无线电测向遥控摄像跟踪装置

无线电测向遥控摄像跟踪装置属于无人控制摄像自动化系统技术领域。

在体育球场上观看比赛，总会看到大小不一的摄像安置在不同的摄像角度、位置，摄像球赛时，有一、二名摄像师用手工方式操纵摄像机的镜头。虽然先进的摄像机机内有自动调焦、电子快门、自动光圈、调白平衡、调整各种误差、储存图象、自动显示机器内故障原因等几十种机内自控功能，但对于在野外的气温高、气温低、风、雨、雷电等不利的天气环境下，这几十种机内自控功能只能起辅助、配合作用，并不能解决最根本的问题-现场手工操纵摄像作业。

无线电测向遥控摄像跟踪装置发明目的是：寻求实现摄像机有目标跟踪摄像、实现摄像操纵自动化和远距离测向遥控无人摄像技术、方法。本发明装置采用了机电一体化技术（即液压系统、计算机、传感器）、电子接口技术、无线电测向技术相结合实现的。无线电测向遥控摄像跟踪装置的发明，克服了现场手工操纵摄像作业操纵不便主要问题，实现无人摄像自动化。

本发明包括由无线电测向信号源1、摄像机2、无线电测向机3、计算机4、位置检测反馈传感器14、液压系统5等组成的技术领域（其系统组成见附图图3）。本发明装置主要应用于摄像机2操纵自动作业，本发明的特征是：用无线测向信号源1的信标、引导远距离按有摄像机2下方的无线电测向天线3-1、无线电测向机3，经无线电测向机3测定无线电测向信号源1运动方位，输出模拟信号，经放大器15放大，传至计算机4的模拟信号输入接口，经计算机4进行模拟/数字转换机 内程序处理，转换成符合液压系统所接收的电压信号，并被液压系统中的电液伺服阀转换成液压流量信号，使二自由度回转运动（见附图5-2）、俯仰方向（见附图5-1）随测向信号指令进行相应的回转方向运动、俯仰方向运动，使摄像机镜头2-3始终对准无线电测向信号源1的运动点、位置。

本发明在应用中事先确定了无线电测向信号源1的频率、周期、波长、相位信号，使本发明摄像作业具备可靠性、稳定性、经济性。以上本发明装置组成运行工作的说明，在实际应用中摄像机具有摄像操纵自动化、无人控制操纵自动化的意义。

本发明无线电测向遥控摄像跟踪装置与现有的摄像机系统相比，有以下几个优点、特点的积极效果。

（1）能在各种天气条件下进行无人控制操纵自动化摄像作业。

（2）当没有无线电测向信号源时，可以通过室内的控制台来遥控室外的本发明装置来进行遥控摄像作业。

（3）本发明装置所采用的技术，在某些方面是毫无联系的，经过组合、优化，使摄像机实现了由现场手工操纵摄像作业向无人控制操纵摄像自动化作业过渡的新水平。

（4）本发明可适合与各种摄像机配套，本发明对摄像机没有什么要求。也就是说，利用原有的摄像机与本发明相配套，就能实现无人控制摄像自动化作业要求。

（5）本发明装置通过组合不相联的技术领域，实现摄像机的自动化控制操纵作业，这是现有技术所不具备的。

下列是本发明说明书附图注释：

图1是本发明组成总方框图-图2是本发明应用实例俯视图 -图3是本发明结构方框图-图4是本发明结构示意图-图5是本发明液压系统流程原理方框图-图5-1是本发明液压系统俯仰运动原理图-图5-2是本发明液压系统回转运动原理图

本发明装置说明书附图标记号注释、对照文：

1.无线电测向信号源-2米超短波信号源微型发射器。

※2.摄像机    △2-1显示器    △2-2摄像机主机    △2-3摄像机镜头

※3.无线电测向机主机    △3-1无线电测向天线

※4.计算机-实时系统单片计算机

※5.液压系统    ※6.球场

※7.电视节目转播车    ※8.齿轮

△9.齿条    △10.电液伺服阀

△11.液压执行油缸    △12.回转立柱

△13.俯仰运动轴    ※14.检测反馈传感器-光电触角编码器

※15.模拟信号放大器    △16.模拟/数字信号输入电子接口

※17.回转运动油缸    △18.俯仰运动油缸

△19.机臂    △20.精滤油器

△21.步进电机    △22.叶片泵

△23.蓄能器    △24.油箱

△25.液压集成块    △26.底座

△27.三角支持架

释：※表示前标记与后标记之间没有技术上联系。

△表示前标记号与后标记之间在技术上有联系但工作内容不同。

※、△表示区别，以避免混淆，更主要是为了能清楚地反映 附图标记与说明书文字对照说明。

本发明的最佳实施方案如下：

附图图1是本发明组成方框图-

图1总方框是本发明主要组成部分，其中任何一个环节中断，会影响本发明在应用中的摄像作业，图1总方框图由无线电测向信号源1、摄像机2、无线电测向机3、计算机4、液压系统5组成。

附图图2是本发明应用实例俯视图-

图2中的无线电测向信号源1用来起到信标、引导摄像机2的跟踪扫描摄像，摄像机2的跟踪运动摄像是通过液压系统5的回转运动，俯仰运动二自由度自动控制实现的，图2是本发明装置应用实例俯视图图中的电视节目转播球场6的摄像机2摄像到图像信号，来传播给广大电视观众。A的流程线是无线电测向信号源1发射的无线电信号符号注释。

附图图3是本发明结构方框图-

本发明装置包括计算机4、电液伺服阀10、液压执行油缸11、回转运动立住12、俯仰运动轴13、摄像机2、无线电测向信号源1、无线电测向机3、模拟信号放大器5、模拟/数字输入电子接口16、开关R1、R2、R3、R4、检测反馈传感器14，另外与本发明有关的电视节目转播车7配合组成。

