無線電測向遙控攝像跟蹤裝置的製作方法

2023-10-11 11:36:24 1

專利名稱：無線電測向遙控攝像跟蹤裝置的製作方法
無線電測向遙控攝像跟蹤裝置屬於無人控制攝像自動化系統技術領域。
在體育球場上觀看比賽，總會看到大小不一的攝像安置在不同的攝像角度、位置，攝像球賽時，有一、二名攝像師用手工方式操縱攝像機的鏡頭。雖然先進的攝像機機內有自動調焦、電子快門、自動光圈、調白平衡、調整各種誤差、儲存圖象、自動顯示機器內故障原因等幾十種機內自控功能，但對於在野外的氣溫高、氣溫低、風、雨、雷電等不利的天氣環境下，這幾十種機內自控功能只能起輔助、配合作用，並不能解決最根本的問題-現場手工操縱攝像作業。
無線電測向遙控攝像跟蹤裝置發明目的是尋求實現攝像機有目標跟蹤攝像、實現攝像操縱自動化和遠距離測向遙控無人攝像技術、方法。本發明裝置採用了機電一體化技術(即液壓系統、計算機、傳感器)、電子接口技術、無線電測向技術相結合實現的。無線電測向遙控攝像跟蹤裝置的發明，克服了現場手工操縱攝像作業操縱不便主要問題，實現無人攝像自動化。
本發明包括由無線電測向信號源1、攝像機2、無線電測向機3、計算機4、位置檢測反饋傳感器14、液壓系統5等組成的技術領域(其系統組成見附3)。本發明裝置主要應用於攝像機2操縱自動作業，本發明的特徵是用無線測向信號源1的信標、引導遠距離按有攝像機2下方的無線電測向天線3-1、無線電測向機3，經無線電測向機3測定無線電測向信號源1運動方位，輸出模擬信號，經放大器15放大，傳至計算機4的模擬信號輸入接口，經計算機4進行模擬/數字轉換機內程序處理，轉換成符合液壓系統所接收的電壓信號，並被液壓系統中的電液伺服閥轉換成液壓流量信號，使二自由度迴轉運動(見附圖5-2)、俯仰方向(見附圖5-1)隨測向信號指令進行相應的迴轉方向運動、俯仰方向運動，使攝像機鏡頭2-3始終對準無線電測向信號源1的運動點、位置。
本發明在應用中事先確定了無線電測向信號源1的頻率、周期、波長、相位信號，使本發明攝像作業具備可靠性、穩定性、經濟性。以上本發明裝置組成運行工作的說明，在實際應用中攝像機具有攝像操縱自動化、無人控制操縱自動化的意義。
本發明無線電測向遙控攝像跟蹤裝置與現有的攝像機系統相比，有以下幾個優點、特點的積極效果。
(1)能在各種天氣條件下進行無人控制操縱自動化攝像作業。
(2)當沒有無線電測向信號源時，可以通過室內的控制臺來遙控室外的本發明裝置來進行遙控攝像作業。
(3)本發明裝置所採用的技術，在某些方面是毫無聯繫的，經過組合、優化，使攝像機實現了由現場手工操縱攝像作業向無人控制操縱攝像自動化作業過渡的新水平。
(4)本發明可適合與各種攝像機配套，本發明對攝像機沒有什麼要求。也就是說，利用原有的攝像機與本發明相配套，就能實現無人控制攝像自動化作業要求。
(5)本發明裝置通過組合不相聯的技術領域，實現攝像機的自動化控制操縱作業，這是現有技術所不具備的。
下列是本發明說明書附圖注釋

圖1是本發明組成總方框圖-圖2是本發明應用實例俯視圖-圖3是本發明結構方框圖-圖4是本發明結構示意圖-圖5是本發明液壓系統流程原理方框圖-圖5-1是本發明液壓系統俯仰運動原理圖-圖5-2是本發明液壓系統迴轉運動原理圖本發明裝置說明書附圖標記號注釋、對照文1.無線電測向信號源-2米超短波信號源微型發射器。
※2.攝像機△2-1顯示器△2-2攝像機主機△2-3攝像機鏡頭※3.無線電測向機主機△3-1無線電測向天線※4.計算機-實時系統單片計算機※5.液壓系統※6.球場※7.電視節目轉播車※8.齒輪△9.齒條△10.電液伺服閥△11.液壓執行油缸△12.迴轉立柱△13.俯仰運動軸※14.檢測反饋傳感器-光電觸角編碼器※15.模擬信號放大器△16.模擬/數位訊號輸入電子接口※17.迴轉運動油缸△18.俯仰運動油缸△19.機臂△20.精濾油器△21.步進電機△22.葉片泵△23.蓄能器△24.油箱△25.液壓集成塊△26.底座△27.三角支持架釋※表示前標記與後標記之間沒有技術上聯繫。
