WO2022000386A1 - 云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质 - Google Patents

云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质 Download PDF

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WO2022000386A1
WO2022000386A1 PCT/CN2020/099792 CN2020099792W WO2022000386A1 WO 2022000386 A1 WO2022000386 A1 WO 2022000386A1 CN 2020099792 W CN2020099792 W CN 2020099792W WO 2022000386 A1 WO2022000386 A1 WO 2022000386A1
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angle
quaternion
rotation angle
rotation
gimbal
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PCT/CN2020/099792
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English (en)
French (fr)
Inventor
刘帅
Original Assignee
深圳市大疆创新科技有限公司
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/10—Control of position or direction without using feedback

Definitions

  • the present application relates to the technical field of PTZ, and in particular, to a control method, device, PTZ, and computer-readable storage medium of a PTZ.
  • the gimbal is provided with a corresponding protective shell to achieve waterproof and dustproof functions.
  • the rotation of the gimbal is generally controlled based on the joint angle constraints of the gimbal, which in turn drives the shooting device to shoot images with different field of view. Since the plane corresponding to the photographing device and the plane corresponding to the protective shell have different inclination angles, when the gimbal rotation is controlled for shooting based on joint angle constraints, the protective shell is likely to appear in the captured image, which will invalidate the captured image.
  • the embodiments of the present application provide a control method, device, and computer-readable storage medium for a pan/tilt, so as to improve the reliability of the rotation control of the pan/tilt, thereby improving the image capturing efficiency of the photographing device.
  • an embodiment of the present application provides a method for controlling a pan/tilt, where the pan/tilt includes a protective shell, and the method includes:
  • the rotation angle, and the desired attitude at the last moment determine the desired attitude of the gimbal at the current moment
  • the gimbal is controlled to rotate, so that the protective shell is not included in the field of view corresponding to the photographing device mounted on the gimbal.
  • an embodiment of the present application further provides a control device for a PTZ, where the control device for the PTZ includes a memory and a processor;
  • the memory is used to store computer programs
  • the processor is configured to execute the computer program and implement the following steps when executing the computer program:
  • the rotation angle, and the desired attitude at the last moment determine the desired attitude of the gimbal at the current moment
  • the gimbal is controlled to rotate, so that the protective shell is not included in the field of view corresponding to the photographing device mounted on the gimbal.
  • an embodiment of the present application further provides a pan/tilt head, the pan/tilt head comprising a protective shell and the control device of the pan/tilt head as described above; wherein, the protective shell is used to mount a photographing device, and the pan/tilt head has a The control device is used to control the rotation of the pan/tilt.
  • an embodiment of the present application further provides a computer-readable storage medium, where the computer-readable storage medium stores a computer program, and when the computer program is executed by a processor, the processor implements the above-mentioned cloud control method of the console.
  • the control method, device, PTZ, and computer-readable storage medium of the PTZ disclosed in the embodiments of the present application determine the base of the PTZ based on the measured attitude by acquiring the measurement attitude of the PTZ and the expected attitude of the PTZ at the last moment.
  • Attitude according to the base attitude and the desired attitude at the previous moment, determine the rotation axis and rotation angle corresponding to the gimbal’s adjustment attitude based on the plane constraints, and then obtain the current desired attitude of the gimbal, and control the gimbal according to the current desired attitude of the gimbal
  • the rotation prevents the protective shell from appearing in the field of view corresponding to the camera mounted on the gimbal, improves the reliability of the gimbal rotation control, and avoids the situation that the image is invalid due to the protective shell included in the image captured by the camera.
  • the efficiency of the photographing device for photographing images is improved.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram of a pan/tilt provided by an embodiment of the present application.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a protective case provided by an embodiment of the present application.
  • FIG. 3 is a schematic flowchart of steps of a method for controlling a pan-tilt head provided by an embodiment of the present application
  • FIG. 4 is a schematic flowchart of the refinement steps of step S102 in FIG. 3;
  • FIG. 5 is a schematic flowchart of the refinement steps of step S103 in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a schematic block diagram of a control device of a pan-tilt head provided by an embodiment of the present application.
  • At least one item(s) below or similar expressions thereof refer to any combination of these items, including any combination of single item(s) or plural items(s).
  • at least one (a) of a, b, or c may represent: a, b, c, a and b, a and c, b and c, or a and b and c, where a, b, c can be single or multiple.
  • Embodiments of the present application provide a pan-tilt control method, device, pan-tilt, and a computer-readable storage medium, which are used to improve the reliability of the pan-tilt rotation control, thereby improving the image capturing efficiency of the photographing device.
  • the gimbal includes, but is not limited to, a handheld gimbal, a drone gimbal, etc.
  • the gimbal may also be other types of gimbal or movable device, and the embodiment of the present application is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram of a pan/tilt according to an embodiment of the present application.
  • the pan/tilt 100 includes a pan/tilt body 10 , a protective case 20 , and a pan/tilt control device (not shown in the figure) disposed in the pan/tilt body 10 .
  • a photographing device 30 is mounted in the protective case 20, and the photographing device 30 includes but is not limited to a camera, a camera, and the like.
  • the control device of the PTZ is used to control the rotation of the PTZ 100 , and is specifically used to control the rotation of the PTZ body 10 and the photographing device 30 .
  • the protective case 20 includes a casing 21 and a cover assembly 22 .
  • One end of the casing 21 is provided with an opening that is adapted to the shape of the cover mouth of the cover assembly 22 , and the opening and the cover mouth abut each other.
  • the casing 21 and the cover assembly 22 can be locked with each other to form a closed cavity, and the cavity is provided with the movable space of the head body 10 and the photographing device 30 .
  • the gimbal body 10 may include a gimbal arm or a hand-held arm, and the airtight cavity of the protective shell 20 may be adapted to the shape of the gimbal body 10.
  • the protection The closed cavity of the housing 20 can be correspondingly configured with a holding space for the hand-held arm.
  • the protective case 20 may further include fasteners 23 by which the housing 21 and the cover assembly 22 may be locked to each other.
  • the fastener 23 may also be integrally formed with the housing 21 or the cover assembly 22, that is, the fastener 23 may be a fastening portion provided on one of the housing 21 and the cover assembly 22, At the same time, the other is provided with a fastening part that cooperates with the fastening part, and the fastening part cooperates with the fastening part to realize the fastening connection between the casing 21 and the cover assembly 22.
  • the portion may correspond to a threaded structure, or to a snap-fit structure.
  • pan/tilt 100 is only for the purpose of identification, and therefore does not limit the embodiments of the present application.
  • pan/tilt 100 in FIG. 1 and the protective shell 20 in FIG. 2 are only used to explain the control method of the pan/tilt provided by the embodiment of the present application, but do not constitute an application of the control method of the pan/tilt provided by the embodiment of the present application. Limitations of the scene.
  • FIG. 3 is a schematic flowchart of a control method of a pan-tilt head provided by an embodiment of the present application.
  • the method can be used in the above-mentioned PTZ, and is executed by the control device of the PTZ, and of course, can also be implemented by other control devices carried on the PTZ, and the embodiments of the present application are not limited thereto.
  • the following takes the method applied to a control device of a pan-tilt head as an example for description, so as to improve the reliability of the rotation control of the pan-tilt head, and further improve the efficiency of image capturing by the photographing device.
