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一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车

阅读：2发布：2020-06-03

专利汇可以提供一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车涉及智能摄影领域，且公开了一种可跟随的拍摄装置。所提供的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车包括：底盘(1)、直流电机 (2)、旋转拍摄模块 (3)、双目深度摄像头(4)、工控机(5)和电源模块(6)。所提供的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的特征是通过双目摄像头完成对要跟随拍摄物体的图像采集以及距离测定，由工控机完成图像处理并驱动电机跟随运动。旋转平台可遥控调整转动角度，可由拍摄者自由选择拍摄角度，该装置底盘的驱动力由3×2组共六个直流电机提供，旋转平台的驱动力由单独的直流电机提供。，下面是一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车，其特征在于：工控机中搭载ROS 机器人操作系统和深度摄像头的目标跟随系统；车体由金属板件搭建而成，整体形状为长方形薄板；工控机给出控制信号分流为左右两侧，分别控制左右两侧的直流减速电机共六个电机，对同侧直流减速电机的相同控制线给与同一电位，以实现一种信号同时控制三个直流减速电机；
旋转平台的动力由一个竖直安放的直流减速电机提供，该直流减速电机由蓝牙控制模块单独控制，且该直流减速电机与旋转平台通过法兰盘连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车，其特征在于：车体驱动由底盘(1)的六个直流减速电机提供，车体转向依据差速转向原理，当电机驱动模块接收到跟随信号时，电机驱动模块将跟随信号转化为控制直流减速电机转向的正负信号和控制直流减速电机速度的PWM矩形波；设置安全距离为0.4m，即读取到深度摄像头测定的车体与跟随物体距离大于0.4m时，驱动六个直流减速电机行进，直到缩减距离为安全距离时，停止对电机的驱动，否则六个直流减速电机带动车体持续行进；当读取到深度摄像头测定的车体与跟随物体距离小于0.4m时，驱动六个直流减速电机后退，直到缩减距离为安全距离时，停止对电机的驱动，否则六个直流减速电机带动车体持续后退；使用者通过蓝牙遥控旋转平台，以改变拍摄角度。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车，其特征在于：设定深度摄像头捕获图像的区域为H区域，将H区域由左向右进行三等分；划分H区域中正对区域为e区域，即当所跟随物体在e区域内时，判定为正向跟随，只跟随目标前进和后退，车体不转向；划分H区域中左偏区域为d区域，即当所跟随物体在d区域时，判定为左转向跟随，输出跟随信号，使左侧三个电机转速为0，右侧三个电机转速分别为ω2，应用差速转向原理完成左转向跟随任务；划分H区域中右偏区域为f区域，即当所跟随物体在f区域时，判定为右转向跟随，输出跟随信号，使左侧三个电机转速为ω1，右侧三个电机转速分别为0，应用差速转向原理完成右转向跟随任务；
A和B为一组直流减速电机的左轮和右轮，M为AB中点，θ为车体相对转动原点的旋转角度，ds1为左轮的运动弧长，ds2为右轮的运动弧长，M点的转动半径为r，L为A和B的距离且为定值，并假定该组直流减速电机的转动时间Δt；
左轮的运动弧长为：
右轮的运动弧长为：
因为任意时刻，两轮子的速度方向平行于同一直线，所以，M点线速度为：
由几何学分析得到：
所以t时刻M点角速度为：
所以，t时刻M点的转动半径为：
因为转向时一侧电机转速全部0，所以车体转向半径恒定为： ±分别代表左转向和右转向。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车，其特征在于：为了让工控机给出控制信号分流为左右两侧，分别控制左右两侧的直流减速电机，以实现一种信号同时控制三个直流减速电机的目的，K列为6个直流减速电机的GND电源接口，即6个直流减速电机的GND电源全部接到K列，L列为6个直流减速电机的+12V电源接口，即6个直流减速电机的+12V电源全部接到L列，由电源模块为6个直流减速电机统一提供+12V的工作电压；C列的四组针脚对应左侧三个电机的传感器地线、传感器电源、信号A输出点、信号B输出点，D列的四组针脚对应右侧三个电机的传感器地线、传感器电源、信号A输出点、信号B输出点。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车，其特征在于：旋转平台驱动由底盘(1)竖直方向的一个直流减速电机提供，手机端通过向蓝牙遥控模块发送指令，电机驱动模块，接收到跟随信号时，电机驱动模块将跟随信号转化为控制直流减速电机转向的正负信号和控制直流减速电机速度的PWM矩形波。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车，其特征在于：旋转平台由直流减速电机、旋转轴承(7)、金属圆盘(8)、三脚架脚座(9)组成；将旋转轴承(7)与车体的底盘(1)通过螺柱和螺母相固定；金属圆盘通过将螺钉插入旋转轴承内圈四个沿圆周均匀分布的孔并安装螺母进行固定，作用是为了使金属圆盘(8)与轴承内圈完成同样的运动；
直流减速电机的主轴和联轴器之间通过螺丝插入联轴器上的小孔和主轴上的平头段相连接进行固定，将联轴器插入金属圆盘中间的六方孔进行不完全固定，此时当直流减速电机旋转时金属圆盘(8)随直流减速电机转动；三脚架脚座(9)和金属圆盘(8)的通过螺钉、螺母进行固定，将螺柱一端插入三脚架脚座(9)的旋转轴处，另一端插入三脚架支架的孔完成三脚架与三脚架固定座之间的固定，三脚架随着电机的旋转而运动。

