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基于MEMS陀螺仪的实时电子稳像技术

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Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｒ ｅ ａ ｌ ・ － ｔ ｉ ｍｅ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｌｓ ｃ ｏ ｐ ｅ（ ＭＰ Ｕ・ ・ ６ ０ ５ ０ ） ａ ｎ ｄ
４ － ２ ４ ０ ｐ ｉ ｘ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ －４ ４ ５ 。ｉ ｎ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｐ ＡＬ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ． Ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ
Ｒｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ Ｖｉ ｄｅ ｏ Ｓ ｔ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ ＥＭ Ｓ Ｇｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐｅ
Ｆ ＡＮＹ ｏ ｎ ｇ － ｊ ｉ ｅ ，Ｃ Ｈ Ｅ ＮＨｕ ａ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｋ ｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｋｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ ６ ５ ０ ５ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
机 运 动 ，从而 影 响观 察效 果 。稳 像技 术则 要 克服 以上 的不利 因素 ， 消除视 频 的抖 动 ， 提 高视 频 的观 察效 果 。 稳 像 技术 经历 了由机械 稳像 到 光学稳 像 ，再 到 电
小 型设 备 【 ｌ Ｊ 。
的工作 平 台通 常都 是处 于不 稳定 的状 态 ，诸如 手持 设
备 、车载 设备 、机 载设 备 ，甚 至 一些 我们 认 为稳定 的 平 台也 会 由于 一些 外 因引起 不稳 定 ，例 如 处于 高杆 上 的监控 摄像 头 ，有可 能 因为强 风而 产 生晃 动 。工作 平 台的 不稳 定 ，使 得摄 像 设备输 出的视 频可 能会 产 生 随
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ２ ０ ｍｓ ． Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ
摘要 ： 采用 ＭＰ Ｕ 一 ６ ０ ５ ０ ＭＥ ＭＳ陀螺仪和 Ｘ ｉ ｌ ｉ ｎ ｘ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ实现 了一套实时电子稳像系统。 该系统可对视频 序列中的横 向、纵向以及旋转方 向的非意向运动 （ 抖动 ）进行有效补偿 ，并保 留操作者的意向运动。 针对 Ｐ Ａ Ｌ视频时，补偿范围为横 向±２ ４ ０ 像素，纵 向±２ ４ ０ 像素，旋转±４ ５ 。 ，系统延时小于 ２ ０ ｍｓ 。 给出了实现过程 、硬件使用情况以及实验效果 。 关键词：电子稳像 ；陀螺仪；ＭＥ ＭＳ ；Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 中图分 类号 ：Ｔ Ｐ ７ ５ １ 文 献标 识码 ：Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ １ ． ８ ８ ９ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ９ ． ０ ７ ２ ４ ． ０ ４
ａ ｒ ｅ ｇｉ ｖ ｅ ｎ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｖ ｉ ｄｅ ｏ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｇ ｙ ｒ ｏｓ ｃ ｏ ｐｅ， Ｍ ＥＭ Ｓ， Ｆ ＰＧＡ
０ 引 言
各 种摄 像 设备 （ 如 可见 光摄 像机 、红外 热像 仪 ）
耗 相 对 小 等优 点 。 电子稳 像 则 常用 于精 度 要 求 相 对 较 低 ，但 对 成本 比较 敏感 的手 持 设备 以及 其 他 一 些
ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｗａ ｎｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ
Ｘｉ ｌ ｉ ｎ ｘ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ． Ｕｎ ｗａ ｎ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ（ ｊ ｉ ｔ ｔ ｅ ｒ ）ｉ ｎ ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ，ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ， ｎｄ ａ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ
目前 广 泛 研 究 的 电子 稳 像 技 术 主 要 是 通 过 对 相 邻帧 图像 的特 征进 行 匹配 ，再计 算 出相邻 帧 的相 对位
移 ，继 而进 行运 动补 偿 【 ３ 】 。这 种 方式 虽然 排 除 了传统 陀 螺仪 的使 用 ，但 匹配 算法通 常 较 为复杂 ，难 以在 实 时 系统 中实 现 。另外 ，当遇 到天 空 、海 洋一 类 比较 纯 净 的 场 景 时 ，图 像 中很难 找 到 可 以用 于 匹配 的特 征 时 ，这 一类 算法 就有 匹配 误差 加大 的风 险 。
第３ ７ 卷 第９ 期 ２ ０ １ ５年 ９月
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ｂ ｌ － ３ ７ ＮＯ ． ９ Ｓ ｅ ｐ． ２ ０１ ５
基 于 ＭＥ ＭＳ陀螺 仪 的实 时 电子稳像技术
范永杰 ，陈 华
（ 昆明理工大学理学院 ，昆明 ６ ５ ０ ５ ０ ０ ）

