一种无人船视频目标搜索与图像稳定装置的制作方法

1.本发明属于无人船的技术领域，尤其涉及一种无人船视频目标搜索与图像稳定装置。


背景技术：

2.近年来，随着无人驾驶技术的高速发展，无人船在军事、民用等许多领域得到了长足发展。例如军事方面，利用无人船可以对海上目标进行监控、侦查；民用方面，利用无人船可以实现对河面、近海海面进行智慧航道管理、水上治安巡查、水域环保监测等等，这些应用都离不开船载的视频监控或者摄像系统。通过船载的视频监控系统，可以将图像信息上传到地面的指挥中心或者数据平台，指挥中心或者数据平台工作人员可以实时的通过视频图像系统观察海面、河面的实时图像信息，实时掌握海面、河面的情况；同时，还可以进一步对于无人船上传的图像信息进行数字图像处理，利用ai技术、图像识别等技术，完成对于实时图像的进一步分析和处理，得到更多需要的信息。
3.由于无人船行驶在海面、河面，无人船一般船体比较小，排水量比较有限，受风浪的影响，不可避免的会造成无人船船体的摇晃和摆动。目前，一般视频监控系统固定在船体上，由于船体的摇晃，必然带来视频监控摄像头的摇晃，从而使得视频监控的图像也会出现摇晃等不稳定、甚至模糊的现象。这种不稳定的图像上传到指挥中心或者数据平台，会造成以下影响：
4.1.由于图像不稳定、摇晃甚至模糊，使得地面观察人员很难掌握实时的水域的情况。长期摇晃的图像，会加重观察人员的视觉疲劳，从而导致误判和漏判，进而丢失目标，失去实时视频监控的作用。
5.2.由于图像不稳定，会造成后续依靠图像识别进行图像处理的算法出现无法识别或者识别错误的情况，造成依靠视频图像识别进行监控的环节失效。
6.另外，由于无人船在水域航行过程中，如果工作人员想通过视频监控观察不同方向的水域情况，或者进行目标的搜索，如果刚好目标处于视频监控的盲区，这样便无法发现目标，造成监控或者侦查的任务失败。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种无人船视频目标搜索与图像稳定装置，可以有效的隔离载体的运动，使得摄像头处在一种相对惯性空间稳定的状态，从而得到稳定的图像。
8.为解决上述问题，本发明的技术方案为：
9.一种无人船视频目标搜索与图像稳定装置，包括：摄像机、三轴陀螺仪、稳定平台；
10.所述稳定平台包括航向轴、俯仰轴、横滚轴，所述航向轴通过第一支架连接所述横滚轴，所述横滚轴通过第二支架连接所述俯仰轴，所述俯仰轴包括第一俯仰轴、第二俯仰轴，所述第一俯仰轴与第二俯仰轴通过第三支架连接，所述摄像机与三轴陀螺仪固设于所述第三支架上；
11.所述航向轴转动时，通过所述第一支架带动所述摄像机在水平xy面上做圆弧运动；
12.所述俯仰轴转动时，通过所述第三支架带动所述摄像机在垂直yz面上做俯仰运动；
13.所述横滚轴转动时，通过所述第二支架带动所述摄像机在xz面上做圆弧运动；
14.所述三轴陀螺仪用于感测无人船的航向、横滚及俯仰运动的转动角速度，将测得的转动角速度发送至伺服计算机，以便伺服计算机输出pwm信号控制稳定平台上的相应轴施加反方向的力矩，抵消无人船在该轴向上的转动。
15.根据本发明一实施例，所述第一支架呈竖直设置，所述第三支架呈水平设置。
16.根据本发明一实施例，所述航向轴包括航向轴力矩电机、航向轴光电编码器，所述航向轴力矩电机用于施加航向作用力矩，所述航向轴光电编码器用于感测航向轴旋转角度信息。
17.根据本发明一实施例，所述俯仰轴包括俯仰轴力矩电机、俯仰轴光电编码器，所述俯仰轴力矩电机用于施加俯仰作用力矩，所述俯仰轴光电编码器用于感测俯仰轴旋转角度信息。
18.根据本发明一实施例，所述横滚轴包括横滚轴力矩电机、横滚轴光电编码器，所述横滚轴力矩电机用于施加横滚作用力矩，所述横滚轴光电编码器用于感测横滚轴旋转角度信息。
