TWI703916B

TWI703916B - 可自動定位的人工智慧攝影機固定座

Info

Publication number: TWI703916B
Application number: TW108118292A
Authority: TW
Inventors: 林鴻銘
Original assignee: 洋銘科技股份有限公司
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-09-01
Also published as: TW202044968A

Abstract

本發明提供一種可自動定位的人工智慧攝影機固定座，包括：一固定座單元，具有一固定件、一第一馬達與一傳動單元，該第一馬達用以輸出動力且通過該傳動單元驅動該固定件轉動；以及一旋轉角度感測單元，包含：一磁性元件，連接至該傳動單元，以被該傳動單元驅動旋轉；一磁性旋轉角度偵測裝置，具有一霍爾元件，該磁性旋轉角度偵測裝置設置在可無接觸地感應該磁性元件的位置；以及一控制器，電訊連接該磁性旋轉角度偵測裝置與該第一馬達；其中，當該固定件產生一角位移致使該磁性元件旋轉時，該磁性旋轉角度偵測裝置感測到該磁性元件的磁場改變後傳送一數位訊號至該控制器，該控制器依據該數位訊號計算並傳送一控制訊號至該第一馬達以控制其旋轉。

Description

可自動定位的人工智慧攝影機固定座

本發明涉及一種可自動定位的人工智慧攝影機固定座，可感測並計算出所安裝之攝影機的位置，並且使攝影機保持在正確位置。

攝影機被廣泛地應用於各種不同的需求上，例如：智慧影像監控系統、影片製作攝影棚、智慧交通系統和節目錄製等。在使用時，可能需要轉動攝影機的方向以對準拍攝目標物並獲得更好的攝影品質，或者，攝影機可能不小心受到外力碰撞而轉向，因此，可以在攝影機固定座上設置馬達以轉動攝影機。

為了控制攝影機的旋轉角度，在攝影之前，可以預先設定攝影機的移動軌跡，讓攝影機自動地移動旋轉，或者可以在攝影中，以遙控的方式從遠端控制攝影機的旋轉。

然而，攝影機固定座通常用於大規模的攝影機應用，例如在攝影棚中同時會使用大量的攝影機，攝影機可能因為外力碰撞不小心被轉向，或者驅動IC接收指令後旋轉的角度可能會有偏差，此時如果要靠攝影師一一監控每一台攝影機需要耗費許多人力。習知上雖然有自動回復的功能，可以在感測到受外力碰撞時做出反應，但卻無法判定攝影機的位置，因此僅能將攝影機轉回原點之後再重新轉到設定的位置，而且也無法判斷旋轉後是否確實轉到正確的位置，如此將造成使用上的不方便。

本發明的目的在於提供一種可自動定位的人工智慧攝影機固定座，可以感測並計算出所安裝之攝影機的位置，並且使攝影機轉動至指定位置，因此，可以減少不必要的人力控制攝影機，並使攝影機一直保持在正確位置。

本發明之可自動定位的人工智慧攝影機固定座，可以包括：一固定座單元，具有一固定件、一第一馬達與一傳動單元，該第一馬達用以輸出動力且通過該傳動單元驅動該固定件轉動；以及一旋轉角度感測單元，包含：一磁性元件，連接至該傳動單元，以被該傳動單元驅動旋轉；一磁性旋轉角度偵測裝置，具有一霍爾元件，該磁性旋轉角度偵測裝置設置在可無接觸地感應該磁性元件的位置；以及一控制器，電訊連接該磁性旋轉角度偵測裝置與該第一馬達；其中，該控制器通過軟體依據該固定件預設的一位置設定一參考位置，當該固定件受到外力作用而產生一角位移致使該磁性元件旋轉時，該磁性旋轉角度偵測裝置感測到該磁性元件因旋轉所產生的磁場改變後傳送一旋轉角度變化量的數位訊號至該控制器，該控制器依據該數位訊號所傳送的數據資料計算後傳送一控制訊號至該第一馬達，以控制該第一馬達旋轉回復該參考位置。

本發明的該旋轉角度感測單元係應用霍爾效應，且較佳地，該霍爾元件內建於該磁性旋轉角度偵測裝置的中心位置。霍爾元件（Hall components）為一種基於霍爾效應的磁感測器，可用多種半導體材料製作，例如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導體異質結構量子井材料等，利用霍爾元件可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。並且霍爾元件具有許多優點，其結構牢固、體積小、重量輕、壽命長，安裝方便且功耗小。當該霍爾元件放置在一個磁場內且有電流通過時會產生霍爾電壓，且當該磁性元件旋轉而造成不同的磁場時會產生不同的霍爾電壓，因此可以藉由霍爾電壓的改變推得該磁性元件之角位移角度。

