CN105700565B - 一种演员灯光实时自动跟踪***和方法 - Google Patents

一种演员灯光实时自动跟踪***和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105700565B
CN105700565B CN201610157852.0A CN201610157852A CN105700565B CN 105700565 B CN105700565 B CN 105700565B CN 201610157852 A CN201610157852 A CN 201610157852A CN 105700565 B CN105700565 B CN 105700565B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
module
performer
holder
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610157852.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105700565A (zh
Inventor
樊炳辉
贾朝川
王传江
柏山清
韩云飞
曲彩梅
王昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Science and Technology
Original Assignee
Shandong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Science and Technology filed Critical Shandong University of Science and Technology
Priority to CN201610157852.0A priority Critical patent/CN105700565B/zh
Publication of CN105700565A publication Critical patent/CN105700565A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105700565B publication Critical patent/CN105700565B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/115—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the presence or movement of objects or living beings
    • H05B47/125—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the presence or movement of objects or living beings by using cameras
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/19—Controlling the light source by remote control via wireless transmission

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种演员灯光实时自动跟踪***和方法，所述的自动跟踪***包含云台运动模块、舞台灯光设备、移动目标定位模块、电机驱动模块、遥控器模块、控制器模块和无线通讯模块。借助移动目标定位模块对佩戴微标签的多个演员进行实时定位，在实现对多目标定位的基础上，通过遥控器模块对各个微标签所对应云台运动模块编号的切换选择，既可以实现单个云台运动模块对不同演员进行舞台灯光设备的光束自动跟踪切换；还可以同时控制多个云台运动模块，实现对一个或多个目标演员的实时舞台灯光设备的光束自动跟踪。不仅可以大大降低人的劳动强度，而且可以实现更多的舞台灯光设备的灯光变换模式。

Description

一种演员灯光实时自动跟踪***和方法
技术领域
本发明涉及一种演员灯光跟踪***，尤其涉及一种演员灯光实时自动跟踪***和方法。
背景技术
在各种大型的文艺娱乐活动的舞台或滑冰场上等，当演员在表演时，为了能够让观众对主要演员有更清楚的观察，常常会采用高亮度的舞台灯光照向该演员，而且当该演员表演移动时，需要灯光随着演员的移动而跟踪移动。
现有的演员灯光跟踪***的控制方法主要有：
1.手动控制：需要操作人员根据演员的走动，由人工手动移动照明设备投射方向予以跟踪，一般照明设备体积较大，且会产生较高的温度，如长时间操作，会使得操作人员劳动强度大.精神紧张,容易产生较大的跟踪误差；
2.远程遥控：利用计算机***实施在线控制，需要专业的监控人员随时进行操作控制，较为不便，且自动化程度不高；
3.预先设定灯光设备的移动轨迹：如中国实用新型专利93101330(舞台灯光手动计算机联合控制台)，能够实现计算机可编程及存储场控功能。但是该方式要求演员严格按照规定好的路线与节拍进行表演，其灵活性欠佳；
4.自动跟踪***：如中国发明专利201210476935.8(基于热成像的舞台灯光自动跟踪***),是基于红外线摄像机与图像处理方法获得演员位置定位；实用中国新型专利201420305194.1(一种舞台灯光自动跟踪***)是基于红外传感器对演员进行位置定位；中国实用新型专利201020184403.3(舞台灯光自动跟踪***)是基于舞台上压力传感器阵列对演员进行位置定位。由他们所采用的方法可知，当舞台上出现多个演员时，上述三个***均无法实现对任意演员进行实时定位，也无法实现舞台灯光在不同演员之间的自由切换跟踪。