19.根据本发明一实施例，所述三轴陀螺仪包括第一速率陀螺、第二速率陀螺、第三速率陀螺；
20.安装时，所述第一速率陀螺的感测轴与所述航向轴重合，感测无人船的航向运动；
21.所述第二速率陀螺的感测轴与所述俯仰轴重合，感测无人船的俯仰运动；
22.所述第三速率陀螺的感测轴与所述横滚轴重合，感测无人船的横滚运动。
23.根据本发明一实施例，所述航向轴的转动范围为-120
°
～+120
°
。
24.根据本发明一实施例，所述俯仰轴的转动范围为-45
°
～+45
°
。
25.根据本发明一实施例，所述横滚轴的转动范围为-45
°
～+45
°
。
26.根据本发明一实施例，所述稳定平台采用碳纤维材质制成。
27.本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
28.本发明一实施例中的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，利用角速率陀螺，感测惯性空间三个轴的角速率，通过伺服控制计算机，解算出空间三个轴(航向、横滚、俯仰)上的角运动，通过输出与之对应的力矩信息，经过放大后驱动电机，使电机产生等幅反向的补偿运动对平台进行补偿，补偿掉无人船载体的扰动，使平台保持惯性空间的稳定，从而隔离无人船载体的运动。而平台的稳定也就保证了其上的摄像机的稳定，从而保证了图像的输出稳定。这样，通过三个维度的陀螺感测三个轴向的角速率，实现三轴的陀螺稳定系统，来达到平台的三维的稳定。使得视频监控摄像机稳定在固定的惯性空间的平台上。稳定的平台，完全可以隔离无人船对于视频监控摄像机的各种角扰动，从而保证输出图像的稳定，实现稳定、实时的图像输出。
附图说明
29.图1为本发明一实施例中的无人船视频目标搜索与图像稳定装置的结构示意图；
30.图2为本发明一实施例中的无人船视频目标搜索与图像稳定控制的原理图；
31.图3为本发明一实施例中的直流力矩电机功放电路中h桥一侧的线路连接图。
32.附图标记说明：
33.1：航向轴；2：横滚轴；3：俯仰轴；4：摄像机；5：三轴陀螺仪；9：固定基座；10：第一支架；11：第二支架；12：第三支架。
具体实施方式
34.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种无人船视频目标搜索与图像稳定装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
35.在无人船实际行驶过程中，由于风浪的影响，船体必然会跟随风浪摇晃，特别是用于近海海面的无人船，由于海面风浪更大，无人船的摇晃更剧烈，瞬时角速率有可能达到
±
30
°
/秒或者以上，针对这种剧烈摇晃的动基座上的目标搜索与图像稳定，下面介绍的几种传统的图像稳定的方法，不论是光学稳像方法，还是电子稳像方法，都存在一些无法克服的缺点。
36.光学稳像方法：由于需要光学可变光栅进行稳像，对于无人船视频监控系统来说，首先必须选用特殊的带有可变光栅光学镜头的专用视频摄像机，这样成本会大大增加。其次，专用光学采用可变光楔进行稳像的缺点主要是只有工作在平行光束中的系统，才可能令人满意地工作，结果使仪器的体积增大，使其应用更加复杂。
37.电子稳像技术：电子稳像技术，不论是在线实时的电子稳像技术，还是离线后续的电子稳像技术，均存在一定的缺憾。
38.首先，实时在线的电子稳像技术，需要对图像序列进行运动估计，并通过数字图像处理进行补偿。这种方法，需要解决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，视频主观感觉更加糟糕。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。
