CN109448052A - 基于图像分析的追光驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于图像分析的追光驱动机构，包括：舞台摄影架，包括摄像台、滑轮和滑轨，所述滑轮设置在所述滑轨上，所述摄像台设置在所述滑轮上；追光灯具，设置在舞台上，用于朝向舞台进行照明，以突出被照明区域或被照明人物；旋转控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收旋转角度值，并基于所述旋转角度值控制所述追光灯具进行旋转以实现其定向照明；俯仰控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收俯仰角度值，并基于所述俯仰角度值控制所述追光灯具进行俯仰以实现其定向照明。通过本发明，提高了舞台追光的有效性。

Description

基于图像分析的追光驱动机构
技术领域
本发明涉及舞台追光领域，尤其涉及一种基于图像分析的追光驱动机构。
背景技术
舞台追光灯除灯体、灯泡之外还需配有相应的电源装置。短弧氙气灯泡内充有高气压氙气，在通常30伏左右的直流电压作用下是不足以使氙气电离和点燃的，需要有一个触发器，触发器能在接通电源瞬间产生1万伏的高压将灯泡点燃，点燃后触发电源自动断开，灯泡就依赖直流电源进行工作。直流电源的内阻很小，所以回路中须串入一只可变电阻，调节可变电阻就可以在一定范围内调整氙灯泡的工作电流，如果工作电流过低会使电弧自熄或不稳定，会缩短灯泡寿命。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于精准定位的自动追光系统，能够有效解决相应的技术问题。
发明内容
为了解决舞台定向照明区域难以选择的技术问题，本发明提供了一种基于图像分析的追光驱动机构，将舞台区域范围内人数目标数量最多的区域作为定向照明区域，将所述定向照明区域在所述舞台区域的相对位置转换为所述旋转角度值和所述俯仰角度值以用于实时舞台追光驱动操作；采用两级分割机制对待处理图像中最需要进行增强处理的局部区域进行针对性的增强操作，对剩余区域不进行任何增强操作，并采用两级组合机制进行图像重建，从而保证了图像处理的速度；基于亮度的检测和分块数据的噪声分析，获取剥离背景的待识别图像，提高了后续图像识别操作的准确性。
根据本发明的一方面，提供了一种基于图像分析的追光驱动机构，所述机构包括：
舞台摄影架，包括摄像台、滑轮和滑轨，所述滑轮设置在所述滑轨上，所述摄像台设置在所述滑轮上；
追光灯具，设置在舞台上，用于朝向舞台进行照明，以突出被照明区域或被照明人物；
旋转控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收旋转角度值，并基于所述旋转角度值控制所述追光灯具进行旋转以实现其定向照明；
俯仰控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收俯仰角度值，并基于所述俯仰角度值控制所述追光灯具进行俯仰以实现其定向照明；
偏离度识别设备，用于接收对舞台区域范围成像而获得的舞台区域图像，获取所述舞台区域图像的各个像素点的各个亮度值，对所述各个亮度值执行标准差计算，将获得的标准差的数值作为参考数据，所述偏离度识别设备还用于基于所述参考数据对所述舞台区域图像进行均匀式分割，以获得多个分割分块，并针对每一个分割分块，检测所述分割分块中幅值排名前三的三种噪声类型，基于所述三种噪声类型分别对应的幅值确定所述分割分块的信噪比，并基于所述分割分块的信噪比确定对所述分割分块进行背景分割的阈值大小；
背景剥离设备，与所述偏离度识别设备连接，用于针对每一个分割分块，基于确定的阈值对所述分割分块执行背景分割处理以获得对应的待识别分块，并将各个分割分块的各个待识别分块进行拟合，以获得待识别图像，并输出所述待识别图像；
中值滤波设备，与所述背景剥离设备连接，用于接收所述待识别图像，并对所述待识别图像执行中值滤波处理，以获得对应的滤波后图像，并输出所述滤波后图像；
