一种演员灯光实时自动跟踪系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种演员灯光跟踪系统，尤其涉及一种演员灯光实时自动跟踪系统和 方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 现有的演员灯光跟踪系统的控制方法主要有：
[0004] 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；
[0005] 2.远程遥控:利用计算机系统实施在线控制，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；
[0006] 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；
[0007] 4.自动跟踪系统：如中国发明专利201210476935.8(基于热成像的舞台灯光自动 跟踪系统），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(-种舞台灯光自动跟踪系统)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(舞台灯光自动跟踪系统）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，上述三个系 统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。
[0008] 现有的演员灯光跟踪系统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系统。
[0009] 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系统来实现，如，采 用国产的室内外无线定位LocalSense系统等。LocalSense系统可实现对多目标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】
[0010] 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系统。本发明同时提供利用这种系统对演员进行实时跟踪的方 法。
[0011] 为达到上述目的，本发明的演员灯光实时自动跟踪系统包含: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：
[0012] 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。
[0013] 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；
[0014] 所述的移动目标定位模块，可采用某种无线定位系统来实现，如，采用国产的室内 外无线定位Local Sense系统等;Local Sense系统可实现对多目标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。
[0015] 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。
[0016] 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；
[0017] 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；
[0018] 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。
[0019] 利用上述舞台灯光自动跟踪系统对舞台演员进行实时跟踪的方法主要包含如下 步骤：
[0020] 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；
[0021] 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；
[0022] 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；
[0023] 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。
[0024] 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：
[0025] 步骤1、在舞台平面正中前方某处建立Oq-XqYqZq坐标系，简称0〇坐标系;0〇坐标系的 Xo轴正直指向舞台方向，Zo轴正直指向天花板方向，Yo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〇〇坐标系的定位信息 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〇〇坐标系的三维定 位信息可用矢量表示为1] τ，其中i表示目标演员的微标签编号，i = l，2， 3........n〇
[0026]步骤2、在0〇坐标系沿Υο轴方向上某一位置正上方，分别建立云台运动模块上的0 别简称为〇'0、〇'1、〇'2、〇'3坐标系(下同），其中：
[0027] 0'〇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t旲块的基础坐标系；
[0028] O'i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