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

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有舞臺追光控制系統(tǒng)布置困難、接線復雜、適用范圍受限、應用 成本高、控制實時性和精確性差的問題，提供了一種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控 制系統(tǒng)及方法。
[0004] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制系統(tǒng)，包括高清攝像頭、PC上位機、立 體音響、第一 RS485通信機、第二RS485通信機、第三RS485通信機、微處理器、云臺射燈系統(tǒng)、 可調(diào)燈光系統(tǒng);其中，高清攝像頭的輸出端通過視頻線與PC上位機的輸入端連接;PC上位機 的輸出端通過音頻線與立體音響的輸入端連接;PC上位機與第一 RS485通信機雙向連接;第 一 RS485通信機分別與第二RS485通信機、第三RS485通信機雙向連接;第二RS485通信機與 微處理器雙向連接;微處理器與云臺射燈系統(tǒng)雙向連接;第三RS485通信機與可調(diào)燈光系統(tǒng) 雙向連接。
[0006] -種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制方法(該方法在本發(fā)明所述的一種基 于圖像模式識別的舞臺智能追光控制系統(tǒng)中實現(xiàn)），該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的：
[0007] 1)高清攝像頭采集舞臺圖像，并采用RGB色彩模式對舞臺圖像進行處理，由此得到 三維像素矩陣A;
[0008] 2 )PC上位機通過視頻線讀取三維像素矩陣A，并對三維像素矩陣A進行RGB分離，由 此分別得到Red分量對應的二維像素矩陣AR、Green分量對應的二維像素矩陣AG、Blue分量 對應的二維像素矩陣AB;
[0009] 3)PC上位機對二維像素矩陣AR、二維像素矩陣AG、二維像素矩陣AB進行兩兩作差， 并根據(jù)作差結(jié)果判定三維像素矩陣A的元素 Alj對應的顏色;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對應的顏色為紅色；
[0015] 如果作差結(jié)果滿足式(2)，則判定元素對應的顏色為綠色；
[0016] 如果作差結(jié)果滿足式(3)，則判定元素 Alj對應的顏色為藍色；
[0017] 4)PC上位機判斷元素 Alj對應的顏色與演員服飾的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機將元素 Alj以邏輯1填充；如果不同，則PC上位機將元素 Alj以邏輯0填充;PC上位機由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣D;
[0018] 5)PC上位機判斷元素 Alj對應的顏色與舞臺地面的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機將元素 Alj以邏輯0填充；如果不同，則PC上位機將元素 Alj以邏輯1填充;PC上位機由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣B;
[0019] 6)PC上位機對邏輯判定矩陣D和邏輯判定矩陣B進行如下邏輯運算：
[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，則對元素 Dlj與元 素 Bij進行與運算；
[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，則對元素 Dlj與元 素 Bij進行異或運算；
[0022] PC上位機由此通過邏輯運算得到新的邏輯判定矩陣，并對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；
[0023] 7 )PC上位機采用變換矩陣將演員服飾在三維像素矩陣A中的像素坐標轉(zhuǎn)化為演員 服飾在舞臺圖像中的實際坐標，并根據(jù)實際坐標生成控制信號，然后依次通過第一RS485通 信機、第二RS485通信機、微處理器將控制信號發(fā)送至云臺射燈系統(tǒng)；云臺射燈系統(tǒng)根據(jù)控 制信號即可實時定位并快速準確地跟蹤演員服飾，由此實現(xiàn)舞臺智能追光。
[0024] 與現(xiàn)有舞臺追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述的一種基于圖像模式識別的舞臺智能 追光控制系統(tǒng)及方法基于全新的追光控制原理，實現(xiàn)了舞臺智能追光，由此其具備了如下 優(yōu)點：其一，與基于分布式傳感器的舞臺追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明無需采用數(shù)量眾多的傳 感器，而僅僅采用單個高清攝像頭即可實現(xiàn)舞臺智能追光，因此其布置更容易、接線更簡 單、適用范圍更廣(完全適用于快速搭建的臨時舞臺、有升降機的舞臺、有移動道具的舞臺 等）、應用成本更低。其二，與基于無線定位器的舞臺追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明無需由演員 隨身攜帶無線定位器，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 合應用，由此其適用范圍更廣(完全適用于雜技表演舞臺、魔術(shù)表演舞臺等）。其三，與基于 圖像式傳感器的舞臺追光控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明無需依靠人工，而是利用基于模式識別原 理的智能算法，模擬人類應用眼睛調(diào)用大腦識別演員的過程，由此實現(xiàn)了演員的定位和跟 蹤，因此其控制實時性和精確性更尚。
[0025] 本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有舞臺追光控制系統(tǒng)布置困難、接線復雜、適用范圍受限、應 用成本高、控制實時性和精確性差的問題，適用于舞臺追光控制。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的一種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027] -種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制系統(tǒng)，包括高清攝像頭、PC上位機、立 體音響、第一 RS485通信機、第二RS485通信機、第三RS485通信機、微處理器、云臺射燈系統(tǒng)、 可調(diào)燈光系統(tǒng);其中，高清攝像頭的輸出端通過視頻線與PC上位機的輸入端連接;PC上位機 的輸出端通過音頻線與立體音響的輸入端連接;PC上位機與第一 RS485通信機雙向連接;第 一 RS485通信機分別與第二RS485通信機、第三RS485通信機雙向連接;第二RS485通信機與 微處理器雙向連接;微處理器與云臺射燈系統(tǒng)雙向連接;第三RS485通信機與可調(diào)燈光系統(tǒng) 雙向連接。
