一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)，具體是一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)布置困難、接線復(fù)雜、適用范圍受限、應(yīng)用成本高、控制實(shí)時(shí)性和精確性差的問(wèn)題。一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)，包括高清攝像頭、PC上位機(jī)、立體音響、第一RS485通信機(jī)、第二RS485通信機(jī)、第三RS485通信機(jī)、微處理器、云臺(tái)射燈系統(tǒng)、可調(diào)燈光系統(tǒng)；其中，高清攝像頭的輸出端通過(guò)視頻線與PC上位機(jī)的輸入端連接；PC上位機(jī)的輸出端通過(guò)音頻線與立體音響的輸入端連接；PC上位機(jī)與第一RS485通信機(jī)雙向連接。本發(fā)明適用于舞臺(tái)追光控制。
【專利說(shuō)明】
一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)，具體是一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控 制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為舞臺(tái)的重要組成部分，舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)的作用是保證燈光能夠?qū)崟r(shí)定位并 快速準(zhǔn)確地跟蹤演員。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)主要包括以下三種:第一種是 基于分布式傳感器的舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)(例如中國(guó)專利ZL201310145433.1公開(kāi)的一種舞臺(tái) 追光燈追光控制系統(tǒng)）。此種系統(tǒng)需要采用數(shù)量眾多的傳感器，因此其存在布置困難、接線 復(fù)雜、適用范圍受限（不適用于快速搭建的臨時(shí)舞臺(tái)、有升降機(jī)的舞臺(tái)、有移動(dòng)道具的舞臺(tái) 等）、應(yīng)用成本高的問(wèn)題。第二種是基于無(wú)線定位器的舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)（例如中國(guó)專利 ZL201420486577.3公開(kāi)的一種舞臺(tái)燈光跟隨裝置）。此種系統(tǒng)需要由演員隨身攜帶無(wú)線定 位器，因此其無(wú)法在不適合攜帶定位器或不允許攜帶定位器的特殊場(chǎng)合應(yīng)用，由此存在適 用范圍受限（不適用于雜技表演舞臺(tái)、魔術(shù)表演舞臺(tái)等）的問(wèn)題。第三種是基于圖像式傳感 器的舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)。此種系統(tǒng)需要依靠人工來(lái)進(jìn)行演員的定位和跟蹤，因此其存在控 制實(shí)時(shí)性和精確性差的問(wèn)題?；诖?，有必要發(fā)明一種全新的舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn) 有舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)布置困難、接線復(fù)雜、適用范圍受限、應(yīng)用 成本高、控制實(shí)時(shí)性和精確性差的問(wèn)題，提供了一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控 制系統(tǒng)及方法。
[0004] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)，包括高清攝像頭、PC上位機(jī)、立 體音響、第一 RS485通信機(jī)、第二RS485通信機(jī)、第三RS485通信機(jī)、微處理器、云臺(tái)射燈系統(tǒng)、 可調(diào)燈光系統(tǒng);其中，高清攝像頭的輸出端通過(guò)視頻線與PC上位機(jī)的輸入端連接;PC上位機(jī) 的輸出端通過(guò)音頻線與立體音響的輸入端連接;PC上位機(jī)與第一 RS485通信機(jī)雙向連接;第 一 RS485通信機(jī)分別與第二RS485通信機(jī)、第三RS485通信機(jī)雙向連接;第二RS485通信機(jī)與 微處理器雙向連接;微處理器與云臺(tái)射燈系統(tǒng)雙向連接;第三RS485通信機(jī)與可調(diào)燈光系統(tǒng) 雙向連接。
[0006] -種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制方法(該方法在本發(fā)明所述的一種基 于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)），該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 1)高清攝像頭采集舞臺(tái)圖像，并采用RGB色彩模式對(duì)舞臺(tái)圖像進(jìn)行處理，由此得到 三維像素矩陣A;
[0008] 2 )PC上位機(jī)通過(guò)視頻線讀取三維像素矩陣A，并對(duì)三維像素矩陣A進(jìn)行RGB分離，由 此分別得到Red分量對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AR、Green分量對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AG、Blue分量 對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AB;