39.其次，对于后续(离线)电子稳像：离线稳定虽然会产生非常稳定的结果，处理精度比实时稳像高，但处理算法的计算复杂度高，处理过程消耗时间多，实时性差，不便于使用在需要实时侦查，实时给出判断的场景。
40.无人船视频监控、视频侦查的特殊的应用场景，具有以下特点：
41.1.基座运动剧烈。如前所示，某些海面、江面风浪较大，无人船本身船体比较小，船体重量轻，抗风浪能力比较弱。无人船的摇晃剧烈，瞬时角速率有可能达到
±
30
°
/秒或者以上。所以，要求目标搜索与图像稳定必须有大的动态范围。也就是说，不是简单的“防抖”的技术可以解决问题的，所谓的抖动必然是一种小角度、小速率的运动。而无人船是要解决的大角度、大速率、剧烈的运动。
42.2.除了图像稳定功能外，还需要有目标的搜索功能。针对海面、江面出现的目标，为了监控、侦查的需要，需要扩大监控的范围，防止目标出现在视频监控的盲区。不仅希望得到稳定的图像信息，还需要通过指挥中心人工的干预，扩大监控范围。可以根据需要，转
动摄像头的方向，调整视频侦查的角度，观察更大视场，消除盲区，以便搜索目标，完成监控或者侦查的任务。
43.3.环境恶虐。无人船使用的环境一般湿度大、颠簸、易撞击。因此对于易碎、对于防潮要求比较高的部件，会带来比较大的影响。例如光学镜头等等。
44.针对于无人船这种应用场景的特点，上述介绍的几种方法都存在不能完全满足无人船这种应用场景情况。
45.首先，这几种方案，都是只有稳像的功能，没有视频搜索的功能。不能够根据侦查、监控的需要转动摄像头视轴的角度，完成扩大视场范围，消除盲区，进行目标搜索的目的。
46.其次，前述的几种方法，都是建立在动基座上获得图像，然后通过对于基座运动进行估计，来补偿或者修正得到的图像，从而达到稳像的目的，这种对于小范围、小角度的抖动或者摇晃或许有效，但是对于无人船这种剧烈运动，大的动态范围效果会比较差。
47.第三，对于离线的电子稳像的方案，由于该方法是事后补偿的方式进行稳像，其实时性较差，不太适合于实时监控、实时侦查的需要。
48.本实施例提出一种无人船视频目标搜索与图像稳定的装置，利用角速率陀螺，感测惯性空间三个轴的角速率，通过伺服控制计算机，解算出空间三个轴(航向、横滚、俯仰)上的角运动，通过输出与之对应的力矩信息，经过放大后驱动电机,使电机产生等幅反向的补偿运动对平台进行补偿，补偿掉无人船载体的扰动，使平台保持惯性空间的稳定，从而隔离无人船载体的运动。而平台的稳定也就保证了其上的摄像机的稳定，从而保证了图像的输出稳定。
49.这样，通过三个维度的陀螺感测三个轴向的角速率，实现三轴的陀螺稳定系统，来达到平台的三维的稳定。使得视频监控摄像机稳定在固定的惯性空间的平台上。稳定的平台，完全可以隔离无人船对于视频监控摄像机的各种角扰动，从而保证输出图像的稳定。实现稳定、实时的图像输出。
50.另外，在无人船航行过程中，可以通过地面指挥中心指挥人员的要求，根据需要观察的方向或者目标的位置，人工通过遥控器，发送指令给无人船，无人船伺服控制计算机根据指挥人员的指令，输出信息给力矩电机，力矩电机控制稳定平台向需要的方向转动，带动稳定平台上的视频监控系统的视轴朝需要的方向转动，便于地面指挥人员观察更大范围的水域，便于搜索发现目标，从而可以实现目标的搜索。
51.具体的，请参看图1，该无人船视频目标搜索与图像稳定装置，包括：摄像机4、三轴陀螺仪5、稳定平台；其中，稳定平台包括航向轴1、俯仰轴3、横滚轴2，航向轴1通过第一支架10连接横滚轴2，横滚轴2通过第二支架11连接俯仰轴3，俯仰轴3包括第一俯仰轴、第二俯仰轴，第一俯仰轴与第二俯仰轴通过第三支架12连接，摄像机4与三轴陀螺仪5固设于第三支架12上。