说明书全文

一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车

技术领域

[0001] 本发明涉及智能摄影领域，特别是涉及一种基于机器视觉的跟随拍摄领域。

背景技术

[0002] 运动摄影是一种常见的摄影手段，它是指在拍摄一个镜头时，摄影机的持续性运动。而人们往往希望拍摄到流畅稳定的视频，这就需要摄像机在运动的过程中减少空间各个方位的晃动。尤其是电影拍摄，其中运动镜头用到的拍摄手法有推、拉、摇、移、跟、升、降、甩等，以推镜头为例，推镜头的推进速度要与画面内的情绪和节奏相一致，运动要保证稳、准、匀、平。所以为了保证拍摄画面的观赏性，摄像机的运动稳定至关重要。

[0003] 随着摄影技术的不断发展，目前的运动摄影的基本手段主要有滑轨摄影、斯坦尼康摄影、五轴稳定器摄影。不难看出以上跟踪摄影方法都是或多或少需要人为操作的，人在运动跟随拍摄过程中尽管使用了云台等稳定设备但由于身体的摆动仍无法完成真正意义上的稳定，而且通过市场调查与同行业分析，发现目前并没有或具有但不健全的全自动跟踪拍摄平台，再加上高端摄像机体积大，质量重，摄影人员常常是苦不堪言。

[0004] 尤其是随着当今世界的发展，VLOG短视频和其他各种视频拍摄不断走入人们的生活中，然而稳定云台难以实现人们的全身自拍，以及如何完成稳定的拍摄成为许多专业和非专业摄影摄像人员必须面临的问题。为此，便需要一种可替代人手手持的智能跟随拍摄车，所以，提出了一种集成并拓展了镜头、云台、机器视觉摄像头等功能的智能跟随拍摄车的解决方案。该装置可以在进行识别确认后，自动跟随所选定的物体并用自带摄像头和加装的摄像设备进行稳定拍摄；同时在非识别情况下，可以作为遥控车搭载摄像设备进行拍摄。尤其是对于专业的摄影人员，和一些低成本的拍摄者，该装置可以提供极大的帮助，提高拍摄效率。