  • control method of the PTZ specifically includes steps S101 to S105 .
  • the rotation of the PTZ is controlled based on the plane constraints of the PTZ.
  • a corresponding inertial measurement unit IMU
  • the inertial measurement unit is a device for measuring the three-axis attitude angle (or angular rate) and acceleration of an object.
  • the inertial measurement unit includes, but is not limited to, a gyroscope, an accelerometer, and other devices.
  • the measurement attitude q_atti_gimbal of the gimbal is obtained through the detection of inertial measurement units such as gyroscopes and accelerometers set on the gimbal.
  • the expected attitude q_tar of the gimbal at the last moment is also obtained.
  • the desired attitude of the PTZ at each moment is recorded, and the desired attitude q_tar of the PTZ at the previous moment is obtained by querying the records.
  • the base attitude q_atti_base of the gimbal is calculated according to the measurement attitude q_atti_gimbal of the gimbal and the correlation between the base attitude q_atti_base of the gimbal and the measurement attitude q_atti_gimbal.
  • step S102 may specifically include sub-step S1021 and sub-step S1022.
  • the multiple joint angles corresponding to the gimbal include the yaw joint angle, the roll joint angle and the pitch joint angle.
  • the rotation axis corresponding to the yaw joint angle is [0, 0, 1]
  • the rotation axis corresponding to the roll joint angle is [1, 0, 0]
  • pitch pitch
  • the rotation axis corresponding to the joint angle is [0,1,0].
  • the unit of the rotation angle joint_yaw_rad, joint_roll_rad, and joint_pitch_rad is radians.
  • the rotation angles joint_yaw_rad, joint_roll_rad, joint_pitch_rad of multiple joint angles such as the yaw joint angle, the roll joint angle, and the pitch joint angle are detected and obtained by the inertial measurement unit or other corresponding sensor detection devices installed on the gimbal.
  • determining the base posture of the pan/tilt head may include: combining the rotation angles of the plurality of joint angles and the measurement postures.
  • a rotation axis corresponding to each joint angle is performed, and the conversion calculation of the axis angle to the quaternion is performed to obtain a plurality of corresponding joint angle quaternions; the inverse quaternions corresponding to the plurality of joint angle quaternions are obtained;
  • the quaternion cross-product relationship between the measurement attitudes is measured, and the base attitude of the gimbal is obtained according to the inverse quaternions corresponding to the plurality of joint angle quaternions and the measurement attitude.
  • u represents the unit axis around which the rotation rotates
  • ⁇ represents the angle of rotation around the unit axis u
  • q represents the quaternion corresponding to the angle ⁇ rotated around the unit axis u.
  • q * is the conjugate quaternion of the quaternion q
  • is the modulus of the quaternion q
  • inv_q is the inverse quaternion of the quaternion q.
  • the gimbal is obtained by inverse calculation
  • the base pose of q_atti_base is:
  • q_atti_base q_atti_gimbal*inv_q_joint_pitch*inv_q_joint_roll*inv_q_joint_yaw
  • the rotation axis includes at least one
  • the rotation angle corresponding to the rotation based on the rotation axis also includes at least one.
  • step S103 may specifically include sub-step S1031 and sub-step S1032.
  • the base attitude q_atti_base of the gimbal, the desired attitude q_tar of the gimbal at the last moment, and the rotation attitude of the base relative to the gimbal q_base2gimbal have a corresponding quaternary cross-product relationship, as follows:
  • the base attitude inv_q_atti_base of the inverse quaternion gimbal corresponding to the base attitude q_atti_base of the gimbal is calculated, and the rotation of the base relative to the gimbal is obtained by inverse calculation according to the above-mentioned quaternion cross-product relationship
  • the pose q_base2gimbal is:
  • determining the rotation axis and the rotation angle corresponding to the gimbal’s adjustment posture based on the plane constraints may include: performing a quaternion orientation on the rotational posture of the base relative to the gimbal. Euler angle conversion calculation, to obtain a plurality of corresponding Euler angles; perform axis-angle to quaternion conversion calculation on the plurality of Euler angles to obtain a plurality of corresponding Euler angle quaternions; according to the plurality of Euler angles The Euler angle quaternion determines the rotation axis and the rotation angle corresponding to the adjustment posture of the gimbal based on the plane constraint.
  • the rotation attitude q_base2gimbal of the base relative to the gimbal is calculated by converting the quaternion to the Euler angle, and the corresponding Euler angles are obtained.
  • the Euler angles include Euler_yaw_rad angles, Euler_roll_rad angles, Euler_pitch_rad angles, and the like.
  • the rotation axis corresponding to the Euler_yaw_rad angle is [0,0,1]
  • the rotation axis corresponding to the Euler_roll_rad angle is [1,0,0]
  • the rotation axis corresponding to the Euler_pitch_rad angle is [0,1,0].
  • the rotation axis corresponding to the attitude adjustment of the gimbal based on the plane constraint includes two: a first rotation axis and a second rotation axis. The first rotation angle of , and the corresponding second rotation angle around the second rotation axis.
  • the surface quaternion q_xy is converted to the axis angle to obtain the rotation axis error_axis and rotation angle error_angle_rad corresponding to the surface quaternion q_xy.
  • the rotation axis error_axis is determined as the first rotation axis corresponding to the attitude adjustment of the gimbal based on the plane constraints
  • the rotation angle error_angle_rad is determined as the first rotation angle around the first rotation axis corresponding to the adjustment attitude of the gimbal based on the plane constraints.
  • the rotation axis [0,0,1] corresponding to the Euler_yaw_rad angle is determined as the second rotation axis corresponding to the attitude adjustment of the gimbal based on the plane constraint, and the obtained Euler_yaw_rad angle is determined as the second rotation corresponding to the adjustment attitude of the gimbal based on the plane constraint. angle.
  • the desired attitude q_tar of the gimbal at the last moment, the first rotation axis error_axis corresponding to the attitude adjustment of the gimbal based on the plane constraint, the first rotation angle error_angle_rad corresponding to the rotation around the first rotation axis error_axis, and the attitude adjustment of the gimbal based on the plane constraint The corresponding second rotation axis [0,0,1] and the corresponding second rotation angle Euler_yaw_rad rotated around the second rotation axis [0,0,1], and the desired attitude Q_tar of the gimbal at the current moment is obtained by calculation.
  • determining the desired attitude of the gimbal at the current moment may include: combining the first rotation angle with the first Perform the quaternion conversion calculation from the axis angle to a rotation axis to obtain the corresponding first rotation angle quaternion; perform the axis angle to quaternion conversion calculation on the second rotation angle and the second rotation axis to obtain the corresponding quaternion conversion calculation. the second rotation angle quaternion of attitude.
  • the first rotation angle error_angle_rad and the second rotation angle Euler_yaw_rad is adjusted to obtain the first adjusted rotation angle tar_xy_spd_rps corresponding to the adjustment of the first rotation angle error_angle_rad, and the second adjusted rotation angle error_spd_rps_raw corresponding to the adjustment of the second rotation angle Euler_yaw_rad.
  • a first product value is obtained by multiplying the first rotation angle error_angle_rad by a first coefficient, the first product value is determined as the first adjusted rotation angle tar_xy_spd_rps; and, the second rotation angle Euler_yaw_rad is multiplied by For the second coefficient, a second product value is obtained, and the second product value is determined as the second adjustment rotation angle error_spd_rps_raw.
