Система наведения камеры

 

Система наведения камеры, в которой использовано множество GPS, распределенных на платформе, на которой установлена камера, и распределенных на цели камеры для того, чтобы автоматически нацеливать камеры и антенны, передающие видеосигналы, на приемник, что и является достигаемым техническим результатом. 8 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение имеет отношение к созданию системы в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения. В частности, оно касается получения при помощи камеры точной визуальной информации относительно положения цели, причем целью может быть соперник в спортивном беге (скачках) или участник спортивного шоу.

Одной из задач спортивного шоу бизнеса является предоставление наблюдателю впечатления, что он присутствует в гуще событий (находится в центре действия). Для осуществления этой задачи множество камер дают преимущественно близкие, захватывающие дух изображения ведущих соперников в гонках, или звезд, участвующих в шоу. Если такой лидер гонки или звезда-участник представления находятся слишком далеко от камер, то известна возможность помещения (крепления) таких камер непосредственно на лидера или звезду, что позволяет показывать их по меньшей мере частично. При проведении репортажа изображение постоянно корректируется (выбирается) и повторно оценивается, принимая во внимание наиболее интересные виды.

Шоу или состязания в гонках предусматривают уже известным образом присутствие камер, закрепленных на самих участниках или в непосредственной близости от них. Например, при велосипедных гонках камеры обычно закрепляют на непосредственно следующем за гонщиками мотоцикле. При соревнованиях по плаванию камеры могут быть установлены сверху от пловцов на мачтах. Наиболее сложным случаем получения изображений являются воздушные состязания или шоу, когда участники могут перемещаться в трех направлениях с очень высокой скоростью и легко могут быть потеряны из вида оператором камеры.

Предстоящая для разрешения техническая проблема в такой среде заключается в том, чтобы позволить осуществить захват лучшего изображения ("картинки") при помощи камеры с автоматическим наведением, без участия оператора, который при проведении многих видов спортивных состязаний не может быть доставлен в непосредственную близость от соперников (участников).

Задачей настоящего изобретения является разрешение этой проблемы при помощи средств, описанных в отличительной части п. 1 формулы изобретения.

Существуют различные системы контроля положения движущихся тел. Такие системы описаны, например, в заявках на европейский патент N 92303372.4 и 92303373.2. Однако такие системы ограничены только текущим контролем положения тел, но не контролем их ориентации или высоты.

В патенте США N 5,130,934 использовано видеоизображение, позволяющее оценивать положение цели. В патенте Великобритании N 2,213,339 предлагается использование приемников глобальной спутниковой системы радиоопределения (GPS) для определения относительного положения цели.

Система в соответствии с настоящим изобретением позволяет заменить оператора камеры высокоэффективной системой слежения; в частности, она позволяет автоматически удерживать выбранную цель в пределах кадра изображения камеры. Для осуществления этой задачи, цели непрерывно при помощи средств связи предоставляют информацию о координатах их положении и высоты на платформу. Информация о положении и высоте целей обрабатывается при помощи расположенных на платформе средств обработки информации, преобразуется в координаты платформы и подается на системы наведения камер. Каждую цель может сопровождать множество установленных на платформе камер, причем каждая камера имеет свою собственную систему наведения. Все системы наведения камеры используют информацию о положении определенной цели, которая была ей назначена. Это позволяет всем участникам шоу постоянно находиться в поле зрения и быть готовыми для выбора (для показа камерой).

В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, приемная станция располагается на платформе и запоминает принимаемые камерами видеосигналы, либо окончательно, например, при использовании классических 16 мм камер, либо с возможностью стирания, например, при использовании технологии с видеопленкой.

В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, приемная станция не располагается на платформе и ее оператор может мгновенно изменить распределение камер по целям. Это позволяет оптимизировать распределение целей по камерам.

