本實(shí)用新型涉及飛行器領(lǐng)域，特別涉及云臺(tái)增穩(wěn)技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)人機(jī)的的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，以及運(yùn)動(dòng)拍攝的普及，人們對(duì)圖像增穩(wěn)技術(shù)要求越來(lái)越高。由于無(wú)人機(jī)一般處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此，拍攝輸出的圖像序列會(huì)存在隨機(jī)抖動(dòng)，為了消除圖像的抖動(dòng)，出現(xiàn)了增穩(wěn)技術(shù)。

目前主流的增穩(wěn)技術(shù)分為機(jī)械式增穩(wěn)和電子式增穩(wěn)。機(jī)械增穩(wěn)技術(shù)是利用減震平臺(tái)或機(jī)械云臺(tái)被動(dòng)的抵消各種抖動(dòng)，從物理結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)對(duì)抖動(dòng)的過(guò)濾，其優(yōu)勢(shì)在于能夠較好的抵消大部分抖動(dòng)，具有優(yōu)秀的穩(wěn)像效果。電子式增穩(wěn)是通過(guò)應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)對(duì)圖像幀進(jìn)行變換，從而達(dá)到穩(wěn)像的目的。

本實(shí)用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在同一個(gè)云臺(tái)中，將機(jī)械增穩(wěn)技術(shù)與電子增穩(wěn)技術(shù)結(jié)合在一起使用，形成雙重增穩(wěn)，增穩(wěn)效果更好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種云臺(tái)增穩(wěn)系統(tǒng)，在同一個(gè)云臺(tái)中，將機(jī)械增穩(wěn)技術(shù)與電子增穩(wěn)技術(shù)結(jié)合在一起使用，形成雙重增穩(wěn)，從而提供高質(zhì)量的清晰圖像。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式公開(kāi)了一種云臺(tái)增穩(wěn)系統(tǒng)，設(shè)置在云臺(tái)中，包括：機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置；

機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置與同一組振動(dòng)傳感器電連接，該振動(dòng)傳感器固定在云臺(tái)中，該組振動(dòng)傳感器同時(shí)向機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置發(fā)送代表振動(dòng)的電信號(hào)；

機(jī)械增穩(wěn)裝置，用于根據(jù)振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)電子控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制云臺(tái)進(jìn)行與檢測(cè)到的振動(dòng)方向相反的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)抵消云臺(tái)的抖動(dòng)；

電子增穩(wěn)裝置，用于根據(jù)振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)對(duì)云臺(tái)的攝像頭拍攝的圖像進(jìn)行圖像處理來(lái)消除圖像的各種抖動(dòng)。

本實(shí)用新型實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于：

在同一個(gè)云臺(tái)中，將機(jī)械增穩(wěn)技術(shù)與電子增穩(wěn)技術(shù)結(jié)合在一起使用，形成雙重增穩(wěn)，從而提供高質(zhì)量的清晰圖像。

進(jìn)一步地，機(jī)械增穩(wěn)裝置能消除大部分的高頻抖動(dòng)以及大幅度抖動(dòng)，電子增穩(wěn)裝置能消除一些低頻低幅的抖動(dòng)，兩者結(jié)合，具有優(yōu)秀的增穩(wěn)效果。

進(jìn)一步地，機(jī)械增穩(wěn)裝置通過(guò)三軸增穩(wěn)云臺(tái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制器控制三個(gè)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)抵消云臺(tái)的抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)相互垂直的X軸、Y軸和Z軸三個(gè)軸向的控制，達(dá)到理想中的平衡，在飛行拍攝中起到平穩(wěn)的作用。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式中一種云臺(tái)增穩(wěn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型第一實(shí)施方式涉及一種云臺(tái)增穩(wěn)系統(tǒng)。圖1是該云臺(tái)增穩(wěn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

該云臺(tái)增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)置在云臺(tái)中。

云臺(tái)是安裝、固定負(fù)載設(shè)備的支撐設(shè)備。

在一些實(shí)施例中，負(fù)載設(shè)備包括成像設(shè)備(包括但不限于攝像機(jī)或照相機(jī))和非成像設(shè)備(包括但不限于麥克風(fēng)、粒子探測(cè)器或采樣器)。

在一些實(shí)施例中，所述增穩(wěn)云臺(tái)可適于安裝或連接到一可移動(dòng)物體，如機(jī)動(dòng)和非機(jī)動(dòng)車輛或船只、機(jī)器人、人體或動(dòng)物體等類似物。例如，所述增穩(wěn)云臺(tái)可通過(guò)一安裝基座安裝到一載人或無(wú)人飛行器(Unmanned Aerial Vehicle，簡(jiǎn)稱“UAV”)上。