[0009] 3)PC上位機(jī)對(duì)二維像素矩陣AR、二維像素矩陣AG、二維像素矩陣AB進(jìn)行兩兩作差， 并根據(jù)作差結(jié)果判定三維像素矩陣A的元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色;具體判定公式如下：
[0010:
[0011:
[0012:
[0013]式⑴-⑶中：AR1^二維像素矩陣AR的元素;AGlj為二維像素矩陣AG的元素;AB lj 為二維像素矩陣AB的元素;G1、G2均為閾值;G1多0; G2多0;
[0014]如果作差結(jié)果滿足式（1)，則判定元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色為紅色；
[0015] 如果作差結(jié)果滿足式(2)，則判定元素對(duì)應(yīng)的顏色為綠色；
[0016] 如果作差結(jié)果滿足式(3)，則判定元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色為藍(lán)色；
[0017] 4)PC上位機(jī)判斷元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色與演員服飾的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機(jī)將元素 Alj以邏輯1填充；如果不同，則PC上位機(jī)將元素 Alj以邏輯0填充;PC上位機(jī)由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣D;
[0018] 5)PC上位機(jī)判斷元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色與舞臺(tái)地面的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機(jī)將元素 Alj以邏輯0填充；如果不同，則PC上位機(jī)將元素 Alj以邏輯1填充;PC上位機(jī)由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣B;
[0019] 6)PC上位機(jī)對(duì)邏輯判定矩陣D和邏輯判定矩陣B進(jìn)行如下邏輯運(yùn)算：
[0020]如果邏輯判定矩陣D的元素 Dlj與邏輯判定矩陣B的元素 Blj不同，則對(duì)元素 Dlj與元 素 Bij進(jìn)行與運(yùn)算；
[0021] 如果邏輯判定矩陣D的元素 Dlj與邏輯判定矩陣B的元素 Blj相同，則對(duì)元素 Dlj與元 素 Bij進(jìn)行異或運(yùn)算；
[0022] PC上位機(jī)由此通過(guò)邏輯運(yùn)算得到新的邏輯判定矩陣，并對(duì)該邏輯判定矩陣中值為 1的元素的行數(shù)和列數(shù)分別求平均值，然后將平均值作為演員服飾在三維像素矩陣A中的像 素坐標(biāo)；
[0023] 7 )PC上位機(jī)采用變換矩陣將演員服飾在三維像素矩陣A中的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為演員 服飾在舞臺(tái)圖像中的實(shí)際坐標(biāo)，并根據(jù)實(shí)際坐標(biāo)生成控制信號(hào)，然后依次通過(guò)第一RS485通 信機(jī)、第二RS485通信機(jī)、微處理器將控制信號(hào)發(fā)送至云臺(tái)射燈系統(tǒng)；云臺(tái)射燈系統(tǒng)根據(jù)控 制信號(hào)即可實(shí)時(shí)定位并快速準(zhǔn)確地跟蹤演員服飾，由此實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)智能追光。
[0024] 與現(xiàn)有舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述的一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能 追光控制系統(tǒng)及方法基于全新的追光控制原理，實(shí)現(xiàn)了舞臺(tái)智能追光，由此其具備了如下 優(yōu)點(diǎn)：其一，與基于分布式傳感器的舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明無(wú)需采用數(shù)量眾多的傳 感器，而僅僅采用單個(gè)高清攝像頭即可實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)智能追光，因此其布置更容易、接線更簡(jiǎn) 單、適用范圍更廣(完全適用于快速搭建的臨時(shí)舞臺(tái)、有升降機(jī)的舞臺(tái)、有移動(dòng)道具的舞臺(tái) 等）、應(yīng)用成本更低。其二，與基于無(wú)線定位器的舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明無(wú)需由演員 隨身攜帶無(wú)線定位器，因此其完全可以在不適合攜帶定位器或不允許攜帶定位器的特殊場(chǎng) 合應(yīng)用，由此其適用范圍更廣(完全適用于雜技表演舞臺(tái)、魔術(shù)表演舞臺(tái)等）。其三，與基于 圖像式傳感器的舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明無(wú)需依靠人工，而是利用基于模式識(shí)別原 理的智能算法，模擬人類(lèi)應(yīng)用眼睛調(diào)用大腦識(shí)別演員的過(guò)程，由此實(shí)現(xiàn)了演員的定位和跟 蹤，因此其控制實(shí)時(shí)性和精確性更尚。