现有的演员灯光跟踪***均存在某些不足之处，因而，亟待一种操作方便、且可对多个目标演员进行随时自由切换跟踪的演员灯光实时自动跟踪***。
目前，市场上有一种移动目标定位模块，可采用某种无线定位***来实现，如，采用国产的室内外无线定位LocalSense***等。LocalSense***可实现对多目标3D或2D定位的需求，通过为不同的移动目标佩戴不同的微标签，可实现对各个目标的实时定位。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足。提供一种能够对多个演员进行自由切换跟踪的演员灯光实时跟踪***。本发明同时提供利用这种***对演员进行实时跟踪的方法。
为达到上述目的，本发明的演员灯光实时自动跟踪***包含：云台运动模块、舞台灯光设备、移动目标定位模块、电机驱动模块、遥控器模块、控制器模块和无线通讯模块。其中：
所述的云台运动模块可设有多套，每套云台运动模块结构是：在其云台基座上安装有俯仰旋转驱动电机，俯仰旋转云台架，水平旋转驱动电机，水平旋转云台架，通过俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机的驱动，可分别实现俯仰旋转云台架和水平旋转云台架的转动。
所述的舞台灯光设备安装在各自云台运动模块的俯仰旋转云台架上，通过驱动云台运动模块中的俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机的转动，分别带动俯仰旋转云台架和水平旋转云台架转动，从而调整舞台灯光设备的灯光指向；
所述的移动目标定位模块，可采用某种无线定位***来实现，如，采用国产的室内外无线定位LocalSense***等；LocalSense***可实现对多目标3D或2D定位的需求，通过为不同的移动目标佩戴不同的微标签，可实现对各个目标的实时定位，从而获得舞台上任意多个演员的三维坐标定位信息。
所述的电机驱动模块，分别安装在各自对应的云台运动模块上，通过输出电机的控制信号实现对各自云台运动模块中俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机的转动控制。
所述的遥控器模块，一方面，可以任意选择一套或多套云台运动模块编号,使其受控,同时,对所有受控云台运动模块设置对应的跟踪目标演员的微标签编号,设置时，既可以不同云台运动模块对应不同的微标签编号，也可以多套云台运动模块对应同一微标签编号；另一方面遥控器模块可以对任意的云台运动模块上的舞台灯光设备发送一些关于启停、运动速度、灯光强弱、色彩等选项的辅助控制指令；
所述的控制器模块，一方面接受遥控器模块发送的云台运动模块编号及其对应跟踪的目标演员微标签编号或相应的辅助控制指令；另一方面，依据从移动目标定位模块传来的所有演员的定位信息，以及目标演员微标签编号与云台运动模块编号的对应关系，获得目标演员微标签编号所对应的定位信息，控制器模块利用这些定位信息，通过微处理器对所有需要跟踪的目标演员对应的云台运动模块关节空间进行逆解计算，并将所得出的每个云台运动模块中俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机应转动的角度信息，经各自的电机驱动模块向各自的俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机发送相应的运动指令，以实现每个云台运动模块上舞台灯设备对自己对应跟踪的目标演员进行自动跟踪；
所述的无线通讯模块，采用无线通讯技术建立控制器模块和遥控器模块之间的联系，对两者起到桥梁作用。
利用上述舞台灯光自动跟踪***对舞台演员进行实时跟踪的方法主要包含如下步骤：
步骤一、通过移动目标定位模块，对舞台上各个佩戴微标签的演员进行实时定位，并实时将各个佩戴微标签的演员的定位信息发送给控制器模块；
步骤二、通过遥控器模块设置受控的所有云台运动模块编号及其对应的跟踪演员微标签编号和相关的辅助控制指令，并将其发送至控制器模块；
步骤三、控制器模块对接受到的遥控器模块发送的信息进行解析，获得目标演员微标签编号与云台运动模块编号的对应关系以及相关的辅助控制指令；
步骤四、控制器模块一方面依据从移动目标定位模块传来的所有演员的定位信息，以及目标演员微标签编号与云台运动模块编号的对应关系，获得目标演员微标签编号所对应的定位信息，利用这些定位信息，通过微处理器对所有需要跟踪的目标演员对应的云台运动模块关节空间进行逆解计算，并将所得出的每个云台运动模块中俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机应转动的角度信息，经各自的电机驱动模块向各自的俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机发送相应的运动指令，以实现每个云台运动模块上舞台灯设备对自己对应跟踪的目标演员进行自动跟踪；另一方面执行遥控器模块发送的辅助控制指令。
上述单个云台运动模块关节空间的逆解的计算方法包含如下步骤:
步骤1、在舞台平面正中前方某处建立O0-X0Y0Z0坐标系，简称O0坐标系；O0坐标系的X0轴正直指向舞台方向，Z0轴正直指向天花板方向，Y0轴由通常的右手系法则来确定，即为舞台演员位置定位信息的基础坐标系。佩戴微标签的各个演员相对于O0坐标系的定位信息可通过移动目标定位模块来获得，设定微标签某一编号的演员相对于O0坐标系的三维定位信息可用矢量表示为0Pi＝[0xi 0yi 0zi 1]T，其中i表示目标演员的微标签编号，i＝1,2,3........n。