4、10、11、12、13，表示控制部分、执行部分、驱动部分、2至4的流程线是把摄像机2摄像到图像传到计算机4的显示器2-1上显示，用来调整、控制摄像点坐标运动位置。

B的流程线是摄像机的图像信号符号注释。

C是用来传输球场上的电视节目信号。

D的流程线是用来在失去无线电测向信号源1信标、引导信号情况下，通过电视节目转播车7来遥控球场6的摄像机2摄像操纵作业。

R4至14的流程线是用检测反馈传感器14反馈液压系统5引导的回转运动立柱12，俯仰运动轴13的位移角度数据，以保障摄像机2跟踪摄像精度和稳定性、可靠性。

附图图4是本发明装置的结构示意图-

包括有调制用显示器2-1（在实际中，只应用于计算机4数据显示，摄像作业管理等）、摄像机主机2-2、摄像机镜头2-3、计算机4、机臂19、叶片泵22、液压俯仰运动油缸18、无线电测向机3、无线电测向天线3-1、步进电机21、叶片泵22、液压集成块25、电液伺服阀10、蓄能器23、精滤油器20、回转运动油缸17、回转运动立住12、底座26，三角支持架27组成，并有电源线路E，视频音频电缆输出端线路C相接。

附图图5液压系统装置-

包括：图5-1、图5-2在内，执行系统包括回转立柱12，底座26、机臂19等机械部分，具有机臂回转、机臂俯仰的二个自由度运动。驱动系统用液压驱动，包括步进电机21、叶片泵22、精滤油器20、液压集成块25、蓄能器23、电液伺服阀10、俯仰运动轴13、回转运动立柱12、回转运动油缸17、俯仰运动油缸18、油箱24等部分。控制系统采用实时系统单片计算机4控制，对液压系统5的二个自由度作伺服控制，并以光电触角编码器作为位置检测反馈传感器14，对二个自由度的运动作位置闭环控制，完成实时系统单片计算机4的程序数据采集、跟踪、协调二自由度动作，以及必要的终端管理。

液压系统5技术参数如下：

（1）机臂运动形式    球坐标式    （2）自由度    2

（3）运动行程    机臂俯仰    ±30°-机臂回转    ±110°

（4）最大运动速度

机臂俯仰    上仰不小于20°/S    -下仰不小于30°/S

机臂回转    不小于30°/S

（5）驱动方式 液压，工作压力0.39MPa（40公斤/厘米2）

（6）控制运动方式    液压系统点坐标和无线电测向源1信标引导控制

（7）计算机型号    实时系统单片计算机

（8）检测反馈方式    二只光电触角编码器

液压系统装置参数

运动自由度是：机臂俯仰    △A＝60°机臂回转    △B＝220°

作业空间是扇形截面空球体

计算机4说明：

本机是采用实时系统单片计算机：由中央处理（CPU）、存储器、输入/输出接口模块（I/O）、显示器2-1组成，根据实际需要，实时系统单片计算机只起到对无线电测向机3、测向信号模拟/数字、数字/模拟转换，对液压系统5的驱动部分进行终端管理、数据处理及光电触角编码器14检测反馈数据处理。显示器2-1可显示摄像画面的情况，以便根据需要进行调整。摄像机2与计算机4共享显示器。

无线电测向机3△无线电测向天线3-1△无线中测向信号源1说明：

本机采用2米超短波测向机3，由天线输入回路、本振、混频、中放、检波、增益控制组成。天线与输入回路，该部分使用的是阻抗75欧的平衡米波天线，本振级采用电容三点式振荡器、中放有两级，每级有中和电路，增益稳定在60dB以上，增益控制由实时系统单片机4 根据实际情况进行调节控制。

无线电测向天线3-1采用三单元八木天线，由全波振子、无源反射器、引向器组成，2米超短波无线电测向机3的机壳用不锈钢金属结构，以屏敝高频电磁场漏泄破坏远距离测向方向。

2米超短波无线电测向机的电路原理，是参照收音机的电路原理而改动的，无线电测向机与收音机的区别在于：无线电测向机3的天线是具有明显的方向性，而收音机则对任何方向的频率信号有相同的接收能力，无线电测向信号源1这理所谓的信号源，实际上是一个微型发射器。2米超短波微型发射器，主要由电容耦合三点式振荡器、放大器、机内天线扣式锂电池组成。

2米超短波信号源1是调幅电极形式发射水平极化波、频率范围控制在144兆赫，输出的射频功率为2瓦。将2米超短波微型发射器材安置到体育用球皮内，其电源开关一头接在外面凹处，用一电极卡插入，可以起到开或关的转换;也可以用磁铁来吸引足球内的电池的二电极片，使两电极片相接，相接后电磁铁可离开，使体育用球的电容耦合三点式振荡器工作了。在比赛中：体育用球和2米超短波微型发射器1的相配，并不影响相互之间的工作作用。由于这种2米超短波微型发射器1电路结构简单，普通技术人员也能设计。

2米超短波微型发射器1唯一特殊在于只发射144兆赫、功率为2瓦、输出频率、波长、周期、相位的信号都是固定单一的，其输出信号本身没有包含任何有意义的内容，只起到信标、引导作用，以便于2米超短波无线电测向机3的测向，接收的稳定性、灵敏性、可靠性、精确性。

本发明无线电测向遥控摄像跟踪装置应用于与体育比赛相关的各 种球赛无人自动摄像，也可以应用于按有无线电测向信号源1的其他场所无人自动摄像。