В соответствии с частным вариантом осуществления настоящего изобретения, каждая цель может также служить платформой, что позволяет приемной станции выбирать наиболее подходящую платформу, а камерам на указанной платформе вырабатывать наилучшие изображения лидирующих соперников в шоу. В соответствии с этим вариантом, информация относительно положения и высоты всех целей и самой платформы выдается указанными целями и платформами при помощи средств сообщения. Информация относительно высоты цели не обязательно полезна для наведения назначенных камер, но она становится важной в случае последующего выбора цели в качестве платформы, а также полезна в исследовательских целях, если эффективность средств связи временно снижена.

В соответствии с частным вариантом осуществления настоящего изобретения, если указанная приемная станция, как правило наземная станция, удалена от зоны состязания, то средства для передачи видеосигналов могут содержать одну или несколько передающих (ретрансляционных) станций; указанные передающие станции оборудованы антеннами для получения видеосигналов от камер платформы. Следует иметь в виду, что в этом последнем случае передающие станции преимущественно сообщают их координаты на средства обработки информации, таким образом, что антенны могут быть эффективно ориентированы в направлении друг к другу для обеспечения оптимального качества передачи.

В соответствии с частным вариантом осуществления настоящего изобретения, данные положения и высоты получают при помощи глобальных спутниковых систем радиоопределения, таких как системы, известные под названием NAVSTAR/ GPS и GLONASS. Такие системы описаны, например, в европейской заявке на патент N 92310832.8 или в заявке на патент Великобритании N 8827257.

В соответствии с частным вариантом осуществления настоящего изобретения, глобальная спутниковая система радиоопределения платформы, цели или передающий станции, которая далее описана как предмет настоящего изобретения, дополнена инерционными системами навигации. Эти системы включают в себя, например, три комплекта одного акселерометра, соединенного с гироскопом, причем каждый из этих комплектов перекрывает одну из трех координат О_x, O_y, O_z системы объекта. Такие инерционные навигационные системы полезны, например, в том случае, когда сообщение между спутниками и спутниковой глобальной системой радиоопределения становится менее эффективным или прерывается интерпозицией других объектов, в частности, если соперники расположены друг над другом. Типичная длительность цикла для спутниковой глобальной системы радиоопределения, при ее практическом использовании в соответствии с настоящим изобретением, составляет одну секунду, при этом прерывание связи между спутниками и объектом может длиться несколько секунд; при вводе инерционных навигационных систем в соответствии с ранее указанным, средства обработки информации объекта могут произвести экстраполяцию из последних имеющихся в наличии данных положения и высоты объекта, до того, как прерывание имело место, до тех пор, пока не будет сделана конечная корректировка при восстановлении связи со спутниками.

В соответствии с частным вариантом осуществления настоящего изобретения, координаты положения цели на платформе получают вычитанием глобального вектора положения платформы из глобального вектора положения цели и проектированием результирующего вектора на систему координат платформы. Такие данные могут быть получены, в частности, при помощи дифференциальной глобальной системы радиоопределения или D-GPS, которая выдает данные о высоте при помощи триангуляции. В качестве примера такой дифференциальной глобальной системы радиоопределения можно привести систему, описанную в патенте Великобритании N 9004433.0.

В соответствии с частным вариантом осуществления настоящего изобретения, системы наведения камер позволяют им наводиться в любом направлении.

В упрощенной среде, когда каждый объект имеет фиксированное распределение и, например, съемка цели производится с одной платформы, как правило нет необходимости принимать данные о высоте цели, так что одна глобальная система радиоопределения цели будет достаточной для определения положения цели; для платформы и любых подвижных передающих станций, наоборот, высота важна для наведения камер и антенн. В таком случае для каждой платформы и каждой передающей станции будет необходима одна глобальная система радиоопределения, позволяющая выбрать местоположение, и по меньшей мере две дополнительные глобальные системы радиоопределения для измерения высоты.

