CN208353648U - 一种聚光灯跟踪目标的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种聚光灯跟踪目标的系统，包括摄像机、控制器及包括底座和灯光装置的聚光灯，该系统还包括安装于底座的用于控制聚光灯前后转动的第一伺服电机及安装于灯光装置的用于控制聚光灯左右转动的第二伺服电机；控制器与摄像机连接，控制器的第一输出端与第一伺服电机的输入端连接，控制器的第二输出端与第二伺服电机的输入端连接。本申请可采用自动控制的方式使聚光灯跟踪目标，不需要人工控制，不易造成人为故障，增加了控制的可靠性；而且，本申请的聚光灯跟随目标移动，不需要固定目标路线，比较灵活，减少了排练时间，增强了表演效果。

Description

一种聚光灯跟踪目标的系统

技术领域

本实用新型涉及目标跟踪技术领域，特别是涉及一种聚光灯跟踪目标的系统。

背景技术

随着照明技术的发展，聚光灯的使用越来越广泛。聚光灯是一种利用聚光镜头或者反射镜将分散的光聚集在一定面积上的聚光装置。通常，在舞台表演时，需要用聚光灯跟踪表演者的行走路径，增强表演效果。现有技术中，聚光灯跟踪目标一般有两种实现方式：第一种，操作人员通过遥控方式控制聚光灯的转动，从而使聚光灯的光圈跟随目标移动，这种人工的控制方式易造成人为故障(例如操作人员精力不集中导致灯光效果跟不上目标的移动)，降低了控制的可靠性；第二种，预先对聚光灯的运动路线进行编程，这种固定路线的控制方式使目标要跟随聚光灯的运动路线移动，缺乏灵活性，增加了排练时间，影响了表演效果。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种聚光灯跟踪目标的系统，采用自动控制的方式使聚光灯跟踪目标，不需要人工控制，不易造成人为故障，增加了控制的可靠性；而且，本申请的聚光灯跟随目标移动，不需要固定目标路线，比较灵活，减少了排练时间，增强了表演效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种聚光灯跟踪目标的系统，包括用于分别预先拍摄目标及聚光灯的光圈的基准图片和用于拍摄现场的表演图片的摄像机、控制器及包括底座和灯光装置的所述聚光灯，该系统还包括安装于所述底座的用于控制所述聚光灯前后转动的第一伺服电机及安装于所述灯光装置的用于控制所述聚光灯左右转动的第二伺服电机；其中：

所述控制器与所述摄像机连接，所述控制器的第一输出端与所述第一伺服电机的输入端连接，所述控制器的第二输出端与所述第二伺服电机的输入端连接；用于预先根据所述目标的基准图片及所述光圈的基准图片相应地确定目标特征及光圈特征；控制所述摄像机每隔预设时间拍摄现场的表演图片，并接收所述表演图片；根据所述表演图片、所述目标特征及所述光圈特征确定目标实际坐标及光圈实际坐标，并根据所述目标实际坐标和所述光圈实际坐标的距离和预设距离角度关系，控制所述第一伺服电机和所述第二伺服电机转动相应的角度。

优选地，所述第一伺服电机的脉冲输出端与所述控制器的第一反馈端连接，所述第二伺服电机的脉冲输出端与所述控制器的第二反馈端连接；所述第一伺服电机及所述第二伺服电机均用于输出其接收的脉冲数目，所述控制器还用于当接收的所述脉冲数目小于其发送的脉冲数目时，将相差的脉冲数目对应的脉冲重新发送。

优选地，所述控制器具体为S5P4418控制器。

优选地，该系统还包括多个散热片，多个所述散热片均匀分布于所述外壳的表面。

优选地，所述灯光装置包括LED芯片及用于为所述LED芯片供电的LED驱动电源；

该系统还包括用于接收操作人员发送的开启指令或者关闭指令的移动终端或上位机，所述移动终端或所述上位机与所述控制器无线连接，所述控制器的第三输出端与所述LED驱动电源的控制端连接，所述控制器还用于当接收到所述开启指令或所述关闭指令时，相应地控制所述LED驱动电源的开启或关闭。

