浅谈一种基于物联网的摄像云台

摘 要：出来旅游，一家人或者朋友几个一起合张影，有时却很奢侈，应为总要一个人出来端着相机。或者关键的时候手机没电了？悬崖峭壁，山涧瀑布，想拍下最美的一面？本设计就为解决这些不理想的事，利用物联网，景区游客分时登陆通过无线网络调整高清云台相机拍照，并将满意的照片从云端传输至手机，成本低且方便快捷。此外人脸追踪功能，可以在过山车，激流勇进等游客不方便操作情况下，实现捕捉，拍下平时难得一见的表情。

关键词：物联网；计算机控制；人脸识别

主要内容：

1 安卓客户端：用户终端

采用当下最普遍的安卓系统手机，比较普遍，接入成本低。同时由于安卓的开源性，方便进行程序设计。

手机端的主要功能：

1）利用虚拟按键模拟上下左右，实现对云台舵机的控制，方便用户微调相机角度，拍出最满意的图片。

2）接收从摄像云台回传的视屏，可让用户预览拍照效果，由于摄像云台拍摄的是高清图，为保证预览的流畅性，采用视屏压缩算法，可以将数据量压缩到1/5之内，压缩后的视屏虽然清晰度降低，但仍然满足用户预览的要求。

3）利用重力感应，摇一摇手机后，在手机端程序中捕捉这个动作，并控制云台相机拍照，省去键盘操作，保证拍照时姿势的自然。

4）IP用户冲突检测与避免，程序中将IP与用户手机绑定，并实现IP的动态分配，这样既保证了用户与相片一一对应，同时也可以节省IP地址。

2 PC端：中转手机与摄像云台的通信数据

PC端生成存储用户名及密码，支持多用户，用户通过手机登录。

程序可以支持多用户登录，可以满足用户量。

PC端通过WiFi SOCKET通模型连接手机，这种通信模型目前最成熟，具有信号覆盖范围广，通信速度快，通信稳定且对硬件设备要求低。

PC接收手机端发出的如微调摄像云台相机角度，拍照，视频预览，图片回传指令，進行指令差错校验后，利用IIC通信向单片机模块发出对应编码指令。

3 终端设备：相机，单片机和多自由度云台

单片机模块通过串口通信接收从PC端发出的控制指令，通过与自身存储的编码表比较，执行对应功能如控制相机角度，开启人脸追踪。为保证转动的平滑与稳定，本设计采用增量式PID算法。

相机搭载在如下图3位置，舵机共有两个，旋转舵机实现绕z轴的150度旋转，水平舵机实现X0Y平面内的150度转动。

4 人脸识别功能的原理与实现

本设计采用了人脸识别算法，通过摄像头采集实时图像，将图形送入PC中进行人脸识别与检测。当手机端开启人脸识别后，检测到人脸后可以算出人脸在图像中的相对坐标（由于图像为一1024*680矩阵），当人脸位置移动量超过预设的晃动阈值后，将坐标送入单片机模块，通过单片机中PID算法控制舵机移动，实现稳定平滑的快速跟踪。

本设计中识别算法基于opencv开源图像处理与识别库，这种算法准确率在在90%以上，延迟在300ms左右，坐标偏差正负5，满足本设计的要求。

意义：我国各大景区的旅客量逐年增长，拍照纪念也成为常态，自带设备成本较高且携带不方便或受电量的制约，通过景区的专业摄像人员成本高。在过山车，激流勇进等惊险刺激的快速运动中，游客必会做出兴奋，惊讶，恐惧等平时难得一见的表情，而现有的相机无法准确抓拍这些表情。随着物联网技术日益成熟，安卓手机的日益普及，这种快捷低成本自助式摄像技术必有广阔的应用前景。同时，在查阅专利和进行市场调查后，我发现这也将是物联网技术首次用于景点拍照。

作者简介

彭志茂，郑州大学物理工程学院测控技术与仪器专业。