基于眼動(dòng)生理特征的視覺隨動(dòng)系統(tǒng)

系統(tǒng)按照功能分為4個(gè)模塊：

1. 云臺(tái)模塊，由云臺(tái)、攝像頭和步進(jìn)電機(jī)組成，主要功能是控制云臺(tái)攝像頭的水平轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)對(duì)焦，并采集圖像；
2. 視頻眼鏡模塊，由視頻眼鏡及其控制板，內(nèi)置兩個(gè)微型攝像頭組成，主要功能是用于顯示云臺(tái)攝像頭采集的圖像并通過(guò)內(nèi)部放置的兩個(gè)微型攝像頭采集人眼圖像；
3. 圖像處理及顯示平臺(tái)，采用Intel低功耗ATOM系列處理器平臺(tái)，安裝Windows XP操作系統(tǒng)，由液晶顯示屏顯示界面，主要功能是顯示工作界面，實(shí)現(xiàn)人眼運(yùn)動(dòng)識(shí)別并返回計(jì)算結(jié)果；
4. 主控制板，采用FPGA為主處理芯片，帶有高速存儲(chǔ)器和串口、視頻接口、云臺(tái)接口等，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制模塊，主要功能是負(fù)責(zé)與云臺(tái)、圖像處理平臺(tái)和視頻眼鏡之間的數(shù)據(jù)交互，管理整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和控制流；

2. 工作流程

整個(gè)工作流程如下圖所示：

圖2 工作流程

通過(guò)視頻眼鏡內(nèi)部的兩個(gè)微型攝像頭采集人眼圖像，圖像處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人眼的運(yùn)動(dòng)識(shí)別，主控制板根據(jù)圖像處理結(jié)果控制云臺(tái)攝像頭的移動(dòng)和自動(dòng)對(duì)焦，并將攝像頭采集的圖像在視頻眼鏡中顯示；繼續(xù)對(duì)人眼進(jìn)行監(jiān)控判斷，形成不斷循環(huán)的閉環(huán)運(yùn)行流程。

• 研究的主要內(nèi)容

1. 模塊組成
   1. 云臺(tái)模塊

云臺(tái)模塊由云臺(tái)、電機(jī)模塊、攝像頭和外接口組成，它的功能是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)攝像頭的水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把攝像頭采集的圖像輸出。

1. 云臺(tái)采用PTS-3030CQ型號(hào)的吊裝云臺(tái)（圖4-1-1-1），內(nèi)置兩個(gè)24V交流電機(jī)，水平旋轉(zhuǎn)角度最大為355度，俯仰角度范圍為-5度到50度。由于該云臺(tái)需要交流供電，不滿足本項(xiàng)目要求，所以將原有的交流電機(jī)更換成直流步進(jìn)電機(jī)。

圖 4-1-1-1

2. 電機(jī)模塊由兩個(gè)12V直流兩相步進(jìn)電機(jī)（圖4-1-1-2）和配套的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成。步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8度，最大靜力矩約為3600 g*cm，如圖1-2所示。驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓小于40V，驅(qū)動(dòng)電流0.8—5V可調(diào)，細(xì)分?jǐn)?shù)可由撥碼開關(guān)設(shè)定1/2，1/4，1/8，1/16。

圖4-1-1-2

3. 攝像頭采用彩色一體化攝像機(jī)（圖4-1-1-3），成像元件是SONY CCD image sensor，PAL制信號(hào)輸出，22倍光學(xué)變焦，同時(shí)有自動(dòng)聚焦和手動(dòng)聚焦兩種模式，可以通過(guò)RS485協(xié)議對(duì)攝像頭進(jìn)行相關(guān)控制，攝像頭所需電源為12V直流電壓，200mA電流。

圖4-1-1-3

4. 外接口采用25針接插件，主要功能是整合云臺(tái)內(nèi)部所有控制線，方便與外部連接和使用。外接口定義如圖4-1-1-4所示。

圖4-1-1-4

云臺(tái)模塊通過(guò)更換電機(jī)，安裝攝像頭，整合所有控制線到外接口從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原有的云臺(tái)改裝，滿足本項(xiàng)目實(shí)際需要。