本实用新型提供了一种聚光灯跟踪目标的系统，与现有技术中通过人工控制及固定路线控制聚光灯跟踪目标相比，本申请提供的聚光灯跟踪目标的系统包括摄像机、控制器及包括底座和灯光装置的聚光灯，该系统还包括安装于底座的用于控制聚光灯前后转动的第一伺服电机及安装于灯光装置的用于控制聚光灯左右转动的第二伺服电机。

在目标上台表演之前，摄像机分别拍摄目标的基准图片及聚光灯的光圈的基准图片，控制器便可以根据目标的基准图片及光圈的基准图片相应地确定目标特征及光圈特征。当目标上台表演后，控制器控制摄像机每隔设置好的时间拍摄现场的表演图片，并接收摄像机拍摄的表演图片。控制器便可以根据接收的表演图片及提前确定的目标特征和光圈特征确定目标实际坐标及光圈实际坐标。控制器根据目标实际坐标和光圈实际坐标的距离和设置好的距离角度关系，控制第一伺服电机和第二伺服电机转动相应地角度，从而控制聚光灯转动，使光圈跟随目标移动。可见，本申请采用自动控制的方式使聚光灯跟踪目标，不需要人工控制，不易造成人为故障，增加了控制的可靠性；而且，本申请的聚光灯跟随目标移动，不需要固定目标路线，比较灵活，减少了排练时间，增强了表演效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种聚光灯跟踪目标的系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种相机坐标系与基准坐标系的关系示意图；

图3为本实用新型提供的一种伺服电机转动定位示意图；

图4为本实用新型提供的一种伺服电机转动角度示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种聚光灯跟踪目标的系统，采用自动控制的方式使聚光灯跟踪目标，不需要人工控制，不易造成人为故障，增加了控制的可靠性；而且，本申请的聚光灯跟随目标移动，不需要固定目标路线，比较灵活，减少了排练时间，增强了表演效果。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型提供的一种聚光灯跟踪目标的系统的结构示意图。

该系统包括用于分别预先拍摄目标及聚光灯3的光圈的基准图片和用于拍摄现场的表演图片的摄像机1、控制器2及包括底座31和灯光装置32的聚光灯3，该系统还包括安装于底座31的用于控制聚光灯3前后转动的第一伺服电机4及安装于灯光装置32的用于控制聚光灯3左右转动的第二伺服电机5；其中：

控制器2与摄像机1连接，控制器2的第一输出端与第一伺服电机4的输入端连接，控制器2的第二输出端与第二伺服电机5的输入端连接；用于预先根据目标的基准图片及光圈的基准图片相应地确定目标特征及光圈特征；控制摄像机1每隔预设时间拍摄现场的表演图片，并接收表演图片；根据表演图片、目标特征及光圈特征确定目标实际坐标及光圈实际坐标，并根据所述目标实际坐标和所述光圈实际坐标的距离和预设距离角度关系，控制所述第一伺服电机4和所述第二伺服电机5转动相应的角度。

需要说明的是，本申请中的预先和预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。

具体地，本申请提供的系统包括摄像机1、控制器2、聚光灯3、第一伺服电机4及第二伺服电机5。考虑到聚光灯3的光圈要跟踪目标移动，在目标上台表演之前，本申请提前通过摄像机1分别拍摄光圈的图片和光圈要跟踪的目标的图片，并将其发送至控制器2，控制器2根据拍摄的目标的图片和光圈的图片便可以相应地确定目标的特征和光圈的特征。

优选地，首先，对基准图片进行灰度处理，灰度处理是把得到的彩色图转化为用二维数字矩阵g[x][y]表示的灰度图，矩阵元素值表示对应像素点的灰度值，其中，x为矩阵的行数，y为矩阵的列数。例如g[3][10]＝8表示位于第3行第10列的像素点的灰度值是8。然后，对灰度处理的图片进行特征提取，特征提取是提取图像信息，决定每个图像的点是否属于一个图像特征，特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集，这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域，从而确定目标特征及光圈特征。

