CN109272552A - 基于图像分析的激光定位控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像分析的激光定位控制系统，包括：激光发射设备，包括发射驱动设备和扫描发射设备，所述发射驱动设备与所述扫描发射设备连接，用于控制所述扫描发射设备发射激光到舞台上进行位置标记；视频采集设备，设置在观众席的上方，用于面对舞台进行拍摄，以获得即时采集图像，并输出所述即时采集图像；自适应处理设备，与所述视频采集设备连接，用于对所述即时采集图像的对比度进行测量，以获得相应的实时对比度，基于所述实时对比度对所述即时采集图像进行均匀分块处理，以获得相应的多个子图像。通过本发明，实现了舞台激光定位校验的自动化改造。

Description

基于图像分析的激光定位控制系统

技术领域

本发明涉及激光定位领域，尤其涉及一种基于图像分析的激光定位控制系统。

背景技术

由于舞台灯光发热量大,人工控制灯光跟踪舞台演员不可能一个人长时间完成,而且灯光耀眼,给操作者带来很大难度,因此急需一种可以自动控制跟踪演员的设备。基于此，本文介绍了超声波定位原理，然后提出了一种基于STM32单片机并结合无线通讯技术和激光技术的舞台自动气泡灯系统设计。舞台激光定位系统不只局限于舞台追踪，还可以扩大范围，应用到其他工程现场。

发明内容

为了解决当前舞台人物激光定位校验过于依赖人工操作的技术问题，本发明提供了一种基于图像分析的激光定位控制系统，基于舞台图像中的激光点位置、舞台图像尺寸以及实际舞台尺寸确定激光点的当前位置，在所述激光点的当前位置偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位失败信号，从而替换人工检验过程；通过边缘线的分析和信噪比的分析，实现对图像不同区域的不同处理；在图像碎片分割处理的基础上，对每一个图像碎片的前景进行基于图像未分割前的整体分割阈值的调整，从而提高了获取的前景图像的清晰度；通过视频采集设备的成像结果的对比度分析和亮度分析，确定所述视频采集设备的变焦电机的驱动信号，以实现对所述视频采集设备的自动变焦处理。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像分析的激光定位控制系统，所述系统包括：

激光发射设备，包括发射驱动设备和扫描发射设备，所述发射驱动设备与所述扫描发射设备连接，用于控制所述扫描发射设备发射激光到舞台上进行位置标记；

视频采集设备，设置在观众席的上方，用于面对舞台进行拍摄，以获得即时采集图像，并输出所述即时采集图像。

更具体地，在所述基于图像分析的激光定位控制系统中，还包括：

自适应处理设备，与所述视频采集设备连接，用于对所述即时采集图像的对比度进行测量，以获得相应的实时对比度，基于所述实时对比度对所述即时采集图像进行均匀分块处理，以获得相应的多个子图像；

驱动控制设备，与所述自适应处理设备连接，用于接收所述多个子图像，并针对每一个子图像执行以下处理：获取所述子图像的各个像素点的亮度分量值，将所述子图像的各个像素点的亮度分量值相加，将相加后的结果作为所述子图像的亮度参数，并在各个子图像的各个亮度参数都落在预设参数阈值范围内时，发出变焦驱动信号，以及在各个子图像的各个亮度参数中存在亮度参数落在预设参数阈值范围外时，发出驱动结束信号；所述预设参数阈值范围由预设参数上限阈值和预设参数下限阈值组成，所述预设参数上限阈值小于所述预设参数下限阈值。

更具体地，在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：

所述视频采集设备中，包括光学透镜，位于所述视频采集设备的成像光路上；

所述视频采集设备中，包括变焦电机，分别与所述光学透镜和所述驱动控制设备连接，用于在接收到所述变焦驱动信号时，实现对所述光学透镜的移动控制，以相应改变所述视频采集设备的成像焦距。