图像搜索设备，与所述中值滤波设备连接，用于接收所述滤波后图像，对所述滤波后图像进行目标外形搜索，以获取各个目标的外形，将尺寸最大的目标的外形所在的区域作为待处理区域，并输出所述待处理区域；
图像分割设备，与所述图像搜索设备连接，用于接收所述滤波后图像和所述待处理区域，将去除所述待处理区域后的滤波后图像作为搜索剩余区域；
图像细分设备，与所述图像分割设备连接，用于接收所述待处理区域，确定所述待处理区域中分布在不同频段的能量大小，将能量小于等于限量的多个频段作为多个待处理频段，基于所述多个待处理频段对所述待处理区域执行带通滤波处理，以获得来自所述待处理区域的、存在所述多个待处理频段的带通滤波区域，还用于获得从所述待处理区域中去除所述带通滤波区域的带通保留区域；
两级组合设备，分别与所述图像细分设备和所述图像分割设备连接，用于基于所述带通滤波区域的动态分布范围对所述带通滤波区域执行增益处理，以获得相应的增益处理区域，还用于将所述增益处理区域和所述带通保留区域组合以获得所述待处理区域对应的已组合区域，以及还用于将所述已组合区域与所述搜索剩余区域组合以获得与所述滤波后图像对应的局部增益图像；
人数解析设备，与所述两级组合设备连接，用于接收所述局部增益图像，基于预设脸部图像特征从所述局部增益图像中解析出多个人数目标，基于预设舞台外形从所述局部增益图像中解析出舞台区域，将舞台区域范围内人数目标数量最多的区域作为定向照明区域，并输出所述定向照明区域和所述舞台区域；
角度提取设备，分别与所述俯仰控制电机、所述旋转控制电机以及所述人数解析设备连接，用于将所述定向照明区域在所述舞台区域的相对位置转换为所述旋转角度值和所述俯仰角度值。
更具体地，在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述参考数据越大，对所述舞台区域图像进行均匀式分割获得的分割分块的数量越多。
更具体地，在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述偏离度识别设备和所述背景剥离设备采用不同的SOC芯片来实现。
更具体地，在所述基于图像分析的追光驱动机构中，还包括：
区域成像设备，设置在所述摄像台上，用于对舞台区域范围成像以获得舞台区域图像。
更具体地，在所述基于图像分析的追光驱动机构中：
所述背景剥离设备采用DSP处理芯片来实现，DSP处理芯片还包括内置存储单元；
其中，所述DSP处理芯片用于分别与所述信噪比检测设备和所述背景剥离设备连接，以存储所述信噪比检测设备确定的各个分块的各个阈值。
更具体地，在所述基于图像分析的追光驱动机构中：在所述两级组合设备中，所述带通滤波区域的动态分布范围越窄，对所述带通滤波图像执行的增益处理力度越大。
更具体地，在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述角度提取设备还用于将所述旋转角度值发送给所述旋转控制电机。
更具体地，在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述角度提取设备还用于将所述俯仰角度值发送给所述俯仰控制电机。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于图像分析的追光驱动机构的追光灯具的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于图像分析的追光驱动机构的实施方案进行详细说明。
舞台追光灯是电视演播室和舞台常用的照明灯具。其主要使用功能是能够产生一个明亮的光斑，用舞台术语来说是“一个硬而实的光圈”，在表演区内随着演员的移动而移动，故名为舞台追光灯。常用舞台追光灯因所用光源不同而分为卤钨灯舞台追光灯，金属卤化物舞台追光灯和氙灯舞台追光灯三种：
卤钨灯舞台追光灯的特点是结构简单，不需要镇流器，使用方便，通电即亮，可调光，亮度从0-100无级可调，格便宜，缺点是亮度较低。2KW的卤钨灯舞台追光灯仅能在距离25米以内的范围内使用。
