技术领域
[0001] 本发明涉及灯光控制技术领域，特别是涉及舞台灯光技术领域，具体为一种基于无线通信和图像识别的自动追光方法及系统。
相关背景技术
[0002] 舞台灯光也叫“舞台照明”，简称“灯光”。舞台美术造型手段之一。运用舞台灯光设备(如照明灯具、幻灯、控制系统等)和技术手段，随着剧情的发展，以光色及其变化，显示环境、渲染气氛，突出中心人物，创造舞台空间感和时间感，塑造舞台演出的外部形象，并提供必要的灯光效果(如风、雨、云、水、闪电)。舞台灯光是演出空间构成的重要组成部分，是根据情节的发展对人物以及所需的特定场景进行全方位的视觉环境的灯光设计，并有目的将设计意图以视觉形象的方式再现给观众的艺术创作。应该全面、系统的考虑人物和情节的空间造型，严谨地遵循造型规律，运用好手段。
[0003] 舞台灯光系统中，追光灯有着专门的应用需求，目前追光灯的追光操作基本都是靠操作员手工实时操作，不具备自动追光功能。
具体实施方式
[0042] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0043] 请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0044] 本发明实施例的目的在于提供一种基于无线通信和图像识别的自动追光方法及系统，用于解决现有技术中舞台灯光在应用中追光灯对舞台上的移动目标体进行追光需要依靠手动控制带来的耗费人力和时间的问题。
[0045] 以下将详细阐述本实施例的一种基于无线通信和图像识别的自动追光方法及系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的一种基于无线通信和图像识别的自动追光方法及系统。
[0046] 本实施例提供一种基于无线通信和图像识别的自动追光方法，用于对装设于舞台周围的灯具进行追光控制，如图1所示，所述基于无线通信和图像识别的自动追光方法包括以下步骤：
[0047] 步骤S1，通过固定于舞台周边的多个第一无线传感器节点和装设于舞台移动目标体上的第二无线传感器节点组成无线传感器网络；
[0048] 步骤S2，确定所要控制的灯具，采集舞台图像并识别所述舞台图像中的移动目标体图像；
[0049] 步骤S3，根据所述无线传感器网络确定所述移动目标体的第一精度位置并在所述第一精度位置范围内根据所述舞台图像中的移动目标体图像确定所述移动目标体的第二精度位置；
[0050] 步骤S4，根据所述第二精度位置调节所述灯具的照射位置，使得所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置。
[0051] 以下对本实施例中基于无线通信和图像识别的自动追光方法的步骤S110至步骤S140进行详细说明。
[0052] 步骤S1，通过固定于舞台周边的多个第一无线传感器节点和装设于舞台移动目标体上的第二无线传感器节点组成无线传感器网络。
[0053] 其中，固定于舞台周边的多个第一无线传感器节点和装设于舞台移动目标体上的第二无线传感器节点优选采用IEEE 802.15.4标准进行通信，形成LR-WPAN无线传感器网络。
[0054] 步骤S2，确定所要控制的灯具，采集舞台图像并识别所述舞台图像中的移动目标体图像。
[0055] 于本实施例中，确定所要控制的灯具具体包括但不限于：通过于灯光控制装置的显示屏显示控制舞台的各灯具的灯具控制界面，通过触控所述灯具控制界面选中所要控制的灯具。
[0056] 此外，确定所述控制的灯具并不限于上述方式，上述方式只是优选方式之一，也可以通过控制灯光控制装置上装设的灯具控制按钮选中所要控制的灯具。
[0057] 于本实施例中，通过摄像装置采集舞台图像，例如至少一个摄像头采集舞台图像。其中，采集的舞台图像及其中的移动目标体图像通过灯光控制装置的显示屏进行显示。
[0058] 于图像中识别移动目标体图像的方法已被本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
[0059] 步骤S3，根据所述无线传感器网络确定所述移动目标体的第一精度位置并在所述第一精度位置范围内根据所述舞台图像中的移动目标体图像确定所述移动目标体的第二精度位置。
[0060] 具体地，于本实施例中，如图2所示，所述根据所述无线传感器网络确定所述移动目标体的第一精度位置包括：
[0061] 步骤S31，获取至少三个所述第一无线传感器节点的位置信息；
[0062] 步骤S32，根据至少三个所述第一无线传感器节点的位置信息建立参考坐标系；
[0063] 步骤S33，通过所述第一无线传感器节点与至少三个所述第一无线传感器节点的通信时间和所述参考坐标系，测算所述第一无线传感器节点的位置信息，该位置信息即所述移动目标体的第一精度位置。
