[实用新型]基于视频目标跟踪的自动跟焦装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及广播电视电影器材领域，特别是一种基于视频目标跟踪的自动跟焦装置。

背景技术

在现有的技术中，已有利用测距传感器及视频目标跟踪进行自动对焦的设备，但需要手工校准摄影机视场角，无法利用镜头焦距计算摄影机的视场角，因此无法应用于变焦镜头上，造成测距仪跟随目标不够精准。一般来说，云台的安装位置与摄影机的光轴在水平方向或垂直方向有一定的的位置偏差，现有的基于视频目标跟踪的自动跟焦无法根据目标与焦平面的垂直距离自动修正水平或者垂直方向的位置偏差。

因此，亟需一种具有自动计算摄影机视场角、无需校准、操作简单的基于视频目标跟踪的自动跟焦装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有自动计算摄影机视场角、无需校准、操作简单的基于视频目标跟踪的自动跟焦装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：提供一种基于视频目标跟踪的自动跟焦装置，包括：

可绕水平方向和垂直方向转动的云台；

用于驱动所述云台绕水平方向与垂直方向转动的云台电机，所述云台电机一般为步进电机或伺服电机；

用于实时测量移动目标距离的测距传感器，所述测距传感器安装于所述云台上；所述测距传感器是指激光测距传感器或超声波测距传感器，尤其指测量频率在50Hz及以上，测量误差在5cm及以内的高速测距仪；

用于驱动云台电机的云台电机驱动器；

用于接收摄影机的视频信号，并输出给视频终端的视频采集卡，尤其指SDI或HDMI视频信号转USB视频信号的视频采集卡；

预装有视频目标跟踪软件、并用于接收视频采集卡的视频信号，并输出所跟踪的目标相对于图像的坐标值的视频终端；

镜头电机，包括两个镜头电机，分别用于驱动镜头对焦圈和变焦圈的第一镜头电机和第二镜头电机；

用于驱动所述第一镜头电机和第二镜头电机的镜头电机驱动器；

用于接收所述测距传感器输出的距离值及所述视频终端输出的目标坐标值，控制所述云台电机驱动器及所述镜头电机驱动器的主控器。

所述摄影机的水平视场角θ可由以下公式推导：tan(θ/2)＝(L/2)/f

θ＝2·arctan((L/2)/f)

其中θ表示所述摄影机的水平视场角，L表示所述摄影机感光芯片水平宽度，f表示所述摄影机镜头焦距，同理，可以计算出摄影机垂直视场角。

所述第二镜头电机为带闭环系统的伺服电机，所述镜头电机驱动器可检测所述第二镜头电机齿轮的转动角度、所述第二镜头电机齿轮与镜头齿轮啮合，也就可检测到变焦圈转动的角度，并根据预先存储于所述主控器的镜头转动角度与镜头变焦圈刻度对应关系，可计算出镜头当前的焦距。

所述视频目标跟踪软件输出目标坐标值，结合所述水平视场角θ，所述主控器可控制所述测距传感器精确跟随目标运动。

所述云台安装于所述摄影机上边或者下边，所述摄影机的光轴与所述测距传感器指向视频坐标中心点时的光轴会形成一定的夹角ψ1，推导公式为：

ψ1＝arctan(d2/d1)

其中d2为所述测距传感器的原点到所述摄影机光轴的垂直距离，d1为所述测距传感器原点与垂直于所述摄影机光轴且目标所在的平面的垂直距离。

d2是跟焦装置的固有值，d1可由以下公式推导：

H1＝L1·sinθ₁，H2≈H1，

L2＝L1/cosβ₁，

d1=H2·H2+L2·L2]]>

其中L1表示测距仪测量到的距离值

θ₁表示测距传感器指向目标的直线与水平面的夹角

β₁表示测距传感器指向目标的直线与垂直面的夹角

所述视频目标跟踪软件可以同时跟踪多个目标，且可快速切换测距传感器所指向的跟踪目标。