較佳地，該磁性旋轉角度偵測裝置係將磁場所對應之方向角度轉換為該數位訊號。並且，該數位訊號可以包含該磁性元件之角位移的角度。

較佳地，該磁性旋轉角度偵測裝置包含一座標旋轉處理器，以獲取該磁性元件之角位移角度。

本發明的該控制器可以藉由一傳輸線接收該旋轉角度感測單元傳送的包含該磁性元件之角位移角度的該數位訊號，並且可以藉由諸如無線傳輸的方式輸出該控制訊號到該第一馬達。

根據本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第一實施例，該傳動單元可以包括一第一傳動機構與一第一傳動軸，該第一傳動機構連接到該第一馬達與該固定件，該第一傳動軸的一端與該第一傳動機構連接，且該第一傳動軸的另一端連接到該磁性元件。因此，該傳動單元可以將該第一馬達的動力傳遞給該固定件與該磁性元件，或者，該傳動單元可以使得當該固定件受外力碰撞而轉向時該磁性元件同時轉動。

根據本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第二實施例，該傳動單元可以包括一第一傳動機構、一第一傳動軸、一齒輪組與一第二傳動軸，該第一傳動機構連接到該第一馬達與該固定件，該第一傳動軸的一端與該第一傳動機構連接，該第一傳動軸的另一端與該第二傳動軸的一端分別連接該齒輪組，且該第二傳動軸的另一端連接該磁性元件。因此，該傳動單元可以將該第一馬達的動力傳遞給該固定件與該磁性元件，或者，該傳動單元可以使得當該固定件受外力碰撞而轉向時該磁性元件同時轉動。並且，該齒輪組可以包括複數個齒輪，通過該齒輪組可以使該磁性元件的旋轉角度較該固定座的旋轉角度大，且呈固定的比例關係，從而可以獲得更高的精確度。

根據本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第三實施例，該傳動單元可以包括一第一傳動機構、一第一傳動軸與一齒輪組，該第一傳動機構連接到該固定件，該第一傳動軸的一端與該第一傳動機構連接，該第一傳動軸的另一端與該第一馬達的一端分別連接該齒輪組，且該第一馬達的另一端連接該磁性元件。因此，該第一馬達直接地轉動該磁性元件，並且通過該傳動單元轉動該固定件。並且，該齒輪組可以包括複數個齒輪，通過該齒輪組可以使該磁性元件的旋轉角度較該固定座的旋轉角度大，且呈固定的比例關係，從而可以獲得更高的精確度。另外，該第一馬達可以為雙頭馬達。

根據本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第四實施例，該傳動單元可以包括一第一傳動機構、一齒輪組與一第二傳動軸，該第一傳動機構連接到該第一馬達的一端與該固定件，該第一馬達的另一端與該齒輪組連接，該齒輪組與該第二傳動軸的一端連接，且該第二傳動軸的另一端連接該磁性元件。因此，該傳動單元可以將該第一馬達的動力傳遞給該固定件與該磁性元件。並且，該齒輪組可以包括複數個齒輪，通過該齒輪組可以使該磁性元件的旋轉角度較該固定座的旋轉角度大，且呈固定的比例關係，從而可以獲得更高的精確度。另外，該第一馬達可以為雙頭馬達。

較佳地，本發明的該第一傳動機構可以包括互相嚙合的蝸桿和蝸輪，該蝸桿連接該第一馬達，且該蝸輪連接該第一傳動軸及該固定件，用以傳遞該第一馬達的動力並且改變旋轉方向，並且還具有減速的功能。

另外，本發明的該磁性元件可以為圓形磁鐵或環形磁鐵，也可以為永久磁鐵或電磁鐵。

較佳地，本發明的可自動定位的人工智慧攝影機固定座可以進一步包括一第二馬達與一第二傳動機構，該第二傳動機構將該第二馬達的動力傳遞給該固定件以轉動該固定件，且其與該第一傳動機構傳遞給該固定件的旋轉方向不同。因此，本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座可以提供兩種不同的轉向。

以下將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，並且顯然地，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，所屬領域中具有通常知識者在沒有做出進步性改良前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範疇。