步骤2、在O0坐标系沿Y0轴方向上某一位置正上方，分别建立云台运动模块上的O’0-X’0Y’0Z’0坐标系，O’1-X’1Y’1Z’1坐标系，O’2-X’2Y’2Z’2坐标系和O’3-X’3Y’3Z’3坐标系，分别简称为O’0、O’1、O’2、O’3坐标系(下同)，其中：
O’0坐标系原点建在云台运动模块的水平旋转关节的上底端中心平面上，为云台运动模块的基础坐标系；
O’1坐标系原点建在云台运动模块的水平旋转关节轴线的正下方，固定在水平旋转云台架上，且原点正好在云台运动模块的水平旋转关节轴线与俯仰运动关节轴线交叉点上，O1’坐标系跟随着水平旋转云台架的转动而转动，其转角用α1表示；
O’2坐标系原点固定在俯仰旋转云台架上，且与O’1坐标系原点重合，O’2坐标系不仅跟随着水平旋转云台架的水平转动而转动，还跟随着俯仰旋转云台架的俯仰转动而转动，其随着俯仰旋转云台架俯仰转动的转角用α2表示；
O’3坐标系原点建在O’2坐标系的Z’2轴反方向某位置上，与舞台灯设备中轴线固定在一起，且舞台灯光设备灯光束的方向与X’3轴的方向一致，O’3和O’2一样，可随着水平旋转云台架和俯仰旋转云台架的转动而做两个方向的转动，O’3坐标系与O’2坐标系保持平动关系，用来表示舞台灯光设备灯光束所指向的目标在O’3坐标系中的矢量描述。
步骤3、确定云台上俯仰旋转驱动电机转角α1，水平旋转驱动电机转角α2以及演员与O’3坐标系原点之间的距离3xi
将O’0坐标系相对于O0坐标系的平动关系用T0描述；将O’1坐标系相对于O’0坐标系的水平旋转关系用T1描述，将O’2坐标系相对于O’1坐标系的俯仰旋转关系用T2表述，将O’3坐标系相对于O’2坐标系的平动关系用T3描述，将舞台灯光束所指向微标签编号为i的目标演员在O’3坐标系中的矢量表示为3Pi＝[3xi 0 0 1]T，则可通过坐标系变换法将3Pi转换成相对于O0坐标系中的矢量表示，记为0Si，由于舞台灯光束所指向的演员和移动目标定位模块定位的演员是同一个目标，所以必有0Si＝0Pi，则有：
0Pi＝0Si＝T0·T1·T2·T3·3Pi (1)
而且根据前述描述可得如下系列矩阵：
其中：0Pi为由移动目标定位模块检测到的舞台上微标签编号为i的演员相对于O0坐标系的定位信息，为已知；Ry0为O’0坐标系沿O0坐标系y0轴方向的平移量，为已知；Rz0为O’0坐标系相对于O0坐标系的高度，为已知；Rz1为O’1坐标系沿O’0坐标系的Z’0轴反方向的平移量，为已知；Rz3为O’3坐标系沿O’2坐标系的Z’2轴反方向的平移量，为已知。
α1为水平旋转驱动电机的转角，从Z’0轴方向看，逆时针为正，顺时针为负，是需求解量。
α2为俯仰旋转驱动电机的转角，从Y’1轴方向看，下俯为正，上仰为负，是需求解量
3xi为演员与O’3坐标系原点之间的距离，是需求解量
通过前述各公式及已知条件可以推导获得：
其中：A＝0zi-Rz0-Rz1,B＝0xi·cos(α1)+(0yi-Ry0)·sin(α1)
上述公式(3)求解α1、α2、3xi的过程即为对云台关节空间逆解模型的计算过程，即通过目标演员在O0坐标系中的定位信息，来推导出云台上俯仰旋转驱动电机转角α1，水平旋转驱动电机转角α2以及演员与O’3坐标系原点之间的距离3xi，确定如何调整舞台灯光束对准目标演员的过程。
本发明的优点在于：在含有多套云台运动模块的***中，本发明可借助移动目标定位模块对佩戴微标签的多个演员进行实时定位，在实现对多目标定位的基础上，通过遥控器模块对各个微标签所对应云台运动模块编号的切换选择，既可以实现单个云台运动模块对不同演员进行舞台灯光设备的光束自动跟踪切换；还可以同时控制多个云台运动模块，实现对一个或多个目标演员的实时舞台灯光设备的光束自动跟踪。不仅可以大大降低人的劳动强度，而且可以实现更多的舞台灯光设备的灯光变换模式。
附图说明
图1为本发明的***结构示意图；
图2为本发明的***总体框图；
图3为初始位置时的各坐标系位置示意图；
图4为本发明的工作流程框图。
图中：
图1：100-微标签；101-演员；102-舞台；103-舞台灯光设备；104-俯仰旋转驱动电机；105-俯仰旋转云台架；106-水平旋转云台架；107-水平旋转驱动电机；108-云台基座
图2：201-云台运动模块；202-移动目标定位模块；203-电机驱动电路模块；204-遥控器模块；205-控制器模块；206-无线通讯模块
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的演员灯光实时自动跟踪***的工作方法。
本发明***包含：如图2所示，云台运动模块201、移动目标定位模块202、电机驱动模块203、遥控器模块204、控制器模块205和无线通讯模块206。其中：
所述的云台运动模块201可设有多套，见图1，每套云台运动模块201结构是：在其云台基座108上安装有俯仰旋转驱动电机104，俯仰旋转云台架105，水平旋转驱动电机107，水平旋转云台架106，通过俯仰旋转驱动电机104和水平旋转驱动电机107的驱动，可分别实现俯仰旋转云台架105和水平旋转云台架106的转动。
所述的舞台灯光设备103安装在各自云台运动模块201的俯仰旋转云台架105上，通过驱动云台运动模块201中的俯仰旋转驱动电机104和水平旋转驱动电机107的转动，分别带动俯仰旋转云台架105和水平旋转云台架106转动，从而调整舞台灯光设备103的灯光指向；
