基本信息
- 项目名称：
- 三维悬吊式“飞行”摄像平台控制系统研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品针对足球、篮球、橄榄球、大型晚会等市场容量极大的电视播出系统的需求，设计了一套空中“飞行”摄像平台控制系统，集成了最新的网络技术、计算机技术、运动控制技术，使摄像机可以在大范围三维空间内高速平稳移动，既不受地面障碍物的影响，也不会遮挡观众的视线，可以从多方位多角度近距离捕捉到很多传统摄像无法捕捉到的精彩镜头，给观众带来多角度多方位的现场感受，实现了摄像手段的革命性颠覆。
- 详细介绍：
- 这种摄像平台由空间四个角伸出的四根缆绳悬吊在空中，缆绳又分别连接在四台绞车上。每个绞车都在中央控制单元和实时控制器的控制下协调收放缆绳就可以拖动摄像吊舱在三维空间内随意运动。该系统设计为分层控制方式，高层的中央控制计算机负责人机交互、位置解算、轨迹规划、指令平滑等复杂运算，然后将具体运动数据通过高速以太网传输给底层的实时运动控制器，由高速DSP芯片负责每秒数千次的伺服控制。实验运行表明本方案实现了摄像平台在三维空间内的稳定、准确、快速运动。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 随着人们生活水平的提高，足球、篮球、橄榄球、大型晚会等市场容量极大的电视播出场合急需一种能够实现摄像机在大范围的三维空间内可以沿任意轨迹快速运动的摄像平台。针对这种需求，本项目设计了一种新型飞行摄像平台，实现了摄像手段的革命性颠覆。这种摄像平台由空间四个角伸出的四根缆绳悬吊在空中，缆绳又分别连接在四台绞车上。四台绞车在中央控制单元和实时控制器的控制下协调运动，通过缆绳拖动摄像吊舱在三维空间内按照操作人员的指令或者程序预设轨迹运动。这种摄像平台的突出特点是能够从多方位捕捉到很多传统摄像方法无法捕捉到的精彩镜头，给观众带来多角度多方位的临场感受。设备运行高度可以达到几十米，宽度和长度可以达到几百米，运行速度更是能够达到每小时40公里。
科学性、先进性
- 传统的拍摄手段有固定机位摄像、摇臂摄像、升降车摄像、索道摄像等，但这些技术在角度和区域上都受到了一定的条件限制。本项目设计的三维“飞行”摄像平台控制系统集成了最新的网络技术、计算机技术、运动控制技术，能够使摄像平台在大范围三维空间内随意高速平稳移动，突破了传统摄像手段带来的种种限制。目前国际上只有两家公司能够研制这种平台，一个是美国的Skycam系统，另一个是欧洲的SpiderCam系统，国内还处于空白状态。主要突出点如下： 1. 建立了系统的运动数学模型，以此为根据自主设计了控制系统软、硬件，填补了国内空白。 2. 与国外产品相比，提出一种新型拖动系统方案，大幅减少了协同控制的难度。控制系统硬件成本只有国外产品的1/10。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年3月荣获校级大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 非专利技术转让
作品可展示的形式
- 模型 、现场演示、图片 、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 与传统摄像手段相比，这种新型飞行摄像平台，实现了摄像手段的革命性颠覆。它能够在高度可以达到几十米，宽度和长度可以达到几百米的三维空间内按照操作人员的指令或者程序预设轨迹运动。因此可以从多方位多角度近距离捕捉到很多传统摄像无法捕捉到的精彩镜头，给观众带来多角度多方位的现场感受。这种摄像平台适应于足球、篮球、橄榄球、大型晚会、大型公众活动等场合的摄像转播，市场前景极为广阔。单台设备成本约200万人民币，参照国外同类产品每场租用费用为4万欧元，若每年转播30场，预计年收益1500万人民币。。
同类课题研究水平概述
- 本项目设计了一种新型基于悬吊式机器人的空中摄像转播平台。该平台吊舱能够使装载的摄像机在大范围三维空间内按照操作人员的指令或程序规划轨迹运动，同时吊舱自身还能够绕自身水平、垂直轴回转，使摄像机能够以不同角度拍摄。传统摄像手段存在种种缺点，而足球、篮球、橄榄球、大型晚会等市场容量极大的电视播出系统急需一种能够实现摄像机在大范围的三维空间内可以沿任意轨迹快速运动的摄像平台。针对这种需求，国际上出现了一种新型飞行摄像平台，实现了摄像手段的革命性颠覆。这种摄像平台的创新之处在于摄像机可以在空间内自由移动，不受地面障碍物的影响，也不会遮挡观众的视线，同时还减少了危险性。摄像机可以快速移动，即能贴近地面拍摄，也可以在极高的高度拍摄，达到传统摄像机无法提供的现场真实感。这种摄像平台由四根缆绳拖动，能够在三维空间内按照操作人员的指令或者程序预设轨迹运动。高度可以达到几十米，宽度和长度可以达到几百米，运行速度更是能够达到每小时40公里而且不会有丝毫震颤。四根缆绳分别缠绕在各自的绞车上，绞车由伺服电机驱动。四台绞车的即时位置、速度由一台高速嵌入式运动控制器实时控制，而轨迹规划、解算、平滑等高级处理过程则由一台中心控制计算机完成，运动控制器和计算机间由高速以太网连接在一起。四条缆绳按照数学模型的解算，在计算机的控制下协调收放就能实现摄像平台的平稳运动。整个系统集成了最新的网络技术、计算机技术、运动控制技术、陀螺稳定技术，实现难度较大。目前国际上只有两家公司研发出了实用系统，一个是美国的Skycam系统，另一个是欧洲的SpiderCam系统。国内还处于空白状态。这种新型平台是大型赛事和晚会转播中不可或缺的设备，应用前景极为广阔。国外已经成功应用在美国橄榄球联赛、NBA联赛、欧洲杯、2010南非世界杯等赛事。国内则租用了国外设备成功用于2008北京奥运会、春节联欢晚会等重大场合。