Настоящее изобретение касается также использования системы для передачи репортажей о соревнованиях в прямом эфире ("живьем"). В частности, следует иметь в виду, что во время выбора лучших видов платформы могут быть выбраны в качестве целей, и наоборот.

Дополнительные примеры и варианты осуществления настоящего изобретения описаны в формуле изобретения.

Далее изобретение будет описано со ссылкой на вспомогательные чертежи.

На фиг. 1 показаны схематично два воздушных судна и передающее воздушное судно, три спутника глобального выбора местоположения, наземная станция видеосвязи и наземная станция связи.

На фиг. 2 показано схематично, каким образом работает спутниковая глобальная система радиоопределения (сокращенно GPS) при помощи трех спутников, и показано, каким образом такая система может быть использована для осуществления измерений высоты.

На фиг. 3 показан путь прохождения видеосигналов, иллюстрирующий, каким образом камера платформы воздушного судна может производить съемку воздушного судна-цели, и объясняется функционирование средств передачи видеосигнала.

На фиг. 4 показано схематично, каким образом работают средства связи, в 'особенности как осуществляется сообщение трех воздушных судов и наземной станции.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой показаны два воздушных судна 4, 5, которые видны гипотетическому наблюдателю, предположительно находящемуся во вспомогательной плоскости наблюдения. Показаны три глобальных спутника 1, 2, 3 выбора местоположения, хотя такие системы обычно содержат намного больше спутников. Передающее воздушное судно 6 позволяет воздушным судам 4 и 5 передавать видеосигналы на наземный базовый приемник 8. Передающее воздушное судно 6 также осуществляет сообщение между воздушными судами 4 и 5 и наземной базовой станцией связи 7. Следует иметь в виду, что любое из воздушных судов 4, 5 может быть априори целью или платформой; средства обработки информации ( не показаны) распределены между воздушными судами 4, 5 и б, станцией связи 7 и приемником 8.

На фиг. 2 показано, что любое из воздушных судов, показанных на фиг. 1, а именно, два воздушных судна 4, 5 и передающее воздушное судно 6, имеют (по меньшей мере) три приемника GPS 9, 10 и II, позволяющие средствам обработки информации ( не показаны) вычислять положение воздушного судна и его высоту. Следует иметь в виду, что типичная GPS обеспечивает точность в диапазоне от 30 до 100 метров; однако измерение изменений расстояния является намного более точным, а именно, в диапазоне одного миллиметра, потому что ошибка в информации расстояния, выдаваемой каждым спутником, является постоянной и позволяет ввести в высшей степени удобное смещение. Множество имеющихся в наличии спутников позволяет получить дополнительную безопасность измерения за счет избыточности. Средства обработки информации, известные сами по себе, например, из упоминавшихся ранее патентов, позволяют в частности вычислять глобальный вектор положения всех трех приемников 9, 10, 11 и, следовательно, ориентацию связанной с воздушным судном координатной системы, ее углы Эйлера и вариации этих данных в каждом цикле вычисления.

На фиг. 3 показано, как видеосигналы, полученные камерой 16 от цели 4, прежде всего передаются (штриховая линия) через антенны 17, 18 с платформы 5 на передающую станцию 6, а затем через антенну 19 на наземную станцию 8 с телевизионным монитором 20. Функционирование таких средств передачи видеосигнала предусматривает точное наведение (нацеливание) не только камеры 16 на цель 4 благодаря наличию GPS 12 и 13, но и также антенн 17 и 18 друг на друга благодаря наличию GPS 13 и 14, и, в свою очередь, антенны 19 и наземной станции 8 друг на друга, благодаря наличию GPS 19 и 15. Такое точное нацеливание получают благодаря средствам обработки информации (не показаны), на которые подаются данные с GPS и которые могут преобразовывать любой глобальный вектор положения из земных координат в относительные координаты. Например, глобальный вектор положения цели 4 является вектором, имеющим свое начало в центре земли и свой конец на GPS 12; глобальный вектор положения платформы 5 является вектором, имеющим свое начало в центре земли и конец на GPS 13. Средства обработки информации позволяют принимать в расчет высоту платформы 5, которая определена тремя GPS 9, 10, 11 ( фиг. 2), для того, чтобы правильно нацелить камеру 16 на цель 4, в соответствии с вектором, начало которого находится на GPS 13, а конец на GPS 12.

