TWI660141B

TWI660141B - Spotlight device and spotlight tracking method

Info

Publication number: TWI660141B
Application number: TW107144715A
Authority: TW
Inventors: An-Chin Cheng; 鄭安欽
Original assignee: Chaoyang University Of Technology; 朝陽科技大學
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-05-21
Also published as: TW202022282A

Abstract

一種聚光燈裝置，適用於朝一表演者投射光線，包含一基座模組、一聚光燈、一驅動模組、一鏡頭模組，及一控制模組。該聚光燈用以朝該表演者方向投射光線而產生一聚光區。該驅動模組用以帶動該聚光燈旋轉。該鏡頭模組朝該表演者方向進行感光並輸出一相關於一感光影像的感光信號。該控制模組接收該感光信號，並偵測該感光影像中該表演者的臉部位置與該聚光區位置，且根據該表演者的臉部位置與該聚光區位置控制該驅動模組帶動該聚光燈旋轉，而使該聚光區位置與該表演者的臉部位置之距離符合一預定距離。藉此，可以達到聚光燈自動追尋表演者的功效，並具有減少人力、降低成本、提高反應速度，及增加演出效果的功效。

Description

聚光燈裝置及聚光燈追蹤方法

本發明是有關於一種應用於舞台表演的裝置及方法，特別是指一種聚光燈裝置及聚光燈追蹤方法。

聚光燈為一般舞台或演講台常使用的配備，用以投射光線在表演者或演講者的身上，以聚焦演出重點，增加表演的感染力。

然而，當表演者移動時，目前技術是依靠人力調整聚光燈的投射位置，以達到燈光隨表演者移動的效果。但在小型演出時，由於經費較少，不一定能有額外的經費聘請人力調整聚光燈，只能選擇整場亮燈或整場暗燈，但是，如此在進行簡報時，整場亮燈會導致投影簡報的亮暗細節無法呈現，而整場暗燈則會導致演講者之表情手勢不清楚，造成演講效果不佳。而在大型演出時，雖通常會規畫經費安排操作聚光燈的人力，但若是操作人員對演出內容不熟悉，當演出者快速移動時，則常會出現聚光燈慢半拍的情況，導致演出效果大打折扣。

因此，本發明的第一目的，即在提供一種可解決上述問題的聚光燈裝置。

於是，本發明聚光燈裝置，適用於朝一表演者投射光線，包含一基座模組、一聚光燈、一驅動模組、一鏡頭模組，及一控制模組。

該聚光燈設置於該基座模組，並用以朝該表演者方向投射光線而產生一聚光區。

該驅動模組設置於該基座模組，用以帶動該聚光燈旋轉。

該鏡頭模組設置於該基座模組，朝該表演者方向進行感光，並輸出一相關於一感光影像的感光信號。

該控制模組信號連接該鏡頭模組及該驅動模組，接收該感光信號，並偵測該感光影像中該表演者的臉部位置與該聚光區位置，且根據該表演者的臉部位置與該聚光區位置控制該驅動模組帶動該聚光燈旋轉，而使該聚光區位置與該表演者的臉部位置之距離符合一預定距離。

因此，本發明的第二目的，即在提供一種可解決上述問題的聚光燈追蹤方法。

於是，本發明聚光燈追蹤方法，運用於如上述之聚光燈裝置，並包含以下步驟：

(A)該控制模組接收相關於該感光影像的該感光信號，偵測該感光影像中該表演者的臉部位置與該聚光區位置。

(B)該控制模組運算該表演者的臉部位置與該聚光區位置之距離是否符合一預定距離。

(C)於步驟(B)判斷為否時，該控制模組根據該表演者的臉部位置與該聚光區位置判斷一移動方向。

(D)該控制模組控制該驅動模組帶動該聚光燈旋轉，使該聚光區沿該移動方向移動。

本發明的功效在於：藉由設置該鏡頭模組擷取該感光影像，並搭配該控制模組偵測運算該表演者的臉部位置與該聚光區位置，且根據該表演者的臉部位置與該聚光區位置控制該驅動模組旋轉該聚光燈而使該聚光區移動，可以達到聚光燈自動追尋表演者的功效，具有減少人力、降低成本、提高反應速度，及增加演出效果的功效。