[0064] 其中，于无线网络中，对通信节点进行定位的方法并不限于上述方法，也可以采用现有技术中任一测算方法对线传感器网络中的通信节点进行定位。
[0065] 步骤S4，根据所述第二精度位置调节所述灯具的照射位置，使得所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置。
[0066] 具体地，于本实施例中，如图3所示，所述基于无线通信和图像识别的自动追光方法还包括：
[0067] 步骤S41，获取所述灯具的位置空间数据；
[0068] 步骤S42，根据所述灯具的位置空间数据和所述移动目标体的第二精度位置调节所述灯具使得所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置。
[0069] 具体地，于本实施例中，如图4所示，所述获取所述灯具的位置空间数据具体包括：
[0070] 步骤S411，获取所述灯具发出的不同方向的三束光照射于舞台地面上形成的三个光斑的坐标。
[0071] 如图5所示，假设A点是灯具，L1，L2，L3分别为灯具A射出的3束光，B，C，D分别为灯具A射到地面上的点，获取所述灯具发出的不同方向的三束光照射于舞台地面上形成的三个光斑的坐标，设为(x1，y1，0)，(x2，y2，0)，(x3，y3，0)。我们的目标是算出灯具A(x，y，z)的坐标，即空间数据。则理论上，只须算出光束L1，L2，L3的长度，就可精确定位A坐标了。
[0072] 步骤S412，获取所述三个光斑两两之间的距离和所述三束光两两之间的夹角。
[0073] B，C，D三个点之间的距离分别为：
[0074] s1＝sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2)；
[0075] s2＝sqrt((x2-x3)^2+(y2-y3)^2)；
[0076] s3＝sqrt((x3-x1)^2+(y3-y1)^2)；
[0077] 通过灯具的pan/tilt值算出各光束之间的夹角(a，b，c)，其中，pan是灯具上下运动， tilt是左右运动。
[0078] 步骤S413，根据所述三个光斑两两之间的距离和所述三束光两两之间的夹角获取所述灯具与所述三个光斑之间的三束光的长度。
[0079] 假设灯具射出3束光线L1，L2，L3，可得出三组pan/tilt值，设为p1/t1，p2/t2，p3/t3。
[0080] 以灯具为原点，建立坐标系，根据pan/tilt值得出三组光束向量。
[0081] (cos(Pi/2-t1)*cos(p1)，cos(Pi/2-t1)*sin(p1)，sin(Pi/2-t1))；
[0082] (cos(Pi/2-t2)*cos(p2)，cos(Pi/2-t2)*sin(p2)，sin(Pi/2-t2))；
[0083] (cos(Pi/2-t3)*cos(p3)，cos(Pi/2-t3)*sin(p3)，sin(Pi/2-t3))；
[0084] 根据向量夹角公式可得出：
[0085] cos(L1，L2)＝L1×L2/|L1|*|L2|，
[0086] cos(L2，L3)＝L1×L2/|L1|*|L2|，
[0087] cos(L3，L1)＝L1×L2/|L1|*|L2|，
[0088] 设w1＝cos(L1，L2)，w2＝cos(L2，L3)，w3＝cos(L3，L1)，
[0089] 设灯具与打在地面的光斑距离分别为L1，L2，L3，根据余弦定理可得出以下方程：
[0090] s1^2＝L1^2+L2^2-2*L1*L2*w1，
[0091] s2^2＝L2^2+L3^2-2*L2*L3*w2，
[0092] s3^2＝L3^2+L1^2-2*L3*L1*w3，
[0093] 其中L1，L2，L3为变量，s1，s2，s3，w1，w2，w3均为常量。
[0094] 该方程组有3个方程，3个未知数，有唯一解，通过牛顿插值法可算出L1，L2，L3，即获取灯具与所述三个光斑之间的三束光的长度。
[0095] 步骤S414，根据所述三个光斑的坐标和所述三束光的长度获取所述灯具的三维坐标空间数据。有了L1，L2，L3，s1，s2，s3得出完整的ABCD四面体，从而算出灯具的XYZ坐标。
[0096] 于本实施例中，如图6所示，所述根据所述灯具的位置空间数据和所述移动目标体的第二精度位置调节所述灯具使得所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置包括：
[0097] 步骤S421，获取所述移动目标体的第二精度位置；
[0098] 步骤S422，根据所述灯具的位置空间数据相对所述移动目标体的第二精度位置的距离和方位调节所述灯具，使得所述灯具的照射位置逐渐逼近所述移动目标体的位置；
[0099] 步骤S423，重复上述补充直至所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置。
