一種人體運動跟蹤攝像裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種人體運動跟蹤攝像裝置，包括第一人體紅外感應電路、第二人體紅外感應電路、放大及差分比較電路、A/D轉換電路、舵機、舵機控制電路以及CCD攝像電路，所述第一人體紅外感應電路和第二人體紅外感應電路分別與放大及差分比較電路連接，所述放大及差分比較電路、A/D轉換電路舵機控制電路以及CCD攝像電路順序連接；所述CCD攝像電路安裝在舵機上。本實用新型由于采用了人體紅外探測電路，自動探測人體運動軌跡，通過硬件電路對探測信號進行放大與差分后，利用專用芯片生成PWM控制信號，從而控制舵機與攝像機的自動運行，能夠在無需外力介入的情況下，自動進行人體目標的跟蹤與拍攝。
【專利說明】一種人體運動跟蹤攝像裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及跟蹤攝像的研究領域，特別涉及一種人體運動跟蹤攝像裝置。
【背景技術】
[0002]在人體運動跟蹤攝像領域，目前主要存在兩種主流技術:第一、采用普通攝像機系統，利用攝像師人工操作的方式來對準人體目標的位置，根據人體的運動軌跡人為的改變攝像機的拍攝角度。日常生活中的舞臺演出、電視拍攝等情況多采用這種模式。第二、將普通攝像機與計算機系統連接，運行計算機的相關應用程序，利用計算機的軟硬件系統來控制攝像機的拍攝角度，實現人體目標的自動追蹤與拍攝。但是上述兩種方法均存在不足，對于第一種方法，該方法在整個拍攝過程都需要人力的介入，無法實現系統的自動跟蹤拍攝功能，浪費人力、財力，效率比較低下。對于第二種方法，該方法在拍攝過程必須連接外部的計算機系統，且需要運行計算機的應用程序才能實現，連接比較復雜，系統體積龐大，無法脫離軟件運行，使用不方便。也無法將該系統安裝于各種小型設備上，使用范圍受限。
實用新型內容
[0003]本實用新型的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種人體運動跟蹤攝像裝置。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0005]一種人體運動跟蹤攝像裝置，包括第一人體紅外感應電路、第二人體紅外感應電路、放大及差分比較電路、A/D轉換電路、舵機、舵機控制電路以及CCD攝像電路，所述第一人體紅外感應電路和第二人體紅外感應電路分別與放大及差分比較電路連接，所述放大及差分比較電路、A/D轉換電路舵機控制電路以及CCD攝像電路順序連接；所述CCD攝像電路安裝在舵機上。
[0006]優選的，所述第一人體紅外感應電路和第二人體紅外感應電路均采用BISS0001紅外探測電路；所述BISS0001紅外探測電路包括BISS0001芯片、熱釋電紅外傳感器PIR以及菲涅爾透鏡，所述熱釋電紅外傳感器與BISS0001芯片連接，所述菲涅爾透鏡以機械方式加載于熱釋電紅外傳感器的外側。
[0007]優選的，所述放大及差分比較電路包括2個信號放大器和一個差分放大器，其中一個信號放大器與第一人體紅外感應電路連接，另一個信號放大器與第二人體紅外感應電路連接；2個信號放大器分別與差分放大器連接。
[0008]優選的，所述差分放大器采用NE553差分放大器；2個信號放大器均采用AD824信號放大器。
[0009]優選的，所述A/D轉換器采用ADS8344芯片。
[0010]優選的，所述舵機控制電路包括KC5188芯片以及兩個PNP晶體管，兩個PNP晶體管的基極和集電極均與KC5188芯片連接，兩個PNP晶體管的發射極。
[0011 ] 優選的，所述CXD攝像電路包括電源電路、CXD圖像傳感器、CXD驅動和模數轉換電路、時序電路、控制電路和溫控電路和輸出電路；所述CCD驅動和模數轉換電路、輸出電路、控制電路分別與CCD圖像傳感器；所述CCD驅動和模數轉換電路還與時序電路連接，所述控制電路還與電源電路連接。
[0012]優選的，所述CXD攝像電路還包括與CXD圖像傳感器連接的鏡頭。
[0013]優選的，所述CXD圖像傳感器包括CXD圖像傳感器芯片與外圍電路。
[0014]優選的，所述CXD圖像傳感器芯片采用ICX673AK芯片。
[0015]本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果:
