CN110708461B - 一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法 - Google Patents

一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110708461B
CN110708461B CN201910942877.5A CN201910942877A CN110708461B CN 110708461 B CN110708461 B CN 110708461B CN 201910942877 A CN201910942877 A CN 201910942877A CN 110708461 B CN110708461 B CN 110708461B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carrier
image
time
camera
focal length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910942877.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110708461A (zh
Inventor
董利达
余佳
董文
胡滨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Normal University
Original Assignee
Hangzhou Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Normal University filed Critical Hangzhou Normal University
Priority to CN201910942877.5A priority Critical patent/CN110708461B/zh
Publication of CN110708461A publication Critical patent/CN110708461A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110708461B publication Critical patent/CN110708461B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H04N23/671—Focus control based on electronic image sensor signals in combination with active ranging signals, e.g. using light or sound signals emitted toward objects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法。本发明采用的系统包括远程遥控器、运动载体和三可变摄像机，所述的运动载体包括载体参数测量单元和变焦与调焦控制器。变焦与调焦控制器接收载体参数测量单元传来的载体速度和远程遥控器设定的时延时间两个参数，并根据接收到的参数和速度采样周期解算出焦距与像距的变化值，变焦控制器根据焦距变化值进行变焦，变焦后调焦控制器根据像距变化值进行调焦来解决成像模糊的问题，同时将调焦与变焦后的参数输出到三可变摄像机。本发明的方法解决了无人移动载体高速前进时由于图像滞后导致的远程操作实时性下降问题及对物体距离的误判问题。