当摄像机1再次拍摄图片并将其发送至控制器2时，控制器2根据确定的目标特征和光圈特征便可以识别出再次拍摄的图片中是否包含光圈和光圈要跟踪的目标，即将提前拍摄的光圈的图片和目标的图片作为基准图片。

考虑到目标为人时，走路姿势可能会发生较大地变化，可以提前拍摄多个目标的图片作为目标的基准图片，提高了识别的准确性。

当目标上台表演时，控制器2开始控制摄像机1每隔设置好的时间拍摄现场的表演图片。当摄像机1拍摄好现场的表演图片时，将其发送至控制器2，控制器2便可以根据表演图片、确定的目标特征和光圈特征，确定表演图片中包含的光圈和光圈要跟踪的目标，从而确定目标的实际坐标及光圈的实际坐标。

优选地，对表演图片进行灰度处理，并根据目标的特征及光圈的特征从灰度处理的表演图片中识别目标及光圈，确定目标的像素坐标及光圈的像素坐标；将目标的像素坐标及光圈的像素坐标依次经过图像坐标系、相机坐标系及实际平面的基准坐标系的转换，得到目标的实际坐标及光圈的实际坐标。

图像坐标系的转换：将得到的灰度图的像素点的位置坐标作为该像素点的像素坐标，g[0][0]为像素坐标系的原点，例如位于第3行第10列的像素点的像素坐标为(3，10)。像素坐标系的原点与图像坐标系的原点可能不相同，要根据实际情况设定，所以要提前设置表演图片的图像坐标原点，并将目标的像素坐标及光圈的像素坐标相应地转换为目标的图像坐标及光圈的图像坐标，相当于坐标平移。

相机坐标系的转换：相机坐标系以摄像机1光心为原点，光轴和图像平面垂直，相机坐标系和图像坐标系统存在一定的比例关系，该比例关系由相机焦距、感光元件等有关。摄像机1选好以后，比例关系便确定，根据摄像机1的图像坐标系与相机坐标系的比例关系，将目标的图像坐标及光圈的图像坐标转换为目标的相机坐标及光圈的相机坐标。

请参照图2，图2为本实用新型提供的一种相机坐标系与基准坐标系的关系示意图。

基准坐标系的转换：实际平面的基准坐标系是摄像机所要拍摄的实物坐标，由于两者的坐标方向和原点都不同，所以实际平面的基准坐标系和相机坐标系是旋转和平移的关系。根据关系式X_c＝R*X_r+T及Y_c＝R*Y_r+T，将目标的相机坐标及光圈的相机坐标转换为目标的实际坐标及光圈的实际坐标，其中，X_c为物体在相机坐标系的横坐标，Y_c为物体在相机坐标系的纵坐标，X_r为物体在基准坐标系的横坐标，Y_r为物体在基准坐标系的纵坐标，R为旋转矩阵，T为平移向量。

设目标的实际坐标为(x1，y1)，光圈的实际坐标为(x2，y2)，则二者的距离关系式为

本申请在已知目标及光圈的距离后，便可以确定光圈跟踪目标时，聚光灯3前或后应移动的距离及左或右应移动的距离。本申请中的聚光灯3包括底座31和灯光装置32，通过在底座31安装第一伺服电机4，第一伺服电机4通过齿轮带动聚光灯3前后转动，通过在灯光装置32安装第二伺服电机5，第二伺服电机5通过齿轮带动聚光灯3左右转动。

伺服电机是一种可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象的电机。伺服电机转子的转速受输入信号控制，能快速反应，且具有机电时间常数小、数字控制、线性度高、力矩输出恒定等特性，其可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

请参照图3及图4，图3为本实用新型提供的一种伺服电机转动定位示意图，图4为本实用新型提供的一种伺服电机转动角度示意图。

由图3可知，聚光灯通过伺服电机转动一定角度α后，其光圈由第一位置变为第二位置，可见，聚光灯转动的角度与光圈移动的距离具有一定关系。由图4可知，将聚光灯到投射平面的垂直投射点设为原点，已知聚光灯到投射平面的距离为d1，聚光灯的光圈到原点的距离为d2，则聚光灯的转动角度α＝arctan(d2/d1)。

