舞台灯用自动对焦系统及方法与流程

1.本发明涉及舞台灯控制系统技术领域，具体涉及舞台灯用自动对焦系统及方法。


背景技术：

2.在国家经济腾飞的21世纪，各种娱乐活动也日益增多，类似于演唱会、话剧、舞台剧、杂技表演等演出项目越办越多，各种演出中都需要舞台灯来对表演进行配合，以达到最优的舞台效果，那么舞台灯的追光在正常演出中就有举足轻重的地位。现在的追光方式一种是由专人手动控制舞台灯灯头方向来进行追光，灯光师要连续几个小时操作控制台摇动舞台灯的灯头，并且在使用舞台灯数量较多的情况下就需要多位追光师，对于剧场而言用人成本高昂；除了由操作控制台摇动灯头之外，另一种追光方式是利用舞台灯控制台提前对灯头方向进行编灯，每台灯的追光路线和图案等参数都需要提前写在程序中，在表演时直接使用，这就需要演员、场地和灯光提前准备好，先由演员进行走位定点才能进行编灯，这不仅增加演员成本、场地成本并且要求演员在表演时的走位和时间不能出现疏漏和误差，一旦出现走位偏差和突发情况，不能做到随机应变，对于话剧、演唱会等自由度很高的场合并不适合。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供舞台灯用自动对焦系统及方法，由自动化代替人工追光，解决人工追光成本大、追光师工作环境恶劣的问题，并且通过自动追光可以做到随机应变，有效防止在边演示出现偏差和突发情况时灯光应变不及时。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.舞台灯用自动对焦系统，包括舞台数据采集模块，用于采集舞台灯所照射舞台上人物以及物件的数据信息；
6.移动轨迹预测模块，通过接收舞台数据采集模块所采集的舞台数据信息，对舞台的动态移动轨迹进行预测；
7.数据分析处理模块，通过接收舞台数据采集模块采集的数据信息以及移动轨迹预测模块所预测的结果数据，对数据进行整合分析并生成舞台灯的控制命令；
8.舞台灯光控制模块，用于接收数据分析处理模块生成的控制命令，对舞台灯的对焦、转向和调光的控制。
9.作为本发明进一步的方案：所述数据分析处理模块上连接有手控输入模块，手控输入模块用于手动输入控制命令对舞台灯进行控制。
10.作为本发明进一步的方案：所述舞台数据采集模块采用定位技术和视频技术实现对舞台数据的采集。
11.作为本发明进一步的方案：所述定位技术包括红外线定位、蓝牙定位、超声波定位或wifi定位中的一种或多种。
12.作为本发明进一步的方案：所述定位技术包括超宽带无线电uwb定位。
13.作为本发明进一步的方案：所述移动轨迹预测模块通过轨迹预测得到下一次的预测定位信息，再通过人体步伐阈值来减小实时定位的误差。
14.作为本发明进一步的方案：所述轨迹预测通过步态来确定增加的定位信息，步态根据历史轨迹的加速度分为均速、加速和减速三类。
15.作为本发明进一步的方案：数据分析处理模块内设置有数据存储模块，数据存储模块用于将过往的控制方案进行存储，方便后续对相同的控制方案进行直接调用。
16.作为本发明进一步的方案：舞台灯光控制模块的灯光对焦采用二次透镜和调焦透镜配合实现。
17.作为本发明进一步的方案：舞台灯用自动对焦方法，该对焦方法包括以下步骤：
18.步骤一：将舞台灯需要变化的程序输入到数据分析处理模块中，通过数据分析处理模块对舞台灯的变化程序进行分析处理并发出对应的控制命令；
19.步骤二：通过舞台数据采集模块实时采集舞台的数据信息，并且将舞台的数据信息实时反馈到移动轨迹预测模块和数据分析处理模块中；
20.步骤三：移动轨迹预测模块根据舞台数据采集模块采集的舞台实时数据，对舞台上的表演者移动轨迹进行预测，并将预测结果发送到数据分析处理模块中；
