专利名称：舞台灯光自动跟踪系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及舞台灯光控制系统，具体涉及舞台灯光自动跟踪系统。
背景技术：
现有的舞台灯光照明设备大致分为三种。普通手动控制方向的灯光设备组这类设备在操作时需要人员手工调节灯光的 照射方向及亮度，不同灯组需要不同人员控制，由于人员疲劳或反应延迟等原因，导致使用 时精确度较差，且需要耗费大量人力。计算机控制的灯光照明系统这类系统操作主要通过计算机来实现控制，操作员 在后台通过观看舞台情况利用计算机控制各种照明设备的运作。如申请号为99105854的 实用新型专利(舞台与娱乐场所遥控智能灯光系统)，使用计算机配以数字通讯，由遥控器 与监控台对灯光系统进行有线或无线遥控，但这类设备每次使用时都需要由专业监控人员 在线实时操作，较为不便，且自动化程度不高。具有跟踪记忆功能的灯光照明系统这类系统除由计算机对灯光进行控制外，还 能够在演练时由计算机编程记忆下照明路线，演出时经由事先布置好的路线控制灯光运 作。如申请号为93101330的实用新型专利(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。这类系统的缺点是自动跟踪功能的灵活性不好，无法在现场 自动由演员位置改变路线。上述现有的舞台灯光控制系统一般都需要人工监控或事先设定的方法将灯光焦 点控制在演员身上。本监控系统除具有普通灯光设备的手动模式外，还具有自动模式，即能 够实现自动将灯光焦点聚焦在演员身上，记忆演员走过路线以实现一些灯光效果，且能够 通过程序屏蔽舞台上其他静止目标，在演出时能够自动做到对演员进行实时，精确的灯光
聚焦ο
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种操作简单、实用 性强、效率高的舞台灯光自动跟踪系统。本实用新型能够针对不同的舞台，在舞台上布设检 测装置(如多个压力传感器)，实时检测目标的位置，控制灯光的照射方向，实现舞台灯光自 动跟随目标运动，达到自动无人操作的目的，具体技术方案如下。舞台灯光自动跟踪系统，包括用于安装舞台灯的云台、用于检测舞台上目标位置 的检测装置和用于接收检测装置发送的信号并控制云台上的电机转动的主控电路，所述云 台和检测装置均与主控电路连接，检测装置安装在舞台上，云台安装在舞台上方的天花板 或支架上。上述的舞台灯光自动跟踪系统，所述检测装置包括多个压力传感器和用于将压力 传感器的输出信号发送至主控电路的信号发送装置。上述的舞台灯光自动跟踪系统，所述检测装置为所述多个压力传感器组成的压力 传感器阵列。[0012]上述的舞台灯光自动跟踪系统，所述主控电路包括单片机控制电路，所述检测装 置和云台均通过I/O接口与主控电路连接。上述的舞台灯光自动跟踪系统，还包括灯光光效的控制电路，灯光光效的控制电 路的输入通过I/O接口与主控电路连接，其输出与舞台灯连接。上述的舞台灯光自动跟踪系统，所述主控电路还通过I/O接口与计算机连接。上述的舞台灯光自动跟踪系统，所述云台包括控制舞台灯在水平旋转的水平驱动 电机、控制舞台灯在竖直旋转的竖直驱动电机和电机驱动电路，电机驱动电路通过I/O接 口与单片机控制电路连接。上述的舞台灯光自动跟踪系统，所述水平驱动电机固定安装在天花板或支架上， 水平驱动电机的输出转轴与云台底盘连接，竖直驱动电机固定安装在云台底盘下侧，竖直 驱动电机的输出转轴与齿轮连接，齿轮与安装有舞台灯的驱动球啮合连接。主要的特点是自动无人看守，响应快。本实用新型可以对舞台上运动目标进行自 动跟踪，当舞台上的目标发生运动时，云台自动调整灯光往该方向移动，进行照明，若有需 要，则进行随机或预设的光照颜色、光效变化。