更具体地，在所述基于图像分析的激光定位控制系统中，还包括：

数据提取设备，与所述视频采集设备连接，用于接收所述即时采集图像，基于所述即时采集图像内部各个像素点的像素值的分布情况确定所述即时采集图像对应的整体分割阈值，还用于对所述即时采集图像进行对比度分析，以获得并输出对应的对比度；

碎片处理设备，与所述数据提取设备连接，用于接收所述对比度，并基于所述对比度对所述即时采集图像进行图像分割处理，以获得多个碎片，基于每一个碎片内部各个像素点的像素值的分布情况确定所述碎片对应的区域分割阈值，获取各个碎片分别对应的各个区域分割阈值，并基于所述整体分割阈值对所述各个区域分割阈值分别进行数值调整，获得调整后的各个区域分割阈值以作为各个区域调整阈值，还用于对每一个碎片采取对应的区域调整阈值进行分割处理，以获得对应的前景碎片，并将所有前景碎片进行合并以获得并输出待处理前景图像；

第一检测设备，与所述碎片处理设备连接，用于接收所述待处理前景图像，用于对所述待处理前景图像执行边缘线检测，以获得所述待处理前景图像中的各个边缘线，并将所述待处理前景图像中边缘线最密集的区域作为待处理区域输出，以及将除去所述待处理区域后的待处理前景图像作为残留区域输出；

第一处理设备，与所述第一检测设备连接，用于接收所述待处理区域，并检测所述待处理区域的信噪比，基于所述信噪比大小对所述待处理区域执行不同力度的对比度增强处理，以获得对应的对比度处理区域；在所述第一处理设备中，基于所述信噪比大小对所述待处理区域执行不同力度的边缘增强处理包括：获取所述待处理区域中各种噪声类型的幅值大小，基于各种噪声类型的幅值大小确定所述待处理区域的信噪比大小；

第二处理设备，分别与所述第一检测设备和所述第一处理设备连接，用于接收所述残留区域和所述对比度处理区域，将所述对比度处理区域加置于所述残留区域中，以获得加置后的待检测图像，并输出所述待检测图像；

位置提取设备，与所述第二处理设备连接，用于接收所述待检测图像，对所述待检测图像中舞台目标进行检测和分割，以获得只包括舞台目标的舞台子图像，对所述舞台子图像中的激光点进行位置提取，以获得所述舞台子图像中的激光点位置，并基于所述舞台子图像中的激光点位置、舞台子图像尺寸以及实际舞台尺寸确定所述激光点的当前位置；

误差辨识设备，与所述位置提取设备连接，用于接收所述激光点的当前位置，并在所述激光点的当前位置偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位失败信号；

其中，所述误差辨识设备还用于在所述激光点的当前位置未偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位成功信号。

更具体地，在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：在所述碎片处理设备中，基于所述整体分割阈值对所述各个区域分割阈值分别进行数值调整包括：针对每一个碎片的区域分割阈值，基于所述整体分割阈值到所述区域分割阈值的差值大小对所述区域分割阈值进行数值调整，计算所述差值的二分之一以获得调整因子，调整后的区域分割阈值为所述区域分割阈值与所述调整因子相加的结果。

更具体地，在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：在所述碎片处理设备中，所述对比度越高，获得的碎片的数量越多。

更具体地，在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：所述变焦电机还用于在接收到所述驱动结束信号时，中断对所述光学透镜的移动控制，以保持所述视频采集设备的成像焦距不变。

具体实施方式

下面将对本发明的基于图像分析的激光定位控制系统的实施方案进行详细说明。

舞台激光灯定位进行控制的舞台激光灯有一定的要求：

a)首先你需要有控制舞台激光灯的控制软件；

b)然后要有DA转换接口，你购买软件的时候一般都是配套的；

c)使用这种控制模式的舞台激光灯必须要有ILDA接口，也就是我们通常所说的DB25或者是打印口。否则即使你有了激光控制软件也无能为力。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像分析的激光定位控制系统，能够解决相应的技术问题。

