[发明专利]摄像机稳定系统

说明书

本发明主要涉及摄像机稳定系统，尤其涉及一种改进的轻型手持或车载式摄像机稳定系统，用于在摄影或视频相关的应用中使用。为了在电影或视频记录中获得最佳的可能结果，对准的稳定性是关键的，特别是在移动的摄像机支撑件上，例如车辆、飞行物体和摄像机升降架。

技术领域

本发明主要涉及摄像机稳定系统，尤其涉及一种改进的轻型手持或车载式摄像机稳定系统，用于与摄影或视频相关的应用。为了在电影或视频记录中获得最佳的可能结果，对准的稳定性是关键的，特别是在移动的摄像机支架(例如车辆、飞行物体和摄像机升降架)上。

背景技术

光学、视频和传统摄影技术的进步使得越来越多的电影爱好者可以使用高质量的便携式摄影设备。结果，专业人员和爱好者同样地制作出质量和复杂性都提高的影片。然而，当利用手持式摄像机拍摄时，这种质量演变加剧了公知的“抖动”(jitter)问题。即使当操作者试图在摇摄或移摄期间保持摄像机稳定时，不受控制的操作者运动至摄像机的传递也导致不希望的摄像机抖动，从而损害所得到的视频产品的美学。由于不受控制的载具运动，从运动的、漂浮的或飞行的载具进行拍摄甚至更加困难。在平滑的滑行中转动摄像机或携带摄像机需要大量的技巧和经验，特别是在摄像机的操作者正在行走、奔跑或乘坐载具以跟随电影的主角的动作场景中。在动作情况下，尽管由于操作者的呼吸、心跳和无意识肌肉运动而产生运动，但保持摄像机稳定的已经很困难的任务可能由于不受控的环境条件而加剧。所得到的镜头通常是不稳定的、急动的，并且在视觉上无法吸引人。运动干扰、特别是从操作者传递到摄像机的角度干扰是主要问题。

一种流行的机械(非电子)式摄像机稳定装置是斯坦尼(Steadicam)。斯坦尼康设备使用安装在距摄像机相当远的距离处的大的配重，该大的配重将设备的质心转移到操作员之后操纵的手柄。尽管很流行，但是斯坦尼康装置沉重、庞大且不灵活的、给操作者带来应变、需要较长的设置时间、需要笨重的操作者背带、并且限制了摄像机的移动范围。斯坦尼的操作平滑性主要取决于操作者，因为操作者必须通过手柄来手动控制摄像机的取向，并且必须小心地在系统能力的窄范围内保持摄像机平稳和平衡。这使得摄像机的操作和平滑的回转取决于操作者力量和技术。

除了作为斯坦尼的机械稳定系统之外，摄像机稳定领域还有很多陀螺仪传感器稳定摄像机系统的提议，这些提议依赖于集成的三轴陀螺仪传感器以从联接到摄像机平台的单个位置测量平台的倾斜、摇动和滚动。不利的是，在本领域中普遍使用的陀螺仪传感器构造将三个旋转传感器构造在单个封装中，这引入了若干问题。每个传感器对围绕一固定轴线的旋转的灵敏度根据围绕另一轴线的枢转位置而变化。例如，直接安装在摄像机平台上的横摆率(yaw rate)传感器的灵敏度随着平台俯仰角从零增加到90度而从最大值减小到空值。此外，在大俯仰角的情况下，倾斜的横摆传感器将正交旋转分量引入到用于控制横摆运动的信号中。本领域的技术人员敏锐地意识到这个问题，并已经提出了各种“权宜之计”，例如添加相对位置编码器和重力水平传感器，以及添加复杂的正弦-余弦坐标变换，以便在稳定器控制电路中维持恒定的控制回路增益。作为这些缺点的另一个例子，通常的闭环伺服控制系统容易由于机械谐振而不稳定，所述机械谐振是由传感器与它们各自的致动器的机械解耦和分离而引起的。直到现在，技术人员通常试图通过使用机械刚性(重)的万向节框架来缓解这个问题，所述万向节框架不适于重量轻的手持稳定器，所述重量轻的手持稳定器需要不可避免柔性的轻重量框架。

商业例子包括Gyron Systems International,Ltd(http://www.gyron.com)提供了一种用于安装在直升机外部、测量30×35×28英寸的双传感器万向节转台和摄像机。双通道光纤陀螺仪组件用于稳定摇动轴线和倾斜轴线，而通过石英角速率传感器稳定滚动轴线。外部摇动和倾斜万向节由直接驱动扭矩马达来驱动。内部摇动和倾斜万向节由音圈致动器来驱动而不具有齿轮装置，以消除齿轮磨损问题。滚动轴线由通过梯链驱动的转矩马达来驱动。角速率传感器在公共平台上被分组在一起，如本领域中普遍进行的那样，而导致上述不利的角相互作用问题。Gyron的文献资料既没有考虑也没有建议将它们的航空技术应用于使用轻质、柔性框架的机械稳定的手持式稳定器系统。