隨動攝像頭及實時測距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隨動攝像頭及實時測距方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)的電力視頻監(jiān)控大致分為兩種:I)變電站內(nèi)設(shè)備運行監(jiān)控、輸電線路及鐵塔遠程監(jiān)控。變電站內(nèi)設(shè)備的實時監(jiān)控，由于變電站是高壓、高電磁場、高輻射區(qū)，給工作人員對一些設(shè)備的運行監(jiān)管造成了很多不便和不安全因素，而通過無線網(wǎng)絡(luò)將變電站內(nèi)部署的監(jiān)控視頻，可以實時傳送至遠端調(diào)度中心，完成對各變電站運行狀況的實時監(jiān)控。2)輸電線路及鐵塔遠程監(jiān)控，電力輸電線路尤其是高壓輸電線路，通常處于偏僻地帶，經(jīng)常受到外力破壞或雨雪等自然災(zāi)害導(dǎo)致的線斷塔塌，部署遠程監(jiān)控視頻，可以實時了解到相關(guān)設(shè)施的狀態(tài)，并且能起到很好的防盜作用。可以看出，目前國內(nèi)僅能通過人工觀察視頻圖像的方法來指導(dǎo)帶電作業(yè)，由于存在拍攝角度等多方面的原因可能導(dǎo)致人員的誤判。但暫未查到國外有關(guān)輸電線路不停電作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)信息。此外，此類攝像頭并不具備測距功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能實時獲取運動的被觀測物與攝像頭之間的距離的隨動攝像頭及實時測距方法。
[0004]本發(fā)明提供的這種隨動攝像頭，包括超聲波測距模塊、攝像頭裝置、單片機控制系統(tǒng)和無線通信模塊；超聲波測距模塊內(nèi)嵌在攝像頭裝置的前端；超聲波測距模塊與單片機控制系統(tǒng)連接；攝像頭裝置與單片機控制系統(tǒng)連接，單片機控制系統(tǒng)控制攝像頭裝置實時跟隨目標運動；單片機控制系統(tǒng)的串口與無線通信模塊連接，單片機控制系統(tǒng)將視頻數(shù)據(jù)和測距數(shù)據(jù)通過無線通信模塊發(fā)至控制中心。
[0005]所述超聲波測距模塊包括超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路；超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號，該信號遇到被檢測物返回由超聲波接收電路接收，超聲波接收電路將接收的信號傳至單片機控制系統(tǒng)。
[0006]所述超聲波發(fā)射電路包括分體式超聲波傳感器的發(fā)射器、振蕩器和功率放大電路；振蕩器的輸出端與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與分體式超聲波傳感器的發(fā)射器連接。
[0007]所述分體式超聲波傳感器的發(fā)射器采用型號為T40-16的換能器。
[0008]所述超聲波接收電路采用單穩(wěn)式超聲波接收器電路；其包括分體式超聲波傳感器的接收器、高通放大器電路。
[0009]所述分體式超聲波傳感器的接收器采用型號為R40-16的換能器。
[0010]所述攝像頭裝置包括帶云臺的攝像頭。
[0011]所述單片機控制系統(tǒng)包括FPGA ；FPGA包括UART發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計時模塊、溫度補償模塊、視頻圖像處理模塊、視頻隨動模塊、三維坐標模塊和片內(nèi)RAM。
[0012]所述無線通信模塊采用WIFI模塊。
[0013]一種隨動攝像頭的實時測距方法，該方法包括如下步驟:
步驟一，攝像頭采集圖像信息，將其傳至單片機控制系統(tǒng)進行圖像處理；
步驟二，單片機控制系統(tǒng)判斷被觀測對象是否在攝像頭視野中心；
步驟三，若被觀測對象在攝像頭視野中心，則單片機控制系統(tǒng)控制超聲波測距模塊進行實時測距；轉(zhuǎn)至步驟五；
否則，計算被觀測對象與攝像頭視野中心的差異量；轉(zhuǎn)至步驟四；
步驟四，單片機控制系統(tǒng)控制攝像頭所在的云臺偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)至步驟一；
步驟五，觸發(fā)超聲波測距模塊獲取被觀測物與攝像頭之間的距離，并將測量結(jié)果傳輸至單片機控制系統(tǒng)。
[0014]所述單片機控制系統(tǒng)將測量結(jié)果通過WIFI網(wǎng)絡(luò)發(fā)出。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明將超聲波傳感器與攝像頭集成在一起，可以有效提高對追蹤對象的實時定位，并可以在控制中心對攝像頭和傳感器進行控制。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的前端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的超聲波測距模塊功能框圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的振蕩-放大型發(fā)射原理框圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的超聲波發(fā)射電路圖。
[0020]圖5是本發(fā)明的超聲波接收電路圖。
[0021]圖6是本發(fā)明的一種實施方式示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明包括超聲波測距模塊、攝像頭裝置、單片機控制系統(tǒng)和無線通信模塊。超聲波測距模塊內(nèi)嵌在攝像頭裝置的前端；超聲波測距模塊與單片機控制系統(tǒng)連接；攝像頭裝置與單片機控制系統(tǒng)連接，單片機控制系統(tǒng)控制攝像頭裝置實時跟隨目標運動；單片機控制系統(tǒng)的串口與無線通信模塊連接，單片機控制系統(tǒng)將視頻數(shù)據(jù)和測距數(shù)據(jù)通過無線通信模塊發(fā)至控制中心。