金属卤化物舞台追光灯其光源发光效率高达80流明/瓦以上，所以亮度较卤钨灯舞台追光灯高，射程也较远，HMI2500W舞台追光灯具射程可达50米，价格适中。缺点是灯在启动后需要3分钟以上的预热时间才能达到最大亮度。
由于观众对节目艺术水平的要求日趋提高，表演场面越来越大，氙灯舞台追光灯因射程远、亮度高、光色好而受到使用者青睐。例如，3KW氙灯舞台追光灯在距离120米处，光斑直径3.7米，照度达4700勒克司，这对于在背景光较亮的环境中，突出被照人物是十分重要的，特别是在体育场或其它大型演出场所，超过100米的长距离追光，只有氙灯舞台追光灯才能担当如此重任。此外氙灯舞台追光灯还有另一个重要优点，就是在调光时，其色温和光谱都保持不变，这是卤钨灯舞台追光灯和金属卤化物舞台追光灯所无法相比的。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像分析的追光驱动机构，能够有效解决相应的技术问题。
图1为根据本发明实施方案示出的基于图像分析的追光驱动机构的追光灯具的结构示意图。所述追光灯具包括追光控制板1、控制按钮2、支撑架3和追光面板4。
根据本发明实施方案示出的基于图像分析的追光驱动机构包括：
舞台摄影架，包括摄像台、滑轮和滑轨，所述滑轮设置在所述滑轨上，所述摄像台设置在所述滑轮上；
追光灯具，设置在舞台上，用于朝向舞台进行照明，以突出被照明区域或被照明人物；
旋转控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收旋转角度值，并基于所述旋转角度值控制所述追光灯具进行旋转以实现其定向照明；
俯仰控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收俯仰角度值，并基于所述俯仰角度值控制所述追光灯具进行俯仰以实现其定向照明；
偏离度识别设备，用于接收对舞台区域范围成像而获得的舞台区域图像，获取所述舞台区域图像的各个像素点的各个亮度值，对所述各个亮度值执行标准差计算，将获得的标准差的数值作为参考数据，所述偏离度识别设备还用于基于所述参考数据对所述舞台区域图像进行均匀式分割，以获得多个分割分块，并针对每一个分割分块，检测所述分割分块中幅值排名前三的三种噪声类型，基于所述三种噪声类型分别对应的幅值确定所述分割分块的信噪比，并基于所述分割分块的信噪比确定对所述分割分块进行背景分割的阈值大小；
背景剥离设备，与所述偏离度识别设备连接，用于针对每一个分割分块，基于确定的阈值对所述分割分块执行背景分割处理以获得对应的待识别分块，并将各个分割分块的各个待识别分块进行拟合，以获得待识别图像，并输出所述待识别图像；
中值滤波设备，与所述背景剥离设备连接，用于接收所述待识别图像，并对所述待识别图像执行中值滤波处理，以获得对应的滤波后图像，并输出所述滤波后图像；
图像搜索设备，与所述中值滤波设备连接，用于接收所述滤波后图像，对所述滤波后图像进行目标外形搜索，以获取各个目标的外形，将尺寸最大的目标的外形所在的区域作为待处理区域，并输出所述待处理区域；
图像分割设备，与所述图像搜索设备连接，用于接收所述滤波后图像和所述待处理区域，将去除所述待处理区域后的滤波后图像作为搜索剩余区域；
图像细分设备，与所述图像分割设备连接，用于接收所述待处理区域，确定所述待处理区域中分布在不同频段的能量大小，将能量小于等于限量的多个频段作为多个待处理频段，基于所述多个待处理频段对所述待处理区域执行带通滤波处理，以获得来自所述待处理区域的、存在所述多个待处理频段的带通滤波区域，还用于获得从所述待处理区域中去除所述带通滤波区域的带通保留区域；
两级组合设备，分别与所述图像细分设备和所述图像分割设备连接，用于基于所述带通滤波区域的动态分布范围对所述带通滤波区域执行增益处理，以获得相应的增益处理区域，还用于将所述增益处理区域和所述带通保留区域组合以获得所述待处理区域对应的已组合区域，以及还用于将所述已组合区域与所述搜索剩余区域组合以获得与所述滤波后图像对应的局部增益图像；