Description

一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法
技术领域
本发明应用于无人移动载体，提供一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法。尤其是一种通过载体速度和摄像机焦距与像距的关系进行变焦与调焦的方法。
背景技术
目前，无人移动载体的无线远程控制方法主要是通过载体摄像机将拍摄的图片传输到远程控制系统，远程控制系统根据接收到的图片信息进行远程控制。由于图像传输具有时间延迟，远程控制系统接收到的图片往往不是当前时刻载体所正对的场景。针对时延问题，现有的方法主要有：模糊逻辑调节法、随机最优控制法和预测控制法等。其中模糊逻辑调节法和随机最优控制法对复杂系统的控制效果较差，预测控制法多采用闭环控制，存在震荡、超调等问题，同时系统设计复杂。
发明内容
为了克服现有方法的使用局限性和系统设计复杂等不足，本发明提供一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法，通过载体速度和摄像机焦距与像距的关系进行变焦和调焦，其中调焦与变焦同步进行，实现无线远程监控系统能实时观测到载体周围信息，解决载体高速前进时由于图像滞后导致的远程操作实时性下降问题及对物体距离的误判问题。
本发明实现过程中所采用的系统包括远程遥控器、运动载体和三可变摄像机，所述的运动载体包括载体参数测量单元和变焦与调焦控制器。变焦与调焦控制器接收载体参数测量单元传来的载体速度和远程遥控器设定的时延时间两个参数，并根据接收到的参数和速度采样周期解算出焦距与像距的变化值，变焦控制器根据焦距变化值进行变焦，变焦后调焦控制器根据像距变化值进行调焦来解决成像模糊的问题，同时将调焦与变焦后的参数输出到三可变摄像机
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
所述的无人移动载体的初始物距和摄像机的初始焦距通过车辆的高度和速度进行人工确定。
所述的摄像机的初始像距v由无人移动载体的初始物距u和摄像机的初始焦距f通过凸透镜成像公式
Figure BDA0002223402360000021
计算得出。
通过实测或估测确定图像传输的时延时间，实测是根据无人移动载体运动中图像的传输时间计算出时延时间，估测是根据数据信道的时延时间估测出图像信道的时延时间。
根据相同大小的物体在载体运动与静止时成像大小相同的条件计算出载体速度与摄像机焦距和像距的关系。
所述的载体速度与焦距的关系为：
Figure BDA0002223402360000022
其中，k>0,
Figure BDA0002223402360000023
τ是图像传输的时间，T是速度采样周期，fk(l)分别表示图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内摄像机的焦距，fk-1表示图像第k-1次从载体端传到远程端时摄像机的焦距，f0是摄像机的初始焦距，u0是载体的初始物距，xk(l)表示图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内载体相对于地面的运动速度。
所述的载体速度与像距的关系为：
Figure BDA0002223402360000031
其中，k>0,
Figure BDA0002223402360000032
τ是图像传输的时间，T是速度采样周期，vk(l)是图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内摄像机的像距，vk-1表示图像第k-1次从载体端传输到远程端时摄像机的像距，v0是摄像机的初始像距，u0是载体的初始物距，xk(l)表示图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内载体相对于地面的运动速度。
由于变焦后导致成像模糊，通过调焦实现成像清晰，所述的调焦方法是根据变焦后焦距与像距的关系进行调焦，具体关系如下所示：
Figure BDA0002223402360000033
其中，vk(l)分别表示图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内摄像机的像距，vk-1表示图像第k-1次从载体端传输到远程端时摄像机的像距，v0是摄像机的初始像距，fk(l)是图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内摄像机的焦距。
所述的载体速度可通过载体测量单元根据采样周期测量得到，故推算出变焦方法的离散公式为：
Figure BDA0002223402360000034
其中，n＝τ/T，τ是图像传输的时间，T是速度采样周期，xk(i)表示图像第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第i次采集的载体运动速度，xk(n-1)表示图像第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第n-1次采集的载体运动速度。
根据上述离散公式推算出变焦方法的递推公式为：
fk+1＝fk+Δf
Figure BDA0002223402360000041
其中，T是速度采样周期，n＝τ/T，τ是图像传输的时间，xk+1(i)和xk(j)分别表示图像第k+1次和第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第i次和第j次采集的载体运动速度，xk+1(m-1)和xk(n-1)分别表示图像第k+1次和第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第m-1次和第n-1次采集的载体运动速度，f0是摄像机的初始焦距，u0是载体的初始物距。
根据上述变焦公式推算出调焦方法的递推公式为：
vk+1＝vk+Δv
Figure BDA0002223402360000042
其中，Δf是焦距变化量，f0是摄像机的初始焦距，v0是载体的初始物距。
本发明的有益效果为：
本发明通过载体速度和摄像机焦距与像距的关系进行变焦和调焦，其中调焦与变焦同步进行，实现无线远程监控系统能实时观测到载体周围信息；本发明解决了无人移动载体高速前进时由于图像滞后导致的远程操作实时性下降问题及对物体距离的误判问题，提高远程操作的安全性。
附图说明
图1是系统结构示意图；
图2是本发明系统结构流程图；
图3是地面无人移动平台运动示意图；
图4是无人移动平台静止时光学成像示意图；
图5是无人移动平台运动时光学成像示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明方法的一个实例系统结构图，该实例的系统包括远程遥控器和运动载体，所述运动载体包括载体参数测量单元、变焦与调焦控制器和三可变摄像机。本发明具体步骤如下：
步骤1、根据无人移动平台的高度和速度人工确定无人移动平台的初始物距u0和摄像机的初始焦距f0，本实施例中u0＝10m,f0＝6mm；
步骤2、根据凸透镜成像原理
Figure BDA0002223402360000051
计算出摄像机的初始像距v0＝6mm；
步骤3、远程遥控器设定速度采样周期时间T和时延时间τ，并通过数据发送机发送到载体控制单元，本实施例中T＝20ms，τ＝200ms；
步骤4、载体测量单元的速度传感器按采样周期采集无人移动载体的速度，同时将测量数据发送到控制单元，本实施例中k＝1,采样速度为x1(i),(i＝1,2,...,10)；
步骤5、控制单元根据公式(1)解算出摄像机焦距的变化量Δf，本实施例中
Figure BDA0002223402360000061
步骤6、控制单元根据公式(2)解算出摄像机像距的变化量Δv，本实施例中
Figure BDA0002223402360000062
步骤7、控制单元将焦距与像距的变化值进行变焦与调焦，同时将变焦与调焦后的参数输出到摄像机。
通过上述变焦与调焦后，摄像机将拍摄的图片通过图像发送机传输到远程控制系统，实现无线远程监控系统能实时观测到载体周围信息。本发明的方法解决了无人移动载体高速前进时由于图像滞后导致的远程操作实时性下降问题及对物体距离的误判问题，提高远程操作的安全性。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的举例，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法，其特征在于，变焦方法是根据载体运动速度与摄像机焦距的关系进行变焦，具体关系如下所示：
Figure FDA0002701482740000011
其中，
Figure FDA0002701482740000012
τ是图像传输的时间，T是速度采样周期，fk(l)分别表示图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内摄像机的焦距，fk-1表示图像第k-1次从载体端传到远程端时摄像机的焦距，f0是摄像机的初始焦距，u0是载体的初始物距，xk(l)表示图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内载体相对于地面的运动速度；
变焦后通过调焦实现成像清晰，所述的调焦方法是根据变焦后焦距与像距的关系进行调焦，具体关系如下所示：
Figure FDA0002701482740000013
其中，vk(l)分别表示图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内摄像机的像距，vk-1表示图像第k-1次从载体端传输到远程端时摄像机的像距，v0是摄像机的初始像距，fk(l)是图像第k次从载体端传输到远程端时第l个采样时间内摄像机的焦距。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法，其特征在于所述的变焦方法中的载体速度通过载体测量单元测量得到，故所述变焦方法的离散公式为：
Figure FDA0002701482740000021
其中，n＝τ/T，τ是图像传输的时间，T是速度采样周期，xk(i)表示图像第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第i次采集的载体运动速度，xk(n-1)表示图像第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第n-1次采集的载体运动速度。
3.根据权利要求1所述的一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法，其特征在于所述的变焦方法的递推公式为：
fk+1＝fk+Δf
Figure FDA0002701482740000022
其中n＝τ/T，τ是图像传输的时间，T是速度采样周期，xk+1(i)，xk(j)分别表示图像第k+1次和第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第i次和第j次采集的载体运动速度，xk+1(n-1)和xk(n-1)分别表示图像第k+1次和第k次从载体端传输到远程端的传输时间内测量单元第n-1次采集的载体运动速度，f0是摄像机的初始焦距，u0是载体的初始物距。
4.根据权利要求1所述的一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法，其特征在于所述的调焦方法的递推公式为：
vk+1＝vk+Δv
Figure FDA0002701482740000023
其中，Δf是焦距变化量，f0是摄像机的初始焦距，v0是载体的初始物距。
5.根据权利要求1所述的一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法，其特征在于所述的无人移动载体的初始物距和摄像机的初始焦距通过车辆的高度和速度进行人工确定。
6.根据权利要求1所述的一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法，其特征在于所述的图像传输的时延时间可通过实测或估测得到，实测是根据载体运动中图像的传输时间计算出时延时间，估测是根据数据信道的时延时间估测出图像信道的时延时间。
CN201910942877.5A 2019-09-30 2019-09-30 一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法 Active CN110708461B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910942877.5A CN110708461B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910942877.5A CN110708461B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110708461A CN110708461A (zh) 2020-01-17
CN110708461B true CN110708461B (zh) 2020-11-17