[0016]1、本實用新型由于采用了人體紅外探測電路，自動探測人體運動軌跡，通過硬件電路對探測信號進行放大與差分后，利用專用芯片生成PWM控制信號，從而控制舵機與攝像機的自動運行，能夠在無需外力介入的情況下，自動進行人體目標的跟蹤與拍攝。
[0017]2、本實用新型采用純硬件電路設計，無需軟件程序的介入，所以具備很高的系統穩定性和可靠性，有效避免了軟件鎖死及外部干擾等情況，可以在各種強干擾的工業環境中應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結構原理框圖；
[0019]圖2是本實用新型BISS0001紅外探測電路原理圖；
[0020]圖3是本實用新型信號放大及差分比較電路的原理框圖；
[0021]圖4是本實用新型A/D轉換電路的原理圖；
[0022]圖5是本實用新型舵機控制電路的原理圖；
[0023]圖6是本實用新型CXD攝像電路的原理框圖；
[0024]圖7是本實用新型CXD圖像傳感器的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0026]實施例
[0027]如圖1所示，本實施例的人體運動跟蹤攝像裝置，包括第一人體紅外感應電路、第二人體紅外感應電路、放大及差分比較電路、A/D轉換電路、舵機、舵機控制電路以及CCD攝像電路，所述第一人體紅外感應電路和第二人體紅外感應電路分別與放大及差分比較電路連接，所述放大及差分比較電路、A/D轉換電路舵機控制電路以及CCD攝像電路順序連接；所述CCD攝像電路安裝在舵機上。
[0028]本實施例中，所述第一人體紅外感應電路和第二人體紅外感應電路均采用BISS0001紅外探測電路；如圖2所示，所述BISS0001紅外探測電路包括BISS0001芯片和熱釋電紅外傳感器PIR、菲涅爾透鏡以及芯片的外圍電路。其中，菲涅爾透鏡半徑大約ICM左右，以機械方式加裝于PIR傳感器的外側。PIR傳感器負責采集人體發射的大約1um波長的紅外信號，同時菲涅爾透鏡對紅外信號進行增強與聚集，而后，PIR將紅外信號轉化為對應的電信號，經由外圍電路耦合后，信號送至BISS0001芯片的第16管腳，BISS0001芯片負責對信號進行電壓放大、去雜提純、功率放大等一系列處理后，由芯片第2管腳輸出信號，送至下一級電路處理。
[0029]BISS0001紅外探測電路的工作原理及特性如下:
[0030]在自然界，任何高于絕對溫度(-273度)時物體都將產生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關的。在被動紅外探測器中有兩個關鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PIR)，另一個是對紅外光線進行聚集和增強的菲涅爾透鏡。熱釋電紅外傳感器PIR能將波長為8-12um之間的紅外信號變化轉變為電信號，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區內，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人警戒區，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應移動物體與背景物體的溫度的差異。
[0031]人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發出特定波長10微米左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10微米左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，產生感應信號。這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10微米左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環境的干擾受到明顯的控制作用。本實施例中，采用2路紅外探測的方式即可實現對人體目標的方向性探測。
[0032]如圖3所示，所述放大及差分比較電路包括2個信號放大器和一個差分放大器，其中一個信號放大器與第一人體紅外感應電路連接，另一個信號放大器與第二人體紅外感應電路連接；2個信號放大器分別與差分放大器連接；所述差分放大器采用NE553差分放大器；2個信號放大器均米用AD824信號放大器。每一路紅外感應電路的輸出信號由AD827放大后，可以得到放大后的檢測信號；最后將兩路紅外探測放大信號輸送至由NE5532組成差分減法放大電路，對兩路放大信號進行差分放大，從而可以得到人體運動方向的判決信號。