所述的移动目标定位模块202，可采用某种无线定位***来实现，如，采用国产的室内外无线定位LocalSense***等；LocalSense***可实现对多目标3D或2D定位的需求，通过为不同的移动目标佩戴不同的微标签100，可实现对各个目标的实时定位，从而获得舞台上任意多个演员101的三维坐标定位信息。
所述的电机驱动模块203，分别安装在各自对应的云台运动模块201上，通过输出电机的控制信号实现对各自云台运动模块201中俯仰旋转驱动电机104和水平旋转驱动电机107的转动控制。
所述的遥控器模块204，一方面，可以任意选择一套或多套云台运动模块201编号,使其受控,同时,对所有受控云台运动模块201设置对应的跟踪目标演员101的微标签100编号,设置时，既可以不同云台运动模块201对应不同的微标签100编号，也可以多套云台运动模块201对应同一微标签100编号；另一方面遥控器模块204可以对任意的云台运动模块201上的舞台灯光设备103发送一些关于启停、运动速度、灯光强弱、色彩等选项的辅助控制指令；
所述的控制器模块205，一方面接受遥控器模块204发送的云台运动模块201编号及其对应跟踪的目标演员101微标签100编号或相应的辅助控制指令；另一方面，依据从移动目标定位模块202传来的所有演员101的定位信息，以及目标演员101微标签100编号与云台运动模块201编号的对应关系，获得目标演员101微标签100编号所对应的定位信息，控制器模块205利用这些定位信息，通过微处理器对所有需要跟踪的目标演员101对应的云台运动模块201关节空间进行逆解计算，并将所得出的每个云台运动模块201中俯仰旋转驱动电机104和水平旋转驱动电机107应转动的角度信息，经各自的电机驱动模块203向各自的俯仰旋转驱动电机104和水平旋转驱动电机107发送相应的运动指令，以实现每个云台运动模块201上舞台灯设备对自己对应跟踪的目标演员101进行自动跟踪，或者执行遥控器模块204发送来的辅助控制指令。
所述的无线通讯模块206，采用无线通讯技术建立控制器模块205和遥控器模块204之间的联系，对两者起到桥梁作用。
利用上述舞台灯光自动跟踪***对舞台演员101进行实时跟踪的方法主要包含如下步骤：
步骤一、通过移动目标定位模块202，对舞台上各个佩戴微标签100的演员101进行实时定位，并实时将各个佩戴微标签100的演员101的定位信息发送给控制器模块205；
步骤二、通过遥控器模块204设置受控的所有云台运动模块201编号及其对应的跟踪演员101微标签100编号和相关的辅助控制指令，并将其发送至控制器模块205；
步骤三、控制器模块205对接受到的遥控器模块204发送的信息进行解析，获得目标演员101微标签100编号与云台运动模块201编号的对应关系以及相关的辅助控制指令；
步骤四、控制器模块205一方面依据从移动目标定位模块202传来的所有演员101的定位信息，以及目标演员101微标签100编号与云台运动模块201编号的对应关系，获得目标演员101微标签100编号所对应的定位信息，利用这些定位信息，通过微处理器对所有需要跟踪的目标演员101对应的云台运动模块201关节空间进行逆解计算，并将所得出的每个云台运动模块201中俯仰旋转驱动电机104和水平旋转驱动电机107应转动的角度信息，经各自的电机驱动模块203向各自的俯仰旋转驱动电机104和水平旋转驱动电机107发送相应的运动指令，以实现每个云台运动模块201上舞台灯设备对自己对应跟踪的目标演员101进行自动跟踪；另一方面执行遥控器模块204发送的辅助控制指令。
上述单个云台运动模块201关节空间的逆解的计算方法包含如下步骤:
步骤1、在舞台平面正中前方某处建立O0-X0Y0Z0坐标系，简称O0坐标系；O0坐标系的X0轴正直指向舞台方向，Z0轴正直指向天花板方向，Y0轴由通常的右手系法则来确定，即为舞台演员101位置定位信息的基础坐标系。佩戴微标签100的各个演员101相对于O0坐标系的定位信息可通过移动目标定位模块202来获得，设定微标签100某一编号的演员101相对于O0坐标系的三维定位信息可用矢量表示为0Pi＝[0xi 0yi 0zi 1]T，其中i表示目标演员101的微标签100编号，i＝1,2,3........n。
步骤2、在O0坐标系沿Y0轴方向上某一位置正上方，分别建立云台运动模块201上的O’0-X’0Y’0Z’0坐标系，O’1-X’1Y’1Z’1坐标系，O’2-X’2Y’2Z’2坐标系和O’3-X’3Y’3Z’3坐标系，分别简称为O’0、O’1、O’2、O’3坐标系(下同)，其中：
O’0坐标系原点建在云台运动模块201的水平旋转关节的上底端中心平面上，为云台运动模块201的基础坐标系；
O1’坐标系原点建在云台运动模块201的水平旋转关节轴线的正下方，固定在水平旋转云台架106上，且原点正好在云台运动模块201的水平旋转关节轴线与俯仰运动关节轴线交叉点上，O’1坐标系跟随着水平旋转云台架106的转动而转动，其转角用α1表示；
O’2坐标系原点固定在俯仰旋转云台架105上，且与O’1坐标系原点重合，O’2坐标系不仅跟随着水平旋转云台架106的水平转动而转动，还跟随着俯仰旋转云台架105的俯仰转动而转动，其随着俯仰旋转云台架105俯仰转动的转角用α2表示；
O’3坐标系原点建在O’2坐标系的Z’2轴反方向某位置上，与舞台灯设备中轴线固定在一起，且舞台灯光设备103灯光束的方向与X’3轴的方向一致，O’3和O’2一样，可随着水平旋转云台架106和俯仰旋转云台架105的转动而做两个方向的转动，O’3坐标系与O’2坐标系保持平动关系，用来表示舞台灯光设备103灯光束所指向的目标在O’3坐标系中的矢量描述。
