Design of an active stabilization platform for video cameras

In this dissertation we are going through proposing a solution to a common problem related to the quality of the video taken by a camera, which is mounted on the handlebar of a bicycle, in high vibration situation. This problem, addressed as jello effect, comes up in some specific frequency bands which are generally related to the harmonics of the recording frame rate. The solution proposed in this project is based on an electronically active suspension system which takes into control the two fundamental movement degrees of the camera that give rise to the jello effect issue. To do so, firstly a broad research phase was done to select a type of actuator which can suit the requirements of the control system in the sense of linearity, controllability, size, and movement range. Based on that, a mechanical structure is proposed, modeled and implemented using the chosen actuator, considering some predefined movement requirements, size constraints and power consumption requirements. Then, an electronic architecture is proposed and implemented which allows us to control the injected current into the actuators almost instantaneously (compared to the overall control loop speed), and allow us to implement the high level suspension and filtering algorithms in embedded software. Finally, a simple suspension algorithm is implement which tracks the inclination of the bicycle while preventing high frequency vibration effects on the camera.

In questa tesi stiamo attraversando una soluzione ad un problema comune correlato alla qualità del video preso da una telecamera, che è montata sul manubrio di una bicicletta, in situazione alta vibrazione. Questo problema, affrontato come “jello effect”, arriva in alcune bande di frequenza specifici che sono generalmente legati alla armoniche del frame rate di registrazione. La soluzione proposta in questo progetto si basa su un sistema di sospensione attiva elettronicamente che tiene controllo i due gradi di libertà fondamentali della telecamera che danno luogo al rilascio “jello effect”. Per fare ciò, innanzitutto un'ampia fase di ricerca è stato fatto per selezionare un tipo di attuatore che può soddisfare i requisiti del sistema di controllo nel senso della linearità, controllabilità, dimensioni e la gamma di movimento. Sulla base di questo, si propone una struttura meccanica, modellato e realizzato utilizzando gli attuatori scelti, considerando alcuni requisiti movimenti predefiniti, i vincoli di dimensione e consumo di energia. Poi, una architettura elettronica è proposta e attuata, che ci permette di controllare la corrente iniettata negli attuatori quasi istantaneamente (rispetto alla velocità circuito di controllo generale), e ci permette di applicare la sospensione e filtraggio di algoritmi alto livello in software embedded. Infine, un algoritmo sospensione semplice eimplementato che segue l'inclinazione della bicicletta evitando movimenti ad alta frequenza arrivano alla telecamera.