[0025] 本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有舞臺(tái)追光控制系統(tǒng)布置困難、接線復(fù)雜、適用范圍受限、應(yīng) 用成本高、控制實(shí)時(shí)性和精確性差的問(wèn)題，適用于舞臺(tái)追光控制。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] -種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)，包括高清攝像頭、PC上位機(jī)、立 體音響、第一 RS485通信機(jī)、第二RS485通信機(jī)、第三RS485通信機(jī)、微處理器、云臺(tái)射燈系統(tǒng)、 可調(diào)燈光系統(tǒng);其中，高清攝像頭的輸出端通過(guò)視頻線與PC上位機(jī)的輸入端連接;PC上位機(jī) 的輸出端通過(guò)音頻線與立體音響的輸入端連接;PC上位機(jī)與第一 RS485通信機(jī)雙向連接;第 一 RS485通信機(jī)分別與第二RS485通信機(jī)、第三RS485通信機(jī)雙向連接;第二RS485通信機(jī)與 微處理器雙向連接;微處理器與云臺(tái)射燈系統(tǒng)雙向連接;第三RS485通信機(jī)與可調(diào)燈光系統(tǒng) 雙向連接。
[0028] -種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制方法(該方法在本發(fā)明所述的一種基 于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)），該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的：
[0029] 1)高清攝像頭采集舞臺(tái)圖像，并采用RGB色彩模式對(duì)舞臺(tái)圖像進(jìn)行處理，由此得到 三維像素矩陣A;
[0030] 2 )PC上位機(jī)通過(guò)視頻線讀取三維像素矩陣A，并對(duì)三維像素矩陣A進(jìn)行RGB分離，由 此分別得到Red分量對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AR、Green分量對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AG、Blue分量 對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AB;
[0031] 3)PC上位機(jī)對(duì)二維像素矩陣AR、二維像素矩陣AG、二維像素矩陣AB進(jìn)行兩兩作差， 并根據(jù)作差結(jié)果判定三維像素矩陣A的元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色;具體判定公式如下：
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] 式（1)-⑶中:AR1^二維像素矩陣AR的元素;AGlj為二維像素矩陣AG的元素;AB lj 為二維像素矩陣AB的元素;G1、G2均為閾值;G1多0; G2多0;
[0036]如果作差結(jié)果滿足式（1)，則判定元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色為紅色；
[0037]如果作差結(jié)果滿足式(2)，則判定元素對(duì)應(yīng)的顏色為綠色；
[0038]如果作差結(jié)果滿足式(3)，則判定元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色為藍(lán)色；
[0039] 4)PC上位機(jī)判斷元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色與演員服飾的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機(jī)將元素 Alj以邏輯1填充；如果不同，則PC上位機(jī)將元素 Alj以邏輯0填充;PC上位機(jī)由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣D;
[0040] 5)PC上位機(jī)判斷元素 Alj對(duì)應(yīng)的顏色與舞臺(tái)地面的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機(jī)將元素 Alj以邏輯0填充；如果不同，則PC上位機(jī)將元素 Alj以邏輯1填充;PC上位機(jī)由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣B;
[0041] 6)PC上位機(jī)對(duì)邏輯判定矩陣D和邏輯判定矩陣B進(jìn)行如下邏輯運(yùn)算：
[0042]如果邏輯判定矩陣D的元素 Dlj與邏輯判定矩陣B的元素 Blj不同，則對(duì)元素 Dlj與元 素 Bij進(jìn)行與運(yùn)算；
[0043]如果邏輯判定矩陣D的元素 Dlj與邏輯判定矩陣B的元素 Blj相同，則對(duì)元素 Dlj與元 素 Bij進(jìn)行異或運(yùn)算；
[0044] PC上位機(jī)由此通過(guò)邏輯運(yùn)算得到新的邏輯判定矩陣，并對(duì)該邏輯判定矩陣中值為 1的元素的行數(shù)和列數(shù)分別求平均值，然后將平均值作為演員服飾在三維像素矩陣A中的像 素坐標(biāo)；
