專利名稱：Led燈光場景控制系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燈光場景的控制系統(tǒng)，特別涉及一種基于手勢和身體姿 態(tài)的交互式LED燈光場景控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術：
作為一種新型發(fā)光單元，LED具有工作電壓低、壽命長、節(jié)能、頻閃快、 易控制等優(yōu)點，以服務器和分級控制器控制的大規(guī)模LED燈具形成的藝術 燈光場景具有場面宏偉、視覺沖擊力強、高度的藝術美感的特點。現(xiàn)階段常 見的藝術燈光場景表達的藝術內容是按照控制系統(tǒng)的服務器內事先編輯好 的程序來運行的，多數(shù)控制系統(tǒng)與外界沒有信息反饋機制。無法根據(jù)外界環(huán) 境變化來調整改變藝術燈光表達內容。少數(shù)控制系統(tǒng)可通過音頻輸入，比如 音樂旋律來改變燈光場景內容。而視覺所包含的信息量遠比其他傳感方式所 能提供的信息量多，但目前以視覺輸入為反饋手段的交互式藝術燈光場景控 制系統(tǒng)還沒有出現(xiàn)。雖然申請?zhí)枮?00620041881.2，名稱為"一種互動投影 設備"的專利公開了一種可實現(xiàn)互動投影功能的設備，但該設備輸出方式為 投影機，是將濾掉了可見光的紅外線作為視覺輸入，而紅外線所包含的信息 遠小于可見光的信息，由此其互動的藝術效果也僅限于簡單的動態(tài)投影效 果。且其采用的投影機所能投影的面積也很小，僅為數(shù)平方米。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術的藝術燈光場景無法根 據(jù)外界環(huán)境來調整改變的缺陷，提供一種基于手勢和身體姿態(tài)的信息，并根 據(jù)具體應用場合，對LED點亮陣列進行相應控制，產生與燈光指揮者的手勢和身體姿態(tài)相對應的交互式LED燈光場景控制系統(tǒng)及其控制方法。
本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的 一種LED燈光場 景控制系統(tǒng)，其包括一視頻采集子系統(tǒng)， 一視覺處理子系統(tǒng)，其特點在于， 其還包括一燈光決策子系統(tǒng)，及與該燈光決策子系統(tǒng)相連的一組發(fā)光子系 統(tǒng)，其中，
該視覺處理子系統(tǒng)與該視頻采集子系統(tǒng)相連，用于接收該視頻采集子系 統(tǒng)傳來的視頻圖像信息，并對該視頻圖像信息進行視覺識別處理；
該燈光決策子系統(tǒng)用于接收該視覺處理子系統(tǒng)傳來的視覺識別處理信 號，并進行智能決策，產生相應的控制信號；
該發(fā)光子系統(tǒng)用于根據(jù)接收的該燈光決策子系統(tǒng)傳遞的決策控制信號， 點亮場景光源。
較佳地，該發(fā)光子系統(tǒng)包括一級聯(lián)驅動器及與該級聯(lián)驅動器相連的一組 LED,該級聯(lián)驅動器與該燈光決策子系統(tǒng)相連，用于將該燈光決策子系統(tǒng)產 生的控制信號轉換為點亮該LED的驅動信號。
較佳地，該視覺信息識別處理包括肢體位置識別、動作方向識別及動作 矢量速度識別。
較佳地，該視頻采集子系統(tǒng)包括一攝像頭和一視頻采集卡，其中，該視 頻采集卡用于將該攝像頭拍攝的模擬信號轉換為數(shù)字信號并傳輸給該視覺 處理子系統(tǒng)。
較佳地，該燈光決策子系統(tǒng)為將該視覺識別處理信號根據(jù)燈光場景進行 決策，并產生相應的控制信號的一計算機。
