基于遥控模块的户外景观摄像系统

基于遥控模块的户外景观摄像系统

上海的北京东路海滩景观图像已被用作日常广播和电视图像。该信号被用作综合新闻发布平台，如新闻综合频率、综合时间同步和东方视角，并被用作重要的东方艺术节目。然而，使用的摄像头已经使用了10年，设备老化了，出现了多次故障，这对节目的正常传播产生了一定的影响。同时，为了全面报道世界博览会的繁荣，从每个角度拍摄世界博览会的景观。因此，需要从两个方面改造smg户外景观摄像机系统，以满足节目制作和安全传播的要求。一景观摄像机监控系统传统的摄像机和云台控制都是通过摄像机厂商和云台厂商的硬件面板方式来实现,存在着下列的问题:可移植性差,如果多个演播室需要使用就需要人工移动面板并重新进行物理链路的连接,由于户外的景观摄像机基本上都是用于新闻等重要节目的播出,如此繁琐复杂的操作不利于安全播出;缺少人性化操作,云台的控制面板在记录场景时,只能手动地添加文字描述,不能记录图像,不能给用户以直观的显示。通过软件方式遥控摄像机和云台,就可以克服上述的缺点,做到图文并茂并能有效地降低成本。该广播级户外景观摄像机系统由三套云顿(VINTEN)自动化遥控摄像机承托系统、三套Sony14bit高清摄像机系统、演播室控制客户端,高清采集服务器等组成。采用摄像机在户外前端,摄像机控制单元在总控的构架。系统控制拓扑如图1。在该系统中,所有工作站和服务器通过千兆交换机相连接。云台、摄像机的控制由多串口服务器通过RS422实现。1.i接口高清信号采集服务器利用HDSDI接口输入摄像机信号,可以接受各演播室控制客户端软件的控制,采集视频信号存为图片。该系统主要作用:(1)采集视频时动态清除图像用户在设定摄像机的某一机位后,需要将其信息保存下来以便日后的快速调用,通过采集模块可以将该设置当前的信号存为图片,由镜头管理模块导入后作为调用的效果预览。(2)高清视频信号显示模块在不同的时间段和气候条件下,录制各摄像机所在位置的高清信号,在摄像机出现故障或天气条件不理想,且暂时没有可替代备件的情况下,使用该模块的垫片播放功能。2.控制模块遥控模块是整个户外景观摄像机系统的核心,该模块主要作用:(1)通过手动控制手柄或触摸控制云和摄像头完成各种常规操作控制云台水平、垂直运动,镜头推拉、聚焦,雨刮,电加热等功能。控制摄像机光圈、增益、灰片、快门、黑平衡、白平衡、黑电平等功能。(2)拍摄应用的采集模块设计当云台转动到某个位置,此时记录下各镜头创建者和当前的云台和机位信息,并通知采集模块采集当前摄像机所对应的场景。在镜头管理中的镜头图片中加入数据信息,以备日常调用使用。当用户选择某一镜头后,通过调用恢复功能,控制云台和摄像机运动到记录的机位。3.轨迹存储能记录b点和d点的运动参数本模块实现云台运动轨迹的存储,举例如下:云台运动需要经过ABCD4个点,从A点到B点要求云台20秒转完,从B点到C点要求云台80秒转完,从C点到D点要求云台30秒转完,轨迹存储能记录以上运动参数,以后每次拍摄的时候都能进行相同的操作。如图2所示。这时可以创建A、B、C、D四个镜位,对每个镜位的运动速度和推拉参数进行存储,编辑为一个轨迹,这样可以完成上述功能。4.管理系统模块系统管理模块主要完成摄像机云台配置管理,用户权限配置、摄像机使用编排等功能。(1)心控制了摄像机和摄像机摄像机、云台配置管理主要负责对摄像机控制、云台控制及其他控制通讯参数的配置管理。户外景观摄像机系统核心就是控制云台和摄像机完成各种操作,对于摄像机和云台的控制都是通过串口实现,而串口的控制具有独一性、排他性。所以对串口的配置尤为重要,如果将所有的配置放在本地,各为其主那么很有可能造成串口连接时的冲突。现在将整个配置独立成模块,用户通过浏览器统一配置,并在后台采用校验机制,保证配置的准确性。(2)摄像机、山天台控制用户权限设为五个分类:操作员,编排员,管理员,领导和超级用户。操作员可以登录遥控软件进行摄像机、云台的控制;编排员负责对摄像机的使用做出计划;管理员则在特殊情况下可使用操作和编排的权限;领导的权限待定;超级管理员负责维护所有的系统及人员配置。(3)编排、存储和第三人自主编排流程分为三种情况:常规流程、临时流程和紧急流程。常规流程:编排员通过浏览器登录服务器,输入用户名和密码后,获得编排权限,如图3。临时流程:编排人员通过查询某一时间段内的摄像机使用情况,如果该时段空闲可以直接排单,否则需要与原编单用户进行协调,由原编单用户修改使用时段,保证摄像机使用不存在冲突,如图4。紧急流程:由上级领导要求,采用编排员或者超级用户权限登录编排系统,对存在冲突的编排单进行直接修改,如图5。二系统创新点1.技术方面的难点原先对摄像机和云台的控制,都是采用原厂提供的遥控面板来实现控制,用户需要操作两个面板来实现对摄像机和云台的控制,操作比较繁琐,且容易出错。在本系统中,使用控制手柄和触摸屏的方式,在同一界面实现对摄像机和云台的操作。如果要增加演播室控制点,以传统的面板方式控制,需要投入硬件遥控面板并跳线控制,不仅经济上需要增加投入,且会对安全播出造成一定影响。该系统的上线使用,将大大节约成本投入,系统需要升级扩展时,在系统布控方面也可轻而易举。2.用户自动控制功能在终端通过即插即用的手柄遥控户外景观摄像机系统,实现对摄像机、镜头和云台的控制,包括常规操作(推拉摇移等)和设置(黑白平衡、电子快门、云台位置存储等)功能,并可由用户自定义按键来对应功能键,具体示意如图6。使用手柄进行远程控制操作,除了实现传统硬件控制面板能实现的功能外,还有很多扩展功能应用。通过定义不同组合键,可以轻松实现云台在移动的过程中,同时进行推拉和聚焦,甚至同时进行摄像机参数的调节。而此操作,在硬件面板上需要多个按键同时操控,对操作要求相当高。如果要同时对摄像机参数进行调节,那更非一个人能实现的操作。使用手柄进行控制,此类操作十分容易。3.控制台、摄像机本系统中,所有客户端需要对云台、摄像机进行控制操作,设计采用网络化多串口服务器控制方式。系统中,摄像机和云台连接到多串口服务器上。工作站要控制云台和摄像机,只需要接入网络,通过交换机和多串口服务器进行通讯,多串口服务器自动将网络TCP/IP网络包转化成RS422串口信号,进而控制云台和摄像机。对于该系统,需要有多个客户端,分布不同的演播室对摄像机和云台进行控制操作,采用串口服务器方式,不但可以提升系统性能,还易于维护和升级。4.轨迹录像及控制原有轨迹操作只能设置两个场景镜头之间的运动,该系统设计了轨迹录制功能。用户可以手工控制,由程序以XML文件记录用户对云台的所有操作。再次调用该轨迹时,程序将完全重现用户原先的所有操作。5.转动速度的控制云台在轨迹操作开始和结束时,会由于转动速度突然变化而使摄像机镜头发生抖动。为保证云台转动过程中摄像机镜头不发生抖动必须对云台指令发送的间隔和云台开始转动、停止转动时的速度进行控制。我们设计采用等差数列算法,即将转动的位置分