參閱圖1、圖2及圖3，本發明聚光燈裝置之一實施例，適用於朝一舞台90上的一表演者9投射光線，包含一基座模組2、一聚光燈3、一驅動模組4、一鏡頭模組5、一控制模組6，及一用以提供該驅動模組4、該鏡頭模組5與該控制模組6電源的電源模組7。

該基座模組2包括一第一基座21及一第二基座22。

該聚光燈3設置於該基座模組2，並用以朝該表演者9方向投射光線而產生一聚光區31。聚光燈3指照度强、照幅窄、便於朝一舞台90的特定區位集中照射的發光元件。

該驅動模組4設置於該基座模組2，用以帶動該聚光燈3旋轉。該驅動模組4包括一設置於該第一基座21且供該第二基座22設置的第一轉軸馬達41，及一設置於該第二基座22且供該聚光燈3設置的第二轉軸馬達42，該第一轉軸馬達41用以帶動該第二基座22、該第二轉軸馬達42與該聚光燈3以一第一轉軸L1為中心旋轉，該第二轉軸馬達42用以帶動該聚光燈3以一與該第一轉軸L1相交之第二轉軸L2為中心旋轉。其中，該第一轉軸L1與該第二轉軸L2較佳為相互垂直，以增加該聚光燈3的可旋轉角度。其中，該第二轉軸馬達42是設置於該第二基座22的U型兩末端，並以自身轉動帶動該聚光燈3以該第二轉軸L2為中心旋轉。

該鏡頭模組5設置於該基座模組2，朝該表演者9方向進行感光，並輸出一相關於一感光影像的感光信號。該鏡頭模組5包括一用以接收光線的鏡頭元件51，及一對應於該鏡頭元件51設置且用以感光並輸出該感光信號的感光元件52。其中，該感光元件52可使用感光耦合元件(charge-coupled device，縮寫為CCD)或互補式金屬氧化物半導體主動像素傳感器(CMOS Active pixel sensor)等技術實施。

該控制模組6信號連接該鏡頭模組5及該驅動模組4，接收該感光信號，並偵測該感光影像中該表演者9的臉部位置與該聚光區31位置，且根據該表演者9的臉部位置與該聚光區31位置控制該驅動模組4帶動該聚光燈3旋轉，而使該聚光區31位置與該表演者9的臉部位置之距離符合一預定距離。

其中，於感光影像中偵測物件的相對位置已經是成熟的演算法，在網路上如OpenCV(Open Source Computer Vision Library)已有開放原始碼(Open Source)的程式可供參考應用，因此，在此不贅述。

其中，該控制模組6控制該驅動模組4帶動該聚光燈3旋轉而使該聚光區31之中心位置311與該表演者9的臉部中心位置91之距離實質上為三倍的表演者9臉部長度，且該聚光區31之中心位置311位於該表演者9的臉部中心位置91之下方。

參閱圖1、圖3及圖4，本發明聚光燈追蹤方法之一實施例運用於上述之聚光燈裝置，並包含以下步驟：

步驟81、82：該控制模組6接收相關於該感光影像的該感光信號，偵測該感光影像中該表演者9的臉部位置與該聚光區31位置。

其中，該控制模組6較佳是運算該表演者9的臉部中心位置91與該聚光區中心位置311，且較佳是以圖面座標方式運算其位置。其中，該控制模組6較佳是使用人臉偵測技術運算該表演者9的臉部中心位置91，並以分析該感光影像中一連續亮部區域之水平最寬處的中點作為該聚光區中心位置311，該連續亮部區域指亮度大於該感光影像之平均亮度且連續長度及寬度皆大於預定長、寬值的影像區域。