較佳地，該視覺處理子系統(tǒng)為一數(shù)字信號處理器。
本發(fā)明還提供一種用于上述的LED燈光場景控制系統(tǒng)的控制方法，其 特點在于，其包括以下步驟
Sp攝像頭采集燈光指揮者的手勢及身體姿態(tài)動作信息；
S2、對視覺信息進行視覺識別處理；53、 將該視覺識別信息傳遞給該燈光決策子系統(tǒng)；
54、 針對不同的應用場合產生相應的決策控制信號；
55、 將該決策控制信號輸給該LED陣列；
56、 該LED陣列點亮場景。
較佳地，步驟Si中對視覺信息進行視覺識別處理的步驟為-Su、進行噪聲過濾及邊緣銳化；
512、 共模抑制及腐蝕膨脹；
513、 模型匹配及參數(shù)識別；
514、 進行動作分析。
較佳地，步驟S3中對視覺識別信息包括該指揮者的肢體位置信息、動作
速度信息及動作方向信息，其中，針對不同的應用場合產生相應的決策控制 信號的步驟為
531、 根據(jù)視覺識別信息中的肢體位置信息，選定LED點陣的亮燈光形 并存儲該選定信息；
532、 根據(jù)動作方向，確定LED亮燈時序，并存諸該時序信息；
533、 根據(jù)動作的速度大小，進行色彩選擇，并存諸該色彩信息。 較佳地，步驟S33中根據(jù)動作的速度大小，進行該色彩選擇的步驟為
速度值越大，色彩值色調越暖，則紅色發(fā)光量增加；速度值越小，色彩值色 調轉冷，則藍色發(fā)光量增加。
本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明的LED燈光場景控制系統(tǒng)及其控 制方法是以視覺輸入為反饋手段的交互式燈光控制系統(tǒng)，其視覺處理系統(tǒng)不 僅能對攝像頭采集的燈光指揮者的圖像進行提煉，還能對基于視覺輸入的該 燈光指揮者的手勢和身體姿態(tài)信息進行提煉與識別，并抽象為矢量信息根據(jù) 具體應用場合進行決策，從而使LED陣列顯現(xiàn)出的藝術燈光場景更加智能 化，互動性更明顯，且LED陣列能在更大面積范圍內表現(xiàn)出藝術效果，例 如一幢樓群的所有外墻面，其燈光場景的視覺藝術效果更強。
圖1為本發(fā)明LED燈光場景控制系統(tǒng)的架構圖。
圖2為本發(fā)明LED燈光場景控制系統(tǒng)的較佳實施例的視覺處理流程圖。 圖3為本發(fā)明LED燈光場景控制系統(tǒng)的較佳實施例的燈光決策流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。
本發(fā)明的較佳實施例是指，通過拍攝燈光指揮者的肢體動作和手勢姿 態(tài)，指揮LED燈光做相應的點亮變化。
如圖1所示， 一種LED燈光場景控制系統(tǒng)，其包括一視頻采集子系統(tǒng)1 ， 一視覺處理子系統(tǒng)2， 一燈光決策子系統(tǒng)3，及與該燈光決策子系統(tǒng)3相連 的一組發(fā)光子系統(tǒng)4，其中，該視頻采集子系統(tǒng)1包括一個工業(yè)攝像頭(圖 中未標示)和一個視頻采集卡(圖中未標示)，其中，該視頻采集卡用于將 該攝像頭拍攝的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并傳輸給視覺處理子系統(tǒng)2。視 覺處理子系統(tǒng)2與視頻采集子系統(tǒng)1相連，用于接收視頻采集子系統(tǒng)1傳來 的視頻圖像信息，并對該視頻圖像信息進行視覺識別處理。其中，視覺信息 識別包括肢體位置識別、動作方向識別及動作矢量速度識別。燈光決策子系 統(tǒng)3用于接收視覺處理子系統(tǒng)2傳來的視覺識別信號，并進行智能決策處理， 產生相應的控制信號。發(fā)光子系統(tǒng)4用于根據(jù)接收的燈光決策子系統(tǒng)3傳遞 的決策控制信號，點亮LED燈光。