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基于DSP和陀螺仪的智能自稳定摄像系统

基于DSP和陀螺仪的智能自稳定摄像系统


度， 例如重力加速度 ， 使得器件可作为倾斜传感器使用。其高分辨率 ｆ９ ｇ Ｓ ） ３ ｍ ／ Ｂ， ． Ｌ 能够测量不 到 １ 的倾斜角 度变化 。 ３． ． １ ２主控板 。主控板采用 Ｓ Ｍ ２ ０Ｆ ８ ６ Ｔ ３ １３ Ｃ Ｔ 增强型 Ａ Ｍ处 理器 ， Ｒ 大大提 高运算处理 能力 ，通过 Ｕ Ｂ 直接与电脑连接 便实现 了供电与 Ｓ线 通讯 ，Ｓ Ｕ Ｂ通讯部分 采用 的是 Ｃ ３ １ Ｈ ４ 系列芯 片 ， 并留有 ２ Ｐ 准 Ｊ Ｔ ０标 ＡＧ 接 口方便编程 。 ３ ． ２电机控制单元 ３． ．１电机 的选择 。 稳定 云台面对着 电动机的选择 ， 目 为止 国 ２ 自 而 前 内外 绝大部 分的云 台均采用 直流力矩 电机直 接驱动负 载的方式 ，这种 控 制方法反 应速度 快 ， 但是也 有诸多缺 点 ， 电机 速度控制 和 角度控 比如 制无 法实现高 精度而 且为 了稳定 ， 增加码盘 等装 置， 必须 这样 既加大 了 成本又造成了复杂的系统结构。我们选择了步进 电机驱动来代替直流 力矩 电机直接 驱动负载 的方式 。在非超载 的情 况下步进 电机的转速 、 转 角只取决于脉 冲信 号的频率 和脉 冲数 ， 不受 负载变化 的影响 ， 且步进 并 电机只有周 期性 的误差而无 累积误 差 ，所 以其 在速度位 置等控 制领域 简单 而可靠 。我们 选用 的是步 距角为 １ ． 的通混 合式相步进 电机 ５ ８度 ７ 作 为执行元件 。
科 技 创 新
２２ 月上 科技创新与应用 ０ 年９ （）ｌ ｌ
基于 ＤＳ Ｐ和陀螺仪 的智能 自Байду номын сангаас定摄像系统
杨 欢
（ 华北电力大学， 北京 １２ ０ ） ０ ２ ６
摘 要 ： 文研 究 了在 摄像 机 栽体 震 动 的情 况 下 ， 自动 稳 定 的摄 像 机 拍摄 系统 。这 是 一 种基 于 Ｄ Ｐ和 陀 螺仪 的 智 能 自稳 定摄 本 能 Ｓ 像 系统 ， 该摄像 系统可以获得摄像 头在惯性坐标 系下的姿 态角度 ， 通过 实时补偿 实现摄像头姿态的 自稳定。系统具有小型化 、 智 能化 的特 点 ， 可广 泛应 用 ５ ４￣ ｇ系统 、 视 制作 等 多方 面 ， 免 因振 动产 生 的 图像模 糊 等 问题 ， －ｚ 影 避 实现 图像 的 清晰 录制 。 关 键词 ： 像 自稳 定 ； Ｓ ； 摄 Ｄ Ｐ 陀螺 仪 图像
基于DSP的MEMS陀螺仪信号处理平台的设计

基于DSP的MEMS陀螺仪信号处理平台的设计

基于DSP的MEMS陀螺仪信号处理平台的设计
刘桂林;张志文
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(32)9
【摘要】针对现在MEMS陀螺仪的精度还不高的状况,为了降低陀螺仪信号的噪声,改善其非线性性能,提高陀螺仪信号的精度,提出基于TI公司的数字信号处理器TMS320VC33的MEMS陀螺信号实时采集与处理系统,对MEMS陀螺信号进行降噪、非线性补偿处理;并在DSP多任务机制下实现数据采集、处理、传输的并行化,该信号处理平台信号处理时间短,实时性高,可以满足MEMS陀螺仪的使用要求,算法简单有效,可以显著降低MEMS陀螺信号的噪声,在实际应用中具有一定的参考意义.
【总页数】3页(P127-129)
【作者】刘桂林;张志文
【作者单位】西安工业大学,电子信息工程学院,陕西,西安,710032;西安工业大学,电子信息工程学院,陕西,西安,710032
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.72
【相关文献】
1.一种基于DSP和FPGA的实时信号处理平台设计 [J], 梁之勇;竺红伟
2.一种基于DSP+FPGA架构的InSAR实时信号处理平台设计 [J], 王光;索志勇
3.基于RapidIO总线的多DSP信号处理平台设计 [J], 沈发江
4.基于多核DSP的实时信号处理平台设计 [J], 何鹏;郝绍杰;赵新明
5.基于FPGA+DSP的高速基带信号处理平台的设计 [J], 谭左红;田增山
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mems陀螺仪用途

