一种基于GPS定位坐标解算的智能跟踪摄像系统

摘要

本发明公开了一种基于GPS定位坐标解算的智能跟踪摄像系统，包括信息采集系统和数据处理中心，所述信息采集系统包括手持GPS定位仪、高清摄像机和云台控制模块，所述高清摄像机固定在云台控制模块上，高清摄像机上设有摄像机GPS定位仪，所述数据处理中心为PC机，PC机上设有显示屏、数据处理模块和坐标解算模块，所述坐标解算模块包括目标角度计算算法和高速运动物体折返预判算法，所述手持GPS定位仪、摄像机GPS定位仪、高清摄像机通过通信模块一与数据处理中心连接，云台控制模块通过通信模块二与数据处理中心连接。本发明实现了有效记录行政执法过程的目的，同时避免了突发状况破坏拍摄并降低了拍摄过程中的劳动强度。

说明书

技术领域

本发明涉及跟踪摄像技术领域，具体涉及一种基于GPS定位坐标解算的智

能跟踪摄像系统。

背景技术

随着科技的不断发展，人工智能作为现代科技的前沿技术，已经越来越广泛的使用于各个产业中。智能跟踪摄像是现在执法过程重要的一部分，目前执法摄像分为两个部分：一是，执法人员随身携带执法记录仪，记录执法过程；二是，辅助人员手持摄像机跟拍。这两种摄像都存在一定的缺陷，前者是视野较窄并且不能拍到执法人员自身的画面，后者是需要辅助人员近距离跟踪拍摄，浪费人力并且有突发情况时容易破坏拍摄。因此，发展基于GPS定位系统的智能跟踪摄像系统，是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明提供一种基于GPS定位坐标解算的智能跟踪摄像系统，目的是有效记录执法过程，包括执法现场以及执法人员自身的画面，同时避免突发状况破坏拍摄并降低拍摄过程中的劳动强度。

本发明的技术解决方案：

一种基于GPS定位坐标解算的智能跟踪摄像系统，包括信息采集系统和数据处理中心，其特征在于：所述信息采集系统包括手持GPS定位仪、高清摄像机和云台控制模块，所述高清摄像机固定在云台控制模块上，高清摄像机上设有摄像机GPS定位仪，所述手持GPS定位仪负责采集目标的位置信息，所述摄像机GPS定位仪负责采集高清摄像机的位置信息，所述云台控制模块负责输出高清摄像机的当前水平角度和当前垂直角度，同时负责带动高清摄像机偏转，所述数据处理中心为PC机，PC机上设有显示屏、数据处理模块和坐标解算模块，数据处理模块负责将接收到的代码程序转换成可识别的角度信息，所述坐标解算模块包括目标角度计算算法和高速运动物体折返预判算法，目标角度计算算法负责将接收到的高清摄像机的位置信息与目标的位置信息进行解算、对比，计算出要转到的水平目标角度和垂直目标角度，高速运动物体折返预判算法负责将计算出的要转到的水平目标角度与接收到的当前水平角度进行对比、分析，判断云台控制模块要转到的水平目标角度，所述手持GPS定位仪、摄像机GPS定位仪、高清摄像机通过通信模块一与数据处理中心连接，云台控制模块通过通信模块二与数据处理中心连接。

优选的所述通信模块一为4G、CDMA、WiFi中的一种或几种。

优选的所述通信模块二为通过TCP协议建立的socket通信，即PC机通过TCP协议连接云台控制模块建立socket通信，将TCP协议转化为云台控制模块可以识别的RS485物理层协议。