[0028] -種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制方法(該方法在本發(fā)明所述的一種基 于圖像模式識別的舞臺智能追光控制系統(tǒng)中實現(xiàn)），該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的：
[0029] 1)高清攝像頭采集舞臺圖像，并采用RGB色彩模式對舞臺圖像進行處理，由此得到 三維像素矩陣A;
[0030] 2 )PC上位機通過視頻線讀取三維像素矩陣A，并對三維像素矩陣A進行RGB分離，由 此分別得到Red分量對應的二維像素矩陣AR、Green分量對應的二維像素矩陣AG、Blue分量 對應的二維像素矩陣AB;
[0031] 3)PC上位機對二維像素矩陣AR、二維像素矩陣AG、二維像素矩陣AB進行兩兩作差， 并根據(jù)作差結(jié)果判定三維像素矩陣A的元素 Alj對應的顏色;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對應的顏色為紅色；
[0037]如果作差結(jié)果滿足式(2)，則判定元素對應的顏色為綠色；
[0038]如果作差結(jié)果滿足式(3)，則判定元素 Alj對應的顏色為藍色；
[0039] 4)PC上位機判斷元素 Alj對應的顏色與演員服飾的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機將元素 Alj以邏輯1填充；如果不同，則PC上位機將元素 Alj以邏輯0填充;PC上位機由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣D;
[0040] 5)PC上位機判斷元素 Alj對應的顏色與舞臺地面的顏色是否相同；如果相同，則PC 上位機將元素 Alj以邏輯0填充；如果不同，則PC上位機將元素 Alj以邏輯1填充;PC上位機由 此將三維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣B;
[0041] 6)PC上位機對邏輯判定矩陣D和邏輯判定矩陣B進行如下邏輯運算：
[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，則對元素 Dlj與元 素 Bij進行與運算；
[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，則對元素 Dlj與元 素 Bij進行異或運算；
[0044] PC上位機由此通過邏輯運算得到新的邏輯判定矩陣，并對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；
[0045] 7 )PC上位機采用變換矩陣將演員服飾在三維像素矩陣A中的像素坐標轉(zhuǎn)化為演員 服飾在舞臺圖像中的實際坐標，并根據(jù)實際坐標生成控制信號，然后依次通過第一RS485通 信機、第二RS485通信機、微處理器將控制信號發(fā)送至云臺射燈系統(tǒng)；云臺射燈系統(tǒng)根據(jù)控 制信號即可實時定位并快速準確地跟蹤演員服飾，由此實現(xiàn)舞臺智能追光。
【主權(quán)項】
1. 一種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制系統(tǒng)，其特征在于:包括高清攝像頭、PC 上位機、立體音響、第一 RS485通信機、第二RS485通信機、第=RS485通信機、微處理器、云臺 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視頻線與PC上位機的輸入端連 接;PC上位機的輸出端通過音頻線與立體音響的輸入端連接;PC上位機與第一 RS485通信機 雙向連接；第一 RS485通信機分別與第二RS485通信機、第SRS485通信機雙向連接；第二 RS485通信機與微處理器雙向連接;微處理器與云臺射燈系統(tǒng)雙向連接;第SRS485通信機 與可調(diào)燈光系統(tǒng)雙向連接。2. -種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制方法，該方法在如權(quán)利要求1所述的一 種基于圖像模式識別的舞臺智能追光控制系統(tǒng)中實現(xiàn)，其特征在于:該方法是采用如下步 驟實現(xiàn)的： 1) 高清攝像頭采集舞臺圖像，并采用RGB色彩模式對舞臺圖像進行處理，由此得到S維 像素矩陣A; 2. PC上位機通過視頻線讀取S維像素矩陣A，并對S維像素矩陣A進行RGB分離，由此分 別得到Red分量對應的二維像素矩陣AR、Green分量對應的二維像素矩陣AG、Blue分量對應 的二維像素矩陣AB; 3. PC上位機對二維像素矩陣AR、二維像素矩陣AG、二維像素矩陣AB進行兩兩作差，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對應的顏色為紅色； 如果作差結(jié)果滿足式(2)，則判定元素 Au對應的顏色為綠色； 如果作差結(jié)果滿足式(3)，則判定元素 Au對應的顏色為藍色； 4. PC上位機判斷元素Au對應的顏色與演員服飾的顏色是否相同；如果相同，貝化C上位 機將元素 Al擬邏輯1填充；如果不同，則PC上位機將元素 Al擬邏輯O填充;PC上位機由此將 =維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣D; 5. PC上位機判斷元素Au對應的顏色與舞臺地面的顏色是否相同；如果相同，貝化C上位 機將元素 Al擬邏輯O填充；如果不同，則PC上位機將元素 Al擬邏輯I填充;PC上位機由此將 =維像素矩陣A轉(zhuǎn)換為邏輯判定矩陣B; 6. PC上位機對邏輯判定矩陣D和邏輯判定矩陣B進行如下邏輯運算： 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，則對元素化J與元素 BiJ 進行與運算； 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，則對元素化J與元素 BiJ 進行異或運算； PC上位機由此通過邏輯運算得到新的邏輯判定矩陣，并對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； 7. PC上位機采用變換矩陣將演員服飾在S維像素矩陣A中的像素坐標轉(zhuǎn)化為演員服飾 在舞臺圖像中的實際坐標，并根據(jù)實際坐標生成控制信號，然后依次通過第一RS485通信 機、第二RS485通信機、微處理器將控制信號發(fā)送至云臺射燈系統(tǒng)；云臺射燈系統(tǒng)根據(jù)控制 信號即可實時定位并快速準確地跟蹤演員服飾，由此實現(xiàn)舞臺智能追光。
【文檔編號】H05B37/02GK105916266SQ201610225199
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】王秀麗, 蘇文哲
【申請人】山西大學