步骤3、确定云台上俯仰旋转驱动电机104转角α1，水平旋转驱动电机107转角α2以及演员101与O’3坐标系原点之间的距离3xi
将O’0坐标系相对于O0坐标系的平动关系用T0描述；将O’1坐标系相对于O’0坐标系的水平旋转关系用T1描述，将O’2坐标系相对于O’1坐标系的俯仰旋转关系用T2表述，将O’3坐标系相对于O’2坐标系的平动关系用T3描述，将舞台灯光束所指向微标签100编号为i的目标演员101在O’3坐标系中的矢量表示为3Pi＝[3xi 0 0 1]T，则可通过坐标系变换法将3Pi转换成相对于O0坐标系中的矢量表示，记为0Si，由于舞台灯光束所指向的演员101和移动目标定位模块202定位的演员101是同一个目标，所以必有0Si＝0Pi，则有：
0Pi＝0Si＝T0·T1·T2·T3·3Pi (1)
而且根据前述描述可得如下系列矩阵：
其中：0Pi为由移动目标定位模块202检测到的舞台上微标签100编号为i的演员101相对于O0坐标系的定位信息，为已知；Ry0为O’0坐标系沿O0坐标系y0轴方向的平移量，为已知；Rz0为O’0坐标系相对于O0坐标系的高度，为已知；Rz1为O’1坐标系沿O’0坐标系的Z’0轴反方向的平移量，为已知；Rz3为O’3坐标系沿O’2坐标系的Z’2轴反方向的平移量，为已知。
α1为水平旋转驱动电机107的转角，从Z’0轴方向看，逆时针为正，顺时针为负，是需求解量。
α2为俯仰旋转驱动电机104的转角，从Y’1轴方向看，下俯为正，上仰为负，是需求解量
3xi为演员101与O’3坐标系原点之间的距离，是需求解量
通过前述各公式及已知条件可以推导获得：
其中：A＝0zi-Rz0-Rz1,B＝0xi·cos(α1)+(0yi-Ry0)·sin(α1)
上述公式(3)求解α1、α2、3xi的过程即为对云台关节空间逆解模型的计算过程，即通过目标演员101在O0坐标系中的定位信息，来推导出云台上俯仰旋转驱动电机104转角α1，水平旋转驱动电机107转角α2以及演员101与O’3坐标系原点之间的距离3xi，确定如何调整舞台灯光束对准目标演员101的过程。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体详细，但并不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围均应涵盖在本发明专利权利要求的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种演员灯光实时自动跟踪***，其特征在于，它包含云台运动模块、舞台灯光设备、移动目标定位模块、电机驱动模块、遥控器模块、控制器模块和无线通讯模块；其中：
所述的云台运动模块可设有多套，每套云台运动模块结构是：在其云台基座上安装有俯仰旋转驱动电机，俯仰旋转云台架，水平旋转驱动电机，水平旋转云台架，通过俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机的驱动，可分别实现俯仰旋转云台架和水平旋转云台架的转动；
所述的舞台灯光设备安装在各自云台运动模块的俯仰旋转云台架上，通过驱动云台运动模块中的俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机的转动，分别带动俯仰旋转云台架和水平旋转云台架转动，从而调整舞台灯光设备的灯光指向；
所述的移动目标定位模块，采用无线定位***来实现，通过定位***可实现对多目标3D或2D定位的需求，通过为不同的移动目标佩戴不同的微标签，可实现对各个目标的实时定位，从而获得舞台上任意多个演员的三维坐标定位信息；
所述的电机驱动模块，分别安装在各自对应的云台运动模块上，通过输出电机的控制信号实现对各自云台运动模块中俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机的转动控制；
所述的遥控器模块，一方面，可以任意选择一套或多套云台运动模块编号,使其受控，同时，对所有受控云台运动模块设置对应的跟踪目标演员的微标签编号，设置时，既可以不同云台运动模块对应不同的微标签编号，也可以多套云台运动模块对应同一微标签编号；另一方面遥控器模块可以对任意的云台运动模块上的舞台灯光设备发送一些关于启停、运动速度、灯光强弱和色彩选项的辅助控制指令；
所述的控制器模块，一方面接受遥控器模块发送的云台运动模块编号及其对应跟踪的目标演员微标签编号或相应的辅助控制指令；另一方面，依据从移动目标定位模块传来的所有演员的定位信息，以及目标演员微标签编号与云台运动模块编号的对应关系，获得目标演员微标签编号所对应的定位信息，控制器模块利用这些定位信息，通过微处理器对所有需要跟踪的目标演员对应的云台运动模块关节空间进行逆解计算，并将所得出的每个云台运动模块中俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机应转动的角度信息，经各自的电机驱动模块向各自的俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机发送相应的运动指令，以实现每个云台运动模块上舞台灯光设备对自己对应跟踪的目标演员进行自动跟踪；
所述的无线通讯模块，采用无线通讯技术建立控制器模块和遥控器模块之间的联系，对两者起到桥梁作用。
2.一种利用权利要求1所述的演员灯光实时自动跟踪***对舞台演员进行实时跟踪的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、通过移动目标定位模块，对舞台上各个佩戴微标签的演员进行实时定位，并实时将各个佩戴微标签的演员的定位信息发送给控制器模块；