  • the first coefficient k1 and the second coefficient k2 are preset, wherein the specific values of the first coefficient k1 and the second coefficient k2 can be flexibly set according to the actual situation, which is not specifically limited here.
  • the first adjusted rotation angle tar_xy_spd_rps and the first rotation axis error_axis are converted into quaternions to calculate the axis angle to obtain the above-mentioned first rotation angle quaternion q_tar_xy ;
  • the second adjusted rotation angle error_spd_rps_raw and the second rotation axis [0,0,1] are converted into quaternions to calculate the axis angle to obtain the above-mentioned second rotation angle quaternion q_tar_yaw.
  • determining the desired attitude of the gimbal at the current moment may include: : Obtain the inverse quaternion corresponding to the first rotation angle quaternion and the inverse quaternion corresponding to the second rotation angle quaternion; based on the quaternion cross-product relationship between the desired attitudes of the gimbal at adjacent moments , according to the inverse quaternion corresponding to the first rotation angle quaternion, the inverse quaternion corresponding to the second rotation angle quaternion, and the desired attitude at the previous moment, obtain the desired attitude at the current moment .
  • the first rotation angle quaternion q_tar_xy and the second rotation angle quaternion q_tar_yaw After obtaining the first rotation angle quaternion q_tar_xy and the second rotation angle quaternion q_tar_yaw, according to the inverse operation formula of the quaternion above, the first rotation angle quaternion q_tar_xy and the second rotation angle quaternion Perform the inverse operation on q_tar_yaw to obtain the inverse quaternion inv_q_tar_xy corresponding to the first rotation angle quaternion q_tar_xy, and the inverse quaternion inv_q_tar_yaw corresponding to the second rotation angle quaternion q_tar_yaw.
  • the inverse quaternion inv_q_tar_xy corresponding to the first rotation angle quaternion q_tar_xy, the inverse quaternion inv_q_tar_yaw corresponding to the second rotation angle quaternion q_tar_yaw, and the desired attitude q_tar of the gimbal at the last moment are quaternary fork Multiply the calculation to obtain the desired attitude Q_tar of the gimbal at the current moment.
  • the protective shell of the gimbal will not block the camera's camera.
  • the field of view that is, the field of view corresponding to the photographing device, does not contain a protective casing, so the image captured by the photographing device does not include the protective casing, thereby preventing the image photographed by the photographing device from being invalid, and improving the user experience.
  • the above-mentioned embodiment obtains the measurement attitude of the gimbal and the desired attitude of the gimbal at the last moment, determines the base attitude of the gimbal based on the measured attitude, and determines that the gimbal is adjusted based on the plane constraint according to the base attitude and the expected attitude at the last moment.
  • the rotation axis and rotation angle corresponding to the attitude are obtained, and then the desired attitude of the gimbal at the current moment is obtained, and the rotation of the gimbal is controlled according to the desired attitude of the gimbal at the current moment, so that the protective shell does not appear in the field of view corresponding to the camera mounted on the gimbal, improving the The reliability of the rotation control of the pan/tilt head is improved, and the situation that the image is invalid due to the protective shell included in the image captured by the capturing device is avoided, thereby improving the efficiency of capturing images by the capturing device.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram of a control device of a pan/tilt according to an embodiment of the present application.
  • the control device 600 of the PTZ includes a processor 610 and a memory 620, and the processor 610 and the memory 620 are connected through a bus, such as an I2C (Inter-integrated Circuit) bus.
  • I2C Inter-integrated Circuit
  • the processor 610 may be a micro-controller unit (Micro-controller Unit, MCU), a central processing unit (Central Processing Unit, CPU) or a digital signal processor (Digital Signal Processor, DSP) or the like.
  • MCU Micro-controller Unit
  • CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • the memory 620 may be a Flash chip, a read-only memory (ROM, Read-Only Memory) magnetic disk, an optical disk, a U disk, a mobile hard disk, and the like.
  • ROM Read-Only Memory
  • the memory 620 may be a Flash chip, a read-only memory (ROM, Read-Only Memory) magnetic disk, an optical disk, a U disk, a mobile hard disk, and the like.
  • the processor is used for running the computer program stored in the memory, and implements the following steps when executing the computer program:
  • the rotation angle, and the desired attitude at the last moment determine the desired attitude of the gimbal at the current moment
  • the gimbal is controlled to rotate, so that the protective shell is not included in the field of view corresponding to the photographing device mounted on the gimbal.
  • the processor when the processor determines the base attitude of the gimbal based on the measurement attitude, the processor specifically implements:
  • the base posture of the pan/tilt head is determined.
  • the processor when the processor determines the base posture of the pan/tilt head according to the rotation angles of the plurality of joint angles and the measurement posture, the processor specifically implements:
  • the rotation angles of the plurality of joint angles and the rotation axes corresponding to the plurality of joint angles are converted into quaternions and calculated to obtain the corresponding plurality of joint angle quaternions;
  • the base posture of the gimbal is obtained according to the inverse quaternions corresponding to the plurality of joint angle quaternions and the measurement posture.
  • the plurality of joint angles include a yaw joint angle, a roll joint angle, and a pitch joint angle.
  • the processor specifically implements:
  • the measurement attitude is obtained through detection by an inertial measurement unit provided on the PTZ.
  • the inertial measurement unit includes at least one of a gyroscope and an accelerometer.
  • the processor determines the rotation axis and rotation angle corresponding to the adjustment attitude of the gimbal based on the plane constraint according to the base attitude and the expected attitude at the last moment, the specific accomplish:
  • the rotation axis and the rotation angle corresponding to the PTZ adjustment posture based on the plane constraints are determined.
  • the processor determines the rotation axis and the rotation angle corresponding to the adjustment posture of the gimbal based on the plane constraint according to the rotation posture of the base relative to the gimbal, the specific accomplish:
  • the rotation axis and the rotation angle corresponding to the adjustment posture of the gimbal based on the plane constraint are determined.
  • the plurality of Euler angles include Euler_yaw_rad angles, Euler_roll_rad angles, and Euler_pitch_rad angles
  • the processor performs the axis-angle-to-quaternion conversion calculation on the plurality of Euler angles to obtain When corresponding to multiple Euler angle quaternions, the specific implementation:
  • the Euler_yaw_rad angle is carried out to the quaternion conversion calculation of the axis angle, and the q_yaw quaternion corresponding to the Euler_yaw_rad angle is obtained;
  • the Euler_roll_rad angle is carried out to the quaternion conversion calculation of the axis angle, and the q_roll quaternion corresponding to the Euler_roll_rad angle is obtained;
  • the Euler_pitch_rad angle is calculated by converting the axis angle to the quaternion to obtain the q_pitch quaternion corresponding to the Euler_pitch_rad angle.
  • the rotation axis corresponding to the attitude adjustment of the gimbal based on the plane constraint includes a first rotation axis and a second rotation axis
  • the rotation angle corresponding to the attitude adjustment of the gimbal based on the plane constraint includes the first rotation axis
  • the Euler_yaw_rad angle is determined as the second rotation angle, and the rotation axis corresponding to the Euler_yaw_rad angle is determined as the second rotation axis.