△表示前標記號與後標記之間在技術上有聯繫但工作內容不同。
※、△表示區別，以避免混淆，更主要是為了能清楚地反映附圖標記與說明書文字對照說明。
本發明的最佳實施方案如下附1是本發明組成方框圖-圖1總方框是本發明主要組成部分，其中任何一個環節中斷，會影響本發明在應用中的攝像作業，圖1總方框圖由無線電測向信號源1、攝像機2、無線電測向機3、計算機4、液壓系統5組成。
附2是本發明應用實例俯視圖-圖2中的無線電測向信號源1用來起到信標、引導攝像機2的跟蹤掃描攝像，攝像機2的跟蹤運動攝像是通過液壓系統5的迴轉運動，俯仰運動二自由度自動控制實現的，圖2是本發明裝置應用實例俯視中的電視節目轉播球場6的攝像機2攝像到圖像信號，來傳播給廣大電視觀眾。A的流程線是無線電測向信號源1發射的無線電信號符號注釋。
附3是本發明結構方框圖-本發明裝置包括計算機4、電液伺服閥10、液壓執行油缸11、迴轉運動立住12、俯仰運動軸13、攝像機2、無線電測向信號源1、無線電測向機3、模擬信號放大器5、模擬/數字輸入電子接口16、開關R1、R2、R3、R4、檢測反饋傳感器14，另外與本發明有關的電視節目轉播車7配合組成。
4、10、11、12、13，表示控制部分、執行部分、驅動部分、2至4的流程線是把攝像機2攝像到圖像傳到計算機4的顯示器2-1上顯示，用來調整、控制攝像點坐標運動位置。
B的流程線是攝像機的圖像信號符號注釋。
C是用來傳輸球場上的電視節目信號。
D的流程線是用來在失去無線電測向信號源1信標、引導信號情況下，通過電視節目轉播車7來遙控球場6的攝像機2攝像操縱作業。
R4至14的流程線是用檢測反饋傳感器14反饋液壓系統5引導的迴轉運動立柱12，俯仰運動軸13的位移角度數據，以保障攝像機2跟蹤攝像精度和穩定性、可靠性。
附4是本發明裝置的結構示意圖-包括有調製用顯示器2-1(在實際中，只應用於計算機4數據顯示，攝像作業管理等)、攝像機主機2-2、攝像機鏡頭2-3、計算機4、機臂19、葉片泵22、液壓俯仰運動油缸18、無線電測向機3、無線電測向天線3-1、步進電機21、葉片泵22、液壓集成塊25、電液伺服閥10、蓄能器23、精濾油器20、迴轉運動油缸17、迴轉運動立住12、底座26，三角支持架27組成，並有電源線路E，視頻音頻電纜輸出端線路C相接。
附5液壓系統裝置-包括圖5-1、圖5-2在內，執行系統包括迴轉立柱12，底座26、機臂19等機械部分，具有機臂迴轉、機臂俯仰的二個自由度運動。驅動系統用液壓驅動，包括步進電機21、葉片泵22、精濾油器20、液壓集成塊25、蓄能器23、電液伺服閥10、俯仰運動軸13、迴轉運動立柱12、迴轉運動油缸17、俯仰運動油缸18、油箱24等部分。控制系統採用實時系統單片計算機4控制，對液壓系統5的二個自由度作伺服控制，並以光電觸角編碼器作為位置檢測反饋傳感器14，對二個自由度的運動作位置閉環控制，完成實時系統單片計算機4的程序數據採集、跟蹤、協調二自由度動作，以及必要的終端管理。
液壓系統5技術參數如下(1)機臂運動形式球坐標式(2)自由度2
(3)運動行程機臂俯仰±30°-機臂迴轉±110°(4)最大運動速度機臂俯仰上仰不小於20°/S-下仰不小於30°/S機臂迴轉不小於30°/S(5)驅動方式液壓，工作壓力0.39MPa(40公斤/釐米2)(6)控制運動方式液壓系統點坐標和無線電測向源1信標引導控制(7)計算機型號實時系統單片計算機(8)檢測反饋方式二隻光電觸角編碼器液壓系統裝置參數運動自由度是機臂俯仰△A＝60°機臂迴轉△B＝220°作業空間是扇形截面空球體計算機4說明本機是採用實時系統單片計算機由中央處理(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口模塊(I/O)、顯示器2-1組成，根據實際需要，實時系統單片計算機只起到對無線電測向機3、測向信號模擬/數字、數字/模擬轉換，對液壓系統5的驅動部分進行終端管理、數據處理及光電觸角編碼器14檢測反饋數據處理。顯示器2-1可顯示攝像畫面的情況，以便根據需要進行調整。攝像機2與計算機4共享顯示器。