已知伺服电机靠接收的脉冲来定位，伺服电机转动一周所需的脉冲数是确定的，当接收到一个脉冲时，伺服电机便会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现光圈的位移。因此，本申请便可以根据聚光灯3前或后应移动的距离及左或右应移动的距离和设置好的距离角度关系，相应地确定第一伺服电机4和第二伺服电机5的转动角度，从而确定聚光灯3前或后转动所需的第一脉冲数目及左或右转动所需的第二脉冲数目，并将第一脉冲数目对应的脉冲发送至第一伺服电机4，第一伺服电机4便会相应地带动聚光灯3前或后转动；将第二脉冲数目对应的脉冲发送至第二伺服电机5，第二伺服电机5便会相应地带动聚光灯3左或右转动，从而使光圈跟踪目标移动。

本实用新型提供了一种聚光灯跟踪目标的系统，与现有技术中通过人工控制及固定路线控制聚光灯跟踪目标相比，本申请提供的聚光灯跟踪目标的系统包括摄像机、控制器及包括底座和灯光装置的聚光灯，该系统还包括安装于底座的用于控制聚光灯前后转动的第一伺服电机及安装于灯光装置的用于控制聚光灯左右转动的第二伺服电机。

在目标上台表演之前，摄像机分别拍摄目标的基准图片及聚光灯的光圈的基准图片，控制器便可以根据目标的基准图片及光圈的基准图片相应地确定目标特征及光圈特征。当目标上台表演后，控制器控制摄像机每隔设置好的时间拍摄现场的表演图片，并接收摄像机拍摄的表演图片。控制器便可以根据接收的表演图片及提前确定的目标特征和光圈特征确定目标实际坐标及光圈实际坐标。控制器根据目标实际坐标和光圈实际坐标的距离和设置好的距离角度关系，控制第一伺服电机和第二伺服电机转动相应地角度，从而控制聚光灯转动，使光圈跟随目标移动。可见，本申请采用自动控制的方式使聚光灯跟踪目标，不需要人工控制，不易造成人为故障，增加了控制的可靠性；而且，本申请的聚光灯跟随目标移动，不需要固定目标路线，比较灵活，减少了排练时间，增强了表演效果。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，第一伺服电机4的脉冲输出端与控制器2的第一反馈端连接，第二伺服电机5的脉冲输出端与控制器2的第二反馈端连接；第一伺服电机4及第二伺服电机5均用于输出其接收的脉冲数目，控制器2还用于当接收的脉冲数目小于其发送的脉冲数目时，将相差的脉冲数目对应的脉冲重新发送。

具体地，考虑到伺服电机本身具有发出脉冲的功能，当伺服电机每旋转一个角度时，伺服电机的脉冲输出端便会发出对应数量的脉冲。为了确保定位的准确性，本申请将第一伺服电机4的脉冲输出端与控制器2的第一反馈端连接，第二伺服电机5的脉冲输出端与控制器2的第二反馈端连接，从而形成闭环控制系统。控制器2将接收的第一伺服电机4发送的脉冲数目与其自身发送的脉冲数目作比较，当接收的脉冲数目小于自身发送的脉冲数目时，说明第一伺服电机4接收的脉冲出现错误，控制器2将相差的脉冲数目对应的脉冲重新发送至第一伺服电机4即可，从而实现精确的控制电机的转动。控制器2控制第二伺服电机5的转动参考控制器2控制第一伺服电机4的转动的介绍，本申请在此不再赘述。

作为一种优选地实施例，控制器2具体为S5P4418控制器。

具体地，当目标位置发生移动时，控制器2控制聚光灯3转动要花费一定的时间，为了让人肉眼看不出光圈跟踪目标的滞后时间，滞后时间应小于0.04秒。已知滞后时间＝摄像机的摄像时间+图片传送时间+控制器图像分析时间+伺服电机转动时间。

因此，为了提高光圈跟踪目标的速度，本申请中的控制器2可以选用运行速度高达1.4GHz的S5P4418控制器，其传送、分析、控制转动的总时间可以控制在0.02秒内。为了进一步提高光圈跟踪目标的速度，本申请中的摄像机1可以选用CCD(charge coupleddeviceccd，电荷耦合器件)摄像机，其每秒可以拍50张以上的照片，从而尽可能保证人肉眼看不出光圈跟踪目标的滞后时间。