人数解析设备，与所述两级组合设备连接，用于接收所述局部增益图像，基于预设脸部图像特征从所述局部增益图像中解析出多个人数目标，基于预设舞台外形从所述局部增益图像中解析出舞台区域，将舞台区域范围内人数目标数量最多的区域作为定向照明区域，并输出所述定向照明区域和所述舞台区域；
角度提取设备，分别与所述俯仰控制电机、所述旋转控制电机以及所述人数解析设备连接，用于将所述定向照明区域在所述舞台区域的相对位置转换为所述旋转角度值和所述俯仰角度值。
接着，继续对本发明的基于图像分析的追光驱动机构的具体结构进行进一步的说明。
在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述参考数据越大，对所述舞台区域图像进行均匀式分割获得的分割分块的数量越多。
在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述偏离度识别设备和所述背景剥离设备采用不同的SOC芯片来实现。
在所述基于图像分析的追光驱动机构中，还包括：
区域成像设备，设置在所述摄像台上，用于对舞台区域范围成像以获得舞台区域图像。
在所述基于图像分析的追光驱动机构中：
所述背景剥离设备采用DSP处理芯片来实现，DSP处理芯片还包括内置存储单元；
其中，所述DSP处理芯片用于分别与所述信噪比检测设备和所述背景剥离设备连接，以存储所述信噪比检测设备确定的各个分块的各个阈值。
在所述基于图像分析的追光驱动机构中：在所述两级组合设备中，所述带通滤波区域的动态分布范围越窄，对所述带通滤波图像执行的增益处理力度越大。
在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述角度提取设备还用于将所述旋转角度值发送给所述旋转控制电机。
以及在所述基于图像分析的追光驱动机构中：所述角度提取设备还用于将所述俯仰角度值发送给所述俯仰控制电机。
另外，所述DSP处理芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
根据数字信号处理的要求，DSP处理芯片一般具有如下主要特点：(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；(5)快速的中断处理和硬件I/O支持；(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；(7)可以并行执行多个操作；(8)支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
采用本发明的基于图像分析的追光驱动机构，针对现有技术中无法选择有效照明区域的技术问题，通过将舞台区域范围内人数目标数量最多的区域作为定向照明区域，将所述定向照明区域在所述舞台区域的相对位置转换为所述旋转角度值和所述俯仰角度值以用于实时舞台追光驱动操作；采用两级分割机制对待处理图像中最需要进行增强处理的局部区域进行针对性的增强操作，对剩余区域不进行任何增强操作，并采用两级组合机制进行图像重建，保证了图像处理的速度；基于亮度的检测和分块数据的噪声分析，获取剥离背景的待识别图像，提高了后续图像识别操作的准确性，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 (8)

1.一种基于图像分析的追光驱动机构，包括：
舞台摄影架，包括摄像台、滑轮和滑轨，所述滑轮设置在所述滑轨上，所述摄像台设置在所述滑轮上；
追光灯具，设置在舞台上，用于朝向舞台进行照明，以突出被照明区域或被照明人物；
旋转控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收旋转角度值，并基于所述旋转角度值控制所述追光灯具进行旋转以实现其定向照明；
俯仰控制电机，与所述追光灯具连接，用于接收俯仰角度值，并基于所述俯仰角度值控制所述追光灯具进行俯仰以实现其定向照明；