52.当航向轴1转动时，通过第一支架10带动摄像机4在水平xy面上做圆弧运动；
53.当俯仰轴3转动时，通过第三支架12带动摄像机4在垂直yz面上做俯仰运动；
54.当横滚轴2转动时，通过第二支架11带动摄像机4在xz面上做圆弧运动。
55.三轴陀螺仪5用于感测无人船的航向、横滚及俯仰运动的转动角速度，将测得的转动角速度发送至伺服计算机，以便伺服计算机输出pwm信号控制稳定平台上的相应轴施加反方向的力矩，抵消无人船在该轴向上的转动。
56.第一支架10呈竖直设置，第三支架12呈水平设置。其中，第二支架11由两侧两个可轴向转动的支承与第三支架12连接。
57.航向轴1包括航向轴力矩电机、航向轴光电编码器，其中，航向轴力矩电机用于施加航向作用力矩，航向轴光电编码器用于感测航向轴旋转角度信息。
58.俯仰轴3包括俯仰轴力矩电机、俯仰轴光电编码器，其中，俯仰轴力矩电机用于施加俯仰作用力矩，俯仰轴光电编码器用于感测俯仰轴旋转角度信息。
59.横滚轴2包括横滚轴力矩电机、横滚轴光电编码器，其中，横滚轴力矩电机用于施加横滚作用力矩，横滚轴光电编码器用于感测横滚轴旋转角度信息。
60.三轴陀螺仪5包括第一速率陀螺、第二速率陀螺、第三速率陀螺；安装时，第一速率陀螺的感测轴与航向轴1重合，感测无人船的航向运动；第二速率陀螺的感测轴与俯仰轴3重合，感测无人船的俯仰运动；第三速率陀螺的感测轴与横滚轴2重合，感测无人船的横滚运动。
61.上述稳定平台采用三轴空间正交的框架式结构，分别两两正交垂直的三个轴，构成空间的三维坐标系x、y、z三个轴向。摄像机4和三个单轴的速率陀螺，位于稳定平台之上。稳定平台的三个轴分别可以绕航向、横滚、俯仰轴转动一定的范围。其中航向轴有
±
120
°
角度的转动范围，横滚轴、俯仰轴有
±
45
°
角的转动范围。
62.安装时，稳定平台的三个轴分别与无人船的航向轴(方位轴)、横滚轴、俯仰轴严格重合。三个角速率陀螺敏感轴严格与无人船的航向、横滚、俯仰轴重合，并且互相之间保持垂直，以免造成陀螺敏感轴方向上的误差和各轴系之间的耦合效应，分别感测无人船的航向、横滚、俯仰运动。
63.稳定平台的三个轴都有独立的直流力矩电机直接驱动，这种驱动方式省去了减速机构，使得结构简单。
64.整个稳定平台通过图1中的固定基座9固定在无人船船体上。
65.本实施例，稳定平台的机械结构设计，选用重量轻、稳固性好的碳纤维作为三轴稳定平台的主要材质。
66.下面介绍该无人船视频目标搜索与图像稳定装置的工作原理：
67.请参看图2，稳定平台的三轴具有各自独立的闭环控制系统，原理是相同的，其中伺服控制计算机可以是三轴共用一个，其余部件例如功率放大、h开关模块、力矩电机、光电编码器等部件各个轴是独立的。
68.考虑到稳定平台是用于目标搜索和图像稳定，本实施例对于三轴正交耦合的影响可以忽略。所以，空间三轴陀螺稳定系统分别进行独立的闭环控制。
69.以下以航向轴为例加以说明，其余两轴与此相同。由图2可以看出，由速率陀螺构成的速度闭环形成了系统的内回路，加上由人工指令或者导航计算机构成的位置外环路，共同组成系统的稳定控制系统。
70.1.目标搜索：当地面工作人员需要搜索水面目标或者浏览水面状况时，通过地面工作人员下发遥控指令，控制伺服计算机，伺服计算机经过解算，产生相应的pwm信号，经过功率放大环节，控制h桥模块不同的mos管导通，驱动航向轴(这里以航向轴为例)力矩电机产生转动，使得稳定平台上的视频监控摄像头按照工作人员的要求转动镜头视轴方向，以便工作人员观察更大范围的水面，搜索需要的目标。航向轴的光电编码器感测转动的角度
信息，并反馈给伺服计算机，这样形成一个位置的反馈回路。由于航向轴有
±
120
°