  • the processor when the processor determines the desired attitude of the gimbal at the current moment according to the rotation axis, the rotation angle, and the expected attitude at the last moment, the processor specifically implements:
  • the first rotation angle and the first rotation axis are subjected to the quaternion conversion calculation of the axis angle to obtain the corresponding first rotation angle quaternion;
  • the second rotation angle and the second rotation axis are converted into quaternions from the axis angle to obtain the corresponding second rotation angle quaternion;
  • the desired attitude of the gimbal at the current moment is determined.
  • the processor determines, according to the first rotation angle quaternion, the second rotation angle quaternion, and the desired attitude at the last moment, the determination of the Before the desired attitude at the current moment, also realize:
  • the processor implements the conversion calculation of the first rotation angle and the first rotation axis to the quaternion to obtain the corresponding first rotation angle quaternion, it specifically implements:
  • the processor implements the conversion calculation of the second rotation angle and the second rotation axis to a quaternion to obtain a corresponding second rotation angle quaternion, it specifically implements:
  • the second adjusted rotation angle and the second rotation axis are converted into quaternions from an axis angle to obtain the second rotation angle quaternion.
  • the processor adjusts the first rotation angle and the second rotation angle to obtain the first adjusted rotation angle and the second adjusted rotation angle corresponding to the adjustment, the specific accomplish:
  • the second rotation angle is multiplied by a second coefficient to obtain a second product value, and the second product value is determined as the second adjustment rotation angle.
  • the processor determines, according to the first rotation angle quaternion, the second rotation angle quaternion, and the desired attitude at the last moment, the determination of the When the desired attitude is at the current moment, the specific implementation is as follows:
  • the embodiments of the present application further provide a computer-readable storage medium, where the computer-readable storage medium stores a computer program, the computer program includes program instructions, and the processor executes the program instructions to implement the embodiments of the present application Provides the steps of the control method of the PTZ.
  • the computer-readable storage medium may be an internal storage unit of the control device of the PTZ described in the foregoing embodiments, for example, a hard disk or a memory of the control device of the PTZ.
  • the computer-readable storage medium may also be an external storage device of the control device of the PTZ, for example, a plug-in hard disk, a smart memory card (Smart Media Card, SMC), a security device provided on the control device of the PTZ.

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Abstract

一种云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质，其中，所述云台包括防护壳，所述方法包括：获取云台的测量姿态，以及获取所述云台的上一时刻期望姿态(S101)；基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态(S102)；根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度(S103)；根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态(S104)；根据所述当前时刻期望姿态，控制所述云台旋转，以使所述云台上装载的拍摄装置对应的视野中不含所述防护壳(S105)。

Description

云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质 技术领域
本申请涉及云台技术领域，尤其涉及一种云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质。
背景技术
现今，通过在云台上加载相机等拍摄装置进行拍摄，已经被广泛应用于航拍、巡检等各个领域。为了实现拍摄装置在下雨或水下等环境中也能拍摄，云台设置有相应的防护壳，实现防水、防尘功能。目前，在拍摄过程中，一般是基于云台的关节角约束控制云台旋转，进而带动拍摄装置拍摄不同视场角的图像。由于拍摄装置对应的平面与防护壳对应的平面存在不同倾角，在基于关节角约束控制云台旋转进行拍摄时，拍摄出来的图像中很可能就会出现防护壳，从而导致拍摄的图像作废。
因此，如何提高云台旋转控制的可靠性，进而提高拍摄装置拍摄图像的效率成为亟待解决的问题。
发明内容
基于此，本申请实施例提供了一种云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质，以实现提高云台旋转控制的可靠性，进而提高拍摄装置拍摄图像的效率。
第一方面，本申请实施例提供了一种云台的控制方法，所述云台包括防护壳，所述方法包括：
获取云台的测量姿态，以及获取所述云台的上一时刻期望姿态；
基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态；
根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度；
根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态；
根据所述当前时刻期望姿态，控制所述云台旋转，以使所述云台上装载的拍摄装置对应的视野中不含所述防护壳。
第二方面，本申请实施例还提供了一种云台的控制装置，所述云台的控制装置包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时，实现如下步骤：
获取云台的测量姿态，以及获取所述云台的上一时刻期望姿态；
基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态；
根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度；
根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态；
根据所述当前时刻期望姿态，控制所述云台旋转，以使所述云台上装载的拍摄装置对应的视野中不含所述防护壳。
第三方面，本申请实施例还提供了一种云台，所述云台包括防护壳和如上述的云台的控制装置；其中，所述防护壳用于装载拍摄装置，所述云台的控制装置用于控制所述云台旋转。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现如上述的云台的控制方法。
本申请实施例公开的云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质，通过获取云台的测量姿态、以及云台的上一时刻期望姿态，基于测量姿态确定云台的基座姿态，根据基座姿态以及上一时刻期望姿态，确定云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度，进而获得云台的当前时刻期望姿态，根据云台的当前时刻期望姿态控制云台旋转，使得云台上装载的拍摄装置对应的视野中不出现防护壳，提高了云台旋转控制的可靠性，避免了由于拍摄装置拍摄的图像中包含防护壳而导致图像作废的情况出现，进而提高了拍摄装置拍摄图像的效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请的实施例提供的一种云台的结构示意图；
