[發明專利]一種焦點自跟蹤的舞臺追光燈系統及方法

在審

• 申請號: 201810253569.7
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108513414A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 熊倩;代棋帆;李可楠;程婷婷;肖淋譯
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;F21V14/02;F21V21/15;F21W131/105;F21W131/406
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 馮必發;金慧君

1.一種焦點自跟蹤的舞臺追光燈系統，其特征在于：包括

一追光燈；

一圖像采集裝置，用于實時獲取舞臺場景圖像；

一圖像處理器，用于將舞臺場景圖像進行處理得到演員的圖像區域，提取出演員的質心；

二PID控制器，用于接收所述圖像處理器測量出演員質心的實時位置和初始位置的偏差信息，并計算輸出伺服裝置的旋轉角度輸出值；

所述伺服裝置，用于根據所述旋轉角度輸出值控制并調整所述追光燈的旋轉角度，從而實現所述追光燈對演員的實時跟蹤。

2.如權利要求1所述一種焦點自跟蹤的舞臺追光燈系統，其特征在于：所述圖像采集裝置為攝像頭，所述攝像頭的拍攝間隔為100ms。

3.如權利要求1所述一種焦點自跟蹤的舞臺追光燈系統，其特征在于：所述圖像處理器內包含，

灰度化處理模塊，用于將舞臺場景圖像進行灰度化處理；

類間方差模塊，按下列公式計算得出灰度化處理后的圖像中的每一個像素的灰度值的類間方差，得出使得類間方差最大的灰度值，計算公式如下：

g＝ω₁×ω₂×(μ₁-μ₂)² (2)

其中，g為類間方差，ω₁為屬于前景的像素點數占整幅圖像的比例，其平均灰度為為μ₁，ω₂為屬于后景的像素點數占整幅圖像的比例，其平均灰度為為μ₂；

二值化處理模塊，用于將使得類間方差最大的灰度值作為分割閾值，將灰度化處理后的圖像進行二值化處理，得到演員的圖像區域，并提取演員的質心。

4.如權利要求1所述一種焦點自跟蹤的舞臺追光燈系統，其特征在于：以所述舞臺場景圖像的左上角建立圖像uv坐標系，所述圖像處理器通過下列公式可計算出演員質心的實時位置(u，v)和初始位置(u₀，v₀)，其計算公式為：

其中:u為所求取演員質心的橫坐標，v為所求取演員質心的縱坐標，i、j為所統計像素的橫坐標和縱坐標，I(i,j)為該點的像素值，S為整個待求區域的像素點總數，即像素面積，m是待求區域u軸方向總長度，n是待求區域v軸方向總長度。

5.如權利要求4所述一種焦點自跟蹤的舞臺追光燈系統，其特征在于：所述演員質心的實時位置和初始位置的偏差信息包括員在u軸方向上移動的偏差信息e_u和演員在v軸方向上移動的偏差信息e_v，所述偏差信息e_u和偏差信息e_v按下列公式計算得出：

e_u＝u-u₀

e_v＝v-v₀

其中：u為演員質心的實時位置的橫坐標，u₀為演員質心的初始位置的橫坐標，v為演員質心的實時位置的縱坐標，v₀為演員質心的初始位置的縱坐標。

6.如權利要求5所述一種焦點自跟蹤的舞臺追光燈系統，其特征在于：二所述PID控制器包括第一PID控制器和第二PID控制器，所述第一PID控制器用于接收所述偏差信息e_u并計算輸出yaw軸旋轉角度的輸出值，所述第二PID控制器用于接收所述偏差信息e_v并計算輸出pitch軸旋轉角度的輸出值，其計算公式如下：

其中：K_pu代表yaw方向比例系數，T_iu代表yaw方向的積分時間系數，T_du代表yaw方向微分時間系數，K_pv代表pitch方向比例系數，T_iv代表pitch方向的積分時間系數，T_dv代表pitch方向微分時間系數，u_u(t)為yaw軸旋轉角度的輸出值，u_v(t)為pitch軸旋轉角度的輸出值。