[0033]如圖4所示，本實施例中，所述A/D轉換器采用ADS8344芯片；ADS8344芯是一個高速、低功耗、16位逐次逼近型ADC，采用2.7V至5V單電源供電，最大采樣速率為10kHzJf噪比達84dB，帶有串行接口，它包含8個單端模擬輸入通道(CH0?CH7)，也可合成為4個差分輸入。由NE553差分放大器輸出的模擬信號傳輸至ADS8344芯片，由ADS8344完成模數轉換功能。
[0034]如圖5所示，所述舵機控制電路包括KC5188芯片以及兩個PNP晶體管，兩個PNP晶體管的基極和集電極均與KC5188芯片連接，兩個PNP晶體管的發射極。KC5188與外圍PNP晶體管可組成一個直流脈寬調制電路，當控制輸入端PIN2 (IN)輸入一個周期為20ms，脈寬為1.0-2.0ms的可變脈沖時,對應的橋式PWM電路可輸出一個正向-負向可逆的驅動電壓；當輸入脈寬為1.5ms時為零點，此時橋式電路的晶體管輸出一個2.5v左右的對稱電壓，從而使負載上的平均電壓為零。當輸入脈沖寬度增大(減小)時，橋式電路的一側(或另一偵U開始導通。導通時間與輸入脈寬與零點(1.5ms)之差成正比。當脈寬為2.0ms時負載上的電壓接近為+Vcc ;而脈寬為1.0ms時，負載上電壓接近一 Vcc ;當輸入脈寬為零點值(1.5ms)時，如輸出不為零點，可調整PINll腳的電位，使其恢復零點。利用這一特性，可用橋式電路驅動一個機械位置傳感器(電位器)，形成位置閉環，從而組成一個位置控制器。
[0035]本實施例中，KC5188產生PWM脈沖控制信號，從而驅動舵機的角度轉動，電路原理圖見圖5所示(圖中英文字母“M”表示舵機)。
[0036]如圖6所示，所述CXD攝像電路包括電源電路、CXD圖像傳感器、CXD驅動和模數轉換電路、時序電路、控制電路和溫控電路和輸出電路；所述CCD驅動和模數轉換電路、輸出電路、控制電路分別與CCD圖像傳感器；所述CCD驅動和模數轉換電路還與時序電路連接，所述控制電路還與電源電路連接；所述CXD攝像電路還包括與CXD圖像傳感器連接的鏡頭。本實施例中，CCD攝像電路的設計原理主要有:CCD圖像傳感器是利用光電器件的光電轉換功能，將其感光面上的光像轉換為與光像成相應比例關系的電信號“圖像”的一種功能器件。CCD器件感應到的電荷信號，經過行驅動脈沖和列驅動脈沖將電荷輸出到前級放大器AFE，然后通過專用模數轉換電路轉換為數字信號，再以標準PAL-D格式輸出。標準的視頻信號必須用75歐姆同軸線傳輸，為了方便圖像信號在雙絞線傳輸，將標準PAL-D圖像信號送到差分放大器中，轉換為差分PAL-D信號。
[0037]CXD攝像電路的技術核心部分為CXD圖像傳感器電路，其余部分為一般的常規通用型電路。因此，下面對CXD攝像電路的核心部分:(XD圖像傳感器電路進行說明。
[0038]如圖7所示，CXD圖像傳感器主要用于收集光信號，產生和圖像相關的電信號。CXD圖像傳感器電路主要由CCD圖像傳感器芯片及外圍電路組成，其核心設計是根據機載攝像頭的性能指標要求選擇合適的CCD芯片并對其進行合理設計。
[0039]通常對CXD芯片的選型主要從像素和尺寸兩個發面來考慮。CXD的尺寸即是攝像頭靶面的大小，尺寸的大小主要決定了攝像頭的視場問題。目前所采用的CCD芯片大多為1/2.7英寸、1/2.5英寸、1/3英寸和1/1.8英寸。在對攝像角度有很嚴格要求的情況下，CCD尺寸的大小、CCD與鏡頭的配合將直接影響視場角度的大小和圖像的清晰度。因此在相同的光學鏡頭下，若成像的尺寸越大，則視場角度也越大。本系統中的機載攝像頭要求視場大于76度，因此為滿足該視場角的要求，CCD像面尺寸選為1/3型，這樣配合6毫米焦距的鏡頭使用便可滿足視場要求。另外一個判斷CCD芯片性能的指標的是像素，CCD是由面陣感光元素組成的，其中每一個元素被稱為像素，像素越多，圖像就越清晰。為了保證本實施例機載攝像頭的圖像分辨率大于500線，設計選用的CXD有效像素為976X582 ;而CXD圖像傳感器具有靈敏度高的特點，可以滿足照度要求。綜上所述，篩選出CCD芯片為Sony公司的ICX673AK芯片，它是1/3型，用于6毫米焦距PAL輸出方式的鏡頭。有效像素為976 (H) X 582 (V)，屬于 960H 系統。