[0023]超聲波測距模塊包括超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路；超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號，該信號遇到被檢測物返回由超聲波接收電路接收，超聲波接收電路將接收的信號傳至單片機控制系統(tǒng)。超聲波測距模塊用于測量本發(fā)明攝像頭至被觀測對象之間的距離。
[0024]攝像頭裝置包括帶云臺的攝像頭。無線通信模塊采用WIFI模塊。本發(fā)明的后端外殼可以起到金屬屏蔽的作用。
[0025]如圖1所示，其中I為超聲波傳感器，可以發(fā)射超聲波和接收色環(huán)反射回來的超聲波；2為攝像頭視頻采集器，可以對監(jiān)控的畫面信息進行采集；3是集成超聲波傳感器的隨動攝像頭的外殼，通過外殼將傳感器和攝像頭固定在一起。
[0026]本發(fā)明采用STM32系列單片機進行程序的編寫，單片機主要采用PWM的輸出波形控制電機的轉(zhuǎn)動，從而使得電機上的攝像頭可以根據(jù)需求進行全方位的轉(zhuǎn)動。根據(jù)攝像頭成像判斷作業(yè)人員所佩戴的色環(huán)是否在攝像頭的中心來判斷差異量，根據(jù)判斷結(jié)果控制云臺轉(zhuǎn)動角度。
[0027]如圖2所示，超聲波測距模塊包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、溫度補償電路、串口發(fā)送電路和電源電路。溫度補償電路包括溫度傳感器和信號處理電路；溫度補償電路的輸出端與單片機控制系統(tǒng)連接。
[0028]單片機控制系統(tǒng)包括FPGA。FPGA包括UART發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計時模塊、溫度補償模塊、視頻圖像處理模塊、視頻隨動模塊、三維坐標模塊和片內(nèi)RAM。UART發(fā)送模塊將接收到的超聲波傳感器測得的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換后發(fā)出；數(shù)據(jù)采集模塊采集超聲波傳感器測得的數(shù)據(jù)并進行信號調(diào)理等處理后傳至UART發(fā)送模塊；UART發(fā)送模塊將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)出；計時模塊用于超聲波信號發(fā)出至返回信號接收整個過程的計時；溫度補償模塊與溫度補償電路連接，用于獲取溫度補償信號并將溫度補償信號告知單片機控制系統(tǒng)；三位坐標模塊構(gòu)建當前作業(yè)人員與其工作的桿塔的三維坐標系，由此給后續(xù)安全警示提供必要的基準。
[0029]視頻圖像處理模塊采集攝像頭的視頻數(shù)據(jù)，由圖像處理算法分析某一攝像頭所監(jiān)視的對象(實際就是其對應(yīng)的色環(huán))的成像是否在屏幕的中心位置，若在屏幕的中心位置，則認為該攝像頭是正對色環(huán)的，就可以啟動超聲波測距模塊進行測距，若成像不是在屏幕正中位置，則輸出控制信號，驅(qū)動攝像頭的云臺轉(zhuǎn)動(向上、向下、向左或向右)，從而調(diào)節(jié)攝像頭的方位，保證攝像頭正對監(jiān)視的目標，從而實現(xiàn)攝像頭與運動目標的隨動，以便進一步實現(xiàn)成功測距。這其中的原因是:如果攝像頭沒有正對監(jiān)視的目標，超聲波傳感器發(fā)射的超聲波信號可能不被反射回來，因而無法實現(xiàn)測距。
[0030]視頻隨動模塊實際是依據(jù)視頻圖像處理模塊的輸出信號，去控制攝像頭云臺的轉(zhuǎn)動。
[0031]本發(fā)明采用往返時間法獲取距離信息。往返時間檢測法的原理為用超聲波脈沖激勵超聲波探頭，使之向外界發(fā)射超聲波，檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波(假設(shè)傳播介質(zhì)為氣體)，記錄經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收器的時間，即往返時間。往返時間與氣體介質(zhì)中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x，而所測距離是聲波傳輸距離的一半。
[0032]超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號，該信號遇到被檢測物返回由超聲波接收電路接收，超聲波接收電路將接收的信號對接收信號進行放大和濾波；將調(diào)理后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換；將溫度傳感器所測的數(shù)值傳輸?shù)叫盘柼幚黼娐罚焕肍PGA對數(shù)字信號進行采集并完成距離的計算，并準備下一次的測距準備。
[0033]本發(fā)明通過視頻隨動模塊執(zhí)行對攝像頭的運動控制，該模塊具有視頻數(shù)據(jù)分析、視頻圖像處理和云臺控制等功能。
[0034]工作時，視頻圖像處理模塊處理攝像頭監(jiān)測的色環(huán)是否對準中心的信息，若未對準中心，則輸出控制信號給視頻隨動模塊，由視頻隨動模塊將偏差量發(fā)給攝像頭云臺進行調(diào)整并實施控制，從而使攝像頭對準色環(huán)。當攝像頭正對檢測目標，即相應(yīng)色環(huán)在對應(yīng)攝像頭成像的屏幕中心位置時，觸發(fā)相應(yīng)的超聲波傳感器發(fā)射超聲波信號，并進而完成測距功能。測距后，隨動攝像頭中的單片機系統(tǒng)完成對安全距離的計算和確認。該單片機系統(tǒng)不僅能完成視頻隨動功能，也能實現(xiàn)測距功能。
[0035]如圖3所示，超聲波發(fā)射電路包括分體式超聲波傳感器的發(fā)射器、振蕩器和功率放大電路；振蕩器的輸出端與功率放大電路的輸入端連接，功率放大電路的輸出端與分體式超聲波傳感器的發(fā)射器連接。
[0036]分體式超聲波傳感器的發(fā)射器采用型號為T40