如圖1所示，本實施例中的發(fā)光子系統(tǒng)4包括一組級聯(lián)驅動器41及與 級聯(lián)驅動器41相連的一組LED陣列42，級聯(lián)驅動器41與燈光決策子系統(tǒng) 3相連，用于將燈光決策子系統(tǒng)3產生的控制信號轉換為點亮該LED陣列 42的驅動信號。
本發(fā)明較佳實施例中的燈光決策子系統(tǒng)3是可以是對視覺識別處理信號 依燈光場景進行決策，并產生相應的控制信號的計算機，視覺處理子系統(tǒng)2可以是一數(shù)字信號處理器。
圖2為本發(fā)明的LED燈光場景控制系統(tǒng)的較佳實施例的視覺處理子系統(tǒng) 流程圖。請結合圖l，如圖2所示， 本流程開始于步驟100，
進入步驟101，視覺處理子系統(tǒng)2獲得視頻采集卡輸入采集的指揮者圖 像數(shù)據(jù)。首先采用掩模板方式對圖像逐塊進行噪聲過濾，使消除了畸值點的 圖像變得平滑。
步驟102，再采用掩模板對圖像進行邊緣銳化，摒棄掉圖像中的無關信 息，使圖像信息量大為簡化，從而減少了后續(xù)流程的數(shù)據(jù)處理量。
步驟103，進入共模抑制過程。共模抑制過程，是視覺處理子系統(tǒng)2調 用前序圖像數(shù)據(jù)，并將前序圖像與當前圖像位置的數(shù)據(jù)值相減，若差值小于 某一設定值，則認為該塊圖像為背景區(qū)，則在后續(xù)處理中忽略此區(qū)域。該設 定值可根據(jù)情況自行取定。
步驟104，對剔除了背景的指揮者影像進行圖像腐蝕，經過腐蝕后指揮 者的影像變?yōu)榫€條圖，再運用膨脹的方法可以將零散的不連續(xù)的線條縫合為 連續(xù)的流暢線條圖，得到合適的指揮者影像簡化線條圖。腐蝕與膨脹掩模板 的參數(shù)值是可調整的，由此決定腐蝕膨脹的程度。
步驟105，進入模型匹配。模型匹配的前提是預先建立人體簡化二維模 型，具體比如將指揮者的手臂簡化為兩條端點連接的線段，這兩條線段分 別代表大臂與小臂，相連接的端點代表肘。兩條線段各自的長度和方位參數(shù) 的不同代表了手臂的長短和運動位置。與此類同，比如，指揮者的軀干可簡 化為矩形，頭部簡化為圓。
然后進入步驟106，按最大相似度原則對前序步驟得到的線條圖與預先 建立的人體簡化模型圖對比識別，如果相似度大于預先設定的數(shù)值，就認為 匹配成功，能夠識別。否則認為匹配失敗，不能識別。在不能識別的情況下， 則進入步驟107，將修改腐蝕與膨脹的參數(shù)，調整指揮者肢體位置簡化模型的參數(shù)，重新進行對比，直到匹配成功，能夠識別。此時記錄下指揮者影像 簡化模型的各個參數(shù)。
步驟10S，進行動作分析。由于視頻采樣周期是固定的，即每相鄰的前
后兩幀圖像的間隔時間是固定的，對前后圖像的坐標做計算，再根據(jù)攝像頭 的拍攝角度與焦距等數(shù)值信息，即可得出前后圖像中指揮者的動作變化的距 離與方向值。動作變化的距離可轉化為對應帶矢量方向的速度。視覺處理子
系統(tǒng)2將代表當前的人肢體動作位置與矢量速度的信息記錄下來，傳給燈光 決策子系統(tǒng)3。
步驟109，本流程結束。 _
圖3為本發(fā)明LED燈光場景控制系統(tǒng)的較佳實施例的燈光決策流程圖。
如圖3所示，本流程開始于步驟200，本發(fā)明LED燈光場景控制系統(tǒng)的 燈光決策子系統(tǒng)3獲得視覺處理子系統(tǒng)2傳來的人動作信息后，進入步驟 201，即按其當前肢體位置決策出LED陣列42中哪些位置上的LED應該點 亮，并存儲此信息，記為亮燈LED點陣，即根據(jù)運動分析作出亮燈光形選 擇。對于不同應用場合的LED點陣安裝后的布局是各不相同的，所以此決 策策略是根據(jù)具體應用來制定的。