图2是本申请的实施例提供的一种防护壳的结构示意图；
图3是本申请的实施例提供的一种云台的控制方法的步骤示意流程图；
图4是图3中步骤S102的细化步骤示意流程图；
图5是图3中步骤S103的细化步骤示意流程图；
图6是本申请的实施例提供的一种云台的控制装置的示意性框图。
具体实施方式
下面对本申请的实施例进行介绍。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c 中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c，或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
还应当进理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本申请的实施例提供了一种云台的控制方法、装置、云台及计算机可读存储介质，用于实现提高云台旋转控制的可靠性，进而提高拍摄装置拍摄图像的效率。
其中，云台包括但不限于手持云台、无人机云台等，当然，云台也可以是其他类型的云台或可移动装置，本申请实施例不限于此。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种云台的结构示意图。如图1所示，云台100包括云台本体10、防护壳20、以及设置于云台本体10内的云台的控制装置(图中未示出)。其中，防护壳20内装载拍摄装置30，拍摄装置30包括但不限于摄像头、相机等。云台的控制装置用于控制云台100旋转，具体用于控制云台本体10及拍摄装置30旋转。
示例性的，如图2所示，防护壳20包括壳体21和罩组件22，壳体21的一端设置有与罩组件22的罩口形状适配的开口，开口与罩口相互抵接，且壳体21与罩组件22能够互相锁紧形成密闭腔，腔内提供有云台本体10和拍摄装置30的活动空间。
在一些实施例中，云台本体10可以包括云台臂或者手持臂，防护壳20的密闭腔可与云台本体10的形状相适配，比如对于云台本体10包括手持臂的情形，防护壳20的密闭腔可对应构造有手持臂的容纳空间。
在一些实施例中，如图2所示，防护壳20还可包括紧固件23，壳体21和罩组件22可通过紧固件23互相锁紧。当然，在一些实施例中，紧固件23也可以与壳体21或者罩组件22为一体结构，即紧固件23可以是壳体21和罩组件22中的一个上设置的紧固部，同时另一个上设置与紧固部配合的紧固配合部，紧固部与紧固配合部配合实现壳体21和罩组件22的紧固连接，在具体方案中， 紧固部和紧固配合部可对应于螺纹结构，或者对应于卡扣结构。
可以理解的，上述对于云台100各部件的命名仅仅出于标识的目的，并不因此对本申请实施例进行限制。
以下，将结合图1中的云台100以及图2中的防护壳20对本申请的实施例提供的云台的控制方法进行详细介绍。需知，图1中的云台100以及图2中的防护壳20仅用于解释本申请实施例提供的云台的控制方法，但并不构成对本申请实施例提供的云台的控制方法应用场景的限定。
请参阅图3，图3是本申请的实施例提供的一种云台的控制方法的示意流程图。该方法可以用于上述云台中，通过云台的控制装置来执行，当然也可以由云台上携带的其它控制装置来实现，本申请实施例不限于此。
为了方便对本申请的实施例作详细阐述，以下以该方法应用于云台的控制装置为例进行说明，以实现提高云台旋转控制的可靠性，进而提高拍摄装置拍摄图像的效率。
具体地，如图3所示，该云台的控制方法具体包括步骤S101至步骤S105。
S101、获取云台的测量姿态，以及获取所述云台的上一时刻期望姿态。
相比于目前通常采用的基于云台的关节角约束控制云台旋转的云台控制方式，本申请实施例中，是基于云台平面约束控制云台旋转。具体地，首先获取云台的测量姿态q_atti_gimbal。示例性的，云台上设置有相应的惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)，惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。其中，惯性测量单元包括但不限于陀螺仪、加速度计等装置。通过云台上设置的陀螺仪、加速度计等惯性测量单元检测获得云台的测量姿态q_atti_gimbal。
另一方面，除了获取到云台的测量姿态q_atti_gimbal以外，还获取云台的上一时刻期望姿态q_tar。示例性的，在控制云台旋转的过程中，记录云台的每个时刻期望姿态，通过查询记录获取到云台的上一时刻期望姿态q_tar。
S102、基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态。
在获取到云台的测量姿态q_atti_gimbal后，根据云台的测量姿态q_atti_gimbal，以及云台的基座姿态q_atti_base与测量姿态q_atti_gimbal之间的关联性，计算出云台的基座姿态q_atti_base。
在一些实施例中，如图4所示，步骤S102具体可以包括子步骤S1021和子步骤S1022。
S1021、获取云台对应的多个关节角的转角。
以zxy构型云台为例，云台对应的多个关节角包括yaw关节角、roll关节角以及pitch关节角。其中，对于yaw关节角，yaw关节角对应的旋转轴为【0,0,1】，对于roll关节角，roll关节角对应的旋转轴为【1,0,0】，对于pitch关节角，pitch关节角对应的旋转轴为【0,1,0】。获取yaw关节角的转角joint_yaw_rad，roll关节角的转角joint_roll_rad、以及pitch关节角的转角joint_pitch_rad，转角joint_yaw_rad、joint_roll_rad、以及joint_pitch_rad的单位为弧度。可选地，通过惯性测量单元或者云台设上置的其他相应传感器检测装置检测获取yaw关节角、roll关节角、pitch关节角等多个关节角的转角joint_yaw_rad、joint_roll_rad、joint_pitch_rad。
S1022、根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态。
通过获得的joint_yaw_rad、joint_roll_rad、joint_pitch_rad多个转角，以及云台的测量姿态q_atti_gimbal，计算得到云台的基座姿态q_atti_base。
在一些实施例中，根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态可以包括：将所述多个关节角的转角，以及所述多个关节角对应的转轴，进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个关节角四元数；获取所述多个关节角四元数对应的逆四元数；基于基座姿态与测量姿态间的四元叉乘关系，根据所述多个关节角四元数对应的逆四元数、以及所述测量姿态，获得所述云台的所述基座姿态。
其中，轴角-四元数转换公式如下：
Figure PCTCN2020099792-appb-000001
u表示旋转绕的单位轴，θ表示绕单位轴u旋转的角度，q表示绕单位轴u旋转θ角对应的四元数。
基于yaw关节角对应的旋转轴[0，0，1]和转角joint_yaw_rad，roll关节角对应的旋转轴[1，0，0]和转角joint_roll_rad，pitch关节角对应的旋转轴[0，1，0]和转角joint_pitch_rad，按照上述的轴角-四元数转换公式，进行轴角向四元 数转换计算，获得转角joint_yaw_rad对应的关节角四元数为q_joint_yaw，转角joint_roll_rad对应的关节角四元数为q_joint_roll，转角joint_pitch_rad对应的关节角四元数为q_joint_pitch。
其中，四元数的逆运算公式如下：
Figure PCTCN2020099792-appb-000002
q *是四元数q的共轭四元数，||q||是四元数q的模，inv_q是四元数q的逆四元数。
基于所获得的关节角四元数q_joint_yaw、关节角四元数q_joint_roll、关节角四元数q_joint_pitch，按照上述四元数的逆运算公式，将关节角四元数q_joint_yaw、关节角四元数q_joint_roll、关节角四元数q_joint_pitch进行逆运算，获得关节角四元数q_joint_yaw对应的逆四元数inv_q_joint_yaw、关节角四元数q_joint_roll对应的逆四元数inv_q_joint_roll、关节角四元数q_joint_pitch对应的逆四元数inv_q_joint_pitch。
云台的基座姿态q_atti_base与云台的测量姿态q_atti_gimbal间具有四元叉乘关系：
q_atti_base*q_joint_yaw*q_joint_roll*q_joint_pitch＝q_atti_gimbal
基于上述云台的基座姿态q_atti_base与云台的测量姿态q_atti_gimbal间的四元叉乘关系，以及所获得的逆四元数inv_q_joint_yaw、inv_q_joint_roll、inv_q_joint_pitch和云台的测量姿态q_atti_gimbal，反算得到云台的基座姿态q_atti_base为：
q_atti_base＝q_atti_gimbal*inv_q_joint_pitch*inv_q_joint_roll*inv_q_joint_yaw
也即，将云台的测量姿态q_atti_gimba、关节角四元数q_joint_pitch对应的逆四元数inv_q_joint_pitch、关节角四元数q_joint_roll对应的逆四元数inv_q_joint_roll、关节角四元数q_joint_yaw对应的逆四元数inv_q_joint_yaw进行四元叉乘计算，获得云台的基座姿态q_atti_base。
S103、根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度。
云台基于平面约束控制时对应有旋转相应的旋转轴和旋转角度，其中，旋 转轴包括至少一个，相应地，基于旋转轴旋转对应的旋转角度也包括至少一个。通过计算获得云台的基座姿态q_atti_base、以及获得云台的上一时刻期望姿态q_tar，确定出云台基于平面约束调节姿态对应的至少一个旋转轴和至少一个旋转角度。
在一些实施例中，如图5所示，步骤S103具体可以包括子步骤S1031和子步骤S1032。
S1031、根据所述基座姿态和所述上一时刻期望姿态，获得基座相对云台的旋转姿态。
云台的基座姿态q_atti_base、云台的上一时刻期望姿态q_tar、以及基座相对云台的旋转姿态q_base2gimbal之间具有相应的四元叉乘关系，如下：
q_atti_base*q_base2gimbal＝q_tar
根据云台的基座姿态q_atti_base，计算得到云台的基座姿态q_atti_base对应的逆四元数云台的基座姿态inv_q_atti_base，根据上述的四元叉乘关系反算得到基座相对云台的旋转姿态q_base2gimbal为：
q_base2gimbal＝inv_q_atti_base*q_tar
S1032、根据所述基座相对云台的旋转姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
在一些实施例中，根据基座相对云台的旋转姿态，确定云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度可以包括：将所述基座相对云台的旋转姿态进行四元数向欧拉角转换计算，获得对应的多个欧拉角；将所述多个欧拉角进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个欧拉角四元数；根据所述多个欧拉角四元数，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