根据本发明实施方案示出的基于图像分析的激光定位控制系统包括：

激光发射设备，包括发射驱动设备和扫描发射设备，所述发射驱动设备与所述扫描发射设备连接，用于控制所述扫描发射设备发射激光到舞台上进行位置标记；

视频采集设备，设置在观众席的上方，用于面对舞台进行拍摄，以获得即时采集图像，并输出所述即时采集图像。

接着，继续对本发明的基于图像分析的激光定位控制系统的具体结构进行进一步的说明。

在所述基于图像分析的激光定位控制系统中，还包括：

自适应处理设备，与所述视频采集设备连接，用于对所述即时采集图像的对比度进行测量，以获得相应的实时对比度，基于所述实时对比度对所述即时采集图像进行均匀分块处理，以获得相应的多个子图像；

驱动控制设备，与所述自适应处理设备连接，用于接收所述多个子图像，并针对每一个子图像执行以下处理：获取所述子图像的各个像素点的亮度分量值，将所述子图像的各个像素点的亮度分量值相加，将相加后的结果作为所述子图像的亮度参数，并在各个子图像的各个亮度参数都落在预设参数阈值范围内时，发出变焦驱动信号，以及在各个子图像的各个亮度参数中存在亮度参数落在预设参数阈值范围外时，发出驱动结束信号；所述预设参数阈值范围由预设参数上限阈值和预设参数下限阈值组成，所述预设参数上限阈值小于所述预设参数下限阈值。

在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：

所述视频采集设备中，包括光学透镜，位于所述视频采集设备的成像光路上；

所述视频采集设备中，包括变焦电机，分别与所述光学透镜和所述驱动控制设备连接，用于在接收到所述变焦驱动信号时，实现对所述光学透镜的移动控制，以相应改变所述视频采集设备的成像焦距。

在所述基于图像分析的激光定位控制系统中，还包括：

数据提取设备，与所述视频采集设备连接，用于接收所述即时采集图像，基于所述即时采集图像内部各个像素点的像素值的分布情况确定所述即时采集图像对应的整体分割阈值，还用于对所述即时采集图像进行对比度分析，以获得并输出对应的对比度；

碎片处理设备，与所述数据提取设备连接，用于接收所述对比度，并基于所述对比度对所述即时采集图像进行图像分割处理，以获得多个碎片，基于每一个碎片内部各个像素点的像素值的分布情况确定所述碎片对应的区域分割阈值，获取各个碎片分别对应的各个区域分割阈值，并基于所述整体分割阈值对所述各个区域分割阈值分别进行数值调整，获得调整后的各个区域分割阈值以作为各个区域调整阈值，还用于对每一个碎片采取对应的区域调整阈值进行分割处理，以获得对应的前景碎片，并将所有前景碎片进行合并以获得并输出待处理前景图像；

第一检测设备，与所述碎片处理设备连接，用于接收所述待处理前景图像，用于对所述待处理前景图像执行边缘线检测，以获得所述待处理前景图像中的各个边缘线，并将所述待处理前景图像中边缘线最密集的区域作为待处理区域输出，以及将除去所述待处理区域后的待处理前景图像作为残留区域输出；

第一处理设备，与所述第一检测设备连接，用于接收所述待处理区域，并检测所述待处理区域的信噪比，基于所述信噪比大小对所述待处理区域执行不同力度的对比度增强处理，以获得对应的对比度处理区域；在所述第一处理设备中，基于所述信噪比大小对所述待处理区域执行不同力度的边缘增强处理包括：获取所述待处理区域中各种噪声类型的幅值大小，基于各种噪声类型的幅值大小确定所述待处理区域的信噪比大小；

第二处理设备，分别与所述第一检测设备和所述第一处理设备连接，用于接收所述残留区域和所述对比度处理区域，将所述对比度处理区域加置于所述残留区域中，以获得加置后的待检测图像，并输出所述待检测图像；