步驟83：該控制模組6運算該表演者9的臉部位置與該聚光區31位置之距離是否符合該預定距離，並於判斷為否時，該控制模組6根據該表演者9的臉部位置與該聚光區31位置判斷一移動方向。

其中，該預定距離較佳為三倍的表演者9臉部長度。該控制模組6根據該表演者9的臉部中心位置91及表演者臉部長度運算一預定投射位置92，並根據該預定投射位置92與該聚光區中心位置311判斷該移動方向。

其中，該預定投射位置92位於該表演者9的臉部中心位置91之下方，且該表演者9的臉部中心位置91與該預定投射位置92之距離較佳為三倍的表演者9臉部長度。

步驟84：該控制模組6控制該驅動模組4帶動該聚光燈3旋轉，使該聚光區31沿該移動方向移動，並回到步驟81。

步驟85：於使用者決定要停止追蹤時，中止程式運算，若否，回到步驟81。

實際使用時，先將該鏡頭模組5及該聚光燈3架設為朝向一舞台90，該鏡頭模組5朝該舞台90方向進行感光，並擷取相關於該舞台90上之表演者9的感光影像以輸出該感光信號，該控制模組6接收該感光信號後，偵測該感光影像中該表演者9的臉部中心位置91與該聚光區中心位置311，並根據一預設的表演者臉部長度或是運算該舞台90上之該表演者9的臉部長度，接著根據所得的臉部長度運算該預定投射位置92，並根據該預定投射位置92與該聚光區中心位置311之差異運算該移動方向，例如，若如圖3所示，所運算之該聚光區中心位置311位於該預定投射位置92左方，則該移動方向為朝右方移動，接著，該控制模組6控制該驅動模組4帶動該聚光燈3旋轉，使該聚光區31沿該移動方向移動，並重複上述動作直到該聚光區中心位置311到達該預定投射位置92。

若該表演者9移動時，由於此時該表演者9的臉部中心位置91改變，會使所運算之該預定投射位置92隨之改變，因此，該控制模組6重複上述追蹤動作直到該聚光區中心位置311重新到達該預定投射位置92。

經由以上的說明，可將本實施例的優點歸納如下：

一、藉由設置該鏡頭模組5擷取該感光影像，並搭配該控制模組6偵測運算該表演者9的臉部位置與該聚光區31位置，且根據該表演者9的臉部位置與該聚光區31位置控制該驅動模組4而使該聚光區31位置與該表演者9的臉部位置之距離符合該預定距離，可以達到聚光燈3自動追尋的功效，且由於電子運算速度遠大於人類的反應時間，因此，即使表演者9忽然移動，該聚光區31也能快速追尋跟上表演者9，相較於習知技術，本實施例不需額外聘請人力操作聚光燈3，也不需花費時間教育操作者熟知演出內容，即能達到快速反應及良好的投射效果，具有減少人力、降低成本、提高反應速度，及增加演出效果的功效。

二、藉由設置轉軸相交的該第一轉軸馬達41與該第二轉軸馬達42，可以增加該聚光燈3的旋轉角度，而達到更寬廣的照射範圍。

三、藉由設計該預定投射位置92位於該表演者9的臉部中心位置91下方三倍的表演者9臉部長度處，可以使該聚光區中心位置311位於該表演者9的身體區域中心，如此，可以使該表演者9整個身體皆位在該聚光區31的亮光區域，因此，可以使該表演者9從臉部表情到肢體動作都可以清楚地展現，故能達到最佳的表演效果。