发明内容

[0005] 本发明主要解决的问题是针对现有拍摄技术存在的不足，为影视拍摄行业提供一种高效、精准且节省人力的智能跟随拍摄车。

[0006] 本发明采用的技术方案为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车，工控机中搭载ROS 机器人操作系统和深度摄像头的目标跟随系统，ROS机器人操作系统和深度摄像头的目标跟随系统不在本发明中描述，这已经成为开源性非常好的集成操作系统。车体由金属板件搭建而成，整体形状呈现出一个600mm*400mm*8mm的长方形薄板，用以承载旋转平台、工控机、驱动器和电源等。工控机给出控制信号分流为左右两侧，分别控制左右两侧的直流减速电机(共六个电机)，对同侧直流减速电机的相同控制线给与同一电位，以实现一种信号同时控制三个直流减速电机的目的。旋转平台的动力由一个竖直安放的直流减速电机提供，该电机由蓝牙控制模块单独控制，且该电机与旋转平台通过法兰盘连接，提供旋转动力，构建了一个可控的旋转平台，以实现人对拍摄角度调控功能。

[0007] 为此，本发明采用了如下的技术方案及实现步骤：

[0008] 车体驱动由底盘(1)的六个直流减速电机提供，车体转向依据差速转向原理，当电机驱动模块接收到跟随信号时，电机驱动模块将跟随信号转化为控制直流减速电机转向的正负信号和控制直流减速电机速度的PWM矩形波。设置安全距离为0.4m，即读取到深度摄像头测定的车体与跟随物体距离大于0.4m时，驱动六个直流减速电机行进，直到缩减距离为安全距离时，停止对电机的驱动，否则六个直流减速电机带动车体持续行进；当读取到深度摄像头测定的车体与跟随物体距离小于0.4m时，驱动六个直流减速电机后退，直到缩减距离为安全距离时，停止对电机的驱动，否则六个直流减速电机带动车体持续后退。此过程中使用者通过蓝牙遥控旋转平台，以改变拍摄角度。

[0009] 设定深度摄像头捕获图像的区域为H区域，将H区域由左向右进行三等分。划分H区域中正对区域为e区域，即当所跟随物体在e区域内时，判定为正向跟随，只跟随目标前进和后退，车体不转向；划分H区域中左偏区域为d区域，即当所跟随物体在d区域时，判定为左转向跟随，输出跟随信号，使左侧三个电机转速为0，右侧三个电机转速分别为ω2，应用差速转向原理(在本发明中，转向半径为定值，具体情况下文会结合附图详细讲解)完成左转向跟随任务；划分H区域中右偏区域为f区域，即当所跟随物体在f区域时，判定为右转向跟随，输出跟随信号，使左侧三个电机转速为ω1，右侧三个电机转速分别为0，应用差速转向原理(在本发明中，转向半径为定值，具体情况会结合附图详细讲解)完成右转向跟随任务。

[0010] A和B为一组直流减速电机的左轮和右轮，M为AB中点，θ为车体相对转动原点的旋转角度，ds1为左轮的运动弧长，ds2为右轮的运动弧长，M点的转动半径为r，L为A和B的距离且为定值，并假定该组直流减速电机的转动时间Δt。

[0011] 左轮的运动弧长为：

[0012]

[0013] 右轮的运动弧长为：

[0014]

[0015] 因为任意时刻，两轮子的速度方向平行于同一直线，所以，M点线速度为：

[0016]

[0017] 由几何学分析得到：

[0018]

[0019] 所以t时刻M点角速度为：

[0020]

[0021] 所以，t时刻M点的转动半径为：

[0022]

[0023] 因为转向时一侧电机转速全部0，所以车体转向半径恒定为： (±分别代表左转向和右转向)

[0024] 为了让工控机给出控制信号分流为左右两侧，分别控制左右两侧的直流减速电机(共六个电机)，以实现一种信号同时控制三个直流减速电机的目的，对驱动电路做了改进。图5中每个○代表一个接线针脚，之间的连线代表针脚接通，为一个点位，K列为6个直流减速电机的GND电源接口，即6个直流减速电机的GND电源全部接到K列，L列为6个直流减速电机的+12V电源接口，即6个直流减速电机的+12V电源全部接到L列，由电源模块为6个直流减速电机统一提供+12V的工作电压；C列的四组针脚对应左侧三个电机的传感器地线(①)、传感器电源(②)、信号A输出点(③)、信号B输出点(④)，D列的四组针脚对应右侧三个电机的传感器地线(①)、传感器电源(②)、信号A输出点(③)、信号B输出点(④)，从而达到由电机驱动模块统一驱动每一侧的直流减速电机的效果。