位置提取设备，与所述第二处理设备连接，用于接收所述待检测图像，对所述待检测图像中舞台目标进行检测和分割，以获得只包括舞台目标的舞台子图像，对所述舞台子图像中的激光点进行位置提取，以获得所述舞台子图像中的激光点位置，并基于所述舞台子图像中的激光点位置、舞台子图像尺寸以及实际舞台尺寸确定所述激光点的当前位置；

误差辨识设备，与所述位置提取设备连接，用于接收所述激光点的当前位置，并在所述激光点的当前位置偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位失败信号；

其中，所述误差辨识设备还用于在所述激光点的当前位置未偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位成功信号。

在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：在所述碎片处理设备中，基于所述整体分割阈值对所述各个区域分割阈值分别进行数值调整包括：针对每一个碎片的区域分割阈值，基于所述整体分割阈值到所述区域分割阈值的差值大小对所述区域分割阈值进行数值调整，计算所述差值的二分之一以获得调整因子，调整后的区域分割阈值为所述区域分割阈值与所述调整因子相加的结果。

在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：在所述碎片处理设备中，所述对比度越高，获得的碎片的数量越多。

以及在所述基于图像分析的激光定位控制系统中：所述变焦电机还用于在接收到所述驱动结束信号时，中断对所述光学透镜的移动控制，以保持所述视频采集设备的成像焦距不变。

另外，在所述基于图像分析的激光定位控制系统中，采用CPLD芯片来实现所述位置提取设备。CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

CPLD主要是由可编程逻辑宏单元(MC，Macro Cell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于CPLD内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。

采用本发明的基于图像分析的激光定位控制系统，针对现有技术中缺乏自动化舞台激光定位检验机制的技术问题，通过基于舞台图像中的激光点位置、舞台图像尺寸以及实际舞台尺寸确定激光点的当前位置，在所述激光点的当前位置偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位失败信号，从而替换人工检验过程；通过边缘线的分析和信噪比的分析，实现对图像不同区域的不同处理；在图像碎片分割处理的基础上，对每一个图像碎片的前景进行基于图像未分割前的整体分割阈值的调整，从而提高了获取的前景图像的清晰度；通过视频采集设备的成像结果的对比度分析和亮度分析，确定所述视频采集设备的变焦电机的驱动信号，以实现对所述视频采集设备的自动变焦处理，从而解决了上述技术问题。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于图像分析的激光定位控制系统，包括：

激光发射设备，包括发射驱动设备和扫描发射设备，所述发射驱动设备与所述扫描发射设备连接，用于控制所述扫描发射设备发射激光到舞台上进行位置标记；

视频采集设备，设置在观众席的上方，用于面对舞台进行拍摄，以获得即时采集图像，并输出所述即时采集图像。

2.如权利要求1所述的基于图像分析的激光定位控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

自适应处理设备，与所述视频采集设备连接，用于对所述即时采集图像的对比度进行测量，以获得相应的实时对比度，基于所述实时对比度对所述即时采集图像进行均匀分块处理，以获得相应的多个子图像；

驱动控制设备，与所述自适应处理设备连接，用于接收所述多个子图像，并针对每一个子图像执行以下处理：获取所述子图像的各个像素点的亮度分量值，将所述子图像的各个像素点的亮度分量值相加，将相加后的结果作为所述子图像的亮度参数，并在各个子图像的各个亮度参数都落在预设参数阈值范围内时，发出变焦驱动信号，以及在各个子图像的各个亮度参数中存在亮度参数落在预设参数阈值范围外时，发出驱动结束信号；所述预设参数阈值范围由预设参数上限阈值和预设参数下限阈值组成，所述预设参数上限阈值小于所述预设参数下限阈值。