Family

ID=69197571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910942877.5A Active CN110708461B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110708461B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112004025B (zh) * 2020-09-02 2021-09-14 广东电网有限责任公司 一种基于目标点云的无人机自动驾驶变焦方法、系统及设备
CN112468720B (zh) * 2020-11-19 2022-08-30 杭州师范大学 一种适用于移动载体的摄像机云台旋转控制方法
CN112695831B (zh) * 2020-12-08 2022-09-06 山东建筑大学 用于工程机械平行驾驶的远程控制装置、方法及设备
CN120602774B (zh) * 2025-06-17 2026-03-24 深圳市前海麦亨实业有限公司 基于遥控器与摄像装置通信的远程变焦方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046538A (zh) * 2006-03-30 2007-10-03 富士能株式会社 自动聚焦适配器
CN101055332A (zh) * 2006-04-14 2007-10-17 北京大学 在透明电介质材料内部制备波导光栅的方法
JP6543878B2 (ja) * 2016-12-13 2019-07-17 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ 制御装置、撮像装置、移動体、制御方法、およびプログラム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6190184B2 (ja) * 2013-06-28 2017-08-30 キヤノン株式会社 撮像素子、撮像装置、その制御方法、および制御プログラム
CN104410775B (zh) * 2014-12-16 2017-05-31 中国科学院自动化研究所 一种高分辨率显微视觉成像装置与控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046538A (zh) * 2006-03-30 2007-10-03 富士能株式会社 自动聚焦适配器
CN101055332A (zh) * 2006-04-14 2007-10-17 北京大学 在透明电介质材料内部制备波导光栅的方法
JP6543878B2 (ja) * 2016-12-13 2019-07-17 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ 制御装置、撮像装置、移動体、制御方法、およびプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
CN110708461A (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110708461A (zh) 一种适用于无人移动载体的摄像机调焦与变焦方法
CN109451244B (zh) 一种基于液体镜头的自动调焦方法及系统
CN118200484B (zh) 超高清现场转播直播摄像机系统
CN104301601B (zh) 一种粗精调结合的红外图像自动调焦方法
CN103513395B (zh) 一种被动式自动聚焦方法及装置
KR102473142B1 (ko) 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법
CN102231798B (zh) 一种控制云台摄像机自动变倍的方法及系统
CN106482640B (zh) 一种一体机芯光轴校正的装置和方法
CN104155740A (zh) 照相机系统和焦点调节方法
US10324268B2 (en) Method of performing autofocus, autofocus system, and camera comprising an autofocus module
US20200275026A1 (en) Intelligent dual-lens photographing device and photographing method therefor
CN114556879A (zh) 延时检测方法、装置、系统、可移动平台和存储介质
EP2622840A1 (en) Continuous autofocus based on face detection and tracking
JP2017090580A5 (zh)
CN108600638B (zh) 摄像机自动调焦系统及方法
CN103595920A (zh) 图像采集设备、变倍过程中辅助聚焦方法及装置
KR101784787B1 (ko) 이미징 기기 및 이미징 기기에서의 자동 초점맞춤 방법과 대응하는 컴퓨터 프로그램
CN111031245A (zh) 一种工业相机镜头调节用控制器及控制方法
EP1286196A3 (en) Lens driving method for imaging device, imaging device and camera system
JPH05232367A (ja) フォーカス調整装置
CN111757011A (zh) 基于pid算法的球机高精度追踪系统及方法
CN118283419A (zh) 镜头控制方法、设备、目标传感系统和存储介质
CN108345084A (zh) 一种主被动结合的变倍自动调焦方法及系统
CN113920197A (zh) 一种激光雷达辅助摄像机自动调焦聚焦的方法
CN113607968B (zh) 一种飞行器速度监测方法、飞行器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant