淺談一種基于物聯(lián)網(wǎng)的攝像云臺

摘 要：出來旅游，一家人或者朋友幾個一起合張影，有時卻很奢侈，應(yīng)為總要一個人出來端著相機。或者關(guān)鍵的時候手機沒電了？懸崖峭壁，山澗瀑布，想拍下最美的一面？本設(shè)計就為解決這些不理想的事，利用物聯(lián)網(wǎng)，景區(qū)游客分時登陸通過無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)整高清云臺相機拍照，并將滿意的照片從云端傳輸至手機，成本低且方便快捷。此外人臉追蹤功能，可以在過山車，激流勇進(jìn)等游客不方便操作情況下，實現(xiàn)捕捉，拍下平時難得一見的表情。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；計算機控制；人臉識別

主要內(nèi)容：

1 安卓客戶端：用戶終端

采用當(dāng)下最普遍的安卓系統(tǒng)手機，比較普遍，接入成本低。同時由于安卓的開源性，方便進(jìn)行程序設(shè)計。

手機端的主要功能：

1）利用虛擬按鍵模擬上下左右，實現(xiàn)對云臺舵機的控制，方便用戶微調(diào)相機角度，拍出最滿意的圖片。

2）接收從攝像云臺回傳的視屏，可讓用戶預(yù)覽拍照效果，由于攝像云臺拍攝的是高清圖，為保證預(yù)覽的流暢性，采用視屏壓縮算法，可以將數(shù)據(jù)量壓縮到1/5之內(nèi)，壓縮后的視屏雖然清晰度降低，但仍然滿足用戶預(yù)覽的要求。

3）利用重力感應(yīng)，搖一搖手機后，在手機端程序中捕捉這個動作，并控制云臺相機拍照，省去鍵盤操作，保證拍照時姿勢的自然。

4）IP用戶沖突檢測與避免，程序中將IP與用戶手機綁定，并實現(xiàn)IP的動態(tài)分配，這樣既保證了用戶與相片一一對應(yīng)，同時也可以節(jié)省IP地址。

2 PC端：中轉(zhuǎn)手機與攝像云臺的通信數(shù)據(jù)

PC端生成存儲用戶名及密碼，支持多用戶，用戶通過手機登錄。

程序可以支持多用戶登錄，可以滿足用戶量。

PC端通過WiFi SOCKET通模型連接手機，這種通信模型目前最成熟，具有信號覆蓋范圍廣，通信速度快，通信穩(wěn)定且對硬件設(shè)備要求低。

PC接收手機端發(fā)出的如微調(diào)攝像云臺相機角度，拍照，視頻預(yù)覽，圖片回傳指令，進(jìn)行指令差錯校驗后，利用IIC通信向單片機模塊發(fā)出對應(yīng)編碼指令。

3 終端設(shè)備：相機，單片機和多自由度云臺

單片機模塊通過串口通信接收從PC端發(fā)出的控制指令，通過與自身存儲的編碼表比較，執(zhí)行對應(yīng)功能如控制相機角度，開啟人臉追蹤。為保證轉(zhuǎn)動的平滑與穩(wěn)定，本設(shè)計采用增量式PID算法。

相機搭載在如下圖3位置，舵機共有兩個，旋轉(zhuǎn)舵機實現(xiàn)繞z軸的150度旋轉(zhuǎn)，水平舵機實現(xiàn)X0Y平面內(nèi)的150度轉(zhuǎn)動。

4 人臉識別功能的原理與實現(xiàn)

本設(shè)計采用了人臉識別算法，通過攝像頭采集實時圖像，將圖形送入PC中進(jìn)行人臉識別與檢測。當(dāng)手機端開啟人臉識別后，檢測到人臉后可以算出人臉在圖像中的相對坐標(biāo)（由于圖像為一1024*680矩陣），當(dāng)人臉位置移動量超過預(yù)設(shè)的晃動閾值后，將坐標(biāo)送入單片機模塊，通過單片機中PID算法控制舵機移動，實現(xiàn)穩(wěn)定平滑的快速跟蹤。

本設(shè)計中識別算法基于opencv開源圖像處理與識別庫，這種算法準(zhǔn)確率在在90%以上，延遲在300ms左右，坐標(biāo)偏差正負(fù)5，滿足本設(shè)計的要求。

意義：我國各大景區(qū)的旅客量逐年增長，拍照紀(jì)念也成為常態(tài)，自帶設(shè)備成本較高且攜帶不方便或受電量的制約，通過景區(qū)的專業(yè)攝像人員成本高。在過山車，激流勇進(jìn)等驚險刺激的快速運動中，游客必會做出興奮，驚訝，恐懼等平時難得一見的表情，而現(xiàn)有的相機無法準(zhǔn)確抓拍這些表情。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益成熟，安卓手機的日益普及，這種快捷低成本自助式攝像技術(shù)必有廣闊的應(yīng)用前景。同時，在查閱專利和進(jìn)行市場調(diào)查后，我發(fā)現(xiàn)這也將是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)首次用于景點拍照。

作者簡介

彭志茂，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)。