其中，四元数q＝(q0，q1，q2，q3)与欧拉角(α，β，γ)的转换公式如下：
Figure PCTCN2020099792-appb-000003
基于该四元数与欧拉角的转换公式，将基座相对云台的旋转姿态q_base2gimbal进行四元数向欧拉角转换计算，获得对应的多个欧拉角。其中， 欧拉角包括Euler_yaw_rad角、Euler_roll_rad角、Euler_pitch_rad角等。
Euler_yaw_rad角对应的旋转轴为【0,0,1】，Euler_roll_rad角对应的旋转轴为【1,0,0】，Euler_pitch_rad角对应的旋转轴为【0,1,0】，基于上文的轴角-四元数转换公式，将Euler_yaw_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得Euler_yaw_rad角对应的欧拉角四元数为q_yaw；将Euler_roll_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得Euler_roll_rad角对应的欧拉角四元数为q_roll；将Euler_pitch_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得Euler_pitch_rad角对应的欧拉角四元数为q_pitch。
在一些实施例中，云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴包括两个：第一旋转轴和第二旋转轴，云台基于平面约束调节姿态对应的旋转角度包括绕第一旋转轴旋转对应的第一旋转角度、以及绕第二旋转轴旋转对应的第二旋转角度。
根据计算获得的欧拉角四元数q_roll和q_pitch，将q_roll和q_pitch进行四元叉乘计算，获得对应的面四元数q_xy为：
q_xy＝q_roll*q_pitch
之后，将面四元数q_xy进行四元数向轴角转换计算，获得面四元数q_xy对应的转轴error_axis和转角error_angle_rad。该转轴error_axis确定为云台基于平面约束调节姿态对应的第一旋转轴，该转角error_angle_rad确定为云台基于平面约束调节姿态对应的绕第一旋转轴旋转的第一旋转角度。并且，将Euler_yaw_rad角对应的转轴【0,0,1】确定为云台基于平面约束调节姿态对应的第二旋转轴，将获得的Euler_yaw_rad角确定为云台基于平面约束调节姿态对应的第二旋转角度。
S104、根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态。
由云台的上一时刻期望姿态q_tar，以及云台基于平面约束调节姿态对应的第一旋转轴error_axis、绕第一旋转轴error_axis旋转对应的第一旋转角度error_angle_rad，和云台基于平面约束调节姿态对应的第二旋转轴【0,0,1】、绕第二旋转轴【0,0,1】旋转对应的第二旋转角度Euler_yaw_rad，计算获得云台的当前时刻期望姿态Q_tar。
在一些实施例中，根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态可以包括：将所述第一旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数；将所述第二旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第二旋转角度四元数；根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态。
按照上文的轴角-四元数转换公式，将云台基于平面约束调节姿态对应的第一旋转轴error_axis、绕第一旋转轴error_axis旋转对应的第一旋转角度error_angle_rad进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数q_tar_xy。以及，将云台基于平面约束调节姿态对应的第二旋转轴【0,0,1】、绕第二旋转轴【0,0,1】旋转对应的第二旋转角度Euler_yaw_rad进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第二旋转角度四元数q_tar_yaw。之后，再根据计算获得的第一旋转角度四元数q_tar_xy、第二旋转角度四元数q_tar_yaw、以及云台的上一时刻期望姿态q_tar，基于云台相邻时刻期望姿态间的四元叉乘关系，计算获得云台的当前时刻期望姿态Q_tar。
在一些实施例中，为了确保拍摄装置对应平面与防护壳对应平面对齐或维持一定倾角，在获得第一旋转角度error_angle_rad和第二旋转角度Euler_yaw_rad后，先将第一旋转角度error_angle_rad和第二旋转角度Euler_yaw_rad进行调整，获得第一旋转角度error_angle_rad调整后对应的第一调整旋转角度tar_xy_spd_rps，以及第二旋转角度Euler_yaw_rad调整后对应的第二调整旋转角度error_spd_rps_raw。
在一些实施例中，通过将第一旋转角度error_angle_rad乘以第一系数，获得第一乘积值，将该第一乘积值确定为第一调整旋转角度tar_xy_spd_rps；以及，将第二旋转角度Euler_yaw_rad乘以第二系数，获得第二乘积值，将该第二乘积值确定为第二调整旋转角度error_spd_rps_raw。
示例性的，预先设置第一系数为k1、第二系数为k2，其中，第一系数k1和第二系数k2的具体数值可根据实际情况进行灵活设置，在此不作具体限制。计算获得第一调整旋转角度tar_xy_spd_rps为：
tar_xy_spd_rps＝k1*error_angle_rad
计算获得第二调整旋转角度error_spd_rps_raw为：
error_spd_rps_raw＝k2*Euler_yaw_rad
之后，再基于上文的轴角-四元数转换公式，将第一调整旋转角度tar_xy_spd_rps和第一旋转轴error_axis进行轴角向四元数转换计算，获得上述的第一旋转角度四元数q_tar_xy；将第二调整旋转角度error_spd_rps_raw和第二旋转轴【0,0,1】进行轴角向四元数转换计算，获得上述的第二旋转角度四元数q_tar_yaw。
在一些实施例中，根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态可以包括：获取所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，以及所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数；基于云台相邻时刻期望姿态间的四元叉乘关系，根据所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数、以及所述上一时刻期望姿态，获得所述当前时刻期望姿态。
在计算获得第一旋转角度四元数q_tar_xy和第二旋转角度四元数q_tar_yaw后，按照上文的四元数的逆运算公式，将第一旋转角度四元数q_tar_xy和第二旋转角度四元数q_tar_yaw进行逆运算，获得第一旋转角度四元数q_tar_xy对应的逆四元数inv_q_tar_xy，以及第二旋转角度四元数q_tar_yaw对应的逆四元数inv_q_tar_yaw。
云台相邻时刻期望姿态间具有四元叉乘关系：
Q_tar*q_tar_xy*q_tar_yaw＝q_tar
基于上述的云台相邻时刻期望姿态间的四元叉乘关系，反算得到云台的当前时刻期望姿态Q_tar为：
Q_tar＝q_tar*inv_q_tar_xy*inv_q_tar_yaw
也即，将第一旋转角度四元数q_tar_xy对应的逆四元数inv_q_tar_xy、第二旋转角度四元数q_tar_yaw对应的逆四元数inv_q_tar_yaw、以及云台的上一时刻期望姿态q_tar进行四元叉乘计算，获得云台的当前时刻期望姿态Q_tar。
S105、根据所述当前时刻期望姿态，控制所述云台旋转，以使所述云台上装载的拍摄装置对应的视野中不含所述防护壳。
由于云台的当前时刻期望姿态Q_tar是基于平面约束获得，在云台的控制 过程中，根据云台的当前时刻期望姿态Q_tar控制云台旋转时，云台的防护壳不会遮挡到拍摄装置的视野，也即拍摄装置对应的视野中不会出现防护壳，因此，通过拍摄装置拍摄的图像中就不会包含防护壳，从而避免了拍摄装置拍摄的图像作废，提高了用户使用体验。
上述实施例通过获取云台的测量姿态、以及云台的上一时刻期望姿态，基于测量姿态确定云台的基座姿态，根据基座姿态以及上一时刻期望姿态，确定云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度，进而获得云台的当前时刻期望姿态，根据云台的当前时刻期望姿态控制云台旋转，使得云台上装载的拍摄装置对应的视野中不出现防护壳，提高了云台旋转控制的可靠性，避免了由于拍摄装置拍摄的图像中包含防护壳而导致图像作废的情况出现，进而提高了拍摄装置拍摄图像的效率。
请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种云台的控制装置的示意性框图。如图6所示，该云台的控制装置600包括处理器610和存储器620，处理器610和存储器620通过总线连接，该总线比如为I2C(Inter-integrated Circuit)总线。
具体地，处理器610可以是微控制单元(Micro-controller Unit，MCU)、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)或数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)等。
具体地，存储器620可以是Flash芯片、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)磁盘、光盘、U盘或移动硬盘等。
其中，所述处理器用于运行存储在存储器中的计算机程序，并在执行所述计算机程序时实现如下步骤：
获取云台的测量姿态，以及获取所述云台的上一时刻期望姿态；
基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态；
根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度；
根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态；
根据所述当前时刻期望姿态，控制所述云台旋转，以使所述云台上装载的 拍摄装置对应的视野中不含所述防护壳。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态时，具体实现：
获取云台对应的多个关节角的转角；
根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态时，具体实现：
将所述多个关节角的转角，以及所述多个关节角对应的转轴，进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个关节角四元数；
获取所述多个关节角四元数对应的逆四元数；
基于基座姿态与测量姿态间的四元叉乘关系，根据所述多个关节角四元数对应的逆四元数、以及所述测量姿态，获得所述云台的所述基座姿态。
在一些实施例中，所述多个关节角包括yaw关节角、roll关节角以及pitch关节角。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述获取云台的测量姿态时，具体实现：
