[发明专利]一种基于头部姿态控制的随动远程视觉系统

说明书

技术领域

本发明涉及视频监控、图像处理领域，具体涉及一种基于头部姿态控制的随动远程视觉系统。 

背景技术

随着摄像头制作成本的降低，摄像头应用越来越广泛。为了增大摄像头可视角度，很多应用中均采用了云台实现对摄像头上下左右运动的控制。而目前摄像头云台操作大部分采用手动摇杆的方式，即通过摇杆来控制云台的运动，虽能实现基本运动控制功能，但操作灵活性相对较低，尤其对于机器人或航模上用到的FPV装置。 

发明内容

本发明的目的是为云台摄像头的操作者提供一种基于头部姿态控制的随动远程视觉系统，通过配戴安装有体感检测传感器的视频眼镜，实现对云台的运动跟随控制，增加虚拟现实的沉浸感，给操作者带来视频、声音和运动的三维一体式操作体验。 

本发明采用如下的技术方案： 

一种基于头部姿态控制的随动远程视觉系统，包括视频显示与交互装置和随动视觉装置。

视频显示与交互装置包括无线影音传输接收模块、视频眼镜显示模块、头部姿态检测传感器模块、控制器和通信模块。随动视觉装置包括具有音频采集功能的摄像头、无线影音传输发射模块、舵机云台装置、通信模块和控制器。 

视频显示与交互装置中，姿态检测传感器模块放置在视频眼镜内部，通过模式选择引脚连接至控制器I/O端口，姿态检测传感器模块的水平方向和垂直方向的电压输出连接至控制器I/O端口，电源电路输出端连接至控制器的电源端口，通信模块的输入端连接至控制器的通信端口，信号指示灯连接至控制器的通用端口。随动视觉装置中，水平舵机和垂直舵机分别连至云台控制器的两个接口，电源电路输出端连接至云台控制器的电源端口，通信模块的输入端连接至云台控制器的通信端口，信号指示灯连接至云台控制器的通用端口。 

本发明系统由摄像头采集实时的图像和声音信息，并输出模拟信号，模拟信号经过传输模块传输到视频眼镜显示模块，操作者即可通过视频眼镜观察到摄像头正前方的视野并可听到现场声音，其中传输模块采用无线或有线传输模块。头部姿态检测模块中的控制器将检测到的运动数据解析成对云台的位置控制指令，并通过通信模块将位置指令传输给云台控制模块，云台控制模块对云台进行控制，从而实现摄像头对人头部姿态的跟踪运动，即实现了摄像头与头部组成的二维随动系统，其中的通信模块可以是无线或有线方式。 

本发明系统工作流程如下： 

步骤一：摄像头采集其正前方的图像信息，同时摄像头内置麦克采集周围的声音信息，图像和声音信号经无线影音传输发射模块，以无线形式发送出去；

步骤二：无线影音传输接收模块接收到无线影音信号后，输出至视频眼镜，视频眼镜实时的将接收到的影音信号呈现给操作者；

步骤三：安装在视频眼镜上的头部姿态检测传感器检测操作者的水平和垂直姿态，并以电压信号的形式输出；

步骤四：视频显示与交互装置的控制器通过其内置的AD转换模块采集由头部姿态检测传感器输出的电压信号，并将其换算成云台舵机的控制指令，通过通信模块将控制指令数据包发送给随动视觉装置；

首先初始化控制器内部各功能模块，包括时钟、GPIO、AD、SPI等模块，然后初始化通信模块，进入循环状态，检测姿态检测传感器输出的电压信号，并根据公式1计算舵机控制PWM信号在一个周期内的高电平时间，将计算得到的水平舵机和垂直舵机的时间组成的数组，作为云台的控制指令，通过通信模块将控制指令发送给云台控制装置，如果接收到应答信号，则进入新一轮循环，否则继续发送控制指令，直到接收到应答信号。

Y=0.606X+0.5                                                     公式1 

其中，Y 为舵机控制PWM信号在一个周期内的高电平时间，X为采集的MMA7620输出的电压值。

AD转换的参考电压为3.3V。 

步骤五：随动视觉装置通过通信模块接收由视频显示交互装置发送的数据包，解析出云台的控制指令，根据控制指令控制云台执行相应的动作，从而实现摄像头对人头部的跟随运动。 

首先初始化控制器内部各功能模块，包括时钟、GPIO、AD、SPI等模块，然后初始化通信模块，进入命令接收等待状态，当接收到舵机的控制指令后，判断舵机控制PWM信号的高电平时间是否在0.5ms～2.5ms范围内，如果在其范围内，则控制舵机执行相应的控制动作，并发送应答控制信号（0x55）；如果接收到的控制指令的数据不在0.5ms～2.5ms范围内，则放弃该数据，并继续接收，直到接收到正确的控制指令。