21.步骤四：数据分析处理模块根据舞台数据采集模块采集的实时数据以及移动轨迹预测模块预测结果进行分析处理，并发送对应的舞台灯控制命令至舞台灯光控制模块中，舞台灯光控制模块接收控制命令并控制舞台灯执行对应的控制命令。
22.本发明的有益效果：
23.(1)由自动化代替人工追光，解决人工追光成本大、追光师工作环境恶劣的问题，并且通过自动追光可以做到随机应变，有效防止在边演示出现偏差和突发情况时灯光应变不及时。
24.(2)在舞台灯处于自动追光状态时，控制台依然拥有除了控制俯仰水平旋转的控制权之外的所有功能的控制权，实现在保留控制台功能的前提下实现自动追光功能。
附图说明
25.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
26.图1是本发明系统的结构框图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1所示，本发明为舞台灯用自动对焦系统及方法，包括舞台数据采集模块，用于采集舞台灯所照射舞台上人物以及物件的数据信息；移动轨迹预测模块，通过接收舞台数据采集模块所采集的舞台数据信息，对舞台的动态移动轨迹进行预测；数据分析处理模块，通过接收舞台数据采集模块采集的数据信息以及移动轨迹预测模块所预测的结果数据，对数据进行整合分析并生成舞台灯的控制命令；舞台灯光控制模块，用于接收数据分
析处理模块生成的控制命令，对舞台灯的对焦、转向和调光的控制。
29.数据分析处理模块上连接有手控输入模块，手控输入模块用于手动输入控制命令对舞台灯进行控制，在实现自动追光功能的同时，为了保留舞台灯控制台对灯头转动方向的控制，通过舞台灯控制台和系统软件控制。舞台灯的控制台有控制灯通道的控制钮，控制台通过dmx线缆向舞台灯发送信息时一共有512位信息，每一位的数值范围为0-255，那么就设置第一位信息置0时代表自动追光状态，第一位信息置为255时代表手动追光状态。通过设置标志位来判断此时是否是自动状态，其中1为自动追光，0为手动追光。除此之外，舞台灯的亮度、颜色、频闪、图案等信息也可以选择是否需要手动操作，通过数组来表示各个通道的自动/手动状态，在舞台灯处于自动追光状态时，控制台依然拥有除了控制俯仰水平旋转的控制权之外的所有功能的控制权，实现在保留控制台功能的前提下实现自动追光功能。如果所有舞台灯处于手动追光的状态，那么系统将不会对控制台发出的数据包进行任何修改，直接传输到舞台灯，最大限度的保留了控制台原有功能。
30.舞台数据采集模块采用定位技术和视频技术实现对舞台数据的采集，通过实时的数据采集实现对舞台灯光的聚焦调节以及光源的调节，确保舞台的灯光效果；当控制系统的自动控制程序发生故障时，可以通过手控输入模块输入控制指令实现对旋转式舞台灯的远程手动操控，并且通过舞台数据采集模块实时采集舞台的灯光信息反馈到控制室，通过控制室可以实时观察到舞台灯的控制效果，当舞台出现突发情况时可以实时观测并对灯光控制做出调整，以确保对错误控制的及时纠正。
31.定位技术包括红外线定位、蓝牙定位、超声波定位或wifi定位中的一种或多种，红外线定位技术一般应用于智能机器人上，是通过红外线发射器和接收器进行定位的，一般分为两种方式定位：一、待测移动物体携带红外线发射器向空间内的固定接收器发送红外线；二、在空间布置多对发射器和接收器，捕捉待测物体挡住红外线的位置。红外线定位技术最大的缺点就是基于视距情况下测量，对于复杂空间定位效果很差。蓝牙定位技术通过提前部署定位基站通过aoa(阵列天线测量到达角)计算位置。它的优点是功耗小、连接速度快，缺点是抗噪性差，不适用于人员密集的空间。超声波定位利用测距器和应答器进行反射式测距，它的优点是超声波频率髙，抗干扰能力强，缺点是反射测距时受多径效应影响大。wifi定位技术十分经典一般定位方法有两种：一、通过接受3个wifi信号，按信号强度来定位；二、提前记录各个位置上的信号强度，按指纹定位。但是它的缺点是定位精度低。