應該注意的是，雖然描述本發明的元件時，使用到第一、第二之術語。此術語不是用於限定對應元件的本質、次序或順序，而僅僅是用於區分一個元件與其他元件。

此外，在本發明的以下描述中，可能省略對已知相關技術的詳細說明，以避免不必要地模糊本發明的主題。

參照圖1至圖13，本發明之可自動定位的人工智慧攝影機固定座，包括：固定座單元100，具有固定件110、第一馬達120與傳動單元130，第一馬達120用以輸出動力且通過傳動單元130驅動固定件110轉動；以及旋轉角度感測單元200，包含：磁性元件210，連接至傳動單元130，以被傳動單元130驅動旋轉；磁性旋轉角度偵測裝置220，具有霍爾元件221，磁性旋轉角度偵測裝置220設置在可無接觸地感應磁性元件210的位置；以及控制器230，電訊連接磁性旋轉角度偵測裝置220與第一馬達120；其中，控制器230通過軟體依據固定件110預設的一位置設定一參考位置，當固定件110受到外力作用而產生一角位移致使磁性元件210旋轉時，磁性旋轉角度偵測裝置220感測到磁性元件210因旋轉所產生的磁場改變後傳送一旋轉角度變化量的數位訊號至控制器230，控制器230依據該數位訊號所傳送的數據資料計算後傳送一控制訊號至第一馬達120，以控制第一馬達120旋轉回復該參考位置。

固定件110可以為L型架，並且可以利用螺絲等將攝影機固定在固定件110上。

本發明的旋轉角度感測單元200係應用霍爾效應。霍爾效應（Hall effect）是指當固體導體放置在一個磁場內且有電流通過時，導體內的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產生電壓（霍爾電壓）的現象，並且半導體的霍爾效應比金屬強得多。由霍爾效應可知，當霍爾元件221有電流流過並且磁性元件210的磁場通過霍爾元件221時產生霍爾電壓，並且，當磁性元件210旋轉而造成不同的磁場時會產生不同的霍爾電壓，因此可以藉由霍爾電壓的改變推得磁性元件210的旋轉角度。

控制器230可以為微控制器（MCU）。控制器230可以藉由傳輸線231與磁性旋轉角度偵測裝置220電訊連接，並且還可以具有無線傳輸裝置，控制器230可以藉由無線傳輸裝置輸出控制訊號到第一馬達120，並且也可以藉由無線傳輸裝置接收訊號。

輸入到控制器230的訊號可以包含磁性旋轉角度偵測裝置220偵測所得到的結果、攝影機角度的預設值、或遠端遙控的指令等，控制器230針對攝影機角度的預設值或遠端遙控的指令與從磁性旋轉角度偵測裝置220偵測所得到的結果進行計算，並將結果輸出傳到第一馬達120，使第一馬達120轉動攝影機至正確位置。其中，控制器230的計算可以運用諸如微分方程式、線性代數、拉普拉斯轉換、複變函數、z轉換等數學方法，磁性旋轉角度偵測裝置220將感測結果回饋給控制器230，控制器230比對偵測到的角度與預設值或遠端遙控的指令的差值，此處，可能造成偵測到的角度與預設值或遠端遙控的指令的差異的原因有：外力碰撞使攝影機轉向、第一馬達120的執行偏差、或遠端遙控發出新的指令等，進行運算後控制器230輸出指令使第一馬達120轉動攝影機至正確位置。並且，在過程中，磁性旋轉角度偵測裝置220可以不斷地進行感測並回饋給控制器230，也就等同於不斷地做調整，因此，可以盡可能的避免出現偏差。

本發明的第一馬達120可以具有無線傳輸裝置以接收控制器230的控制訊號，但不限於此，也可以使用線路連接來傳遞訊號。

較佳地，霍爾元件221內建於磁性旋轉角度偵測裝置220的中心位置，以利磁性旋轉角度偵測裝置220偵測霍爾元件221的電壓變化。

在本發明的較佳實施例中，磁性旋轉角度偵測裝置220可以包含類比至數位轉換器（圖中未顯示），可以將磁場所對應之方向角度轉換為數位訊號，並將數位訊號藉由傳輸線231傳輸到控制器230，並且，該數位訊號可以包含磁性元件210之角位移的角度。另外，磁性旋轉角度偵測裝置220還可以包含座標旋轉處理器222，座標旋轉處理器222可以針對霍爾元件221的電壓變化以座標的數學方法進行演算而獲取磁性元件210之角位移角度。