通过所述云台上设置的惯性测量单元检测获得所述测量姿态。
在一些实施例中，所述惯性测量单元包括陀螺仪、加速度计中至少一种。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度时，具体实现：
根据所述基座姿态和所述上一时刻期望姿态，获得基座相对云台的旋转姿态；
根据所述基座相对云台的旋转姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述根据所述基座相对云台的旋转姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度时，具体实现：
将所述基座相对云台的旋转姿态进行四元数向欧拉角转换计算，获得对应的多个欧拉角；
将所述多个欧拉角进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个欧拉角四元数；
根据所述多个欧拉角四元数，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
在一些实施例中，所述多个欧拉角包括Euler_yaw_rad角、Euler_roll_rad角和Euler_pitch_rad角，所述处理器在实现所述将所述多个欧拉角进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个欧拉角四元数时，具体实现：
将所述Euler_yaw_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_yaw_rad角对应的q_yaw四元数；
将所述Euler_roll_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_roll_rad角对应的q_roll四元数；
将所述Euler_pitch_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_pitch_rad角对应的q_pitch四元数。
在一些实施例中，所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转角度包括第一旋转角度和第二旋转角度，所述处理器在实现所述根据所述多个欧拉角四元数，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度时，具体实现：
根据所述q_roll四元数和所述q_pitch四元数，获得对应的面四元数；
将所述面四元数进行四元数向轴角转换计算，获得所述面四元数对应的转轴和转角；
将所述面四元数对应的转角确定为所述第一旋转角度，将所述面四元数对应的转轴确定为所述第一旋转轴；
将所述Euler_yaw_rad角确定为所述第二旋转角度，将所述Euler_yaw_rad角对应的转轴确定为所述第二旋转轴。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态时，具体实现：
将所述第一旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数；
将所述第二旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第二旋转角度四元数；
根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态之前，还实现：
将所述第一旋转角度和所述第二旋转角度进行调整，获得调整后对应的第一调整旋转角度和第二调整旋转角度；
所述处理器在实现所述将所述第一旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数时，具体实现：
将所述第一调整旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得所述第一旋转角度四元数；
所述处理器在实现所述将所述第二旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第二旋转角度四元数时，具体实现：
将所述第二调整旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得所述第二旋转角度四元数。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述将所述第一旋转角度和所述第二旋转角度进行调整，获得调整后对应的第一调整旋转角度和第二调整旋转角度时，具体实现：
将所述第一旋转角度乘以第一系数，获得第一乘积值，将所述第一乘积值确定为所述第一调整旋转角度；
将所述第二旋转角度乘以第二系数，获得第二乘积值，将所述第二乘积值确定为所述第二调整旋转角度。
在一些实施例中，所述处理器在实现所述根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态时，具体实现：
获取所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，以及所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数；
基于云台相邻时刻期望姿态间的四元叉乘关系，根据所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数、以及所述上一时刻期望姿态，获得所述当前时刻期望姿态。
本申请的实施例中还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序中包括程序指令，处理器执行所述程序指令，实现本申请实施例提供的云台的控制方法的步骤。
其中，所述计算机可读存储介质可以是前述实施例所述的云台的控制装置的内部存储单元，例如所述云台的控制装置的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述云台的控制装置的外部存储设备，例如所述云台的控制装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (30)

  1. 一种云台的控制方法，其特征在于，所述云台包括防护壳，所述方法包括：
    获取云台的测量姿态，以及获取所述云台的上一时刻期望姿态；
    基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态；
    根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度；
    根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态；
    根据所述当前时刻期望姿态，控制所述云台旋转，以使所述云台上装载的拍摄装置对应的视野中不含所述防护壳。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态，包括：
    获取云台对应的多个关节角的转角；
    根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态。
  3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态，包括：
    将所述多个关节角的转角，以及所述多个关节角对应的转轴，进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个关节角四元数；
    获取所述多个关节角四元数对应的逆四元数；
    基于基座姿态与测量姿态间的四元叉乘关系，根据所述多个关节角四元数对应的逆四元数、以及所述测量姿态，获得所述云台的所述基座姿态。
  4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个关节角包括yaw关节角、roll关节角以及pitch关节角。
  5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取云台的测量姿态，包括：
    通过所述云台上设置的惯性测量单元检测获得所述测量姿态。
  6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述惯性测量单元包括陀螺仪、加速度计中至少一种。
  7. 根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度，包括：
    根据所述基座姿态和所述上一时刻期望姿态，获得基座相对云台的旋转姿态；
    根据所述基座相对云台的旋转姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
  8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述基座相对云台的旋转姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度，包括：
    将所述基座相对云台的旋转姿态进行四元数向欧拉角转换计算，获得对应的多个欧拉角；
    将所述多个欧拉角进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个欧拉角四元数；
    根据所述多个欧拉角四元数，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
  9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多个欧拉角包括Euler_yaw_rad角、Euler_roll_rad角和Euler_pitch_rad角，所述将所述多个欧拉角进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个欧拉角四元数，包括：
    将所述Euler_yaw_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_yaw_rad角对应的q_yaw四元数；
    将所述Euler_roll_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_roll_rad角对应的q_roll四元数；
    将所述Euler_pitch_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_pitch_rad角对应的q_pitch四元数。
  10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述云台基于平面约 束调节姿态对应的所述旋转角度包括第一旋转角度和第二旋转角度，所述根据所述多个欧拉角四元数，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度，包括：
    根据所述q_roll四元数和所述q_pitch四元数，获得对应的面四元数；
    将所述面四元数进行四元数向轴角转换计算，获得所述面四元数对应的转轴和转角；
    将所述面四元数对应的转角确定为所述第一旋转角度，将所述面四元数对应的转轴确定为所述第一旋转轴；
    将所述Euler_yaw_rad角确定为所述第二旋转角度，将所述Euler_yaw_rad角对应的转轴确定为所述第二旋转轴。
  11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态，包括：
    将所述第一旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数；