無線電測向機3△無線電測向天線3-1△無線中測向信號源1說明本機採用2米超短波測向機3，由天線輸入迴路、本振、混頻、中放、檢波、增益控制組成。天線與輸入迴路，該部分使用的是阻抗75歐的平衡米波天線，本振級採用電容三點式振蕩器、中放有兩級，每級有中和電路，增益穩定在60dB以上，增益控制由實時系統單片機4根據實際情況進行調節控制。
無線電測向天線3-1採用三單元八木天線，由全波振子、無源反射器、引向器組成，2米超短波無線電測向機3的機殼用不鏽鋼金屬結構，以屏敝高頻電磁場漏洩破壞遠距離測向方向。
2米超短波無線電測向機的電路原理，是參照收音機的電路原理而改動的，無線電測向機與收音機的區別在於無線電測向機3的天線是具有明顯的方向性，而收音機則對任何方向的頻率信號有相同的接收能力，無線電測向信號源1這理所謂的信號源，實際上是一個微型發射器。2米超短波微型發射器，主要由電容耦合三點式振蕩器、放大器、機內天線扣式鋰電池組成。
2米超短波信號源1是調幅電極形式發射水平極化波、頻率範圍控制在144兆赫，輸出的射頻功率為2瓦。將2米超短波微型發射器材安置到體育用球皮內，其電源開關一頭接在外面凹處，用一電極卡插入，可以起到開或關的轉換;也可以用磁鐵來吸引足球內的電池的二電極片，使兩電極片相接，相接後電磁鐵可離開，使體育用球的電容耦合三點式振蕩器工作了。在比賽中體育用球和2米超短波微型發射器1的相配，並不影響相互之間的工作作用。由於這種2米超短波微型發射器1電路結構簡單，普通技術人員也能設計。
2米超短波微型發射器1唯一特殊在於只發射144兆赫、功率為2瓦、輸出頻率、波長、周期、相位的信號都是固定單一的，其輸出信號本身沒有包含任何有意義的內容，只起到信標、引導作用，以便於2米超短波無線電測向機3的測向，接收的穩定性、靈敏性、可靠性、精確性。
本發明無線電測向遙控攝像跟蹤裝置應用於與體育比賽相關的各種球賽無人自動攝像，也可以應用於按有無線電測向信號源1的其他場所無人自動攝像。
權利要求
1.本發明無線電測向遙控攝像跟蹤裝置是無人控制攝像自動化系統技術，本發明主要包括有無線電測向機3、無線電測向信號源1、液壓系統5、計算機4、攝像機2，本發明的特徵是利用液壓系統5、無線電測向信號源1、無線電測向機3、計算機4組成的無人控制操縱攝像自動化裝置，使攝像機2具有自動迴轉運動、俯仰運動攝像自動化作業。
2.根據權利要求1的無線電測向遙控攝像跟蹤裝置發明，其特徵是無線電測向信號源微型發射器1，只輸出固定不變的頻率、波形、波長、相位、周期電磁波信號，只起到測向信號源1的信標方位、引導攝像機2攝像跟蹤運動的作用。
3.根據權利要求1或2的無線電測向遙控攝像跟蹤裝置發明，其特徵是本發明裝置只用於按有無線電測向信號源1的場所無人自動攝像。
全文摘要
本發明屬於無人控制操縱攝像自動化系統技術領域。本發明裝置主要組成有無線電測向信號源1，攝像機2，計算機4，無線電測向機3，液壓系統5。本發明裝置使攝像機2根據無線電測向信號源信標方位進行引導運動，使攝像機鏡頭掃描具有自動俯仰運動，迴轉運動攝像跟蹤自動化作業。
文檔編號G01S1/08GK1068693SQ92107520
公開日1993年2月3日 申請日期1992年4月20日 優先權日1992年4月20日
發明者顧湛 申請人:顧湛