偏离度识别设备，用于接收对舞台区域范围成像而获得的舞台区域图像，获取所述舞台区域图像的各个像素点的各个亮度值，对所述各个亮度值执行标准差计算，将获得的标准差的数值作为参考数据，所述偏离度识别设备还用于基于所述参考数据对所述舞台区域图像进行均匀式分割，以获得多个分割分块，并针对每一个分割分块，检测所述分割分块中幅值排名前三的三种噪声类型，基于所述三种噪声类型分别对应的幅值确定所述分割分块的信噪比，并基于所述分割分块的信噪比确定对所述分割分块进行背景分割的阈值大小；
背景剥离设备，与所述偏离度识别设备连接，用于针对每一个分割分块，基于确定的阈值对所述分割分块执行背景分割处理以获得对应的待识别分块，并将各个分割分块的各个待识别分块进行拟合，以获得待识别图像，并输出所述待识别图像；
中值滤波设备，与所述背景剥离设备连接，用于接收所述待识别图像，并对所述待识别图像执行中值滤波处理，以获得对应的滤波后图像，并输出所述滤波后图像；
图像搜索设备，与所述中值滤波设备连接，用于接收所述滤波后图像，对所述滤波后图像进行目标外形搜索，以获取各个目标的外形，将尺寸最大的目标的外形所在的区域作为待处理区域，并输出所述待处理区域；
图像分割设备，与所述图像搜索设备连接，用于接收所述滤波后图像和所述待处理区域，将去除所述待处理区域后的滤波后图像作为搜索剩余区域；
图像细分设备，与所述图像分割设备连接，用于接收所述待处理区域，确定所述待处理区域中分布在不同频段的能量大小，将能量小于等于限量的多个频段作为多个待处理频段，基于所述多个待处理频段对所述待处理区域执行带通滤波处理，以获得来自所述待处理区域的、存在所述多个待处理频段的带通滤波区域，还用于获得从所述待处理区域中去除所述带通滤波区域的带通保留区域；
两级组合设备，分别与所述图像细分设备和所述图像分割设备连接，用于基于所述带通滤波区域的动态分布范围对所述带通滤波区域执行增益处理，以获得相应的增益处理区域，还用于将所述增益处理区域和所述带通保留区域组合以获得所述待处理区域对应的已组合区域，以及还用于将所述已组合区域与所述搜索剩余区域组合以获得与所述滤波后图像对应的局部增益图像；
人数解析设备，与所述两级组合设备连接，用于接收所述局部增益图像，基于预设脸部图像特征从所述局部增益图像中解析出多个人数目标，基于预设舞台外形从所述局部增益图像中解析出舞台区域，将舞台区域范围内人数目标数量最多的区域作为定向照明区域，并输出所述定向照明区域和所述舞台区域；
角度提取设备，分别与所述俯仰控制电机、所述旋转控制电机以及所述人数解析设备连接，用于将所述定向照明区域在所述舞台区域的相对位置转换为所述旋转角度值和所述俯仰角度值。
2.如权利要求1所述的基于图像分析的追光驱动机构，其特征在于：
所述参考数据越大，对所述舞台区域图像进行均匀式分割获得的分割分块的数量越多。
3.如权利要求2所述的基于图像分析的追光驱动机构，其特征在于：
所述偏离度识别设备和所述背景剥离设备采用不同的SOC芯片来实现。
4.如权利要求3所述的基于图像分析的追光驱动机构，其特征在于，所述机构还包括：
区域成像设备，设置在所述摄像台上，用于对舞台区域范围成像以获得舞台区域图像。
5.如权利要求4所述的基于图像分析的追光驱动机构，其特征在于：
所述背景剥离设备采用DSP处理芯片来实现，DSP处理芯片还包括内置存储单元；
其中，所述DSP处理芯片用于分别与所述信噪比检测设备和所述背景剥离设备连接，以存储所述信噪比检测设备确定的各个分块的各个阈值。
6.如权利要求5所述的基于图像分析的追光驱动机构，其特征在于：
在所述两级组合设备中，所述带通滤波区域的动态分布范围越窄，对所述带通滤波图像执行的增益处理力度越大。
7.如权利要求6所述的基于图像分析的追光驱动机构，其特征在于：
所述角度提取设备还用于将所述旋转角度值发送给所述旋转控制电机。
8.如权利要求1-7任一所述的基于图像分析的追光驱动机构，其特征在于：
所述角度提取设备还用于将所述俯仰角度值发送给所述俯仰控制电机。
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