具體地說(shuō)，如圖1所示，該云臺(tái)增穩(wěn)系統(tǒng)包括：機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置。

機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置與同一組振動(dòng)傳感器電連接，該振動(dòng)傳感器固定在云臺(tái)中，該組振動(dòng)傳感器同時(shí)向機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置發(fā)送代表振動(dòng)的電信號(hào)。

機(jī)械增穩(wěn)裝置，用于根據(jù)振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)電子控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制云臺(tái)進(jìn)行與檢測(cè)到的振動(dòng)方向相反的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)抵消云臺(tái)的抖動(dòng)。

電子增穩(wěn)裝置，用于根據(jù)振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)對(duì)云臺(tái)的攝像頭拍攝的圖像進(jìn)行圖像處理來(lái)消除圖像的各種抖動(dòng)。

機(jī)械增穩(wěn)裝置能消除大部分的高頻抖動(dòng)以及大幅度抖動(dòng)，電子增穩(wěn)裝置能消除一些低頻低幅的抖動(dòng)，在同一個(gè)云臺(tái)中將兩者結(jié)合使用，具有優(yōu)秀的增穩(wěn)效果。

在本實(shí)施方式中，優(yōu)選地，云臺(tái)上安裝固定有一個(gè)攝像機(jī)。

需要說(shuō)明的是，在本實(shí)用新型的各實(shí)施方式中，振動(dòng)傳感器為一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器。

慣性傳感器，也成為慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit，簡(jiǎn)稱“IMU”)，是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。陀螺儀、速度傳感器、加速度計(jì)及磁力計(jì)等是IMU的主要元件。

在本實(shí)施方式中，優(yōu)選地，慣性傳感器包括三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器。

當(dāng)然，在本實(shí)用新型的其他某些實(shí)施方式中，慣性傳感器也可以包括其他的裝置，并不以此為限。

在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器安裝在機(jī)械增穩(wěn)裝置中。

在本實(shí)用新型的另一些實(shí)施例中，振動(dòng)傳感器安裝在電子增穩(wěn)裝置中。

需要說(shuō)明的是，在現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置中通常都內(nèi)置有振動(dòng)傳感器。

在本實(shí)施方式中，機(jī)械增穩(wěn)裝置和電子增穩(wěn)裝置共用的振動(dòng)傳感器可以是安裝機(jī)械增穩(wěn)裝置中的，也可以是安裝在電子增穩(wěn)裝置中，還可以是單獨(dú)位于云臺(tái)中的。

更進(jìn)一步地，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選地，

機(jī)械增穩(wěn)裝置包括由三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器構(gòu)成的慣性測(cè)量單元反饋系統(tǒng)和伺服電機(jī)兩部分。

在云臺(tái)的支撐結(jié)構(gòu)上分布有三個(gè)伺服電機(jī)，分別負(fù)責(zé)三個(gè)相互垂直的方向的旋轉(zhuǎn)。

機(jī)械增穩(wěn)裝置通過(guò)三軸增穩(wěn)云臺(tái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制器控制三個(gè)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)抵消云臺(tái)的抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)相互垂直的X軸、Y軸和Z軸三個(gè)軸向的控制，達(dá)到理想中的平衡，在飛行拍攝中起到平穩(wěn)的作用。

目前，三軸增穩(wěn)云臺(tái)技術(shù)是無(wú)人機(jī)上常用技術(shù)，如何減小軸與軸之間的阻力，如何保持小型馬達(dá)的力矩產(chǎn)生效率等問(wèn)題制約了三軸增穩(wěn)云臺(tái)的穩(wěn)定度提高。尤其是在云臺(tái)小型化的過(guò)程中，增穩(wěn)后的畫(huà)面依然有較多的抖動(dòng)，因此，現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)使用三軸增穩(wěn)技術(shù)，不能完全達(dá)到用戶的預(yù)期。在本實(shí)用新型中，將三軸增穩(wěn)云臺(tái)與電子增穩(wěn)裝置結(jié)合使用，能夠輸出達(dá)到用戶預(yù)期的圖像。

電子增穩(wěn)，是通過(guò)電子穩(wěn)像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻圖像的穩(wěn)定，通過(guò)圖像處理算法來(lái)消除圖像的各種抖動(dòng)。電子增穩(wěn)具有易于操作、更精確、更靈活、體積小以及價(jià)格低、能耗小等特點(diǎn)，同時(shí)由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷提高，又便于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。電子穩(wěn)像技術(shù)是綜合電子，計(jì)算機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)為一體的新一代實(shí)現(xiàn)圖像序列穩(wěn)定的技術(shù)。

