CN105916266B - 一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及舞台追光控制系统，具体是一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统及方法。本发明解决了现有舞台追光控制系统布置困难、接线复杂、适用范围受限、应用成本高、控制实时性和精确性差的问题。一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统，包括高清摄像头、PC上位机、立体音响、第一RS485通信机、第二RS485通信机、第三RS485通信机、微处理器、云台射灯系统、可调灯光系统；其中，高清摄像头的输出端通过视频线与PC上位机的输入端连接；PC上位机的输出端通过音频线与立体音响的输入端连接；PC上位机与第一RS485通信机双向连接。本发明适用于舞台追光控制。

Description

一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统及方法
技术领域
本发明涉及舞台追光控制系统，具体是一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统及方法。
背景技术
作为舞台的重要组成部分，舞台追光控制系统的作用是保证灯光能够实时定位并快速准确地跟踪演员。在现有技术条件下，舞台追光控制系统主要包括以下三种：第一种是基于分布式传感器的舞台追光控制系统(例如中国专利ZL201310145433.1公开的一种舞台追光灯追光控制系统)。此种系统需要采用数量众多的传感器，因此其存在布置困难、接线复杂、适用范围受限(不适用于快速搭建的临时舞台、有升降机的舞台、有移动道具的舞台等)、应用成本高的问题。第二种是基于无线定位器的舞台追光控制系统(例如中国专利ZL201420486577.3公开的一种舞台灯光跟随装置)。此种系统需要由演员随身携带无线定位器，因此其无法在不适合携带定位器或不允许携带定位器的特殊场合应用，由此存在适用范围受限(不适用于杂技表演舞台、魔术表演舞台等)的问题。第三种是基于图像式传感器的舞台追光控制系统。此种系统需要依靠人工来进行演员的定位和跟踪，因此其存在控制实时性和精确性差的问题。基于此，有必要发明一种全新的舞台追光控制系统，以解决现有舞台追光控制系统存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有舞台追光控制系统布置困难、接线复杂、适用范围受限、应用成本高、控制实时性和精确性差的问题，提供了一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统，包括高清摄像头、PC上位机、立体音响、第一RS485通信机、第二RS485通信机、第三RS485通信机、微处理器、云台射灯系统、可调灯光系统；其中，高清摄像头的输出端通过视频线与PC上位机的输入端连接；PC上位机的输出端通过音频线与立体音响的输入端连接；PC上位机与第一RS485通信机双向连接；第一RS485通信机分别与第二RS485通信机、第三RS485通信机双向连接；第二RS485通信机与微处理器双向连接；微处理器与云台射灯系统双向连接；第三RS485通信机与可调灯光系统双向连接。
一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制方法(该方法在本发明所述的一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统中实现)，该方法是采用如下步骤实现的：
1)高清摄像头采集舞台图像，并采用RGB色彩模式对舞台图像进行处理，由此得到三维像素矩阵A；
2)PC上位机通过视频线读取三维像素矩阵A，并对三维像素矩阵A进行RGB分离，由此分别得到Red分量对应的二维像素矩阵AR、Green分量对应的二维像素矩阵AG、Blue分量对应的二维像素矩阵AB；
3)PC上位机对二维像素矩阵AR、二维像素矩阵AG、二维像素矩阵AB进行两两作差，并根据作差结果判定三维像素矩阵A的元素Aij对应的颜色；具体判定公式如下：
式(1)-(3)中：ARij为二维像素矩阵AR的元素；AGij为二维像素矩阵AG的元素；ABij为二维像素矩阵AB的元素；G1、G2均为阈值；G1≥0；G2≥0；
如果作差结果满足式(1)，则判定元素Aij对应的颜色为红色；
如果作差结果满足式(2)，则判定元素Aij对应的颜色为绿色；
如果作差结果满足式(3)，则判定元素Aij对应的颜色为蓝色；
4)PC上位机判断元素Aij对应的颜色与演员服饰的颜色是否相同；如果相同，则PC上位机将元素Aij以逻辑1填充；如果不同，则PC上位机将元素Aij以逻辑0填充；PC上位机由此将三维像素矩阵A转换为逻辑判定矩阵D；