优选的所述手持GPS定位仪、摄像机GPS定位仪均包括高精度GPS板卡硬件和基于4G、CDMA、WiFi网络的cors差分厘米级定位软件。

优选的所述高清摄像机包括白光、红外影像采集。

优选的所述云台控制模块包括横轴舵机组件和竖轴舵机组件，所述横轴舵机组件设于支架内，包括横轴码盘、横轴步进电机、横轴同步带以及横轴同步带轮，横轴码盘通过连杆与横轴同步带轮连接，所述竖轴舵机组件包括竖轴码盘、竖轴步进电机、竖轴同步带以及竖轴同步带轮，竖轴码盘通过连杆与竖轴同步带轮连接，竖轴码盘设于支架内，竖轴步进电机、竖轴同步带以及竖轴同步带轮设于底座内，高清摄像机在横轴步进电机和竖轴步进电机的作用下转动，同时横轴码盘和竖轴码盘分别输出当前水平角度和当前垂直角度。

本发明的有益效果：本发明通过解算目标的位置信息和摄像机的位置信息实现目标的智能跟踪摄像，有效记录行政执法过程，包括执法现场以及执法人员自身的画面，同时避免突发状况破坏拍摄并降低拍摄过程中的劳动强度；坐标解算模块中的高速运动物体折返预判算法提高了控制精度。

附图说明

图1是本发明的工作原理框图。

图2是高清摄像机、云台控制模块的左立体图。

图3是高清摄像机、云台控制模块的右立体图。

其中：1高清摄像机2摄像机GPS定位仪3支架4横轴码盘5横轴步进电机6横轴同步带7横轴同步带轮8竖轴码盘9竖轴步进电机10竖轴同步带11竖轴同步带轮12底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

一种基于GPS定位坐标解算的智能跟踪摄像系统，包括信息采集系统和数据处理中心。所述信息采集系统包括手持GPS定位仪、高清摄像机1和云台控制模块，所述高清摄像机1固定在云台控制模块上，高清摄像机1上设有摄像机GPS定位仪2。所述手持GPS定位仪负责采集目标的位置信息。所述高清摄像机1负责对目标现场进行拍摄，高清摄像机1包括白光、红外影像采集。所述摄像机GPS定位仪2负责采集高清摄像机1的位置信息。所述云台控制模块负责输出高清摄像机1的当前水平角度和当前垂直角度，同时负责控制高清摄像机1的偏转。云台控制模块包括横轴舵机组件和竖轴舵机组件，所述横轴舵机组件设于支架3内，包括横轴码盘4、横轴步进电机5、横轴同步带6以及横轴同步带轮7，横轴码盘4通过连杆与横轴同步带轮7连接，所述竖轴舵机组件包括竖轴码盘8、竖轴步进电机9、竖轴同步带10以及竖轴同步带轮11，竖轴码盘8通过连杆与竖轴同步带轮11连接，竖轴码盘8设于支架3内，竖轴步进电机9、竖轴同步带10以及竖轴同步带轮11设于底座12内，高清摄像机1在横轴步进电机5和竖轴步进电机9的作用下转动，同时横轴码盘4和竖轴码盘8分别输出当前水平角度和当前垂直角度。所述数据处理中心为PC机，PC机上设有显示屏、数据处理模块和坐标解算模块。数据处理模块负责将接收到的代码程序转换成可识别的角度信息。所述坐标解算模块包括目标角度计算算法和高速运动物体折返预判算法，目标角度计算算法负责将接收到的高清摄像机1的位置信息以及目标的位置信息进行解算、对比，计算要转到的水平目标角度和垂直目标角度，高速运动物体折返预判算法负责将计算出的要转到的水平目标角度与接收到的当前水平角度进行对比，判断云台控制模块要转到的水平目标角度。所述手持GPS定位仪、摄像机GPS定位仪2和高清摄像机1通过通信模块一与数据处理中心连接，云台控制模块通过通信模块二与数据处理中心连接。所述通信模块一为4G、CDMA、WiFi中的一种或几种。所述通信模块二为通过TCP协议建立的socket通信，即PC机通过TCP协议连接云台控制模块建立socket通信，将TCP协议转化为云台控制模块可以识别的RS485串口。所述手持GPS定位仪、摄像机GPS定位仪2均包括高精度GPS板卡硬件和基于4G、CDMA、WiFi网络的cors差分厘米级定位软件。