步骤二、通过遥控器模块设置受控的所有云台运动模块编号及其对应的跟踪演员微标签编号和相关的辅助控制指令，并将其发送至控制器模块；
步骤三、控制器模块对接受到的遥控器模块发送的信息进行解析，获得目标演员微标签编号与云台运动模块编号的对应关系以及相关的辅助控制指令；
步骤四、控制器模块一方面依据从移动目标定位模块传来的所有演员的定位信息，以及目标演员微标签编号与云台运动模块编号的对应关系，获得目标演员微标签编号所对应的定位信息，利用这些定位信息，通过微处理器对所有需要跟踪的目标演员对应的云台运动模块关节空间进行逆解计算，并将所得出的每个云台运动模块中俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机应转动的角度信息，经各自的电机驱动模块向各自的俯仰旋转驱动电机和水平旋转驱动电机发送相应的运动指令，以实现每个云台运动模块上舞台灯设备对自己对应跟踪的目标演员进行自动跟踪；另一方面执行遥控器模块发送的辅助控制指令；
上述每个云台运动模块关节空间的逆解的计算方法包含如下步骤:
步骤4.1、在舞台平面正中前方某处建立O0-X0Y0Z0坐标系，简称O0坐标系；O0坐标系的X0轴的正方向指向舞台方向，Z0轴的正方向指向天花板方向，Y0轴由通常的右手系法则来确定，即为舞台演员位置定位信息的基础坐标系；佩戴微标签的各个演员相对于O0坐标系的定位信息可通过移动目标定位模块来获得，设定微标签某一编号的演员相对于O0坐标系的三维定位信息可用矢量表示为0Pi＝[0xi 0yi 0zi 1]T，其中i表示目标演员的微标签编号，i＝1,2,3........n；
步骤4.2、在O0坐标系沿Y0轴方向上某一位置正上方，分别建立云台运动模块上的O0’-X0’Y0’Z0’坐标系，O1’-X1’Y1’Z1’坐标系，O2’-X2’Y2’Z2’坐标系和O3’-X3’Y3’Z3’坐标系，分别简称为O0’、O1’、O2’、O3’坐标系，其中：
O0’坐标系原点建在云台运动模块的水平旋转关节的上底端中心平面上，为云台运动模块的基础坐标系；
O1’坐标系原点建在云台运动模块的水平旋转关节轴线的正下方，固定在水平旋转云台架上，且原点正好在云台运动模块的水平旋转关节轴线与俯仰运动关节轴线交叉点上，O1’坐标系跟随着水平旋转云台架的转动而转动，其转角用α1表示；
O2’坐标系原点固定在俯仰旋转云台架上，且与O1’坐标系原点重合，O2’坐标系不仅跟随着水平旋转云台架的水平转动而转动，还跟随着俯仰旋转云台架的俯仰转动而转动，其随着俯仰旋转云台架俯仰转动的转角用α2表示；
O3’坐标系原点建在O2’坐标系的Z’2轴反方向某位置上，与舞台灯光设备中轴线固定在一起，且舞台灯光设备灯光束的方向与X3’轴的方向一致，O3’和O2’一样，可随着水平旋转云台架和俯仰旋转云台架的转动而做两个方向的转动，O3’坐标系与O2’坐标系保持平动关系，用来表示舞台灯光设备灯光束所指向的目标在O3’坐标系中的矢量描述；
步骤4.3、确定云台上俯仰旋转驱动电机转角α2，水平旋转驱动电机转角α1以及演员与O3’坐标系原点之间的距离3xi
将O0’坐标系相对于O0坐标系的平动关系用T0描述；将O1’坐标系相对于O0’坐标系的水平旋转关系用T1描述，将O2’坐标系相对于O1’坐标系的俯仰旋转关系用T2表述，将O3’坐标系相对于O2’坐标系的平动关系用T3描述，将舞台灯光束所指向微标签编号为i的目标演员在O3’坐标系中的矢量表示为3Pi＝[3xi 0 0 1]T，则可通过坐标系变换法将3Pi转换成相对于O0坐标系中的矢量表示，记为0Si，由于舞台灯光束所指向的演员和移动目标定位模块定位的演员是同一个目标，所以必有0Si＝0Pi，则有：
0Pi＝0Si＝T0·T1·T2·T3·3Pi (1)
而且根据前述描述可得如下系列矩阵：
其中：0Pi为由移动目标定位模块检测到的舞台上微标签编号为i的演员相对于O0坐标系的定位信息，为已知量；Ry0为O0’坐标系沿O0坐标系y0轴方向的平移量，为已知量；Rz0为O0’坐标系相对于O0坐标系的高度，为已知量；Rz1为O1’坐标系沿O0’坐标系的Z0’轴反方向的平移量，为已知量；Rz3为O3’坐标系沿O2’坐标系的Z2’轴反方向的平移量，为已知量；
α1为水平旋转驱动电机的转角，从Z0’轴方向看，逆时针为正，顺时针为负；是需求解量；
α2为俯仰旋转驱动电机的转角，从Y1’轴方向看，下俯为正，上仰为负，是需求解量；
3xi为演员与O3’坐标系原点之间的距离，是需求解量
通过前述各公式及已知条件推导获得：
其中：A＝0zi-Rz0-Rz1,B＝0xi·cos(α1)+(0yi-Ry0)·sin(α1)
上述公式(3)求解α1、α2、3xi的过程即为对云台关节空间逆解模型的计算过程，即通过目标演员在O0坐标系中的定位信息，来推导出云台上俯仰旋转驱动电机转角α2，水平旋转驱动电机转角α1以及演员与O3’坐标系原点之间的距离3xi，确定如何调整舞台灯光束对准目标演员的过程。
CN201610157852.0A 2016-03-18 2016-03-18 一种演员灯光实时自动跟踪***和方法 Expired - Fee Related CN105700565B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610157852.0A CN105700565B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一种演员灯光实时自动跟踪***和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610157852.0A CN105700565B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一种演员灯光实时自动跟踪***和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105700565A CN105700565A (zh) 2016-06-22