[0040]本實施例的工作原理為:
[0041]該人體運動跟蹤攝像裝置采用2個人體紅外感應電路采集人體紅外輻射數據，兩個紅外感應模塊分別位于系統機械位置的左右兩側，這樣可以同時采集兩路人體紅外感應數據。當人體向左側移動時，左側的紅外感應模塊將接收到越來越強烈的紅外信號，而右側的紅外感應模塊將接收到越來越弱的紅外信號，因此，可以通過信號放大及差分比較電路判斷人體的左右側運動方向；同理，當人體沿著前后方向作遠離攝像頭的運動時，兩個紅外感應模塊的信號必將同時減弱；而當人體沿著前后方向靠近時，兩個紅外感應模塊的信號將同時增強；因此，通過比較兩路信號的強弱及趨勢變化，我們可以得到人體的準確運動軌跡。A/D轉換電路將上述電路的模擬差分比較信號轉化為數字信號，并傳輸給舵機控制電路，舵機控制電路將差分數字信號轉化成PWM脈沖控制信號，從而控制舵機的機械轉動，而CXD攝像電路裝載于舵機之上，跟隨舵機轉動，最終可以實現CXD攝像電路跟隨人體運動軌跡而轉動。
[0042]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，包括第一人體紅外感應電路、第二人體紅外感應電路、放大及差分比較電路、A/D轉換電路、舵機、舵機控制電路以及CCD攝像電路，所述第一人體紅外感應電路和第二人體紅外感應電路分別與放大及差分比較電路連接，所述放大及差分比較電路、A/D轉換電路舵機控制電路以及CCD攝像電路順序連接；所述CCD攝像電路安裝在舵機上。
2.根據權利要求1所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述第一人體紅外感應電路和第二人體紅外感應電路均采用BISS0001紅外探測電路；所述BISS0001紅外探測電路包括BISS0001芯片、熱釋電紅外傳感器PIR以及菲涅爾透鏡，所述熱釋電紅外傳感器與BISS0001芯片連接，所述菲涅爾透鏡以機械方式加載于熱釋電紅外傳感器的外側。
3.根據權利要求1所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述放大及差分比較電路包括2個信號放大器和一個差分放大器，其中一個信號放大器與第一人體紅外感應電路連接，另一個信號放大器與第二人體紅外感應電路連接；2個信號放大器分別與差分放大器連接。
4.根據權利要求3所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述差分放大器采用NE553差分放大器；2個信號放大器均米用AD824信號放大器。
5.根據權利要求1所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述A/D轉換器采用ADS8344 芯片。
6.根據權利要求1所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述舵機控制電路包括KC5188芯片以及兩個PNP晶體管，兩個PNP晶體管的基極和集電極均與KC5188芯片連接，兩個PNP晶體管的發射極。
7.根據權利要求1所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述CCD攝像電路包括電源電路、CCD圖像傳感器、CCD驅動和模數轉換電路、時序電路、控制電路和溫控電路和輸出電路；所述CCD驅動和模數轉換電路、輸出電路、控制電路分別與CCD圖像傳感器；所述CXD驅動和模數轉換電路還與時序電路連接，所述控制電路還與電源電路連接。
8.根據權利要求7所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述CXD攝像電路還包括與CXD圖像傳感器連接的鏡頭。
9.根據權利要求7所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述CXD圖像傳感器包括CCD圖像傳感器芯片與外圍電路。
10.根據權利要求9所述的人體運動跟蹤攝像裝置，其特征在于，所述CXD圖像傳感器芯片采用ICX673AK芯片。
【文檔編號】G05D3/12GK204190832SQ201420638923
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】張琴, 程駿, 柳秀山 申請人:張琴, 程駿, 柳秀山