悬索牵引摄影摄像机机位的控制方法

摘要

本发明涉及一种摄影摄像机机位控制技术，特别是悬索牵引摄影摄像机机位的控制方法，其特征是：包括支撑塔和牵引索构成的悬索架，牵引索一端与摄影摄像云台连接，另一端经过支撑塔分别连接传动单元，传动单元再与计算机控制单元电连接，计算机控制单元与模拟摄影摄像机构电连接，计算机控制单元通过检测模拟摄影摄像机构的状态传感检测单元获取模拟摄影摄像机构的摄像师控制手柄的空间运动参数，然后控制传动单元使摄影摄像云台上固定的摄影摄像机在空间支撑塔构成的悬索架空间内三维移动，使摄影摄像机与摄像师控制手柄运行同步。它既可进行固定机位拍摄，也可动态拍摄和跟踪式拍摄。

主权项

悬索牵引摄影摄像机机位的控制方法，其特征是：包括支撑塔（1）和牵引索（2）构成的悬索架，牵引索（2）一端与摄影摄像云台（3）连接，另一端经过支撑塔（1）分别连接传动单元（5），传动单元（5）再与计算机控制单元（8）电连接，计算机控制单元（8）与模拟摄影摄像机构（4）电连接，计算机控制单元（8）通过检测模拟摄影摄像机构（4）的状态传感检测单元（7）获取模拟摄影摄像机构（4）的摄像师控制手柄（19）的空间运动参数，然后控制传动单元（5）使摄影摄像云台（3）上固定的摄影摄像机在空间支撑塔（1）构成的悬索架空间内三维移动，使摄影摄像机（12）与摄像师控制手柄（19）运行同步；所述构成的悬索架的支撑塔（1）由三个构成时，每个支撑塔上有一个滑轮组件（9），三根牵引索（2）一端通过滑轮组件（9）与摄影摄像云台（3）连接，另一端与缠绕机构（10）连接，缠绕机构（10）由电机（11）驱动，电机（11）依据计算机控制单元（8）给出参数进行转动，控制摄影摄像云台的空间位置；所述的控制摄影摄像云台（3）的空间位置将依据下面算法进行：在悬索架空间建立空间直角坐标系O‑XYZ，在这个坐标系中，各牵引索（2）在支撑塔（1）顶的滑轮组件的出索点的空间坐标为Bi(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,3；牵引索（2）连接的摄影摄像云台（3）的空间坐标为P(x,y,z)；P(x,y,z)与Bi(xi,yi,zi)点之间的距离为li，i＝1,2,3；则： l 1 = ( x - x 1 ) 2 + ( y - y 1 ) 2 + ( z - z 1 ) 2 l 2 = ( x - x 2 ) 2 + ( y - y 2 ) 2 + ( z - z 2 ) 2 l 3 = ( x - x 3 ) 2 + ( y - y 3 ) 2 + ( z - z 3 ) 2 或 l i = ( x - x i ) 2 + ( y - y i ) 2 + ( z - z i ) 2 , i = 1,2,3 ; 按照期望的摄影摄像云台（3）位置P(x,y,z)，由上式解算出牵引索（2）的长度li，将此长度作为电机转动执行量，最终成为摄影摄像云台（3）的轨迹；所述构成的悬索架的支撑塔（1）由四个构成时，每个支撑塔上有一个滑轮组件（9），四根牵引索（2）一端通过滑轮组件（9）与摄影摄像云台（3）连接，另一端与缠绕机构（10）连接，缠绕机构（10）由电机（11）驱动，电机（11）依据计算机控制单元（8）给出参数进行转动，控制摄影摄像云台（3）的空间位置；所述的悬索架由四个支撑塔构成时，控制摄影摄像云台的空间位置将依据下面算法进行：在悬索架空间建立空间直角坐标系O‑XYZ，在这个坐标系中，设各牵引索在支撑塔（1）顶的滑轮组件的出索点的空间坐标为Bi(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,3,4；牵引索（2）连接的摄影摄像云台（3）的空间坐标为P(x,y,z)；P(x,y,z)与Bi(xi,yi,zi)点之间的距离为li，i＝1,2,3,4；则五点之间的几何关系： l 1 = ( x - x 1 ) 2 + ( y - y 1 ) 2 + ( z - z 1 ) 2 l 2 = ( x - x 2 ) 2 + ( y - y 2 ) 2 + ( z - z 2 ) 2 l 3 = ( x - x 3 ) 2 + ( y - y 