[0025] 如图6所示，旋转平台驱动由底盘(1)竖直方向的一个直流减速电机提供，手机端通过向蓝牙遥控模块发送指令，电机驱动模块，接收到跟随信号时，电机驱动模块将跟随信号转化为控制直流减速电机转向的正负信号和控制直流减速电机速度的PWM矩形波。

[0026] 旋转平台由直流减速电机、旋转轴承(7)、金属圆盘(8)、三脚架脚座(9)组成。将旋转轴承(7)与车体底盘(1)通过螺柱和螺母相固定。金属圆盘通过将螺钉插入旋转轴承内圈四个沿圆周均匀分布的孔并安装螺母进行固定，作用是为了使金属圆盘(8)与轴承内圈完成同样的运动。直流减速电机的主轴和联轴器之间通过螺丝插入联轴器上的小孔和主轴上的平头段相连接进行固定，将联轴器插入金属圆盘中间的六方孔进行不完全固定，此时当直流减速电机旋转时金属圆盘(8)随直流减速电机转动。三脚架脚座(9)和金属圆盘(8)的通过螺钉、螺母进行固定，将螺柱一端插入三脚架脚座(9)的旋转轴处，另一端插入三脚架支架的孔完成三脚架与三脚架固定座之间的固定，三脚架随着电机的旋转而运动。

附图说明

[0027] 图1为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的整体图；

[0028] 图2为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的模块安装位置图；

[0029] 图3为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的视觉区域划分图；

[0030] 图4为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的差速转向原理图；

[0031] 图5为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的电机驱动模块接线原理图；

[0032] 图6为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的旋转平台结构图；

具体实施方式

[0033] 下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

[0034] 参图1至图5所示，图1为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的整体图，图2为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的模块安装位置图；图3为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的视觉区域划分图，图4为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的差速转向原理图，图5为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的电机驱动模块接线原理图，图6为一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车的旋转平台结构图。

[0035] 如图1所示，本发明所提供的一种基于机器视觉的智能跟随拍摄车包括：底盘(1)、直流减速电机(2)、旋转拍摄模块(3)、双目深度摄像头(4)、工控机(5)和电源模块(6)。直流减速电机(2)与电机架之间通过六个螺钉连接，再通过电机架将直流减速电机与底盘(1)通过螺钉和螺母相连接。双目摄像头(4)通过使用螺钉固定在底盘(1)的正前方，工控机(5)通过螺钉与螺母固定在底盘(1)上；旋转拍摄模块(3)与底盘(1)通过螺柱相连接。电源模块(6)通过螺钉与螺母固定在底盘(1)上，具体装配位置请参看图2。

[0036] 车体驱动由底盘(1)的六个直流减速电机提供，六个直流减速电机在底盘两侧各布置三个电机，其中用于承载旋转拍摄模块的四个直流减速电机相对密集。具体安装位置请参考图2.车体转向依据差速转向原理，当电机驱动模块接收到跟随信号时，电机驱动模块将跟随信号转化为控制直流减速电机转向的正负信号和控制直流减速电机速度的PWM矩形波。设置安全距离为0.4m，即读取到深度摄像头测定的车体与跟随物体距离大于0.4m时，驱动六个直流减速电机行进，直到缩减距离为安全距离时，停止对电机的驱动，否则六个直流减速电机带动车体持续行进；当读取到深度摄像头测定的车体与跟随物体距离小于0.4m时，驱动六个直流减速电机后退，直到缩减距离为安全距离时，停止对电机的驱动，否则六个直流减速电机带动车体持续后退。此过程中使用者可以通过蓝牙遥控旋转平台，以改变拍摄角度。