參照圖1至圖3，圖1至圖3為顯示本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第一實施例，其中，傳動單元130可以包括第一傳動機構131與第一傳動軸132，第一傳動機構131連接到第一馬達120與固定件110，第一傳動軸132的一端與第一傳動機構131連接，且第一傳動軸132的另一端連接到磁性元件210。因此，傳動單元130可以將第一馬達120的動力傳遞給固定件110與磁性元件210，或者，傳動單元130可以使得當固定件110受外力碰撞而轉向時磁性元件210同時轉動，磁性元件210轉動後經由磁性旋轉角度偵測裝置220感測其旋轉角度，並且可以從磁性元件210的旋轉角度推得固定件110的旋轉角度。

如此，控制器230可以得知攝影機的角度。當從遠端傳輸新的指定到控制器230或者磁性旋轉角度偵測裝置220的偵測結果與預設值不同時，控制器230傳輸控制訊號到第一馬達120，使得攝影機旋轉到正確位置。

較佳地，本發明的第一傳動機構131可以包括互相嚙合的蝸桿和蝸輪，而蝸輪嚙合一齒輪組，蝸桿將動力傳遞至蝸輪改變旋轉方向並且減速，進而將動力經由齒輪組傳遞至第一傳動軸。

較佳地，第一傳動機構131的蝸桿可以連接到第一馬達120，而第一傳動機構131的蝸輪可以連接到第一傳動軸132與固定件110。

以下將說明根據本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的其他實施例，並且，為了避免重複描述，將省略已經描述過的部分。

參照圖4至圖6，圖4至圖6為顯示本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第二實施例，其中，傳動單元130可以包括第一傳動機構131、第一傳動軸132、齒輪組133與第二傳動軸134，並且齒輪組133較佳地包括第一齒輪1331與第二齒輪1332，第一傳動機構131連接到第一馬達120與固定件110，第一傳動軸132的一端與第一傳動機構131連接，第一傳動軸132的另一端與第一齒輪1331連接，第一齒輪1331與第二齒輪1332互相嚙合，第二齒輪1332與第二傳動軸134的一端連接，且第二傳動軸134的另一端連接磁性元件210。因此，傳動單元130可以將第一馬達120的動力傳遞給固定件110與磁性元件210，或者，傳動單元130可以使得當固定件110受外力碰撞而轉向時磁性元件210同時轉動，磁性元件210轉動後經由磁性旋轉角度偵測裝置220感測其旋轉角度，並且可以從磁性元件210的旋轉角度推得固定件110的旋轉角度。

並且，第一齒輪1331的直徑大於第二齒輪1332的直徑，因此磁性元件210的旋轉角度較固定件110的旋轉角度大，且呈固定的比例關係，從而可以獲得更高的精確度。在本發明的較佳實施例中，第一齒輪1331與第二齒輪1332的齒輪比可以為4:1，因此磁性旋轉角度偵測裝置220偵測到的角度為固定件110的旋轉角度的四倍。

在本發明的較佳實施例中，齒輪組133包括二個直徑不同的齒輪，如此可以使磁性元件210的旋轉角度與固定件110的旋轉角度呈比例關係，且不會因為過多的機構而在傳遞的過程中摩擦消耗過多的能量。但不限於此，齒輪組133也可以包括二個以上的齒輪。

較佳地，本發明的第一傳動機構131可以包括互相嚙合的蝸桿和蝸輪，且第一傳動機構131的蝸桿可以連接到第一馬達120，而第一傳動機構131的蝸輪可以連接到第一傳動軸132與固定件110。

參照圖7至圖9，圖7至圖9為顯示本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第三實施例，其中，傳動單元130可以包括第一傳動機構131、第一傳動軸132與齒輪組133，並且齒輪組133較佳地包括第一齒輪1331與第二齒輪1332，第一傳動機構131連接到固定件110，第一傳動軸132的一端與第一傳動機構131連接，第一傳動軸132的另一端與第一齒輪1331連接，第一齒輪1331與第二齒輪1332互相嚙合，第二齒輪1332連接到第一馬達120的其中一端的馬達軸121，且第一馬達120的另一端的馬達軸121連接磁性元件210。因此，第一馬達120直接地轉動磁性元件210，並且通過傳動單元130轉動固定件110，磁性元件210轉動後經由磁性旋轉角度偵測裝置220感測其旋轉角度，並且可以從磁性元件210的旋轉角度推得固定件110的旋轉角度。並且，第一齒輪1331的直徑大於第二齒輪1332的直徑，因此磁性元件210的旋轉角度較固定件110的旋轉角度大，且呈固定的比例關係，從而可以獲得更高的精確度。另外，第一馬達120可以為雙頭馬達。