角度的转动范围，所以可以保证视频监控系统的镜头有足够大的视频监控视场，来监控或者查看更大范围的水面区域。
71.2.图像稳定：在正常视频监控图像输出时，由于无人船船体的颠簸摇晃，航向轴(这里以航向轴为例，其他两个轴与此类似)上的陀螺感测到船体的角速率，陀螺输出的信号反馈给伺服计算机，伺服计算机经过相应的控制算法，输出相应的pwm信号，pwm信号经过功率放大，驱动h开关模块不同mos管的导通来带动力矩电机产生力矩，力矩电机对框架施加一个与扰动力矩大小相等、方向相反的平衡力矩来抵消无人船船体的干扰力矩，使系统隔离载体在惯性空间的扰动，使得平台保持在航向轴上的稳定。这样，通过三轴陀螺稳定系统的闭环控制，可以实现航向、横滚、俯仰上平台的稳定，使得稳定平台可以隔离无人船船体的摇晃，位于稳定平台上的视频监控摄像机的输出图像就类似于静态基座上的视频输出图像一样，从而达到稳定图像的目的。
72.本实施例中的上述稳定控制系统的几个主要关键的部件说明如下：
73.1.陀螺：
74.由于考虑到体积、成本等因素，本实施例选用mems陀螺作为惯性元件来敏感三个轴的在惯性空间内的角速度，产生反馈控制信号至伺服控制计算机，从而实现伺服控制系统的速度闭环控制。mems陀螺固定安装在稳定平台上，具体安装要求如前所述。
75.mems技术是近年来发展起来的一项新兴技术，它将微型机械技术和微电子技术相结合，产生了以微型化、集成化和电子化为主要特征的微机电系统。mems陀螺具有体积小、质量轻、功耗小、成本低、瞬间启动及抗冲击力强等优点。
76.作为伺服稳定跟踪系统的速度环敏感器件，mems陀螺感受载体在惯性空间的扰动量，并输出与角速度成比例的电压信号，通过伺服控制计算机解算输出，驱动电机对框架施加一个与扰动力矩大小相等、方向相反的平衡力矩，使系统隔离载体在惯性空间的扰动。同时，速度环反馈控制能够提高系统位置环响应的频带，增加位置环响应的快速性。
77.本实施例选用adi公司的adxrs652 mems陀螺作为惯性测速元件，adxrs652是一款功能完备、成本低廉的单轴角速率陀螺。采用adi公司的表面微加工工艺制造，单芯片上集成了全部必需的电子器件,性能稳定可靠。adxrs652提供7mm
×
7mm
×
3mm bga芯片级封装。
78.该陀螺仪具有如下特点：
79.1.测试范围宽，可达
±
300
°
/s
80.2.单轴速率陀螺
81.3.抗冲击能力强，抗冲击能力：2000g
82.4.线性度高：0.1％
83.5.温度范围：-40℃至105℃
84.6.超小尺寸、重量轻(《0.5克)
85.mems陀螺体积小、质量轻的优点，可以很容易的安装在稳定平台的台体上，三个轴需要安装3个单轴mems陀螺仪，来分别感测空间三个轴的角速率信息。
86.2.伺服控制计算机
87.伺服控制计算机是控制系统的核心，本实施例选用ti公司tms320lf2407a数字信号处理器来实现。主要包括接收导航计算机的无人船姿态信息、接收人工指令进行目标搜
索的指令信息、以及接收三个轴的陀螺信号和光电编码器信息，伺服控制计算机通过各种控制算法，包括pid控制算法实现等等，输出三个轴的pwm信号，驱动力矩电机带动平台的运动。
88.tms320lf2407a是美国ti公司的tms320c24x中新的一员，具有方便进行电机控制的接口。具有特殊的dsp指令和最高25ns的指令周期，具有16通道10位a/d转化器，其最小转化速率为500ns。本发明所述的技术方案中陀螺输出信号，可以采用该芯片内部的a/d转化器进行模数转换；有40个可编程的独立i/o口，可以进行外围扩展；tms320lf2407a有2个事件管理器eva和evb，可用于管理a/d采集通道，每个事件管理器可同时产生8路的pwm波形输出，可以方便的根据伺服控制算法的结果，输出相应的pwm波形。有1个异步串行通讯口。本实施例，选用tms320lf2407a可以比较好的降低系统复杂度，有比较高的性价比。
