[发明专利]一种实时头部行为追踪监控系统及其控制方法

说明书

本发明揭示了一种实时头部行为追踪监控系统，包括主机和从机，主机为头部运动检测分析系统和显示设备，而从机为外部环境监测系统。主体模块能够满足需要，还可进一步增加信号传输的稳定性和可靠性，并增加更多人性化功能组件如引导程序下载接口以及交互式器件。进一步钻研图像处理及远程信息传输等技术，使得实时头部行为追踪监控系统有更广阔的应用空间。可应用于飞行器的高空实时大范围监测、危险环境的无人监控、家庭助理等领域。

技术领域

本发明涉及视频监控领域，尤其涉及一种通过解析头部运动远程控制摄像头拍摄的及实时传回输出画面的监控系统。

背景技术

随着现代社会的进步，科技的发展。人身的安全以及工作效率的提高和人性化的交互方式越来越得到重视。实时头部行为追踪监控系统作为一种可以用于远程监控的人性化交互系统，具有广泛的应用前景，已经成为现代远程监控的一种重要发展趋势。实时头部行为追踪监控系统的发展，代表着现代科技发展的一种思想，即通过仿生的手段，利用机器完成人类不易完成的工作，也是一种现代意义上的可穿戴远程监控设备。

近年来，远程监控已经运用于各类工程领域，如家庭网络摄像头，无人机航拍，以及危险地区勘探。都运用了远程摄像头，通过无线通路实时传送视频给需求者，达到远程监控的目的。然而，随着拍摄方式的要求逐渐提高，人们不再能满足单一方向的监控摄影，于是通过架设舵机的方式改变摄像头的拍摄方向逐步成为现代的监控方式。通过单个舵机我们可以实现180°角的旋转，仅仅完成了单轴的运动，对于一般监控摄像，是可以满足基本需求的。

但是，对于进一步的监控要求，我们需要将坐标系扩充，增加一个舵机实现转动轴的交叉，完成xy轴两个方向的旋转，使得监控角度进一步扩大，视野更加广阔。进一步的，还可以通过三个舵机联动，实现围绕三轴旋转，分别得到三轴笛卡尔坐标下的Pitch(俯仰角)，Yaw(航向角)，Roll(横滚角)的三向转动。然而在该方案下并没有采用Roll(横滚角)，考虑到横滚角的引入并不能增大显示面积，反而使得画面不再平行，同时通过倾斜头部的方式改变视野的行为不符合人类正常行动，故只采用了双舵机联合。

在模拟摄像头的处理层面上来说，模拟摄像头作为一个封闭的系统，只能有内部查看，所以我们需要将模拟信号进一步转化为数字信号才可以供外部远程使用。考虑到将要传输给手机使用，通过模块直接将AV信号转化为WIFI信号将更加方便。

综上所述，基于解析头部运动并模仿行为的监控系统的山歘顺从考虑到以下特点：1)将6轴传感器得到的数据转换为有效的可供舵机使用的PWM值；2)得到的图像数据的处理以及通过手机的显示方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种基于STM32单片机的实时头部行为追踪监控系统，能够通过6轴加速度计得到6个基本数据，分别XYZ三个方向上的加速度，XYZ三个方向上的角速度，通过四元数与欧拉角的变换，得到所需的Pitch与Yaw角，同时通过Pitch与Yaw角的设定，来完成PWM的阈值设定，调节不同的占空比调节舵机的角度，通过摄像头采集到所需位置图像的模拟信号，进一步转换为Wi-Fi信号，发送到手机端，通过戴在头部的手机观测到远处视频图像。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种实时头部行为追踪监控系统，系统包括主机和从机；

所述主机：设有获取头部转动信息的6轴加速度计，所述6轴加速度计输出感应信号至处理单元，所述处理单元输出控制信号至从机；

所述从机：设有固定在机架上的摄像头，以及驱动机架围绕X轴转动的舵机A、围绕Y轴转动的舵机B，所述摄像头输出视频信号至主机，控制单元接收主机发出的控制信号，并输出驱动信号至舵机A和舵机B，其特征在于：

所述主机的处理单元包括主机STM32主控芯片和主机无线射频芯片，所述6轴加速度计输出四元数信号至主机STM32主控芯片，所述主机STM32主控芯片输出舵机所需PWM值信号至主机无线射频芯片，所述主机无线射频芯片输出无线控制信号至从机；