參照圖10至圖12，圖10至圖12為顯示本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座的第四實施例，其中，傳動單元130可以包括第一傳動機構131、齒輪組133與第二傳動軸134，並且齒輪組133較佳地包括第一齒輪1331與第二齒輪1332，第一傳動機構131連接到第一馬達120的其中一端的馬達軸121與固定件110，第一馬達120的另一端的馬達軸121與第一齒輪1331連接，第一齒輪1331與第二齒輪1332互相嚙合，第二齒輪1332與第二傳動軸134的一端連接，且第二傳動軸134的另一端連接磁性元件210。因此，傳動單元130可以將第一馬達120的動力傳遞給固定件110與磁性元件210，磁性元件210轉動後經由磁性旋轉角度偵測裝置220感測其旋轉角度，並且可以從磁性元件210的旋轉角度推得固定件110的旋轉角度。並且，第一齒輪1331的直徑大於第二齒輪1332的直徑，因此磁性元件210的旋轉角度較固定件110的旋轉角度大，且呈固定的比例關係，從而可以獲得更高的精確度。另外，第一馬達120可以為雙頭馬達。

本發明的磁性元件210可以為永久磁鐵或電磁鐵，也可以為圓形磁鐵或環形磁鐵（參照圖13），並且，磁性元件210的中心可以對應於霍爾元件221的中心，磁性元件210的中心也可以不對應於霍爾元件221的中心，但須確保在各種情況下磁性元件210的磁力線皆會通過霍爾元件221，且在各種情況下通過霍爾元件221的磁場皆不同。

較佳地，本發明的可自動定位的人工智慧攝影機固定座可以進一步包括第二馬達141與第二傳動機構142，第二傳動機構142將第二馬達141的動力傳遞給固定件110以轉動固定件110，且其與第一傳動機構131傳遞給固定件110的旋轉方向不同。因此，本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座可以提供兩種不同的轉向。

較佳地，第一馬達120通過第一傳動機構131使得固定件110在垂直的方向上旋轉，而第二馬達141通過第二傳動機構142使得固定件110在水平的方向上旋轉。

並且，本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座還可以進一步包括第二感測單元（圖中未顯示）與第二控制器（圖中未顯示），用於感測第二馬達141的旋轉以提供更高的精準度。

另外，本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座還可以在旋轉角度感測單元200或控制器230的電路中設置放大器，用於放大訊號以提高精準度。

並且，由於本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座可以自動轉向定位，甚至於全自動攝影而不需人工監控，因此攝影機較佳地可以具有自動聚焦的功能，當攝影機轉向後，自動對焦到欲拍攝的目標物，因而不會造成攝影機轉向到正確方位卻因沒有對焦使拍攝影像模糊的問題。

從以上說明顯而易見的是，根據本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座具有以下優點。

本發明的攝影機可以感測並計算出所安裝之攝影機的位置，並且使攝影機轉動至正確方位，因此，可以減少不必要的人力控制攝影機的轉向。

本發明的攝影機可以藉由齒輪組133的複數個齒輪放大固定件110旋轉的角度，因此具有高精準度的優點。

本發明的攝影機藉由旋轉角度感測單元200的回饋機制，確保攝影機一直保持在正確位置。

對於所屬領域中具有通常知識者而言，顯然本發明不限於上述示例性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示例性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由申請專利範圍而不是上述說明限定，因此旨在將落在申請專利範圍的均等要件的含義和範疇內的所有變化囊括在本發明內，而不應將本說明書中的任何元件符號視為限制所涉及的申請專利範圍。

100:固定座單元

110:固定件

120:第一馬達

121:馬達軸

130:傳動單元

131:第一傳動機構

132:第一傳動軸

133:齒輪組

1331:第一齒輪

1332:第二齒輪

134:第二傳動軸

141:第二馬達

142:第二傳動機構

200:旋轉角度感測單元

210:磁性元件

220:磁性旋轉角度偵測裝置

221:霍爾元件

222:座標旋轉處理器

230:控制器

231:傳輸線

圖1為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第一實施例的整體外觀之立體圖；圖2為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之圖1之局部放大圖；圖3為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第一實施例之流程圖；圖4為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第二實施例的整體外觀之立體圖；圖5為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之圖4之局部放大圖；圖6為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第二實施例之流程圖；圖7為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第三實施例的整體外觀之立體圖；圖8為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之圖7之局部放大圖；圖9為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第三實施例之流程圖；圖10為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第四實施例的整體外觀之立體圖；圖11為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之圖10之局部放大圖；圖12為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之第四實施例之流程圖；以及圖13為本發明可自動定位的人工智慧攝影機固定座之感測單元的磁性元件的另一個實施例之示意圖。