На фиг. 4 схематично показано, каким образом три воздушные судна 4, 5, 6 и наземная станция 7 могут осуществлять сообщение с использованием радиооборудования с всенаправленными антеннами 21, 22, 23. Такие антенны не требуется нацеливать друг на друга для осуществления связи, если только антенны не служат средством для передачи видеосигналов. Это схематично показано двойными стрелками на фиг. 4. Все узлы описанной выше примерной системы используют одну и ту же частоту для передачи их глобальных векторов положения, данных текущего использования спутника, информации управления камерой и других относящихся к делу данных. Для того, чтобы позволить использовать одну единственную частоту, может быть применена беспроволочная адаптация стандарта связи Многостанционного доступа с контролем несущей (ANSI/IEEE Std. 802.3-1985 и ISO/DIS 8802/3). На фиг. 4 показан также наземный блок управления 24, в котором имеет место выбор камеры, выбор цели и управление трасфокацией. Средства обработки информации наземного блока управления работают совместно со средствами обработки информации воздушного судна для координации активностей и для распределения задач обработки информации.

Формула изобретения

1. Система наведения камеры, включающая в себя по меньшей мере одну камеру, платформу, на которой расположена указанная по меньшей мере одна камера, причем такая камера имеет возможность быть сфокусированной на целях в результате перемещения относительно платформы, множество средств обработки информации, средства передачи видеосигналов на приемную станцию, непосредственно или через одну или несколько ретрансляционных станций, средства связи между указанным множеством средств обработки информации, причем платформа и ретрансляционные станции оборудованы приемниками глобальной системы определения местоположения, отличающаяся тем, что платформа оборудована по меньшей мере тремя приемниками глобальной системы определения местоположения, позволяющими измерять ее глобальную высоту и положение, причем цели также снабжены по меньшей мере одним приемником глобальной системы определения местоположения, позволяющим измерять ее глобальное положение, а положение целей относительно платформы вычислено, исходя из указанной информации, при помощи средств обработки информации.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что распределение камер по целям является меняющимся, а цель может служить в качестве платформы, а платформа - в качестве цели.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что ретрансляционные станции оборудованы ориентированными направленными антеннами, которые обладают возможностью использования средств связи и средств обработки информации для нацеливания указанных антенн на другие ретрансляционные станции или на приемные станции.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что ретрансляционные станции оборудованы ориентированными направленными антеннами, которые имеют возможность использования средств связи и средств обработки информации для нацеливания указанных антенн на другие ретрансляционные станции или на приемные станции.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что цель и платформа представляют собой воздушные суда, причем камера на платформе может быть установлена таким образом, чтобы быть нацеленной в любом направлении относительно системы координат платформы, при этом положение цели в системе координат платформы получают вычитанием вектора глобального положения платформы из вектора глобального положения цели и проектированием результирующего вектора на систему координат платформы.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что платформа и цель представляют собой транспортные средства.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что платформа является фиксированной, а цели являются транспортными средствами, оборудованными приемниками глобальной системы определения местоположения, причем камера, содержащая трансформатор, располагается в непосредственной близости от автодрома таким образом, что оно может полностью использовать возможности трансфокации при помощи положения автомобилей, оборудованных своими собственными приемниками глобальной системы определения местоположения.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что платформа является воздушным судном, а цели являются наземными транспортными средствами.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что платформа несет две параллельные ТВ камеры для получения стереоскопического изображения, в частности, для передачи видеосигналов на шлемы виртуальной реальности, надетые зрителями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4