当然，本申请中的控制器2和摄像机1也可以选用其他型号，本申请在此不做特别的限定。

而且，控制器2还设有WiFi、USB、RS485等接口，以便于能和其它部件通讯。CCD摄像机可固定安装在聚光灯3的底座31上，利用RS485串口与控制器2通讯。

作为一种优选地实施例，该系统还包括多个散热片，多个散热片均匀分布于外壳的表面。

具体地，考虑到聚光灯3在工作的过程中，灯光装置32持续发光会产生大量的热量，本申请可以在外壳的表面均匀安装多个散热片，散去外壳表面的热量，延长了聚光灯3的寿命。为了进一步提高热量散去的速度，本申请中灯光装置32的外壳材料选用铸铝合金，能够以较快地速度散去热量，进一步延长了聚光灯3的寿命。本申请中的灯光装置32的外壳材料也可以选用其他材料，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，灯光装置32包括LED芯片及用于为LED芯片供电的LED驱动电源；

该系统还包括用于接收操作人员发送的开启指令或者关闭指令的移动终端或上位机，移动终端或上位机与控制器2无线连接，控制器2的第三输出端与LED驱动电源的控制端连接，控制器2还用于当接收到开启指令或关闭指令时，相应地控制LED驱动电源的开启或关闭。

具体地，本申请中的灯光装置32包括LED驱动电源及LED芯片。由于LED驱动电源已经很成熟，本申请选用具有开、关、调亮度、调色彩等控制功能的LED驱动电源，而且要提供RS485串口，控制器2通过该串口对其进行控制。

本申请还包括与控制器2无线连接的移动终端或上位机，移动终端或上位机用于接收操作人员发送的开启指令或者关闭指令，通过WiFi发送至控制器2，控制器2便可以控制LED驱动电源的开启和关闭，从而实现远程操作。本申请还可以利用远程操作实现其他功能，比如亮度调节、色彩调节等功能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种聚光灯跟踪目标的系统，其特征在于，包括用于分别预先拍摄目标及聚光灯的光圈的基准图片和用于拍摄现场的表演图片的摄像机、控制器及包括底座和灯光装置的所述聚光灯，该系统还包括安装于所述底座的用于控制所述聚光灯前后转动的第一伺服电机及安装于所述灯光装置的用于控制所述聚光灯左右转动的第二伺服电机；其中：

所述控制器与所述摄像机连接，所述控制器的第一输出端与所述第一伺服电机的输入端连接，所述控制器的第二输出端与所述第二伺服电机的输入端连接；用于预先根据所述目标的基准图片及所述光圈的基准图片相应地确定目标特征及光圈特征；控制所述摄像机每隔预设时间拍摄现场的表演图片，并接收所述表演图片；根据所述表演图片、所述目标特征及所述光圈特征确定目标实际坐标及光圈实际坐标，并根据所述目标实际坐标和所述光圈实际坐标的距离和预设距离角度关系，控制所述第一伺服电机和所述第二伺服电机转动相应的角度。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一伺服电机的脉冲输出端与所述控制器的第一反馈端连接，所述第二伺服电机的脉冲输出端与所述控制器的第二反馈端连接；所述第一伺服电机及所述第二伺服电机均用于输出其接收的脉冲数目，所述控制器还用于当接收的所述脉冲数目小于其发送的脉冲数目时，将相差的脉冲数目对应的脉冲重新发送。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器具体为S5P4418控制器。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统还包括多个散热片，多个所述散热片均匀分布于所述灯光装置的外壳的表面。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述灯光装置包括LED芯片及用于为所述LED芯片供电的LED驱动电源；

该系统还包括用于接收操作人员发送的开启指令或者关闭指令的移动终端或上位机，所述移动终端或所述上位机与所述控制器无线连接，所述控制器的第三输出端与所述LED驱动电源的控制端连接，所述控制器还用于当接收到所述开启指令或所述关闭指令时，相应地控制所述LED驱动电源的开启或关闭。