    将所述第二旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第二旋转角度四元数；
    根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态。
  12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态之前，包括：
    将所述第一旋转角度和所述第二旋转角度进行调整，获得调整后对应的第一调整旋转角度和第二调整旋转角度；
    所述将所述第一旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数，包括：
    将所述第一调整旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得所述第一旋转角度四元数；
    所述将所述第二旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算， 获得对应的第二旋转角度四元数，包括：
    将所述第二调整旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得所述第二旋转角度四元数。
  13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述将所述第一旋转角度和所述第二旋转角度进行调整，获得调整后对应的第一调整旋转角度和第二调整旋转角度，包括：
    将所述第一旋转角度乘以第一系数，获得第一乘积值，将所述第一乘积值确定为所述第一调整旋转角度；
    将所述第二旋转角度乘以第二系数，获得第二乘积值，将所述第二乘积值确定为所述第二调整旋转角度。
  14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态，包括：
    获取所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，以及所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数；
    基于云台相邻时刻期望姿态间的四元叉乘关系，根据所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数、以及所述上一时刻期望姿态，获得所述当前时刻期望姿态。
  15. 一种云台的控制装置，其特征在于，所述云台的控制装置包括存储器和处理器；
    所述存储器用于存储计算机程序；
    所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时，实现如下步骤：
    获取云台的测量姿态，以及获取所述云台的上一时刻期望姿态；
    基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态；
    根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度；
    根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态；
    根据所述当前时刻期望姿态，控制所述云台旋转，以使所述云台上装载的拍摄装置对应的视野中不含所述防护壳。
  16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述基于所述测量姿态，确定所述云台的基座姿态时，具体实现：
    获取云台对应的多个关节角的转角；
    根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态。
  17. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述根据所述多个关节角的转角，以及所述测量姿态，确定所述云台的所述基座姿态时，具体实现：
    将所述多个关节角的转角，以及所述多个关节角对应的转轴，进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个关节角四元数；
    获取所述多个关节角四元数对应的逆四元数；
    基于基座姿态与测量姿态间的四元叉乘关系，根据所述多个关节角四元数对应的逆四元数、以及所述测量姿态，获得所述云台的所述基座姿态。
  18. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个关节角包括yaw关节角、roll关节角以及pitch关节角。
  19. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述获取云台的测量姿态时，具体实现：
    通过所述云台上设置的惯性测量单元检测获得所述测量姿态。
  20. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述惯性测量单元包括陀螺仪、加速度计中至少一种。
  21. 根据权利要求15至20任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述根据所述基座姿态，以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的旋转轴和旋转角度时，具体实现：
    根据所述基座姿态和所述上一时刻期望姿态，获得基座相对云台的旋转姿态；
    根据所述基座相对云台的旋转姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
  22. 根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述根据所述基座相对云台的旋转姿态，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度时，具体实现：
    将所述基座相对云台的旋转姿态进行四元数向欧拉角转换计算，获得对应的多个欧拉角；
    将所述多个欧拉角进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个欧拉角四元数；
    根据所述多个欧拉角四元数，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度。
  23. 根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述多个欧拉角包括Euler_yaw_rad角、Euler_roll_rad角和Euler_pitch_rad角，所述处理器在实现所述将所述多个欧拉角进行轴角向四元数转换计算，获得对应的多个欧拉角四元数时，具体实现：
    将所述Euler_yaw_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_yaw_rad角对应的q_yaw四元数；
    将所述Euler_roll_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_roll_rad角对应的q_roll四元数；
    将所述Euler_pitch_rad角进行轴角向四元数转换计算，获得所述Euler_pitch_rad角对应的q_pitch四元数。
  24. 根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转角度包括第一旋转角度和第二旋转角度，所述处理器在实现所述根据所述多个欧拉角四元数，确定所述云台基于平面约束调节姿态对应的所述旋转轴和所述旋转角度时，具体实现：
    根据所述q_roll四元数和所述q_pitch四元数，获得对应的面四元数；
    将所述面四元数进行四元数向轴角转换计算，获得所述面四元数对应的转轴和转角；
    将所述面四元数对应的转角确定为所述第一旋转角度，将所述面四元数对应的转轴确定为所述第一旋转轴；
    将所述Euler_yaw_rad角确定为所述第二旋转角度，将所述Euler_yaw_rad角对应的转轴确定为所述第二旋转轴。
  25. 根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述根据所述旋转轴、所述旋转角度、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的当前时刻期望姿态时，具体实现：
    将所述第一旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数；
    将所述第二旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第二旋转角度四元数；
    根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态。
  26. 根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态之前，还实现：
    将所述第一旋转角度和所述第二旋转角度进行调整，获得调整后对应的第一调整旋转角度和第二调整旋转角度；
    所述处理器在实现所述将所述第一旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第一旋转角度四元数时，具体实现：
    将所述第一调整旋转角度和所述第一旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得所述第一旋转角度四元数；
    所述处理器在实现所述将所述第二旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得对应的第二旋转角度四元数时，具体实现：
    将所述第二调整旋转角度和所述第二旋转轴进行轴角向四元数转换计算，获得所述第二旋转角度四元数。
  27. 根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述将所述第一旋转角度和所述第二旋转角度进行调整，获得调整后对应的第一调整旋转角度和第二调整旋转角度时，具体实现：
    将所述第一旋转角度乘以第一系数，获得第一乘积值，将所述第一乘积值确定为所述第一调整旋转角度；
    将所述第二旋转角度乘以第二系数，获得第二乘积值，将所述第二乘积值确定为所述第二调整旋转角度。
  28. 根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述处理器在实现所述根据所述第一旋转角度四元数、所述第二旋转角度四元数、以及所述上一时刻期望姿态，确定所述云台的所述当前时刻期望姿态时，具体实现：
    获取所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，以及所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数；
    基于云台相邻时刻期望姿态间的四元叉乘关系，根据所述第一旋转角度四元数对应的逆四元数，所述第二旋转角度四元数对应的逆四元数、以及所述上一时刻期望姿态，获得所述当前时刻期望姿态。
  29. 一种云台，其特征在于，所述云台包括防护壳和如权利要求15至28任一项所述的云台的控制装置；其中，所述防护壳用于装载拍摄装置，所述云台的控制装置用于控制所述云台旋转。
  30. 一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现如权利要求1至14中任一项所述的云台的控制方法。
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