本发明的工作过程：

工作过程中执法人员携带手持GPS定位仪亲临执法现场，手持GPS定位仪采集目标的位置信息，包括目标的高程值H₁、经度值Lng₁和维度值lat₁，摄像机GPS定位仪2采集摄像机的位置信息，包括摄像机的高程值H₂、经度值Lng₂和维度值lat₂，并通过通信模块一传输给数据处理中心。所述云台控制模块输出代表角度的代码程序，通过通信模块二传输给数据处理中心，在数据处理中心中的数据处理模块的作用下代码程序被转换成可识别的角度信息，即摄像机的当前水平角度α₀和当前垂直角度β₀。目标角度计算算法负责将接收到的高清摄像机的位置信息与目标的位置信息进行解算、对比，计算出云台控制模块要转到的水平目标角度和垂直目标角度。

云台控制模块要转到的水平目标角度α1计算方法：

1、计算出平均纬度值averlat=（lat1+lat2）/2；

2、进行判断，如果lat1=lat2，云台控制模块要转到的水平目标角度α1=90°，如果lat1≠lat2，设α=arctan（lng2-lng1）*cos（averlat* π/180°）/（lat2-lat1）*180°/π，计算出的α存在正负值，标定0°~360°均为正值。

如果lat2>lat1 ，则云台控制模块要转到的水平目标角度α1=α+180°；

如果lat2<lat1 ，判断： （1）如果计算出的α>0，则云台控制模块要转到的水平目标角度α1=α。

（2）如果计算出的α<0，则云台控制模块要转到的水平目标角度α1=α+360°。

执法人员处于移动状态，坐标解算模块中的目标角度计算算法持续计算出云台控制模块要转到的下一个水平目标角度α2。

计算出水平目标角度后，坐标解算模块中的高速运动物体折返预判算法将当前水平角度α0、云台控制模块要转到的水平目标角度α1、α2进行解算、对比，判断云台控制模块要转到的水平目标角度，具体算法为：

步骤（1）：判断，云台要转到的水平目标角度α1与当前水平角度α0做比较；

如果α1≥α0，则输出数值1；如果α1<α0，则输出数值0。

并记录当前结果（0或1）

步骤（2）：判断，云台下一个水平目标角度α2与前一个水平目标角度α1比较；

如果α2>α1，则输出数值1。如果α2<α1，则输出数值0。

并记录当前结果（0或1）

步骤（3）：判断步骤（1）与步骤（2）结果是否相同。

若相同，则数据处理模块将得出的水平目标角度值α1转换成代码程序并通过通信模块二向云台控制模块发出指令，云台控制模块旋转到水平目标角度α1；

若不同，则数据处理模块通过通信模块二向云台控制模块发出停止指令，并将得出的水平目标角度值α2转换成代码程序并通过通信模块二向云台控制模块发出指令，云台控制模块旋转到水平目标角度α2。

如此循环，将云台控制模块的当前水平角度与前一个水平目标角度进行对比，将前一个水平目标角度与下一个水平目标角度进行比较，根据两次比较结果控制云台控制模块的作动，提高了跟踪精度。

云台控制模块要转到的垂直目标角度β1计算方法：

步骤（1）：计算出高程差值H = H2 – H1；

步骤（2）：计算摄像机与目标之间的水平距离Dis，地球半径R = 6371004，

π = 3.1415926535898，

水平距离Dis = arccos(sin(90 – Lat2) * sin(90 – Lat1) * cos(Lng2 – Lng1) +cos(90 – Lat2) * cos(90 – Lat1)) * π / 180 * R

云台控制模块要转动的垂直目标角度β1 = arctan(H / Dis)。数据处理模块将得出的垂直目标角度β1转换成代码程序并通过通信模块二向云台控制模块发出指令，云台控制模块旋转到垂直目标角度β1。数据处理中心中水平目标角度和垂直目标角度同时计算，同时控制云台控制控制模块在水平方向和垂直方向作动。

综上，本发明达到预期效果。