5)PC上位机判断元素Aij对应的颜色与舞台地面的颜色是否相同；如果相同，则PC上位机将元素Aij以逻辑0填充；如果不同，则PC上位机将元素Aij以逻辑1填充；PC上位机由此将三维像素矩阵A转换为逻辑判定矩阵B；
6)PC上位机对逻辑判定矩阵D和逻辑判定矩阵B进行如下逻辑运算：
如果逻辑判定矩阵D的元素Dij与逻辑判定矩阵B的元素Bij不同，则对元素Dij与元素Bij进行与运算；
如果逻辑判定矩阵D的元素Dij与逻辑判定矩阵B的元素Bij相同，则对元素Dij与元素Bij进行异或运算；
PC上位机由此通过逻辑运算得到新的逻辑判定矩阵，并对该逻辑判定矩阵中值为1的元素的行数和列数分别求平均值，然后将平均值作为演员服饰在三维像素矩阵A中的像素坐标；
7)PC上位机采用变换矩阵将演员服饰在三维像素矩阵A中的像素坐标转化为演员服饰在舞台图像中的实际坐标，并根据实际坐标生成控制信号，然后依次通过第一RS485通信机、第二RS485通信机、微处理器将控制信号发送至云台射灯系统；云台射灯系统根据控制信号即可实时定位并快速准确地跟踪演员服饰，由此实现舞台智能追光。
与现有舞台追光控制系统相比，本发明所述的一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统及方法基于全新的追光控制原理，实现了舞台智能追光，由此其具备了如下优点：其一，与基于分布式传感器的舞台追光控制系统相比，本发明无需采用数量众多的传感器，而仅仅采用单个高清摄像头即可实现舞台智能追光，因此其布置更容易、接线更简单、适用范围更广(完全适用于快速搭建的临时舞台、有升降机的舞台、有移动道具的舞台等)、应用成本更低。其二，与基于无线定位器的舞台追光控制系统相比，本发明无需由演员随身携带无线定位器，因此其完全可以在不适合携带定位器或不允许携带定位器的特殊场合应用，由此其适用范围更广(完全适用于杂技表演舞台、魔术表演舞台等)。其三，与基于图像式传感器的舞台追光控制系统相比，本发明无需依靠人工，而是利用基于模式识别原理的智能算法，模拟人类应用眼睛调用大脑识别演员的过程，由此实现了演员的定位和跟踪，因此其控制实时性和精确性更高。
本发明有效解决了现有舞台追光控制系统布置困难、接线复杂、适用范围受限、应用成本高、控制实时性和精确性差的问题，适用于舞台追光控制。
附图说明
图1是本发明的一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统的结构示意图。
具体实施方式
一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统，包括高清摄像头、PC上位机、立体音响、第一RS485通信机、第二RS485通信机、第三RS485通信机、微处理器、云台射灯系统、可调灯光系统；其中，高清摄像头的输出端通过视频线与PC上位机的输入端连接；PC上位机的输出端通过音频线与立体音响的输入端连接；PC上位机与第一RS485通信机双向连接；第一RS485通信机分别与第二RS485通信机、第三RS485通信机双向连接；第二RS485通信机与微处理器双向连接；微处理器与云台射灯系统双向连接；第三RS485通信机与可调灯光系统双向连接。
一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制方法(该方法在本发明所述的一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统中实现)，该方法是采用如下步骤实现的：
1)高清摄像头采集舞台图像，并采用RGB色彩模式对舞台图像进行处理，由此得到三维像素矩阵A；
2)PC上位机通过视频线读取三维像素矩阵A，并对三维像素矩阵A进行RGB分离，由此分别得到Red分量对应的二维像素矩阵AR、Green分量对应的二维像素矩阵AG、Blue分量对应的二维像素矩阵AB；
3)PC上位机对二维像素矩阵AR、二维像素矩阵AG、二维像素矩阵AB进行两两作差，并根据作差结果判定三维像素矩阵A的元素Aij对应的颜色；具体判定公式如下：
式(1)-(3)中：ARij为二维像素矩阵AR的元素；AGij为二维像素矩阵AG的元素；ABij为二维像素矩阵AB的元素；G1、G2均为阈值；G1≥0；G2≥0；
如果作差结果满足式(1)，则判定元素Aij对应的颜色为红色；
如果作差结果满足式(2)，则判定元素Aij对应的颜色为绿色；
如果作差结果满足式(3)，则判定元素Aij对应的颜色为蓝色；
4)PC上位机判断元素Aij对应的颜色与演员服饰的颜色是否相同；如果相同，则PC上位机将元素Aij以逻辑1填充；如果不同，则PC上位机将元素Aij以逻辑0填充；PC上位机由此将三维像素矩阵A转换为逻辑判定矩阵D；
