(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210383043.7 (22)申请日 2022.04.13 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路２ 号 (72)发明人 卢炳先　赵宇航　王雷　覃振权　 朱明　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 隋秀文 (51)Int.Cl. G02B 7/28(2021.01) G03B 13/36(2021.01) H04N 5/232(2006.01) (54)发明名称 一种基于定位系统的自动追 踪对焦方法 (57)摘要 本发明属于无线定位领域和跟焦器领域， 提 供一种基于定位系统的自动追踪对焦方法， 步骤 如下： 首先需要通过定位系统获得以摄像机为原 点的拍摄目标的坐标； 利用坐标求出相对于原点 的初始坐标的相对位置； 以原点和标签的连线为 初始边线求出目标标签相对于原点和初始边线 的变换角度和摄像机与标签的相对距离； 通过传 动设备将摄像机角度进行调节使摄像机与标签 处于同一条直线， 同时通过调教设备将焦点对准 拍摄目标， 从而完成自动追 踪以及对焦的任务。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114706187 A 2022.07.05 CN 114706187 A 1.一种基于定位系统的自动追踪对焦方法， 其特征在于， 定位信息的获取和对焦算法 的实现， 步骤如下： (1)在拍摄现场建立定位系统， 定位系 统包括现场基站、 标签、 定位信息处理模组以及 跟踪和对焦信息构建模组； 获得摄像机的位置L0(x0,y0 z0)、 定位系统中基站的位置和摄影 目标的位置Lt(xt,yt,zt)； (2)当现场基站部署完成后， 将依据现场部署建立坐标系， 为摄像机以及 现场基站建立 基础坐标； 将摄像机的位置 设为原点即L0， 再确定标签的坐标位置Ltn， 最终计算标签和摄像 机之间的相对位置， 实现自动追踪的功能； 其中， 相对位置包括角度和距离； (2.1)确立标签的初始位置Lt1； 通过定位系统得知标签与不同基站之间的距离l和角度 α； 通过双曲线定位法计算出标签的初始坐标Lt1， 进一步确定标签与摄像机的初始相对位 置， 并以此作为之后摄像机跟随标签移动的基准； 定义基准线为摄像机坐标与标签初始坐 标之间的连线， 后续摄 像机角度的调整以及对焦距离的确定均以此为基准； 在基准线的确定过程中， 需确定两个角度： 俯仰角β和转动角ω； 其中， 俯仰角β用来确 定摄像机在z轴上转动的角度， 转动角ω用来确定摄像机在水平面上转动的角度； 俯仰角β 和转动角ω用于控制摄 像机的镜 头指向与标签在同一条直线上； (2.2)跟踪 的实现需要计算摄像机跟随标签的移动而需要转动的角度； 在一个拍摄空 间中， 摄影机以及标签的坐标为 三维坐标； 得到的初始数据为标签的坐标： Ltn(xtn,ytn,ztn) 在自动跟踪算法 中需实时计算标签Ltn,Lt(n‑1)之间的相对位置； 带动摄像机运动的设备 为云台和电机， 云台和电机将相对位置中的空间角度 η分解为竖直平面转动角度 ‑俯仰角β 和水平平面转动角度 ‑转动角ω； 俯仰角β、 转动角ω分别为电机控制摄像机在竖直平面转 动的角度和云台控制摄 像机在xoy平面 转动的角度的控制参数； (3)当摄像机和标签处于同一直线后进行对焦； 由于摄像机的成像为凸透镜成像， 因此 对焦过程中存在三个参数进 行调节即为物距u、 像距v以及焦距f； 并根据凸透镜成像公 式计 算相应的像距， 最终完成调焦； 其中， 物距的计算根据摄像机的位置坐标L0以及标签的位置坐标Lt， 最终通过距离计算 公式完成距离计算： (4)舵机控制进行自动追踪 获得俯仰角β和转动角ω两个参数后进行目标追踪； 通过数据转换将舵机需要转动的 俯仰角 β 转换为PWM控制信号， 当舵机转动完成后会返回一个角度参数θ， 参数θ与俯仰角 β 进 行比较且通过PID算法进一步的调节舵机的PWM控制 信号使俯仰角精 准的实现； 同时以相同 的方法去控制云台完成转动角ω的调解， 最终 实现自动追踪； (5)焦距调节 通过粗准焦进行焦距调节， 粗准焦转动的角度即为像距的调节， 根据不同镜头的参数 进行设置； 电机和多级齿轮传动系统相互传动， 调节相机调焦环， 首先根据像距v计算出粗权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114706187 A 2准焦的旋转角度ω1， 通过旋转角度ω1与弧度的关系l＝ω1r1计算出转动的弧度l1， 二级齿 轮以相同的计算公式l1＝ω2r2计算出需要转动的角度ω2； 由于通过齿轮咬合进行传动控 制， 因此齿轮的半径相差可能较大， 初级齿轮转动的角度可能大于360 °， 因此使用电机进 行 控制， 同时通过霍尔传感器采集转动速度和电机运行时间构建闭环反馈系统， 其中闭环控 制算法为PID算法； 此系统需要计算的参数为电机转动速度v和电机转动时间t； (6)上位机模块； 上位机模块在整个系统中作为输出窗口以及数据记录窗口， 直观的展 示镜头、 像距以及物距之 间的实时数据， 构建二 维数据模型， 最 终依托传回的画 面实现焦点 调整； 同时将传回的位置信息进 行保存， 在实现显示其运动路径； 最后通过数据库对目标的 移动数据进行动态展示和记录， 其中 高速数据传输线保证整个系统的低延时。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114706187 A 3