[发明专利]三维自动稳定摄像系统

说明书

技术领域

本发明属于大型机械设备的视频监控设备技术领域，特别涉及一种三维 自动稳定摄像系统，是三维(X、Y、Z轴)自动稳定平台及在摄像监控系统的 应用。

背景技术

监控摄像机通过传统云台实现旋转方位的调整。当操作者需要调整监控 摄像机监视视角时，可以调整支撑摄像机的云台，达到改变摄像机姿态的目 的。当操作者调整云台的转向时，监控摄像机随之转动，摄像机姿态得到改 变，观测角度亦可随之得到调整。因此，该云台的转动角度，即监控设备能 够监视的角度范围。

现有的传统云台均采用两维(X、Z轴)旋转控制即方位控制和俯仰控制 相结合的方法。通过水平的方位角0-360°(Z轴)的变化和垂直的俯仰角± 90°(X轴)的变化，实现“周围”和“上下”全方位观测(图1)。

现有的传统云台加摄像机构成的摄像系统主要工作在承载云台的载体和 目标都是基本稳定的前提下，当承载云台的载体发生随机姿态变化时(若X、 Y、Z轴发生旋转时)或当目标发生运动时，现有的系统就不能有效完成实时 监控的任务。原来在摄像机监视范围内的物体部分或全部会偏出摄像机的监 视区域，如果传统的摄像系统就要人工不断的进行纠正，但是工作人员在实 际操作过程中，绝大多数场合，这样的操作是无法实现的。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种三维自动 稳定摄像系统，当承载三维自动稳定摄像系统的载体沿X、Y、Z轴发生旋转时， 三维自动稳定摄像系统能自动测量各轴旋转量，经过运算处理输出修正信号， 控制三维自动稳定摄像系统的修正装置，从而保证摄像机的监视区域始终包 含要观看的物体，输出清晰稳定的视频画面。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

依据本发明提供的一种三维自动稳定摄像系统，包括测量装置、修正控制 装置和修正执行装置，在X轴、Y轴、Z轴方向，各有一路功能相同且又独立 的测量装置、修正控制装置、修正执行装置，所述的修正执行装置由Z、X轴 执行装置20和Y轴执行装置22组成，测量装置21、21′分别装在Z、X轴执 行装置和Y轴执行装置的底部水平位置上，修正控制装置30、30′分别装在 Z、X轴执行装置和Y轴执行装置顶部；当扰动引起载体的随机姿态变化时， 修正控制装置根据测量装置输出的感应测量信号，经过运算处理送达修正执 行装置进行修正。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现：

前述的测量装置在X、Y轴采用硅微机械结构倾角传感器，在Z轴采用硅 微机械结构的电子罗盘。

前述的Z轴执行装置安装在Z、X轴执行装置的最下部，与底座法兰1固 装，下面的步进电机4为绕Z轴旋转的驱动步进电机，其Z轴执行机构在靠下 面的变速箱2内，变速箱内的主体是一对内齿传动齿轮3，绕Z轴旋转的轴心 与壳体同心，步进电机4轴头装一主动小齿轮26，通过一介轮轴27其上有两 个等齿数介轮7、7′，与固定在变速箱的内齿传动齿轮3啮合，内齿传动齿 轮的空心轴10端安装导电滑环28，确保线缆无缠绕，实现正反方向任意角度 的旋转。

前述的X轴执行装置装在Z、X轴执行装置的上部，步进电机8轴头装有 主动小齿轮9，与从动大齿轮9′啮合，成减速传动输出，端面装有电磁制动 器11动片的从动大齿轮装于空芯输出轴10的轴径上，通过键连接，传递转 动和转矩，在骨架前支板29与从动大齿轮9′对应处装有电磁制动器11的定 子，以确保输出轴的停位准确和产生较大的保持力矩。

前述的Y轴执行装置，其前端是摄像机12，中间部分是双联齿轮16变 速箱，末尾结构是作为动力源的步进电机17；步进电机作为凸缘电机结构将 轴头伸进双联齿轮16变速箱，带动小齿轮18旋转，小齿轮通过双联齿轮19 将动力传递到被动齿轮14，被动齿轮拖动变速箱外的靠板15，带动90°弯板 13及与其固定的摄像机12形成传动链，使摄像机在步进电机的拖动下完成 “Y”轴方向的±90°范围内的旋转。