步驟202，燈光決策子系統(tǒng)3根據(jù)動作的方向決策前面已選定的亮燈 LED點陣的每顆LED的點亮時刻，并存儲該點亮時刻信息，即確定了亮燈 時序。
步驟203，色彩選擇。即本發(fā)明的燈光決策子系統(tǒng)3根據(jù)動作的速度值 的大小決策前面已選定的亮燈LED點陣的每顆LED的點亮后的色彩值，速 度值越大，色彩值色調越暖。對于紅、綠、藍全彩LED來說，紅色的發(fā)光 量比例增加；速度值越小，色彩值的色調轉冷，對于紅、綠、藍全彩LED 來說，藍色的發(fā)光量比例增加。燈光決策子系統(tǒng)3存儲此決策信息。
作完上述所有處理后，每顆LED的點亮時刻與色彩值已確定。進入步 驟204，驅動輸出。即燈光決策子系統(tǒng)3根據(jù)這些信息產生對應控制燈光內容的信號，經各級聯(lián)驅動器41將控制信號傳至LED陣列42?？刂葡到y(tǒng)產生 特定的控制信號的軟件編制，因是本領域技術人員公知的軟件編程技術，在 此不作贅述。
步驟205，本流程結束。
本實施例適用于燈光指揮家的應用。對于不同的應用場合，視覺處理子 系統(tǒng)2要識別的目標不同，其燈光決策子系統(tǒng)3的軟件程序也不同。
本發(fā)明的LED燈光場景控制系統(tǒng)及其控制方法是以視覺輸入為反饋手 段的交互式燈光控制系統(tǒng)，其視覺處理系統(tǒng)不僅能對攝像頭采集的燈光指揮 者的圖像進行提煉，還能對基于視覺輸入的該燈光指揮者的手勢和身體姿態(tài) 信息進行提煉與識別，并抽象為矢量信息根據(jù)具體應用場合進行決策，從而 使LED陣列顯現(xiàn)出的藝術燈光場景更加智能化，互動性更明顯，且LED陣 列能在更大面積范圍內表現(xiàn)出藝術效果，例如一幢樓群的所有外墻面，其燈 光場景的視覺藝術效果更強。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理 解，這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這 些實施方式做出多種變更或修改。因此，本發(fā)明的保護范圍由所附權利要求 書限定。
權利要求
1、一種LED燈光場景控制系統(tǒng)，其包括一視頻采集子系統(tǒng)，一視覺處理子系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一燈光決策子系統(tǒng)，及與該燈光決策子系統(tǒng)相連的一組發(fā)光子系統(tǒng)，其中，該視覺處理子系統(tǒng)與該視頻采集子系統(tǒng)相連，用于接收該視頻采集子系統(tǒng)傳來的視頻圖像信息，并對該視頻圖像信息進行視覺識別處理；該燈光決策子系統(tǒng)用于接收該視覺處理子系統(tǒng)傳來的視覺識別處理信號，并進行智能決策，產生相應的控制信號；該發(fā)光子系統(tǒng)用于根據(jù)接收的該燈光決策子系統(tǒng)傳遞的決策控制信號，點亮場景光源。
2、 如權利要求1所述的LED燈光場景控制系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)光 子系統(tǒng)包括一級聯(lián)驅動器及與該級聯(lián)驅動器相連的一組LED，該級聯(lián)驅動器 與該燈光決策子系統(tǒng)相連，用于將該燈光決策子系統(tǒng)產生的控制信號轉換為 點亮該LED的驅動信號。
3、 如權利要求1所述的LED燈光場景控制系統(tǒng)，其特征在于，該視覺 信息識別處理包括肢體位置識別、動作方向識別及動作矢量速度識別。
