1.基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统,其特征在于,该系统包括:本地服务器、室内定位模块、若干云台模块和若干摄像头模块;
其中,所述本地服务器作为信息的处理中心与控制中心用于实时分析处理各个模块发送的数据并控制各个模块的工作与联动,本地服务器通过ZigBee协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信;
室内定位模块包含若干个用于定位的锚节点以及1个待定位节点;所述待定位节点安装在被追踪目标上,所述锚节点放置在室内,所述室内定位模块包含ZigBee通信模块并通过ZigBee协议向本地服务器传输数据;
本地服务器用于获取到了各个云台的当前指向和待追踪目标的坐标,计算各个云台的旋转角度和旋转方向,并分别发送控制命令给各个云台;
所述云台模块用于安装摄像头模块以及旋转摄像头模块;云台模块包含ZigBee通信模块、电子罗盘、步进电机、步进电机驱动板、转盘、托盘、中央控制器和电源模块;云台模块的ZigBee通信模块与中央控制器连接,中央控制器分别与电子罗盘和步进电机驱动板连接,用于给步进电机供电和提供控制信号的步进电机驱动板与步进电机连接,所述电源模块分别为ZigBee通信模块、中央控制器、电子罗盘和步进电机驱动板供电;用于安置摄像头的转盘安装在步进电机转轴顶部;所述托盘设置于云台模块的底部,用于安装ZigBee通信模块、步进电机、步进电机驱动板、中央控制器和电源模块;
所述云台模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据;
所述摄像头模块将采集到的视频通过WiFi传输到本地服务器;
本地服务器计算第i个云台的旋转角度θi的计算公式为:其中(αi,βi)为第i个云台的摄像头的当前指向,(xe,ye)为当前待定位节点的位置坐标;
式子中 其中1≤i≤M;
本地服务器计算第i个云台的旋转方向的方法如下:根据向量的叉乘原则, 其中1≤i≤M,M为云台模块数量,向量 为方向竖直向上的单位向量;
根据向量叉乘的右手定则, 的指向按右手从 以不超过π的角转向 来确定的:当αi×(ye‑yi)‑βi×(xe‑xi)>0时,叉乘结果方向向上,根据右手定则,第i个云台逆时针旋转;
当αi×(ye‑yi)‑βi×(xe‑xi)<0时,叉乘结果向下,根据右手定则,第i个云台顺时针旋转;
当αi×(ye‑yi)‑βi×(xe‑xi)=0,叉乘结果为零向量,第i个云台不旋转。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统,其特征在于所述ZigBee通信模块为CC2530,所述电子罗盘采用AK8963C、步进电机采用28BYJ‑48、步进电机驱动板采用ULN‑2003以及用于追踪拍摄目标物体的摄像头模块采用OV7620视频采集芯片为核心。
3.基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)安装待定位节点到待追踪目标上,在矩形室内放置室内定位锚节点和M个云台,并且每个云台的转盘上设置一个摄像头;
2)对待追踪目标进行定位获取待追踪目标的坐标;
3)本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据获取各个云台的当前指向;
4)本地服务器计算各个云台的旋转角度以及旋转方向,并分别发送控制命令给各个云台;
5)本地服务器等待T毫秒,然后检测用户是否停止了系统;如果用户停止系统,则系统停止;否则,进入步骤2);
本地服务器计算第i个云台的旋转角度θi的计算公式为:其中(αi,βi)为第i个云台的摄像头的当前指向,(xe,ye)为当前待定位节点的位置坐标;
式子中 其中1≤i≤M;
本地服务器计算第i个云台的旋转方向的方法如下:根据向量的叉乘原则, 其中1≤i≤M,M为云台模块数量,向量 为方向竖直向上的单位向量;
根据向量叉乘的右手定则, 的指向按右手从 以不超过π的角转向 来确定的:当αi×(ye‑yi)‑βi×(xe‑xi)>0时,叉乘结果方向向上,根据右手定则,第i个云台逆时针旋转;
当αi×(ye‑yi)‑βi×(xe‑xi)<0时,叉乘结果向下,根据右手定则,第i个云台顺时针旋转;
当αi×(ye‑yi)‑βi×(xe‑xi)=0,叉乘结果为零向量,第i个云台不旋转。
4.如权利要求3所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法,其特征在于,所述步骤1)中包括在每个云台上设置一个电子罗盘,并调整摄像头指向与电子罗盘一致。
5.如权利要求4所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法,其特征在于,所述步骤2)对待追踪目标进行定位之前包括在本地服务器中以定位锚节点中的任意一个锚节点为坐标原点,输入所有其它定位锚节点相对于选定的坐标原点的坐标值(mi,ni),其中i表示锚节点的编号,同时输入所有的云台相对于选定坐标原点的坐标值(xi,yi),其中i表示云台的编号。
6.如权利要求5所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法,其特征在于,步骤2)中采用加权质心定位算法对待追踪目标进行定位得到待追踪目标的位置(xe,ye),加权质心定位算法表达式为:
其中,mi,ni为第i个锚节点的坐标值,wi为第i个锚节点被赋予的权重di为待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离,且
7.如权利要求6所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法,其特征在于,计算待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离di时预先在室内测量多组用于反映待定位节点与第i个定位锚节点通信的信号强度的信号强度指示RSSI数据Ri;通过对曲线采用最小二乘法拟合得到Ri与di的经验公式的表达式如下:
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di=a1×Ri+a2×Ri+a3×Ri+a4,其中a1、a2、a3、a4为计算得到的函数系数。
8.如权利要求7所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法,其特征在于,步骤3)中本地服务器发送表示请求获取指向信息的信号B给M个云台模块,M个云台模块收到信号B后,获取电子罗盘的地磁数据;M个云台模块发送XY轴指向向量(αi,βi),1≤i≤M给本地服务器,本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据。