CN105700565B true CN105700565B (zh) 2018-08-07

Family

ID=56232035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610157852.0A Expired - Fee Related CN105700565B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 一种演员灯光实时自动跟踪***和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105700565B (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106454103A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 北京爱特顿精控科技有限责任公司 一种自动追随***
CN108073860A (zh) * 2016-11-16 2018-05-25 天津市远卓自动化设备制造有限公司 一种游泳池内杂物的清扫装置和方法
CN107708273A (zh) * 2017-10-19 2018-02-16 北京工业大学 一种舞台灯光控制***、打光灯灯头驱动方法、标签定位方法
CN108568082A (zh) * 2017-12-12 2018-09-25 湖南现代科文体育产业股份有限公司 一种拳击模拟***
CN110636677B (zh) * 2018-06-22 2021-08-17 广州彩熠灯光股份有限公司 基于无线通信和图像识别的自动追光方法及***
CN109696926A (zh) * 2019-02-26 2019-04-30 穆树亮 一种带时间投射功能的移动物体追踪照射装置
CN110008359A (zh) * 2019-03-11 2019-07-12 深圳警翼智能科技股份有限公司 一种照明***、装置及方法
CN110035589B (zh) * 2019-04-12 2021-08-31 杭州友邦演艺设备有限公司 一种舞台灯光控制方法
CN110377060B (zh) * 2019-07-22 2020-05-05 北京北特圣迪科技发展有限公司 一种三吊点表演圆盘的姿态控制方法
CN110608416A (zh) * 2019-09-17 2019-12-24 深圳市中孚泰文化建筑建设股份有限公司 剧院用灯光调节***及调节方法
CN111142578B (zh) * 2019-12-31 2022-07-05 莆田市烛火信息技术有限公司 一种物联网智能溜冰鞋的追光控制方法
CN111123988B (zh) * 2019-12-31 2022-07-05 莆田市烛火信息技术有限公司 一种基于物联网的室内溜冰智能追光灯控制***
CN111467817B (zh) * 2020-04-20 2021-11-23 临沂大学 一种音乐、定位协同式舞台追灯***及其使用方法
CN111649279A (zh) * 2020-06-16 2020-09-11 淄博职业学院 一种用于舞蹈表演的智能追光方法及其***
CN112040616B (zh) * 2020-08-05 2022-11-18 浙江大丰实业股份有限公司 一种舞台演员自动追踪装置
CN112180991A (zh) * 2020-09-02 2021-01-05 浙江大丰实业股份有限公司 一种可自主调配的舞台用追光灯控制***
CN114245543A (zh) * 2021-12-27 2022-03-25 江苏领焰智能科技股份有限公司 基于空间定位的舞台照明方法、***、设备及存储介质

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6529853B1 (en) * 1997-07-21 2003-03-04 Acoustic Positioning Research Inc. Virtual positioning media control system
CN201689343U (zh) * 2010-05-11 2010-12-29 华南理工大学 舞台灯光自动跟踪***
CN101937199A (zh) * 2010-03-25 2011-01-05 中国计量学院 舞台表演人员灯光自动跟踪技术及其实现
CN101969718A (zh) * 2010-09-08 2011-02-09 无锡中星微电子有限公司 智能灯光控制***及其控制方法
CN202153804U (zh) * 2011-08-08 2012-02-29 东北石油大学 一种演播室智能灯光控制装置
CN103619090A (zh) * 2013-10-23 2014-03-05 深迪半导体(上海)有限公司 基于微型惯性传感器舞台灯光自动定位和追踪***和方法
CN103777644A (zh) * 2012-10-24 2014-05-07 刘建新 一种低空轨道型智能机器人摄像***及其拍摄方法