4、 如權利要求1所述的LED燈光場景控制系統(tǒng)，其特征在于，該視頻采集子系統(tǒng)包括一攝像頭和一視頻采集卡，其中，該視頻采集卡用于將該攝 像頭拍攝的模擬信號轉換為數(shù)字信號并傳輸給該視覺處理子系統(tǒng)。
5、 如權利要求1 4中任意一項所述的LED燈光場景控制系統(tǒng)，其特 征在于，該燈光決策子系統(tǒng)為將該視覺識別處理信號根據(jù)燈光場景進行決 策，并產生相應的控制信號的一計算機。
6、 如權利要求5所述的LED燈光場景控制系統(tǒng)，其特征在于，該視覺 處理子系統(tǒng)為一數(shù)字信號處理器。
7、 一種用于權利要求l中所述的LED燈光場景控制系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于，其包括以下步驟S,、攝像頭采集燈光指揮者的手勢及身體姿態(tài)動作信息；S2、 對視覺信息進行視覺識別處理；S3、 將該視覺識別信息傳遞給該燈光決策子系統(tǒng)；S4、 針對不同的應用場合產生相應的決策控制信號；S5、 將該決策控制信號輸給該LED陣列；S6、 該LED陣列點亮場景。
8、 如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，步驟中對視覺信息 進行視覺識別處理的步驟為S 、進行噪聲過濾及邊緣銳化；S12、 共模抑制及腐蝕膨脹；S13、 模型匹配及參數(shù)識別；S14、 進行動作分析。
9、 如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，步驟S3中對視覺識別 信息包括該指揮者的肢體位置信息、動作速度信息及動作方向信息，其中， 針對不同的應用場合產生相應的決策控制信號的步驟為S31、 根據(jù)視覺識別信息中的肢體位置信息，選定LED點陣的亮燈光形 并存儲該選定信息；S32、 根據(jù)動作方向，確定LED亮燈時序，并存儲該時序信息；S33、 根據(jù)動作的速度大小，進行色彩選擇，并存儲該色彩信息。
10、 如權利要求9所述的控制方法，其特征在于，步驟S33中根據(jù)動作的速度大小，進行該色彩選擇的步驟為速度值越大，色彩值色調越暖，則 紅色發(fā)光量增加；速度值越小，色彩值色調轉冷，則藍色發(fā)光量增加。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED燈光場景控制系統(tǒng)及其控制方法，該控制系統(tǒng)包括一視頻采集子系統(tǒng)，一視覺處理子系統(tǒng)，一燈光決策子系統(tǒng)及與該燈光決策子系統(tǒng)相連的一組發(fā)光子系統(tǒng)，該視覺處理子系統(tǒng)與該視頻采集子系統(tǒng)相連，接收圖像信息并進行視覺識別；該燈光決策子系統(tǒng)接收該視覺識別處理信號并產生決策控制信號；該發(fā)光子系統(tǒng)根據(jù)該決策控制信號點亮場景光源。該控制方法包括采集燈光指揮者的動作信息；進行視覺識別處理；產生相應的決策控制信號；輸出給該LED陣列，點亮燈光場景。本發(fā)明可使LED陣列點亮后營造出的藝術燈光場景更具智能化，變化效果更明顯，且LED陣列能在更大面積范圍內表現(xiàn)出藝術效果，如一幢樓的所有外墻面，其燈光場景視覺渲染力更強。
文檔編號H05B37/02GK101442861SQ20081020734
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權日2008年12月19日
發(fā)明者李英遠, 源 溫, 肖占春 申請人:上海廣茂達燈光景觀工程有限公司