需要說(shuō)明的是，電子增穩(wěn)技術(shù)是非常成熟的現(xiàn)有技術(shù)，在本實(shí)用新型的電子增穩(wěn)裝置中，并沒(méi)有對(duì)電子增穩(wěn)的軟件算法做任何形式的修改，僅僅是簡(jiǎn)單利用現(xiàn)有技術(shù)而已，在此對(duì)其不做任何限定。

電子增穩(wěn)算法主要包括以下三個(gè)步驟：1)抖動(dòng)估計(jì)，估計(jì)出當(dāng)前幀與前一幀間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，得到全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)；2)抖動(dòng)濾波，對(duì)全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行濾波，得出有意運(yùn)動(dòng)矢量和無(wú)意隨機(jī)運(yùn)動(dòng)矢量；3)抖動(dòng)補(bǔ)償，利用濾波得到的補(bǔ)償參數(shù)對(duì)視頻圖像序列進(jìn)行逐幀補(bǔ)償。

依據(jù)抖動(dòng)估計(jì)方式的不同，電子增穩(wěn)算法還可以進(jìn)一步細(xì)分為純圖像電子增穩(wěn)方法和基于陀螺的電子增穩(wěn)方法。

純圖像電子增穩(wěn)方法僅利用圖像自身特征信息來(lái)估計(jì)像機(jī)的抖動(dòng)量，雖然具有無(wú)需其他任何額外設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，但正因?yàn)槠鋬H利用圖像自身特征來(lái)估計(jì)運(yùn)動(dòng)，所以一方面對(duì)圖像成像有要求，即圖像要具備豐富的特征信息，例如對(duì)于天空或者大海等單一背景則會(huì)失效；另一方面由于時(shí)刻需要對(duì)圖像進(jìn)行大量的特征提取、特征匹配等工作，所以計(jì)算復(fù)雜，能耗較高，而對(duì)于云臺(tái)來(lái)說(shuō)一般對(duì)功率要求較高。

基于陀螺的電子增穩(wěn)方法則利用陀螺傳感器來(lái)估計(jì)像機(jī)抖動(dòng)量，該種電子增穩(wěn)方法更適用于云臺(tái)的數(shù)字圖像采集任務(wù)。

在本實(shí)用新型的電子增穩(wěn)裝置中，也是利用了基于基于陀螺的電子增穩(wěn)方法。

常見(jiàn)的電子穩(wěn)像方法有：塊匹配法、灰度投影法和特征匹配法。

塊匹配法是最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)方法，通過(guò)合適的搜索路徑，快速準(zhǔn)確搜索最佳匹配塊得到運(yùn)動(dòng)矢量。

灰度投影法圖像處理速度較快，但對(duì)所處理圖像的質(zhì)量要求較高，這主要是因?yàn)槿绻幚韴D像質(zhì)量較低，則灰度投影曲線變化不明顯，難以精確的求出運(yùn)動(dòng)矢量。

特征匹配法是選取圖像中的典型特征，如邊緣、輪廓和角點(diǎn)等特征，通過(guò)特征匹配來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)。其中的關(guān)鍵技術(shù)是如何提取特征和匹配正確的特征。由于該方法較好的接近人類的視覺(jué)特性并且大量使用圖像的有用信息，能提供較好的穩(wěn)像結(jié)果。

在本實(shí)施方式中，優(yōu)選地，云臺(tái)安裝在無(wú)人機(jī)上。

更進(jìn)一步地，優(yōu)選地，該無(wú)人機(jī)包括四個(gè)旋翼，兩個(gè)起落架，并且還可以為可折疊式無(wú)人機(jī)。

綜上所述，在本實(shí)用新型中，在同一個(gè)云臺(tái)中，將機(jī)械增穩(wěn)技術(shù)與電子增穩(wěn)技術(shù)結(jié)合在一起使用，形成雙重增穩(wěn)，從而能夠提供高質(zhì)量的清晰圖像。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型實(shí)施方式中提到的各裝置都是邏輯單元，在物理上，一個(gè)邏輯單元可以是一個(gè)物理單元，也可以是一個(gè)物理單元的一部分，還可以以多個(gè)物理單元的組合實(shí)現(xiàn)，這些邏輯單元本身的物理實(shí)現(xiàn)方式并不是最重要的，這些邏輯單元所實(shí)現(xiàn)的功能的組合才是解決本實(shí)用新型所提出的技術(shù)問(wèn)題的關(guān)鍵。此外，為了突出本實(shí)用新型的創(chuàng)新部分，本實(shí)用新型上述實(shí)施方式并沒(méi)有將與解決本實(shí)用新型所提出的技術(shù)問(wèn)題關(guān)系不太密切的單元引入，這并不表明上述設(shè)備實(shí)施方式并不存在其它的單元。

需要說(shuō)明的是，在本專利的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

雖然通過(guò)參照本實(shí)用新型的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。