綜上所述，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2‧‧‧基座模組

21‧‧‧第一基座

22‧‧‧第二基座

3‧‧‧聚光燈

31‧‧‧聚光區

311‧‧‧聚光區中心位置

4‧‧‧驅動模組

41‧‧‧第一轉軸馬達

42‧‧‧第二轉軸馬達

5‧‧‧鏡頭模組

51‧‧‧鏡頭元件

52‧‧‧感光元件

6‧‧‧控制模組

7‧‧‧電源模組

81~85‧‧‧步驟

90‧‧‧舞台

9‧‧‧表演者

91‧‧‧臉部中心位置

92‧‧‧預定投射位置

L1‧‧‧第一轉軸

L2‧‧‧第二轉軸

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明聚光燈裝置的一實施例的一立體示意圖；圖2是該實施例的一電路方塊示意圖；圖3是該實施例的一說明示意圖；及圖4是本發明聚光燈追蹤方法的一實施例的一流程圖。

Claims

一種聚光燈裝置，適用於朝一表演者投射光線，包含：一基座模組；一聚光燈，設置於該基座模組，並用以朝該表演者方向投射光線而產生一聚光區；一驅動模組，設置於該基座模組，用以帶動該聚光燈旋轉；一鏡頭模組，設置於該基座模組，朝該表演者方向進行感光，並輸出一相關於一感光影像的感光信號；及一控制模組，信號連接該鏡頭模組及該驅動模組，接收該感光信號，並偵測該感光影像中該表演者的臉部位置與該聚光區位置，且根據該表演者的臉部位置與該聚光區位置控制該驅動模組帶動該聚光燈旋轉，而使該聚光區位置與該表演者的臉部位置之距離符合一預定距離。
如請求項1所述的聚光燈裝置，其中，該基座模組包括一第一基座及一第二基座，該驅動模組包括一設置於該第一基座且供該第二基座設置的第一轉軸馬達，及一設置於該第二基座且供該聚光燈設置的第二轉軸馬達，該第一轉軸馬達用以帶動該第二基座、該第二轉軸馬達與該聚光燈以一第一轉軸為中心旋轉，該第二轉軸馬達用以帶動該聚光燈以一與該第一轉軸相交之第二轉軸為中心旋轉。
如請求項1所述的聚光燈裝置，其中，該控制模組控制該驅動模組帶動該聚光燈旋轉而使該聚光區之中心位置與該表演者的臉部中心位置之距離實質上為三倍的表演者臉部長度。
如請求項1所述的聚光燈裝置，其中，該控制模組控制該驅動模組帶動該聚光燈旋轉而使該聚光區之中心位置位於該表演者的臉部中心位置之下方。
如請求項1所述的聚光燈裝置，其中，該鏡頭模組包括一用以接收光線的鏡頭元件，及一對應於該鏡頭元件設置且用以感光並輸出該感光信號的感光元件。
一種聚光燈追蹤方法，運用於如請求項1所述之聚光燈裝置，並包含以下步驟： (A)該控制模組接收相關於該感光影像的該感光信號，偵測該感光影像中該表演者的臉部位置與該聚光區位置； (B) 該控制模組運算該表演者的臉部位置與該聚光區位置之距離是否符合該預定距離； (C) 於步驟(B)判斷為否時，該控制模組根據該表演者的臉部位置與該聚光區位置判斷一移動方向；及 (D)該控制模組控制該驅動模組帶動該聚光燈旋轉，使該聚光區沿該移動方向移動。
如請求項6所述的聚光燈追蹤方法，其中，於步驟(A)中，該控制模組運算該表演者的臉部中心位置與該聚光區中心位置。
如請求項7所述的聚光燈追蹤方法，其中，於步驟(C)中，該控制模組根據該表演者的臉部中心位置及表演者臉部長度運算一預定投射位置，並根據該預定投射位置與該聚光區中心位置判斷該移動方向。
如請求項8所述的聚光燈追蹤方法，其中，於步驟(C)中，該預定投射位置位於該表演者的臉部中心位置之下方，且該表演者的臉部中心位置與該預定投射位置之距離實質上為三倍的表演者臉部長度。