压，将电压信号发送给主控模块1，由主控模块1根据电压确定电机转动位置，进而判断变焦、聚焦的参数，以形成反馈，使镜头完成调焦。其中变焦是影响摄像头的缩放倍数；聚焦影响焦距与目标的关系，具体体现为影响图像清晰程度。视频采集模块4用于将采集到的图像信号发送给主控模块1。在一个实施例中，用户可以输入一个期望达到的焦距值，该焦距值对应一种电机电位器的电压值，主控模块通过驱动模块控制电机运动直至电压采集模块采集到的值与用户的给定值一致时停止，从而达到自动调焦的效果，而无需用户持续手动调节。

需要说明的是，本实用新型旨在提供一种新的电路连接关系，即通过电机进行调焦，通过电路引脚的电压反馈值判断调焦状态，使得最终能够将焦距调节到预期的状态。其目的是替代现有技术中纯手动的调节方式。整个过程不依赖软件实现，本领域的技术人员能够按照本实用新型提供的结构进行电路连接和元件选择，而主控模块和视频采集模块在选型确定以后，本领域技术人员可以通过网络下载通用的程序进行安装使用，本实用新型不对其程序内容作改进和限定。

还需说明的是，图1示出的实施例中，硬件分为镜头组件、调焦板、上位机三大组成部分。实际使用中，上位机和镜头组件均可以选用市场中的通用设备，连接时只需通过设备提供的接口进行连接。例如，一部分镜头组件提供了步进电机的四相连接线，则本实用新型可以按照设备提供的接口进行连接，而不必考虑成型设备内部的具体实现。上位机也是同理。本实用新型主要对调焦板内部的电路进行设计，调焦板与其他设备可以通过该设备的预设接口进行连接。

<例子>

本例中，上位机为计算机，计算机通过通讯接口与调焦板上的单片机连接，通讯模块选用串口通信模块RS232，连接方式如图3所示。光学镜头使用佳能350D，选用的镜头为能够通过机械调焦的镜头。单片机使用MSP430F169。视频采集选用ADV7604，ADV7604与单片机的连接方式如图2所示。电机驱动模块选用ST公司生产的L297-L298组合电路，图4中的DRVA至DRV D与步进电机的四相连接，其中L297由译码器、两个固定斩波频率的PWM恒流斩波器以及输出控制逻辑构成；L298采用双全桥接方式驱动，可以使步进电机的定子励磁绕组线圈充分利用。图4中左侧输入信号的CLK为时钟信号，CCW为方向信号，其余部件为常规外围电路。聚焦电机和变焦电机可以选用42BYG012步进电机，也可以使用相机内部的电机/马达结构。通过电机改变焦距的原理是，用电机带动变倍镜组、补偿镜组运动，形成光学镜组的焦距变化。由于本实用新型未对光学镜头部分作改进，因此此处不再对焦距变化过程做详述，本领域的技术人员能够参考现有技术的技术手册进行确定。电位计选用MSP430F169内部的ADC12模块，该模块为线性电位计，当电机工作时，电位计的阻值发生变化，通过MSP430F169的A0通道进行采样，使单片机能够通过电流值判断电机转动状态，进而判断出调焦状态。电位计的连接关系如图5所示。图5中为了清楚描述连接关系将电位计表示在了单片机外部，实际上本例中选用的ADC12模块是集成在MSP430内部的。也可以在图5的基础上增加可调节阻值的电位器，形成图1中的连接关系，通过电位器的电压情况反映步进电机的状态。本领域技术人员可以根据单片机的种类以及实际需要选择不同的连接方式。

由于本例中提供了一种新的硬件系统，本领域的技术人员可以在此基础上进行进一步的开发，以实现预期的功能。例如，可以使单片机根据电位计反馈回的信号对电机驱动进行调整，使电机停止工作或方向改变。也可以将通讯模块由有线变为无线，使上位机能够远程发出信号，控制调焦系统开始工作。

虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，其特征在于，包括：

主控模块(1)、电机驱动模块(2)、电压采集模块(3)、视频采集模块(4)、通讯模块(5)、变焦电机(6)、聚焦电机(7)以及上位机(8)；其中

主控模块(1)的变焦驱动端与电机驱动模块(2)的变焦输入端连接；主控模块(1)的聚焦驱动端与电机驱动模块(2)的聚焦输入端连接；电机驱动模块(2)的变焦输出端与变焦电机(6)连接；电机驱动模块(2)的聚焦输出端与聚焦电机(7)连接；

主控模块(1)的电压采集端与电压采集模块(3)的输出端连接，电压采集模块(3)的输入端与电位器(9)连接；变焦电机(6)和聚焦电机(7)与所述电位器(9)均连接；

主控模块(1)的视频采集端与视频采集模块(4)的输出端连接；视频采集模块(4)的输入端与摄像机(10)的第一输出端连接；摄像机(10)的第二输出端与上位机(8)的视频采集端连接；

通讯模块(5)的第一数据传输端与主控模块(1)的调焦数据传输端连接；通讯模块(5)的第二数据传输端与上位机(8)的调焦数据传输端连接。

2.根据权利要求1所述的应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，其特征在于，所述主控模块(1)为MSP430系列芯片。

3.根据权利要求1所述的应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，其特征在于，所述通讯模块(5)为串口通信模块RS232。

4.根据权利要求1所述的应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，其特征在于，所述视频采集模块(4)为ADV7604芯片。

5.根据权利要求1所述的应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，其特征在于，所述电机驱动模块(2)为ST公司生产的L297-L298组合电路。

6.根据权利要求1所述的应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，其特征在于，所述电压采集模块(3)为电位计。

7.根据权利要求1所述的应用于视觉导航的自动调焦硬件系统，其特征在于，变焦电机(6)和聚焦电机(7)均为42BYG012步进电机。

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