89.3.直流力矩电机功放及h开关模块
90.伺服控制计算机输出的pwm信号并不能提供较大的电流，为此需要先接入电机驱动进行功率的放大后再对电机旋转进行控制。本实施例考虑到成本、效率和散热问题，采用了开关驱动方式，将pwm脉宽调制信号在通过h桥芯片后，来完成直流力矩电动机旋转的控制。
91.电机功放电路选用ir公司的电机驱动芯片ir2104。ir2104是一种高电压、高速度的功率mosfet驱动器，工作电压10～20v。系统使用两片ir2104控制四片n沟道的igbt(irf540n)组成一个h桥全桥驱动电路控制一台直流力矩电机。每片ir2104通过ho、lo输出控制h桥电路的一侧n沟道的igbt(irf540n)的导通与关断，另外一片ir2104通过ho、lo输出控制h桥电路的另外一侧n沟道的igbt(irf540n)的导通与关断，从而达到控制电机转速与正反转的目的。其中，h桥一侧的线路连接示意图如图3所示。
92.4.光电编码器：
93.光电编码器是利用光栅衍射原理实现角位移-数字变换的，通过光电转换，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经整形后，变为脉冲信号，每转一圈，输出一个脉冲。根据脉冲的变化，可以精确测量角度信息。
94.本实施例选用光电编码器完成角度测量，光电编码器接口电路简单，直接输出为对应角度的光电脉冲数。如图1所示，俯仰轴的光电编码器与直流力矩电机分别安装在稳定平台的两侧。航向轴和横滚轴，光电编码器与力矩电机安装在平台一侧，并保持同轴安装。编码器测量输出相应轴的角位移信息，并传输至伺服控制计算机，从而实现三个轴的闭环控制。
95.5.直流力矩电机
96.直流力矩电机作为三轴稳定平台闭环控制系统的执行部件，具有非常重要的作用。本发明实施例中，选择直流力矩电机作为执行部件，是因为直流力矩电机具有如下优点：
97.1.效率高、体积小、重量轻
98.2.静态特性非线性好
99.3.动态校正容易
100.4.耦合刚度好，调速范围宽，低速平稳
101.具体直流力矩电机的选择，除了满足负载工作时的力矩、最大速度等等，还要考虑
重量、尺寸等等因素。直流力矩电机技术比较成熟，市面可供选择的产品比较多，具体型号在此不再赘述。
102.综上，本实施例的关键点在于在实际无人船航行过程中，利用三轴陀螺的稳定平台，建立相对惯性空间稳定的平台系统，来隔离船体在航行过程中的摇动，使得稳定平台上面的视频监控系统，处于一种相对静止的状态，从而视频监控系统输出图像稳定，避免了图像因为船体的晃动而图像不稳定，图像随船体摇动等现象。便于地面工作人员监控、侦查水面的目标。同时，由于输出的图像稳定，也便于后续对于图像进行进一步的图像识别与相关的图像处理。
103.除了三轴的稳定平台对于图像的稳定之外，还可以实现地面指挥人员通过遥控器对于三轴稳定平台下发控制指令，人工控制三轴稳定平台的运动，使得视频监控摄像机的视轴按照地面指挥人员的要求转动相应的位置，便于地面指挥人员对于水面进行不同方位角的搜索和观察，使得人工对于视频监控系统视轴的控制成为可能。
104.该无人船视频目标搜索与图像稳定的装置，有效的解决了在类似于无人船技术领域的动基座上视频图像的稳定和视轴的人工控制，是一种精度高、动态范围大、效果非常明显的新方法。
105.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

技术特征：