mems陀螺仪用途

mems陀螺仪用途一、引言mems陀螺仪是指利用微机电系统技术制作的小型化陀螺仪，具有体积小、功耗低、精度高等优点。

它被广泛应用于航空航天、导航定位、智能手机、虚拟现实等领域。

本文将探讨mems陀螺仪的几个主要用途，并对其技术特点进行介绍。

二、航空航天领域1. 飞行器导航：mems陀螺仪可以根据飞行器的姿态变化来实时测量飞行器的转动角速度和角度，从而实现飞行器的导航和定位。

通过将多个mems陀螺仪组合使用，可以提高导航的精度和可靠性。

2. 姿态控制：在航天器的姿态控制系统中，mems陀螺仪可以测量航天器的姿态变化，并通过反馈控制算法对航天器进行精确的姿态控制。

这对于航天器的稳定运行和任务的完成至关重要。

三、导航定位领域1. 惯性导航：mems陀螺仪可以用于惯性导航系统中，通过测量移动物体的加速度和角速度，结合导航算法，实现对物体位置和方向的估计。

这种方式适用于室内导航、无线定位和车辆导航等场景，可以提供高精度的定位服务。

2. 自动驾驶：mems陀螺仪是自动驾驶系统中的重要组成部分，可以实时测量车辆的角速度和姿态，为车辆的精确控制提供数据支持。

通过与其他传感器（如加速度计、磁力计）的组合使用，可以实现车辆的智能导航和行驶。

四、智能手机领域1. 图像稳定：mems陀螺仪可以用于智能手机的图像稳定功能，通过实时测量手机的旋转角速度和角度，对图像进行实时校正，提高拍摄照片和录制视频的稳定性。

这对于提升用户体验和拍摄质量非常重要。

2. 屏幕旋转：mems陀螺仪还可以用于智能手机屏幕的自动旋转功能。

通过实时测量手机的姿态变化，可以自动调整屏幕的显示方向，提供更加便捷的使用体验。

五、虚拟现实领域1. 姿态跟踪：mems陀螺仪可以用于虚拟现实设备的姿态跟踪，通过实时测量用户头部的旋转角速度和角度，实现对虚拟现实场景的实时响应，提高虚拟现实体验的沉浸感。

2. 手柄控制：mems陀螺仪还可以应用于虚拟现实手柄的运动控制。

基于陀螺进行运动检测的电子稳像方案

基于陀螺进行运动检测的电子稳像方案

基于陀螺进行运动检测的电子稳像方案1．设计任务高清视频电子稳像2.设计思路有时我们没法避免摄像机安装的位置处的机械震动（如车、飞机、船等），从而获得的视频也出现严重的抖动，这严重妨碍了我们的监视、分析、记录等工作。

为此，我们要想方设法来消除视频的抖动。

目前，大致方法如下：方法1：基于陀螺惯性元件的稳定平台。

通过陀螺惯性元件来检测机械震动的幅值和方向，然后通过控制伺服平台来抵消这一抖动，从而维持相机安装平台处于一个稳定状态，从而获得稳定的视频。

方法2：基于图像处理算法。

通过图像算法，计算出视频帧与帧之间的相对运动，然后，通过对图像进行旋转平移等操作来抵消这种相对运动，从而获得稳定观察视频图像。

方法1的方案目前在机载、车载、舰载光电系统中已经获得广泛的应用，且获得非常好的效果，但是由于需要高精度高动态性能的陀螺传感器和伺服平台，因而其造价、体积、重量均非常高。

这些缺陷限制了这种方案的实施应用。

方法2的方案，成本低廉，但是，“在多变的场景下稳定地精确地计算出视频帧与帧之间的相对运动”这一技术问题，在理论上就不存在一个可靠的方法，所以这种采用这种方法进行稳像，有时效果并不好，甚至会使得视频抖动得主管感觉更加糟糕。

另外，由于对图像进行旋转平移等操作，也降低了视频的有效视场。

所以，虽然方法2成本低廉，但是它的这些缺点使得这种方法只能作为一种廉价低档的解决方案应用于某些要求不高的场合。

这里，我们提出一种基于陀螺进行运动检测的电子稳像方案。

该方案是将方法1和方法2的优势集合到一起，以获得在性能、造价、体积重要等方面的一个折中。

通过陀螺，实时精确地检测出相机安装位置的震动幅度和方向，据此，对图像进行旋转和平移，以消除视频的抖动。

这种方法具有体积小重量轻价格低稳像性能稳定可靠等特点。

但由于需要对图像进行旋转平移等操作，会降低视频的有效视场，降低的幅度依赖于震动的幅度。

3．设计方案实施这一方案关键是要保证陀螺的震动信息与视频在时间上严格对应上。