CN103838061A (zh) * 2012-11-22 2014-06-04 西安金和光学科技有限公司 基于热成像的舞台灯光自动跟踪***
CN104132586A (zh) * 2014-05-26 2014-11-05 山东科技大学 一种枪械自动瞄准***及其工作方法
CN104639916A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 合肥巨清信息科技有限公司 一种大场景多目标跟踪拍摄视频监控***及其监控方法
CN105208705A (zh) * 2014-06-09 2015-12-30 欧普照明股份有限公司 一种舞台灯光自动跟踪***及其控制方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6529853B1 (en) * 1997-07-21 2003-03-04 Acoustic Positioning Research Inc. Virtual positioning media control system
CN101937199A (zh) * 2010-03-25 2011-01-05 中国计量学院 舞台表演人员灯光自动跟踪技术及其实现
CN201689343U (zh) * 2010-05-11 2010-12-29 华南理工大学 舞台灯光自动跟踪***
CN101969718A (zh) * 2010-09-08 2011-02-09 无锡中星微电子有限公司 智能灯光控制***及其控制方法
CN202153804U (zh) * 2011-08-08 2012-02-29 东北石油大学 一种演播室智能灯光控制装置
CN103777644A (zh) * 2012-10-24 2014-05-07 刘建新 一种低空轨道型智能机器人摄像***及其拍摄方法
CN103838061A (zh) * 2012-11-22 2014-06-04 西安金和光学科技有限公司 基于热成像的舞台灯光自动跟踪***
CN103619090A (zh) * 2013-10-23 2014-03-05 深迪半导体(上海)有限公司 基于微型惯性传感器舞台灯光自动定位和追踪***和方法
CN104132586A (zh) * 2014-05-26 2014-11-05 山东科技大学 一种枪械自动瞄准***及其工作方法
CN105208705A (zh) * 2014-06-09 2015-12-30 欧普照明股份有限公司 一种舞台灯光自动跟踪***及其控制方法
CN104639916A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 合肥巨清信息科技有限公司 一种大场景多目标跟踪拍摄视频监控***及其监控方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
舞台灯光音乐控制***的设计与实现;张泽旺;《声频工程》;20110817;第35卷(第8期);第4-7页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105700565A (zh) 2016-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105700565B (zh) 一种演员灯光实时自动跟踪***和方法
CN107610185A (zh) 一种鱼眼相机快速标定装置及标定方法
JP6551392B2 (ja) 画像キャプチャに関する装置を制御するシステムおよび方法
CN111447340A (zh) 混合现实虚拟预演拍摄***
CN106060527B (zh) 一种扩展双目相机定位范围的方法和装置
CN207037750U (zh) 全场景扫描装置及三维扫描建模***
CN107030693B (zh) 一种基于双目视觉的带电作业机器人目标跟踪方法
CN105953771B (zh) 一种主动式经纬仪***及测量方法
CN107975776A (zh) 一种用于舞台的灯光自动追随方法和***
CN105049733B (zh) 一种定位拍摄辅助装置及方法
CN103619090A (zh) 基于微型惯性传感器舞台灯光自动定位和追踪***和方法
CN104780306B (zh) 可调节不同距离上光斑与视场中心对准的激光夜视仪及方法
CN110427055A (zh) 一种舞台追光灯自动控制***及方法
CN102289145A (zh) 基于3d全景视觉的智能三维立体摄像设备
CN106454103A (zh) 一种自动追随***
CN106664767A (zh) 用于体育场的照明***
CN211878399U (zh) 一种可调角度双目相机结构
CN109215110A (zh) 全场景扫描装置及三维扫描建模***
CN113115008A (zh) 一种基于快速跟踪注册增强现实技术的管廊主从操作巡检***及方法
CN109178329A (zh) 一种第一视角巡线机器人
CN103135332B (zh) 全景环拍托架的自动拍摄方法
CN202257269U (zh) 服务机器人广角式双目视觉识别与定位装置
CN109011490B (zh) 基于红外双目高速摄像的高尔夫运动地面感测装置及方法
CN105872367A (zh) 视频生成方法及视频拍摄装置
CN105915809B (zh) 摄影方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180807

Termination date: 20210318