5)PC上位机判断元素Aij对应的颜色与舞台地面的颜色是否相同；如果相同，则PC上位机将元素Aij以逻辑0填充；如果不同，则PC上位机将元素Aij以逻辑1填充；PC上位机由此将三维像素矩阵A转换为逻辑判定矩阵B；
6)PC上位机对逻辑判定矩阵D和逻辑判定矩阵B进行如下逻辑运算：
如果逻辑判定矩阵D的元素Dij与逻辑判定矩阵B的元素Bij不同，则对元素Dij与元素Bij进行与运算；
如果逻辑判定矩阵D的元素Dij与逻辑判定矩阵B的元素Bij相同，则对元素Dij与元素Bij进行异或运算；
PC上位机由此通过逻辑运算得到新的逻辑判定矩阵，并对该逻辑判定矩阵中值为1的元素的行数和列数分别求平均值，然后将平均值作为演员服饰在三维像素矩阵A中的像素坐标；
7)PC上位机采用变换矩阵将演员服饰在三维像素矩阵A中的像素坐标转化为演员服饰在舞台图像中的实际坐标，并根据实际坐标生成控制信号，然后依次通过第一RS485通信机、第二RS485通信机、微处理器将控制信号发送至云台射灯系统；云台射灯系统根据控制信号即可实时定位并快速准确地跟踪演员服饰，由此实现舞台智能追光。

Claims (1)

1.一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制方法，该方法在如下所述的一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统中实现，其特征在于：
一种基于图像模式识别的舞台智能追光控制系统，包括高清摄像头、PC上位机、立体音响、第一RS485通信机、第二RS485通信机、第三RS485通信机、微处理器、云台射灯系统、可调灯光系统；其中，高清摄像头的输出端通过视频线与PC上位机的输入端连接；PC上位机的输出端通过音频线与立体音响的输入端连接；PC上位机与第一RS485通信机双向连接；第一RS485通信机分别与第二RS485通信机、第三RS485通信机双向连接；第二RS485通信机与微处理器双向连接；微处理器与云台射灯系统双向连接；第三RS485通信机与可调灯光系统双向连接；
该方法是采用如下步骤实现的：
1)高清摄像头采集舞台图像，并采用RGB色彩模式对舞台图像进行处理，由此得到三维像素矩阵A；
2)PC上位机通过视频线读取三维像素矩阵A，并对三维像素矩阵A进行RGB分离，由此分别得到Red分量对应的二维像素矩阵AR、Green分量对应的二维像素矩阵AG、Blue分量对应的二维像素矩阵AB；
3)PC上位机对二维像素矩阵AR、二维像素矩阵AG、二维像素矩阵AB进行两两作差，并根据作差结果判定三维像素矩阵A的元素Aij对应的颜色；具体判定公式如下：
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式(1)-(3)中：ARij为二维像素矩阵AR的元素；AGij为二维像素矩阵AG的元素；ABij为二维像素矩阵AB的元素；G1、G2均为阈值；G1≥0；G2≥0；
如果作差结果满足式(1)，则判定元素Aij对应的颜色为红色；
如果作差结果满足式(2)，则判定元素Aij对应的颜色为绿色；
如果作差结果满足式(3)，则判定元素Aij对应的颜色为蓝色；
4)PC上位机判断元素Aij对应的颜色与演员服饰的颜色是否相同；如果相同，则PC上位机将元素Aij以逻辑1填充；如果不同，则PC上位机将元素Aij以逻辑0填充；PC上位机由此将三维像素矩阵A转换为逻辑判定矩阵D；
5)PC上位机判断元素Aij对应的颜色与舞台地面的颜色是否相同；如果相同，则PC上位机将元素Aij以逻辑0填充；如果不同，则PC上位机将元素Aij以逻辑1填充；PC上位机由此将三维像素矩阵A转换为逻辑判定矩阵B；
6)PC上位机对逻辑判定矩阵D和逻辑判定矩阵B进行如下逻辑运算：
如果逻辑判定矩阵D的元素Dij与逻辑判定矩阵B的元素Bij不同，则对元素Dij与元素Bij进行与运算；
如果逻辑判定矩阵D的元素Dij与逻辑判定矩阵B的元素Bij相同，则对元素Dij与元素Bij进行异或运算；
PC上位机由此通过逻辑运算得到新的逻辑判定矩阵，并对该逻辑判定矩阵中值为1的元素的行数和列数分别求平均值，然后将平均值作为演员服饰在三维像素矩阵A中的像素坐标；
7)PC上位机采用变换矩阵将演员服饰在三维像素矩阵A中的像素坐标转化为演员服饰在舞台图像中的实际坐标，并根据实际坐标生成控制信号，然后依次通过第一RS485通信机、第二RS485通信机、微处理器将控制信号发送至云台射灯系统；云台射灯系统根据控制信号即可实时定位并快速准确地跟踪演员服饰，由此实现舞台智能追光。
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