智能化索道摄像系统的设计与实现

兰州市第一中学 甘肃 兰州 730050

1 引言

索道摄影系统是一种重要的影视特种拍摄设备，在影视拍摄、比赛直播、大型户外直播等多种场合都被广泛应用。目前，市面上多家公司和机构都提供了各种功能的索道摄影系统可供选择，但是这些专用的摄影设备往往价格昂贵，让普通摄影、摄像爱好者难以承受。因此本文设计了一款价格低廉的智能化索道摄影系统，不仅能够实现摄像平台的运动拍摄，而且还可以根据使用者的需求，编程实现多种与众不同的拍摄方式。

2 智能化索道摄影系统的总体设计

智能化索道摄影系统采用单索道方式，实现一维运动控制，影像信号通过无线传输的方式来实现。系统采用模块化设计，可分为索道系统和摄像云台两部分，这两部分互相独立，因此具有互换性和扩展性。系统可搭载专业微单、单反和轻型电影机等多种设备的轻型云台，应用范围广泛。而索道系统还可分为承载和传动系统、电源系统、控制模块、和控制软件四个部分，实现多种与众不同的操作方式。系统可以控制摄像云台自动在索道上进行长距离延时拍摄、遥控拍摄、定速运动等多种拍摄模式。系统各部分组成及相互之间关系如图1所示。以下对各模块组成和功能分别进行具体介绍和说明。

图1 智能化索道摄影系统结构图

3 智能化索道摄影系统的硬件模块

3.1 摄像云台 本系统采用的是电动云台，可实现摄像设备的平移、俯仰、横滚三种运动控制。摄影云台使用的是深圳市大疆创新科技有限公司生产的如影Ronin-S型云台。该云台可搭载多种相机、手机和微型摄影机，可搭载设备的最大宽度为205mm，最大高度为150mm，负载重量最大为3.6kg。云台与智能化索道摄影系统之间的机械安装接口是M4螺纹接口。摄像云台自带电池，无需外部供电。云台在平移、俯仰和横滚三个方向上的最大可控转速为360°/s。摄影云台支撑蓝牙4.0通讯方式，可通过手机或其他专用控制器来控制云台的运动。拍摄到的图片或者视频可以存储在摄像、摄影器材上，等拍摄完毕之后再拷贝，或者使用威固原子500SDI图像传输设备对图片和视频数据进行实时传输。

3.2 索道系统

1)承载和传动系统。承载和传动系统的功能是承载系统中的其他模块，并通过滑轮、皮带和传动机构实现运动控制。传动系统的传动方式借鉴了其他索道摄影系统的设计思路，通过齿轮和皮带实现传动。系统包括两个同步滑轮，一个带有两个传动轮的传动轴、电机传动轮和传动皮带。工作时，电机先带动电机传动轮旋转，再通过皮带带动传动轴旋转，最后通过两条皮带带动同步滑轮旋转，实现在索道上自动运动。索道采用直径为5mm的包胶钢丝，经过理论计算，完全满足安全要求。传动系统中的同步滑轮还可以替换成双槽滑轮。

2)电源系统。电源系统的作用是为系统提供稳定的电源，保证各部分电路能够正常工作。电源系统由两块6S锂电池组、电源接口和连接导线构成。电源系统的电池总容量为7000m AH，电源系统可以通过USB口充电，电源系统的输出包括24V(电机控制)和5V(嵌入式系统供电)两部分。

3)控制模块。控制模块就好像是整个系统的大脑，负责管理和控制整个系统的运转[1]。控制模块的外壳采用铝镁合金材料，这样设计能够减轻系统的总重量。控制模块采用模块化设计，电机输出端机械接口为D型带螺纹孔输出轴，这样整个控制模块既可以用于本系统，还可以用于其他手动控制轨道，这样增加了整个系统的适用性和互换性。控制模块内部包括四个小部分：驱动模块、嵌入式系统模块、液晶显示模块和遥控模块。

驱动模块的功能是为传动系统提供动力，由直流无刷电机和电机驱动器构成。嵌入式系统模块发送控制信号给驱动模块来控制系统的运动，从而实现不同的运动模式，同时还具有控制模式选择和参数设定的功能。显示模块的功能是显示当前系统的运行状态和控制模式，使用者还可以通过触摸屏进行控制模式选择和参数设置。遥控模块的作用是通过遥控的方式来控制系统运行。

4 智能化索道摄影系统的软件模块

智能化索道摄影系统的软件模块的功能为系统状态控制和运行参数显示。软件采用C语言编写，调用了多个STM32库函数和开发板例程中的函数来实现电机控制、液晶屏显示、模式选择和参数设定等功能。

智能化索道摄影系统总共有三种工作模式：遥控拍摄模式、定速运动模式和延时拍摄模式。遥控拍摄模式是利用遥控器来控制系统运行状态的模式，在这种模式下，控制模块通过一个继电器将系统控制权交给遥控器，控制模块不参与任何控制。定速运动模式和延时拍摄模式都是由控制模块实现电机控制，这时遥控器将不再起作用。定速运动模式是在使用者设定好的运行速度下进行运动，这时需要输入的参数包括运动方向、运动速度、运行时间等参数。延时拍摄模式在使用者设定好的运行参数下运动，可实现系统“停——走——停——走”的运行状态，这种模式也是本系统区别于其他索道摄影系统的关键点。

5 总结

采用STM32微处理器为核心的智能化索道摄影系统，可以较好的实现索道摄影系统的运动控制，可根据使用者的需求任意改变控制模式和控制方式。系统经过多次实验和测试，证明了该设计和控制方法的可行性。本系统具有操作简单，扩展性和互换性好，使用方便，智能化和价格低廉等优点，非常适合摄影、摄像爱好者使用。