[0100] 所以本实施例的自动追光方法可以自动控制灯具依据所述移动目标体的位置的移动逐渐向目标照射位置逼近，直至最终达到目标位置，有效节省人力和时间，提高灯具的控制智能化。
[0101] 于本实施例中，若有多个控制的所述灯具，通过图像上光斑的颜色区分各所述灯具，从而根据上述追光方法分别控制各灯具跟随对应的目标位置。
[0102] 于本实施例中，还可以对灯具进行自学习训练，增加下一次对该灯具控制时的追光速度，具体地，所述自动追光方法还可以包括：记录所述灯具跟随所述移动目标体的跟随轨迹；在下一次调节所述灯具的照射位置时，根据记录的所述灯具跟随所述移动目标体的跟随轨迹调节所述灯具的照射位置。
[0103] 如图7所示，本发明的实施例还提供一种基于无线通信和图像识别的自动追光系统100，用于对装设于舞台周围的灯具进行追光控制，所述基于无线通信和图像识别的自动追光系统 100包括：摄像装置110，灯具控制装置120以及无线定位模块130。
[0104] 于本实施例中，所述无线定位模块130包括固定于舞台周边的多个第一无线传感器节点和装设于舞台移动目标体上且与所述第一无线传感器节点进行无线通信组成无线传感器网络的第二无线传感器节点。
[0105] 其中，固定于舞台周边的多个第一无线传感器节点和装设于舞台移动目标体上的第二无线传感器节点优选采用IEEE 802.15.4标准进行通信，形成LR-WPAN无线传感器网络。
[0106] 于本实施例中，所述摄像装置110用于采集舞台图像。
[0107] 于本实施例中，通过摄像装置110采集舞台图像，例如至少一个摄像头采集舞台图像。其中，采集的舞台图像及其中的移动目标体图像通过灯具控制装置120的显示屏进行显示。
[0108] 于本实施例中，如图7所示，所述灯具控制装置120包括：图像接收单元121，灯具选取单元122，图像识别单元123，第一精度位置确定单元124，第二精度位置确定单元125以及追光单元126。
[0109] 于本实施例中，所述图像接收单元121用于从所述摄像装置110接收所述舞台图像。其中，所述灯具控制装置120与所述摄像头可以通过无线网络传输图像数据，也可以通过有线连接传输图像数据。
[0110] 于本实施例中，所述灯具选取单元122用于确定所要控制的灯具。
[0111] 于本实施例中，确定所要控制的灯具具体包括但不限于：通过于灯具控制装置120的显示屏显示控制舞台的各灯具的灯具控制界面，通过触控所述灯具控制界面选中所要控制的灯具。
[0112] 此外，确定所述控制的灯具并不限于上述方式，上述方式只是优选方式之一，也可以通过控制灯具控制装置120上装设的灯具控制按钮选中所要控制的灯具。
[0113] 于本实施例中，所述图像识别单元123用于识别所述舞台图像中的移动目标体图像。
[0114] 于图像中识别移动目标体图像的方法已被本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
[0115] 于本实施例中，所述第一精度位置确定单元124用于根据所述无线传感器网络确定所述移动目标体的第一精度位置。
[0116] 具体地，于本实施例中，所述第一精度位置确定单元124通过以下方式确定所述移动目标体的第一精度位置：获取至少三个所述第一无线传感器节点的位置信息，根据至少三个所述第一无线传感器节点的位置信息建立参考坐标系，通过所述第一无线传感器节点与至少三个所述第一无线传感器节点的通信时间和所述参考坐标系，测算所述第一无线传感器节点的位置信息，该位置信息即所述移动目标体的第一精度位置。
[0117] 其中，于无线网络中，对通信节点进行定位的方法并不限于上述方法，所述第一精度位置确定单元124也可以采用现有技术中任一测算方法对线传感器网络中的通信节点进行定位。
[0118] 于本实施例中，所述第二精度位置确定单元125用于在所述第一精度位置范围内根据所述舞台图像中的移动目标体图像确定所述移动目标体的第二精度位置。
[0119] 于本实施例中，所述追光单元126用于根据所述第二精度位置调节所述灯具的照射位置，使得所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置。
[0120] 具体地，于本实施例中，如图8所示，所述灯具控制装置120还包括：灯具空间位置获取单元127，用于获取所述灯具的位置空间数据；所述追光单元126根据所述灯具的位置空间数据和所述移动目标体的第二精度位置调节所述灯具使得所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置。
