基于眼动生理特征的视觉随动系统

系统按照功能分为4个模块：

1. 云台模块，由云台、摄像头和步进电机组成，主要功能是控制云台摄像头的水平转动、俯仰运动和自动对焦，并采集图像；
2. 视频眼镜模块，由视频眼镜及其控制板，内置两个微型摄像头组成，主要功能是用于显示云台摄像头采集的图像并通过内部放置的两个微型摄像头采集人眼图像；
3. 图像处理及显示平台，采用Intel低功耗ATOM系列处理器平台，安装Windows XP操作系统，由液晶显示屏显示界面，主要功能是显示工作界面，实现人眼运动识别并返回计算结果；
4. 主控制板，采用FPGA为主处理芯片，带有高速存储器和串口、视频接口、云台接口等，它是整个系统的核心控制模块，主要功能是负责与云台、图像处理平台和视频眼镜之间的数据交互，管理整个系统的数据流和控制流；

2. 工作流程

整个工作流程如下图所示：

图2 工作流程

通过视频眼镜内部的两个微型摄像头采集人眼图像，图像处理平台实现人眼的运动识别，主控制板根据图像处理结果控制云台摄像头的移动和自动对焦，并将摄像头采集的图像在视频眼镜中显示；继续对人眼进行监控判断，形成不断循环的闭环运行流程。

• 研究的主要内容

1. 模块组成
   1. 云台模块

云台模块由云台、电机模块、摄像头和外接口组成，它的功能是控制电机的转动从而实现摄像头的水平和垂直方向的运动，同时把摄像头采集的图像输出。

1. 云台采用PTS-3030CQ型号的吊装云台（图4-1-1-1），内置两个24V交流电机，水平旋转角度最大为355度，俯仰角度范围为-5度到50度。由于该云台需要交流供电，不满足本项目要求，所以将原有的交流电机更换成直流步进电机。

图 4-1-1-1

2. 电机模块由两个12V直流两相步进电机（图4-1-1-2）和配套的电机驱动器组成。步进电机的步距角为1.8度，最大静力矩约为3600 g*cm，如图1-2所示。驱动器的驱动电压小于40V，驱动电流0.8—5V可调，细分数可由拨码开关设定1/2，1/4，1/8，1/16。

图4-1-1-2

3. 摄像头采用彩色一体化摄像机（图4-1-1-3），成像元件是SONY CCD image sensor，PAL制信号输出，22倍光学变焦，同时有自动聚焦和手动聚焦两种模式，可以通过RS485协议对摄像头进行相关控制，摄像头所需电源为12V直流电压，200mA电流。

图4-1-1-3

4. 外接口采用25针接插件，主要功能是整合云台内部所有控制线，方便与外部连接和使用。外接口定义如图4-1-1-4所示。

图4-1-1-4

云台模块通过更换电机，安装摄像头，整合所有控制线到外接口从而实现对原有的云台改装，满足本项目实际需要。