[发明专利]一种适用于移动载体的摄像机云台旋转控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于移动载体的摄像机云台旋转控制方法。本发明根据摄像机云台相对载体的相对偏转角与载体旋转角速度的关系进行摄像机云台的旋转控制，所采用的系统包括虚拟现实穿戴设备、移动载体、摄像机云台等。摄像机云台上的参考信号计算单元接收由移动载体及虚拟现实穿戴设备分别测出载体运动参数、头部运动参数，解算出云台旋转控制所需的旋转角度与旋转角速度，传输给云台控制器控制云台旋转。本发明的方法用于解决移动载体旋转时因图像传输延迟所导致观测到的图像与实时图像不符的问题，实现虚拟实时图像的预测。

技术领域

本发明了是关于一种摄像机云台旋转控制方法，尤其是指一种通过参数测量单元测量载体、虚拟现实头盔的相关运动参数来控制移动载体旋转时的摄像机云台的旋转控制方法。

背景技术

目前，移动载体的摄像机云台大多固定在移动载体上，在载体做旋转动作时跟随载体以相同的角速度转动。而移动载体的旋转大多通过远程遥控进行控制，当载体进行旋转动作时，摄像机跟随载体拍摄场景图片，远程传输回控制端显示出来供操作员参考。由于图像传输具有时间延迟，操作员看到的图像往往不是当前时刻移动载体所正对的场景，在进行控制时大多采取每控制一小段时间暂停一次，等待图像传输后确认载体具体状态后再控制的方案。这种控制方式，不具有实时性，效率低下，且难以控制高速旋转的移动载体。同时摄像机固定在载体上无法自由转动，对于操作员而言难以侦查到周边信息。又或者摄像机云台需要操作员远程遥控进行自由旋转以观察周边信息，增加了操作员操作的复杂性与操作难度。

发明内容

为了克服现有遥控机器人旋转过程中，因图像时延问题所造成的控制实时性下降的问题以及摄像机云台旋转控制的操作难度高等问题，本发明提供了一种适用于移动载体的摄像机云台旋转控制方法。该控制方法通过测量移动载体、摄像机云台、虚拟现实穿戴设备的相关运动参数，估算旋转运动时由于时延所造成的角度偏差以及操作员头转动的角度，控制云台相对载体坐标系转动。使摄像头拍摄的图片与操作员当前所看到的图片一致即为当前时刻载体视角的真实图片。根据当前图片进行操作从而提高控制的实时性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

所述无人移动载体、摄像机云台与虚拟现实穿戴设备相关运动参数由参数测量单元测量得出，其中无人移动载体的角速度(水平分量与垂直分量)、角加速度(水平分量与垂直分量)分别由无人移动载体上安装的陀螺仪与角加速度计测量得出。虚拟现实穿戴设备的角速度(水平分量与垂直分量)由虚拟现实设备上安装的陀螺仪测量得出。摄像机云台相对于载体坐标系的相对角度由摄像机云台所安装的磁阻传感器测量得出。

所述图像传输延时与控制指令传输延时，通过实测或估测获得，实测是根据无人移动载体运动中图像与指令的传输时间测量得出时延时间，估测是根据数据信道的时延时间估测出图像信道的时延时间。

根据无人移动载体在图像传输延时过程中所转动的角度计算出转动过程中摄像机云台相对载体坐标系应该预旋转的角度：

其中，ω₁是无人移动载体在地面坐标系下的旋转角速度，β是摄像机云台在载体坐标系下相对无人移动载体的角度，τ₁是图像传输的时延时间。

根据虚拟现实穿戴设备在控制周期内所转动的角度计算出当操作员转动头时摄像机相对载体坐标系应该转动的角度：

其中，ω₂是虚拟现实穿戴设备在地面坐标系下的旋转角速度，T是速度采样周期；根据公式⑴与公式⑵计算出摄像机云台在每个采样周期内的转动的相对角度：

θ＝γ₁·θ₁+γ₂·θ₂………………⑶

其中，γ1和γ2分别为θ₁与θ₂在实际中所占的比例参数，由测量得出。