[0037] 如图3所示，设定深度摄像头捕获图像的区域为H区域，将H区域由左向右进行三等分。划分H区域中正中位置所对区域为e区域，，即当所跟随物体在e区域内时，判定为正向跟随，只跟随目标前进和后退，车体不转向；划分H区域中左偏区域为d区域，即当所跟随物体在d区域时，判定为左转向跟随，输出跟随信号，使左侧三个电机转速为0，右侧三个电机转速分别为ω2，应用差速转向原理(在本发明中，转向半径为定值，具体情况下文会结合附图详细讲解)完成左转向跟随任务；划分H区域中右偏区域为f区域，即当所跟随物体在f区域时，判定为右转向跟随，输出跟随信号，使左侧三个电机转速为ω1，右侧三个电机转速分别为0，应用差速转向原理(在本发明中，转向半径为定值，具体情况下文会结合附图详细讲解)完成右转向跟随任务。

[0038] 如图4所示，A和B为一组直流减速电机的左轮和右轮，六个轮子被分为三组，，M为AB中点，θ为车体相对转动原点的旋转角度，ds1为左轮的运动弧长，ds2为右轮的运动弧长，M点的转动半径为r，L为A和B的距离且为定值，并假定该组直流减速电机的转动时间Δt。

[0039] 左轮的运动弧长为：

[0040]

[0041] 右轮的运动弧长为：

[0042]

[0043] 因为任意时刻，左右两轮子的速度方向平行于同一直线，所以，M点线速度为：

[0044]

[0045] 由几何学分析得到：

[0046]

[0047] 所以t时刻M点角速度为：

[0048]

[0049] 所以，t时刻M点的转动半径为：

[0050]

[0051] 因为转向时一侧电机转速全部0，所以车体转向半径恒定为： (±分别代表左转向和右转向)

[0052] 如图5所示，为了让工控机给出控制信号分流为左右两侧，分别控制左右两侧的直流减速电机(共六个电机)，以实现一种信号同时控制三个直流减速电机的目的，对驱动电路做了改进。图4中每个○代表一个接线针脚，之间的连线代表针脚接通，为一个点位，K列为6个电机的GND电源接口，即6个电机的GND电源全部接到K列，L列为6个电机的+12V电源接口，即6个电机的+12V电源全部接到L列，由电源模块为6个电机统一提供+12V的工作电压；C列的四组针脚对应左侧三个电机的传感器地线(①)、传感器电源(②)、信号A输出点(③)、信号B输出点(④)，D列的四组针脚对应右侧三个电机的传感器地线(①)、传感器电源(②)、信号A输出点(③)、信号B输出点(④)，从而达到由电机驱动模块统一驱动每一侧的直流减速电机的效果。

[0053] 如图6所示，旋转平台驱动由底盘(1)竖直方向的一个直流减速电机提供，手机端通过向蓝牙遥控模块发送指令，电机驱动模块接收到跟随信号时，电机驱动模块将跟随信号转化为控制直流减速电机转向的正负信号和控制直流减速电机速度的PWM矩形波。

[0054] 旋转平台装置由直流减速电机、旋转轴承(7)、金属圆盘(8)、三脚架脚座(9)组成。将旋转轴承(7)与车体底盘(1)通过螺柱和螺母相固定。金属圆盘(8)通过将螺钉插入旋转轴承内圈四个沿圆周均匀分布的孔并安装螺母进行固定，作用是为了使金属圆盘(8)与轴承内圈完成同样的运动。直流电机的主轴和联轴器之间通过螺丝插入联轴器上的小孔和主轴上的平头段相连接进行固定，将联轴器插入金属圆盘中间的六方孔进行不完全固定，此时当电机旋转时金属圆盘(8)随之转动。三脚架脚座(9)和金属圆盘(8)的通过螺钉、螺母进行固定，通过将螺柱一端插入三脚架脚座(9)的旋转轴处，另一端插入三脚架支架的孔完成三脚架与三脚架固定座之间的固定，三脚架随着电机的旋转而运动。

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