[0045] 7 )PC上位機(jī)采用變換矩陣將演員服飾在三維像素矩陣A中的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為演員 服飾在舞臺(tái)圖像中的實(shí)際坐標(biāo)，并根據(jù)實(shí)際坐標(biāo)生成控制信號(hào)，然后依次通過(guò)第一RS485通 信機(jī)、第二RS485通信機(jī)、微處理器將控制信號(hào)發(fā)送至云臺(tái)射燈系統(tǒng)；云臺(tái)射燈系統(tǒng)根據(jù)控 制信號(hào)即可實(shí)時(shí)定位并快速準(zhǔn)確地跟蹤演員服飾，由此實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)智能追光。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)，其特征在于:包括高清攝像頭、PC 上位機(jī)、立體音響、第一 RS485通信機(jī)、第二RS485通信機(jī)、第=RS485通信機(jī)、微處理器、云臺(tái) 射燈系統(tǒng)、可調(diào)燈光系統(tǒng)；其中，高清攝像頭的輸出端通過(guò)視頻線與PC上位機(jī)的輸入端連 接;PC上位機(jī)的輸出端通過(guò)音頻線與立體音響的輸入端連接;PC上位機(jī)與第一 RS485通信機(jī) 雙向連接；第一 RS485通信機(jī)分別與第二RS485通信機(jī)、第SRS485通信機(jī)雙向連接；第二 RS485通信機(jī)與微處理器雙向連接;微處理器與云臺(tái)射燈系統(tǒng)雙向連接;第SRS485通信機(jī) 與可調(diào)燈光系統(tǒng)雙向連接。2. -種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制方法，該方法在如權(quán)利要求1所述的一 種基于圖像模式識(shí)別的舞臺(tái)智能追光控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，其特征在于:該方法是采用如下步 驟實(shí)現(xiàn)的： 1) 高清攝像頭采集舞臺(tái)圖像，并采用RGB色彩模式對(duì)舞臺(tái)圖像進(jìn)行處理，由此得到S維 像素矩陣A; 2. PC上位機(jī)通過(guò)視頻線讀取S維像素矩陣A，并對(duì)S維像素矩陣A進(jìn)行RGB分離，由此分 別得到Red分量對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AR、Green分量對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣AG、Blue分量對(duì)應(yīng) 的二維像素矩陣AB; 3. PC上位機(jī)對(duì)二維像素矩陣AR、二維像素矩陣AG、二維像素矩陣AB進(jìn)行兩兩作差，并根 據(jù)作差結(jié)果判定^維像素^^*46^^去4'.曰^**||?^^/\^如下； 式（1 )-(3)中：ARij為二維像素矩陣AR的元素;AGij為二維像素矩陣AG的元素;ABij為二 維像素矩陣AB的元素;Gi、G2均為闊值;Gi^ O; G2 > O; 如果作差結(jié)果滿足式(1 )，則判定元素 Au對(duì)應(yīng)的顏色為紅色； 如果作差結(jié)果滿足式(2)，則判定元素 Au對(duì)應(yīng)的顏色為綠色； 如果作差結(jié)果滿足式(3)，則判定元素 Au對(duì)應(yīng)的顏色為藍(lán)色； 4. PC上位機(jī)判斷元素Au對(duì)應(yīng)的顏色與演員服飾的顏色是否相同；如果相同，貝化C上位 機(jī)將元素 Al擬邏輯1填充；如果不同，則PC上位機(jī)將元素 Al擬邏輯O填充;PC上位機(jī)由此將 =維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣D; 5. PC上位機(jī)判斷元素Au對(duì)應(yīng)的顏色與舞臺(tái)地面的顏色是否相同；如果相同，貝化C上位 機(jī)將元素 Al擬邏輯O填充；如果不同，則PC上位機(jī)將元素 Al擬邏輯I填充;PC上位機(jī)由此將 =維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣B; 6. PC上位機(jī)對(duì)邏輯判定矩陣D和邏輯判定矩陣B進(jìn)行如下邏輯運(yùn)算： 如果邏輯判定矩陣D的元素化J與邏輯判定矩陣B的元素 Bu不同，則對(duì)元素化J與元素 BiJ 進(jìn)行與運(yùn)算； 如果邏輯判定矩陣D的元素化J與邏輯判定矩陣B的元素 Bu相同，則對(duì)元素化J與元素 BiJ 進(jìn)行異或運(yùn)算； PC上位機(jī)由此通過(guò)邏輯運(yùn)算得到新的邏輯判定矩陣，并對(duì)該邏輯判定矩陣中值為1的 元素的行數(shù)和列數(shù)分別求平均值，然后將平均值作為演員服飾在=維像素矩陣A中的像素 坐標(biāo)； 7. PC上位機(jī)采用變換矩陣將演員服飾在S維像素矩陣A中的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為演員服飾 在舞臺(tái)圖像中的實(shí)際坐標(biāo)，并根據(jù)實(shí)際坐標(biāo)生成控制信號(hào)，然后依次通過(guò)第一RS485通信 機(jī)、第二RS485通信機(jī)、微處理器將控制信號(hào)發(fā)送至云臺(tái)射燈系統(tǒng)；云臺(tái)射燈系統(tǒng)根據(jù)控制 信號(hào)即可實(shí)時(shí)定位并快速準(zhǔn)確地跟蹤演員服飾，由此實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)智能追光。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK105916266SQ201610225199
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】王秀麗, 蘇文哲
【申請(qǐng)人】山西大學(xué)