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運動目標跟蹤測量、視頻監(jiān)控等各種實時測量系統(tǒng)在工業(yè)、生活中應(yīng)用日益廣泛。然而在這些系統(tǒng)中存在一個共同問題；如何保持攝像機的穩(wěn)定，處理在跟蹤過程中攝像機出現(xiàn)的抖動。傳統(tǒng)的方法是采用預(yù)先建立的數(shù)學模型在后期進行算法處理來糾正攝像機出現(xiàn)的抖動誤差，然而這種情況下要求建立的數(shù)學模型相當可靠，而實際處理產(chǎn)生的誤差也較大，雖然個別系統(tǒng)也采用慣性測量組件，但大都功能單一、精度較低。這里主要針對ADI公司生產(chǎn)的ADISl6355AMLZ在攝像穩(wěn)定中的作用，設(shè)計一個高精度的慣性測量組件系統(tǒng)。將其應(yīng)用在需要攝像穩(wěn)定的跟蹤、監(jiān)控攝像機上，可以準確記錄出現(xiàn)的抖動誤差，有效提高測量精確度。
1 ADISl6355AMLZ概述
1．1 ADISl6355AMLZ的基本原理
ADISl6355AMLZ是ADI公司生產(chǎn)的一款數(shù)字輸出、全溫校準的高性能、微慣性測量系統(tǒng)。其輸出為SPI串行接口，提供3個角速率信號、3個線加速度計信號、溫度傳感器信號、電源電壓信號和1個輔助的模擬輸入。ADISl6355AMLZ是一種微機械陀螺儀，屬于振動陀螺儀VG(Vibrat- ory Gymscope)。振動陀螺儀的基本工作原理都是產(chǎn)生并檢測哥氏加速度，即利用哥氏效應(yīng)使陀螺的2個振動模態(tài)間產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換。哥氏加速度在旋轉(zhuǎn)坐標系中表征加速度，與旋轉(zhuǎn)坐標系的旋轉(zhuǎn)速率成比例。
1．2 ADISl6355AMLZ的基本構(gòu)成
ADISl6355AMLZ是ADI公司MEMS器件ADISl635X系列的角速度、加速度測量傳感器，其核心傳感器部件均采用iMEMs技術(shù)，屬于利用哥氏效應(yīng)的振動陀螺儀。輸出零偏穩(wěn)定性為O．015(°)／s，角度隨機游走為4．2(°)／s，而其溫度系數(shù)則為O．008(°)／s／℃，因此適用于角度精度要求較高的場合。ADISl6355AMLZ提供一個串行外部接口SPI，可對器件進行配置，獲得運行狀態(tài)與測量結(jié)果等；對外部供電要求不高，內(nèi)部自帶高精度穩(wěn)壓電路，外圍電路較少。
2 慣性測量組件系統(tǒng)設(shè)計
這里主要利用ADISl6355AMLZ在攝像穩(wěn)定方面的重要作用，可有效校正攝像機在跟蹤運動目標過程中由于抖動而產(chǎn)生的誤差，并能較好解決在跟蹤過程中運動目標在攝像機視場中丟失的問題，與傳統(tǒng)的根據(jù)已建立的數(shù)學模型來處理目標丟失現(xiàn)象相比，準確度較高。
2．1系統(tǒng)硬件設(shè)計
該系統(tǒng)硬件電路主要包括AT89C513lA、K9F1G08UOM存儲器、ADISl6355AMLZ等。圖1為系統(tǒng)硬件框圖。
MCU控制器作為主控制器可直接控制慣性測量組件的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集，并將慣性測量組件采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到存儲器件內(nèi)，或通過USB接口直接傳入PC機處理。AT89C513lA是Atmel公司生產(chǎn)的基于80C52內(nèi)核的高性能8位單片CPU微處理器器件，片上集全速USB控制器和SPI接口，可方便地與陀螺儀器件連接，并通過USB接口將數(shù)據(jù)高速采集到PC機。K9F1G08UOM是三星公司的NAND Flash存儲器件，其容量為128 MB，在慣性測量組件高速采集的情況下可存儲至少4 h的連續(xù)采集數(shù)據(jù)量。其內(nèi)部存儲列為1 024塊。每塊分為64頁，1頁包含2 112字節(jié)，命令、地址、數(shù)據(jù)信息通過8條I／O線時分復(fù)用�？蓤�(zhí)行2 K字節(jié)的頁編程操作和頁讀操作。
在該系統(tǒng)中，ADSl6355AMLZ作為從設(shè)備通過SPI接口與外界通信，輸出測得的三軸角速度、三軸加速度、三軸溫度、電壓值，外部CPU也可通過該接口設(shè)置ADISl6355AMLZ內(nèi)部寄存器，從而增強使用的靈活性。圖2為慣性測量組件的讀操作SPI時序圖。