3.如权利要求2所述的基于图像分析的激光定位控制系统，其特征在于：

所述视频采集设备中，包括光学透镜，位于所述视频采集设备的成像光路上；

所述视频采集设备中，包括变焦电机，分别与所述光学透镜和所述驱动控制设备连接，用于在接收到所述变焦驱动信号时，实现对所述光学透镜的移动控制，以相应改变所述视频采集设备的成像焦距。

4.如权利要求3所述的基于图像分析的激光定位控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据提取设备，与所述视频采集设备连接，用于接收所述即时采集图像，基于所述即时采集图像内部各个像素点的像素值的分布情况确定所述即时采集图像对应的整体分割阈值，还用于对所述即时采集图像进行对比度分析，以获得并输出对应的对比度；

碎片处理设备，与所述数据提取设备连接，用于接收所述对比度，并基于所述对比度对所述即时采集图像进行图像分割处理，以获得多个碎片，基于每一个碎片内部各个像素点的像素值的分布情况确定所述碎片对应的区域分割阈值，获取各个碎片分别对应的各个区域分割阈值，并基于所述整体分割阈值对所述各个区域分割阈值分别进行数值调整，获得调整后的各个区域分割阈值以作为各个区域调整阈值，还用于对每一个碎片采取对应的区域调整阈值进行分割处理，以获得对应的前景碎片，并将所有前景碎片进行合并以获得并输出待处理前景图像；

第一检测设备，与所述碎片处理设备连接，用于接收所述待处理前景图像，用于对所述待处理前景图像执行边缘线检测，以获得所述待处理前景图像中的各个边缘线，并将所述待处理前景图像中边缘线最密集的区域作为待处理区域输出，以及将除去所述待处理区域后的待处理前景图像作为残留区域输出；

第一处理设备，与所述第一检测设备连接，用于接收所述待处理区域，并检测所述待处理区域的信噪比，基于所述信噪比大小对所述待处理区域执行不同力度的对比度增强处理，以获得对应的对比度处理区域；在所述第一处理设备中，基于所述信噪比大小对所述待处理区域执行不同力度的边缘增强处理包括：获取所述待处理区域中各种噪声类型的幅值大小，基于各种噪声类型的幅值大小确定所述待处理区域的信噪比大小；

第二处理设备，分别与所述第一检测设备和所述第一处理设备连接，用于接收所述残留区域和所述对比度处理区域，将所述对比度处理区域加置于所述残留区域中，以获得加置后的待检测图像，并输出所述待检测图像；

位置提取设备，与所述第二处理设备连接，用于接收所述待检测图像，对所述待检测图像中舞台目标进行检测和分割，以获得只包括舞台目标的舞台子图像，对所述舞台子图像中的激光点进行位置提取，以获得所述舞台子图像中的激光点位置，并基于所述舞台子图像中的激光点位置、舞台子图像尺寸以及实际舞台尺寸确定所述激光点的当前位置；

误差辨识设备，与所述位置提取设备连接，用于接收所述激光点的当前位置，并在所述激光点的当前位置偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位失败信号；

其中，所述误差辨识设备还用于在所述激光点的当前位置未偏离舞台预设激光位置超出预设距离阈值时，发出激光定位成功信号。

5.如权利要求4所述的基于图像分析的激光定位控制系统，其特征在于：

在所述碎片处理设备中，基于所述整体分割阈值对所述各个区域分割阈值分别进行数值调整包括：针对每一个碎片的区域分割阈值，基于所述整体分割阈值到所述区域分割阈值的差值大小对所述区域分割阈值进行数值调整，计算所述差值的二分之一以获得调整因子，调整后的区域分割阈值为所述区域分割阈值与所述调整因子相加的结果。

6.如权利要求5所述的基于图像分析的激光定位控制系统，其特征在于：

在所述碎片处理设备中，所述对比度越高，获得的碎片的数量越多。

7.如权利要求4-6任一所述的基于图像分析的激光定位控制系统，其特征在于：

所述变焦电机还用于在接收到所述驱动结束信号时，中断对所述光学透镜的移动控制，以保持所述视频采集设备的成像焦距不变。