1.一种无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，包括：摄像机、三轴陀螺仪、稳定平台；所述稳定平台包括航向轴、俯仰轴、横滚轴，所述航向轴通过第一支架连接所述横滚轴，所述横滚轴通过第二支架连接所述俯仰轴，所述俯仰轴包括第一俯仰轴、第二俯仰轴，所述第一俯仰轴与第二俯仰轴通过第三支架连接，所述摄像机与三轴陀螺仪固设于所述第三支架上；所述航向轴转动时，通过所述第一支架带动所述摄像机在水平xy面上做圆弧运动；所述俯仰轴转动时，通过所述第三支架带动所述摄像机在垂直yz面上做俯仰运动；所述横滚轴转动时，通过所述第二支架带动所述摄像机在xz面上做圆弧运动；所述三轴陀螺仪用于感测无人船的航向、横滚及俯仰运动的转动角速度，将测得的转动角速度发送至伺服计算机，以便伺服计算机输出pwm信号控制稳定平台上的相应轴施加反方向的力矩，抵消无人船在该轴向上的转动。2.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述第一支架呈竖直设置，所述第三支架呈水平设置。3.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述航向轴包括航向轴力矩电机、航向轴光电编码器，所述航向轴力矩电机用于施加航向作用力矩，所述航向轴光电编码器用于感测航向轴旋转角度信息。4.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述俯仰轴包括俯仰轴力矩电机、俯仰轴光电编码器，所述俯仰轴力矩电机用于施加俯仰作用力矩，所述俯仰轴光电编码器用于感测俯仰轴旋转角度信息。5.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述横滚轴包括横滚轴力矩电机、横滚轴光电编码器，所述横滚轴力矩电机用于施加横滚作用力矩，所述横滚轴光电编码器用于感测横滚轴旋转角度信息。6.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述三轴陀螺仪包括第一速率陀螺、第二速率陀螺、第三速率陀螺；安装时，所述第一速率陀螺的感测轴与所述航向轴重合，感测无人船的航向运动；所述第二速率陀螺的感测轴与所述俯仰轴重合，感测无人船的俯仰运动；所述第三速率陀螺的感测轴与所述横滚轴重合，感测无人船的横滚运动。7.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述航向轴的转动范围为-120
°
～+120
°
。8.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述俯仰轴的转动范围为-45
°
～+45
°
。9.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述横滚轴的转动范围为-45
°
～+45
°
。10.如权利要求1所述的无人船视频目标搜索与图像稳定装置，其特征在于，所述稳定平台采用碳纤维材质制成。

技术总结
本发明公开了一种无人船视频目标搜索与图像稳定装置，利用角速率陀螺，感测惯性空间三个轴的角速率，通过伺服控制计算机，解算出空间三个轴(航向、横滚、俯仰)上的角运动，通过输出与之对应的力矩信息，经过放大后驱动电机，使电机产生等幅反向的补偿运动对平台进行补偿，补偿掉无人船载体的扰动，使平台保持惯性空间的稳定，从而隔离无人船载体的运动。而平台的稳定也就保证了其上的摄像机的稳定，从而保证了图像的输出稳定。而保证了图像的输出稳定。而保证了图像的输出稳定。


技术研发人员：高宇峰 王小兵 商凌云 王文端 刘翔 孙华丽 王米 高佳英
受保护的技术使用者：上海欧萨数据技术有限公司
技术研发日：2023.01.16
技术公布日：2023/4/17