3 ) 2 + ( z - z 3 ) 2 l 4 = ( x - x 4 ) 2 + ( y - y 4 ) 2 + ( z - z 4 ) 2 或 l i = ( x - x i ) 2 + ( y - y i ) 2 + ( z - z i ) 2 , i = 1,2,3 , 4 ; 输入给出摄影摄像云台的空间位置P(x,y,z)，由上式解算出四根 牵引索的长度li，通过控制在四个支撑塔上固定的四台电机转动方向和转动量，使四根牵引索达到上述算法解出的长度，摄影摄像云台按照计算机控制的轨迹、速度以及加速度，由牵引索的长度变化最终形成摄像云台要求速度下的轨迹；所述的摄影摄像云台（3）至少包括：摄影摄像机（12）、俯仰旋转关节（13）、水平旋转关节（14）、AB轴机构（15）、铅垂主轴（16）、垂直稳定陀螺（18）；摄影摄像机（12）通过俯仰旋转关节（13）和水平旋转关节（14）与铅垂主轴（16）连接，AB轴机构（15）在与铅垂主轴（16）连接，铅垂主轴（16）上有垂直稳定陀螺（18），牵引索（2）与AB轴机构（15）连接，牵引索（2）在对AB轴机构（15）作用使其在三维移动时，垂直稳定陀螺（18）使铅垂主轴（16）保持垂直状态，同时铅垂主轴（16）通过俯仰旋转关节（13）和水平旋转关节（14）使摄影摄像机（12）保持稳定；所述的模拟摄影摄像机构(4)包括：安装于机架(17)上的摄像师控制手柄(19)、X方向的移动导轨(20)、Y方向的移动导轨(21)、Z方向的移动导轨(22)、状态传感检测单元(7)、X方向上的阻尼器(29)、Y方向上的阻尼器（30）、Z方向上的阻尼器（31），摄像师控制手柄（19）在X方向的移动导轨（20）、Y方向的移动导轨（21）、Z方向的移动导轨（22）所形成的空间内移动，摄像师控制手柄（19）移动时受到X方向上的阻尼器（29）、Y方向上的阻尼器（30）、Z方向上的阻尼器（31）的阻尼作用，摄像师控制手柄（19）由摄像师操控；所述的状态传感检测单元（7）包括：X方向的光栅尺（23）、Y方向的光栅尺（24）、Z方向的光栅尺（25）、X方向上的限位开关组（26）、 Y方向上的限位开关组（27）、Z方向上的限位开关组（28），通过X方向的光栅尺（23）、Y方向的光栅尺（24）、Z方向的光栅尺（25）分别反映出摄像师控制手柄（19）在缩比的三维空间的位置、速度、加速度信息；所述的X方向上的限位开关组（26）、Y方向上的限位开关组（27）、Z方向上的限位开关组（28）限定了摄像师控制手柄（19）的运动范围；所述的通过X方向的光栅尺（23）、Y方向的光栅尺（24）、Z方向的光栅尺（25）分别反映的摄像师控制手柄（19）在缩比的三维空间的位置、速度、加速度信息是送到计算机控制单元（8），由计算机控制单元（8）发送到控制传动单元（5），再由控制传动单元（5）控制摄影摄像云台（3）的运动；所述的摄像师控制手柄（19）由摄像师操作，摄影摄像云台（3）内安装水平旋转与俯仰旋转传感器，水平旋转与俯仰旋转传感器经处理电路信号处理，将水平旋转与俯仰旋转的参数信息无线发送给摄影摄像云台（3），由摄影摄像云台（3）完成与模拟摄影摄像机构（4）相同的水平旋转与俯仰旋转，将小范围三维运动的信息数字化，使摄像机的画面达到遥控操作；摄像师的操作通过这个机构变换为摄影摄像云台在悬索架空间的三维按比例运动；在X方向的移动导轨、Y方向的移动导轨、Z方向的移动导轨上分别有X方向的光栅尺、Y方向的光栅尺、Z方向的光栅尺和X方向上的限位开关组、Y方向上的限位开关组、Z方向上的限位开关组，通过X方向的光栅尺、Y方向的光栅尺、Z方向的光栅尺分别反映出摄像师控制手柄在缩比的三维空间的运动位置、运动 速度和加速度信息；X方向上的限位开关组、Y方向上的限位开关组、Z方向上的限位开关组则使摄像师控制手柄的运动范围限定于安全可控的范围内，通过X方向的光栅尺、Y方向的光栅尺、Z方向的光栅尺分别反映的摄像师控制手柄在缩比的三维空间的运动，摄像师控制手柄的位置、运动速度和加速度信息通过状态传感检测单元检测，由计算机控制单元采集，由计算机控制单元发送到控制单元，控制单元控制电机运动，进而使牵引索长度变化，达到使摄影摄像云台位置变化的目的。