基于移动机器人技术的摄像机轨道系统设计(3)

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摄像机跟踪技术，摄像机的锁定，变焦、聚焦与景深、色键与蓝箱是虚拟演播室技术的四大关键技术[5]。本文要完成的就是支撑摄像机的移动平台的设计。

虚拟演播室

图 1 虚拟演播室

1．2 背景与研究意义

本课题来源于企事业单位的委托，是一个实际的工程项目，课题要求设计一套基于机器人技术的轨道摄像系统，用于虚拟演播室的使用。

在虚拟演播室中，摄影轨道车是必不可少并且经常用到的设备。虚拟演播技术的核心在于使实际画面与虚拟画面拟合，关键技术是摄像机的跟踪与定位，这些信息需要支持摄像机的轨道系统来采集和传输。其原理是将传感器检测到的摄像机的推、拉、摇、移、聚焦、变焦乃至升降、俯仰等运动数据，传输到校准器，从而实现摄像机的精准定位[5]。该系统包括六个自由度以及机械、传感器、信号采集等多个分系统模块。整个系统组装成一个完整的移动机器人平台。六自由度平台的设计过程非常复杂，要确定最终的设计方案，预先的分析和研究必不可少。平台结构参数的设计非常重要，其设置的是否合适，直接影响着平台的精度，最终影响着小车是否能达到使用要求。装配参数的搭配具有很多种，这就需要通过对比和仿真来确定最终的参数。本课题重点就是通过对摄像机轨道系统的理论分

析，确定合适的平台结构参数，以及各个零件的型号，继而完成整个平台结构的设计。

目前该影视设备大多来自进口，价格昂贵且技术垄断，该技术的研究成功有助于打破国外的垄断，促进国内影视产业的发展。本课题就是要完成该平台的设计，在实际运用中达到锻炼能力和应用机电专业知识的能力。

1．3 国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容

本文根据项目要求，需要设计一个移动机器人平台。其中机械系统与控制系统是主要的研究对象，由于时间有限，本文主要研究机械系统的设计。完成该机械系统设计需要完成以下工作：

⑴总体设计通过收集资料，对厂家需求的分析后，再结合国内外同类产品的比较，最终

将摄影轨道小车整体系统分为移动模块、升降模块、旋转模块和俯仰模块四个分模块分别独立设计，然后完成各个分模块的组装。

⑵结构设计从整体参数、稳定性和灵活性等几个方面展开。其中，在对移动车的设计过

程中，参考了目前市场上标准轨道的尺寸参数，确定了小车的车轮之间的距离以及类型，并对其进行了稳定性分析，验证小车是否能够达到稳定性的要求；升降机构的设计中则采用了滚珠丝杠完成升降动作。

⑶仿真分析

设计中利用 proe 软件对各个机构的零件惊醒建模，然后将各零件进行装配，最后添加必要的约束给出电机转速，完成仿真分析，可以从仿真结果中得出各个

机构在运动过程中的位移、速度、加速度等变化曲线，验证该机构是否达到要求。

2 摄像机轨道系统总体结构设计

本章从摄影轨道系统的功能分析开始，逐步分析了摄像机轨道系统的构成，各组成模块的功能，以及摄像机轨道系统的主要性能指标。

2．1 摄像机轨道系统功能概述文献综述

在虚拟演播的技术中，摄像机跟踪技术是一项关键技术。它可得到摄像机在演播室的动作参数和位置信息，从而判断主持人、演员、摄像机和虚拟场景之间的位置关系，协助系统锁定真实摄像机和虚拟摄像机的位置。一个虚拟演播室通常配备两到三台到三台摄像机，每台摄像机均配备有运动检测和识别系统。其原理是首先检测到摄像机的平移、升降、旋转、摇摆等运动数据，然后将这些运动数据传输至“校准器”，这样便实现了现场摄像机和虚拟“摄像机”的相对位置锁定。当真实摄像机移动时，虚拟“摄像机”受跟踪器的作用相应的与现场摄像机保持同步，这样便实现了人与背景的完美融合。