[0121] 其中，所述灯具空间位置获取单元127通过以下方式获取所述灯具的位置空间数据：获取所述灯具发出的不同方向的三束光照射于舞台地面上形成的三个光斑的坐标，获取所述三个光斑两两之间的距离和所述三束光两两之间的夹角，根据所述三个光斑两两之间的距离和所述三束光两两之间的夹角获取所述灯具与所述三个光斑之间的三束光的长度，根据所述三个光斑的坐标和所述三束光的长度获取所述灯具的三维坐标空间数据。
[0122] 如图5所示，假设A点是灯具，L1，L2，L3分别为灯具A射出的3束光，B，C，D分别为灯具A射到地面上的点，获取所述灯具发出的不同方向的三束光照射于舞台地面上形成的三个光斑的坐标，设为(x1，y1，0)，(x2，y2，0)，(x3，y3，0)。我们的目标是算出灯具A(x，y，z)的坐标，即空间数据。则理论上，只须算出光束L1，L2，L3的长度，就可精确定位A坐标了。
[0123] B，C，D三个点之间的距离分别为：
[0124] s1＝sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2)；
[0125] s2＝sqrt((x2-x3)^2+(y2-y3)^2)；
[0126] s3＝sqrt((x3-x1)^2+(y3-y1)^2)；
[0127] 通过灯具的pan/tilt值算出各光束之间的夹角(a，b，c)，其中，pan是灯具上下运动， tilt是左右运动。
[0128] 假设灯具射出3束光线L1，L2，L3，可得出三组pan/tilt值，设为p1/t1，p2/t2，p3/t3。
[0129] 以灯具为原点，建立坐标系，根据pan/tilt值得出三组光束向量。
[0130] (cos(Pi/2-t1)*cos(p1)，cos(Pi/2-t1)*sin(p1)，sin(Pi/2-t1))；
[0131] (cos(Pi/2-t2)*cos(p2)，cos(Pi/2-t2)*sin(p2)，sin(Pi/2-t2))；
[0132] (cos(Pi/2-t3)*cos(p3)，cos(Pi/2-t3)*sin(p3)，sin(Pi/2-t3))；
[0133] 根据向量夹角公式可得出：
[0134] cos(L1，L2)＝L1×L2/|L1|*|L2|，
[0135] cos(L2，L3)＝L1×L2/|L1|*|L2|，
[0136] cos(L3，L1)＝L1×L2/|L1|*|L2|，
[0137] 设w1＝cos(L1，L2)，w2＝cos(L2，L3)，w3＝cos(L3，L1)，
[0138] 设灯具与打在地面的光斑距离分别为L1，L2，L3，根据余弦定理可得出以下方程：
[0139] s1^2＝L1^2+L2^2-2*L1*L2*w1，
[0140] s2^2＝L2^2+L3^2-2*L2*L3*w2，
[0141] s3^2＝L3^2+L1^2-2*L3*L1*w3，
[0142] 其中L1，L2，L3为变量，s1，s2，s3，w1，w2，w3均为常量。
[0143] 该方程组有3个方程，3个未知数，有唯一解，通过牛顿插值法可算出L1，L2，L3，即获取灯具与所述三个光斑之间的三束光的长度。
[0144] 有了L1，L2，L3，s1，s2，s3得出完整的ABCD四面体，从而算出灯具的XYZ坐标。
[0145] 于本实施例中，所述追光单元126根据所述灯具的位置空间数据和所述移动目标体的第二精度位置调节所述灯具使得所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置具体方式为：获取所述移动目标体的第二精度位置；根据所述灯具的位置空间数据相对所述移动目标体的第二精度位置的距离和方位调节所述灯具，使得所述灯具的照射位置逐渐逼近所述移动目标体的位置；重复上述补充直至所述灯具的照射位置跟随所述移动目标体的位置。
[0146] 所以本实施例的自动追光系统100可以自动控制灯具依据所述移动目标体的位置的移动逐渐向目标照射位置逼近，直至最终达到目标位置，有效节省人力和时间，提高灯具的控制智能化。
[0147] 此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的技术特征引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的结构和功能特征。
[0148] 需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0149] 综上所述，本发明首先通过无线通信网络设备对目标物体进行粗定位，再通过摄像头获取舞台现场图像，通过图像识别对目标物体进一步定位，本发明可以对舞台上的移动目标体进行自动追光，有效节省人力和时间，提高灯具的控制智能化。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0150] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