32.定位技术包括超宽带无线电uwb定位，uwb指的是超宽带无线电，是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，使用uwb定位有许多相较于传统定位方式的好处，结构简单、功耗低、成本低。无载波脉冲uwb信号最早使用基带传输方式，不需要调制、解调。在信道容量c不变的情况下，信道带宽b越大则信号功率s越小，uwb信号的信号带宽最少在500mhz以上，因此uwb信功率低；信道容量大、信号传输速度快。由uwb信号定义可知，uwb的带宽最少为500mhz，非常适合信号的短距离髙速传输；抗干扰能力强，uwb信号的发射时，是在极宽的频带资源内发射，也就是说uwb系统的千扰也就是弥散在较大的带宽内，那么uwb系统的抗干扰能力要强于其他通信方式；抗多径效应能力强，一般而言，信号的多径效应是由于信号的多径分量相互重叠而形成的，导致信号的多径衰落，uwb信号是一种脉冲信号，持续时间极短，就大概率的避免了多径分量的相互重叠，克服了大部分的多径衰落；定位精度高，uwb信号是脉冲信号，脉冲信号的持续时间极短，一般达到纳秒级，也
就是说，如果uwb定位系统在理想状态下，定位精度可以达到厘米级。并且传输距离远，高速无线通信时，距离可达20米左右，进行较低速率无线通信时传输距离可达150米左右。
33.移动轨迹预测模块通过轨迹预测得到下一次的预测定位信息，再通过人体步伐阈值来减小实时定位的误差。轨迹预测通过步态来确定增加的定位信息，步态根据历史轨迹的加速度分为均速、加速和减速三类，在进行轨迹预测前，先将定位区域划分成网格形式，需要注意的是，网格的大小对轨迹预测的准确性、更新频率有影响，网格面积越大预测位置误差越高、更新频率越高；反之，预测位置误差较小、更新频率较低。
34.数据分析处理模块内设置有数据存储模块，数据存储模块用于将过往的控制方案进行存储，方便后续对相同的控制方案进行直接调用，数据存储模块的设置则可以对舞台节目灯光的历史控制方案等数据进行存储，当舞台重复表演相同的节目时，则可以直接对历史存储中的节目数据方案进行调用，无需重新输入控制方案，有效提高工作效率。
35.舞台灯光控制模块的灯光对焦采用二次透镜和调焦透镜配合实现，将led光源、二次透镜和调焦透镜自左至右依次设置，变焦透镜组的变焦原理是：保持二次透镜的位置不变，在调焦透镜沿着光轴从距离二次透镜为最小调焦距离的位置移动到距离二次透镜为最大调焦距离的过程中，即调焦距离由0增加到最大的过程中，变焦透镜组的出光角度则由大变小。
36.通过将多个独立的单颗led变焦透镜组组合在一起就形成了led阵列的变焦结构，led阵列变焦透镜系统的规格为：调焦距离不大于12mm，角度变化范围20
°
～40
°
，光能利用效率大于50％。
37.舞台灯用自动对焦方法，该对焦方法包括以下步骤：
38.步骤一：将舞台灯需要变化的程序输入到数据分析处理模块中，通过数据分析处理模块对舞台灯的变化程序进行分析处理并发出对应的控制命令；
39.步骤二：通过舞台数据采集模块实时采集舞台的数据信息，并且将舞台的数据信息实时反馈到移动轨迹预测模块和数据分析处理模块中；
40.步骤三：移动轨迹预测模块根据舞台数据采集模块采集的舞台实时数据，对舞台上的表演者移动轨迹进行预测，并将预测结果发送到数据分析处理模块中；
41.步骤四：数据分析处理模块根据舞台数据采集模块采集的实时数据以及移动轨迹预测模块预测结果进行分析处理，并发送对应的舞台灯控制命令至舞台灯光控制模块中，舞台灯光控制模块接收控制命令并控制舞台灯执行对应的控制命令。
42.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。