这一装置完全可以满足现在社会对舞台灯光 自动跟踪运动目标移动的需求，适用范围广。本实用新型实现一个舞台照明灯自动跟踪运动目标。当无跟踪需要时，采用手动 操作模式控制灯光移动，或按照程序中预先设定的路径、速度移动灯光。当启动目标自动跟 踪模式时，舞台上的压力传感器群捕捉目标的位置，并发送测量结果，主控电路通过内存中 控制算法确定云台电机转动的水平和垂直方向的角度；再控制水平和垂直电机的驱动电路 工作，转动云台至目标方位；并且在灯光移动过程中配合一定的光效变化。这主要在于算法 的确定，实现起来较为简易。舞台上目标运动范围可以人为设定，可根据要求灵活变动，只 要在硬件方面它根据需求布设传感器即可。实现对监控运动目标的自动跟踪照明及光效变 化，要实现这个目标，只要在软件控制上适当的时候加入光效的部分，由于利用的是照明灯 原有的混色设备、调光设备，所以控制起来较为简易。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和效果现有的舞台灯光照明设备大致分成三种灯光固定位置的照明，照明的范围较小， 缺乏灵活性，难以满足舞台上特殊目标的照明；装有云台的手动照明系统，舞台照明灯可左 右和上下转动，一般需要人在线实时操作；通过程序预先设置灯光移动的路径、速度、光效， 此方法缺乏灵活性，难以做到与运动目标现场移动的绝对同步。现有的监控系统一般都对重点监控的对象的突出性不够。本实用新型具有两种 模态手动模式以及自动模式。手动模式下和传统的舞台灯光一样运作，需要人工实时操 作；在自动模式下，只要目标有所移动，舞台上的压力传感器组检测目标所在的位置，并立 刻通知主处理器让云台旋转到重点监控的运动对象，以及让舞台灯动作，达到自动跟踪的 目的。针对现有的舞台灯光系统一般都对重点监控的目标的突出性不够的不足。本系统 能够针对不同的场所，在舞台上布设多个压力传感器，实现一个舞台灯对运动目标自动跟 踪的效果，无需人工在线操作。本实用新型具有操作简单、实用性强、效率高等优点，能及时使舞台灯光自动跟踪 运动目标，并有光效随路径变化等功能。本实用新型在平常的状态下，是处于普通的手动操作状态，当有自动跟踪需要时进入跟踪模式，系统自动获取目标所在位置的信息，并自动使 舞台灯光转向该目标处照明，同时配合一定的光效、颜色变化等。若舞台上有其它静止目标 时，可在初始化时将其屏蔽，以防止产生干扰。总的来说，本实用新型可以实现一个舞台灯自动监控运动目标；可以根据场地灵 活放置，达到通用化；可实现被监控运动目标路径的记忆存储，以及光照效果随路径变化而 变化；还可突出了重点照明的运动目标；自动化程度较高，不需要监控人员一直在线实时 操作；相对于预先设定灯光路径的做法，此方案可靠性高。
图1为具体实施方式
中舞台灯光自动跟踪系统的构成示意图。图2为图1所示系统的布置示意图。图3为云台结构示意图。图4为舞台灯光自动跟踪系统的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施作进一步说明，但本实用新型的实施并不 限于此。本实用新型提供一种操作简单、实用性强、效率高的舞台灯光自动跟踪系统，通过 跟踪系统中云台对舞台灯的定位控制，能对舞台上运动目标进行自动跟踪，并能根据需要 进行随机或预设的光照颜色、光效变化。现有的监控系统一般都对重点监控的对象的突出性不够。本系统具有两种模式 手动模式以及自动模式。手动模式下和传统的舞台灯光一样运转，需要人工实时操作；在自 动模式下，只要目标有所移动，舞台上的压力传感器组检测目标所在的位置，并立刻通知主 处理器让云台旋转到重点监控的运动对象，以及让舞台灯动作，达到自动跟踪的目的。如图1，系统通过检测装置检测目标的位置和移动方向，输出信号，发送给主控制 电路，主控制电路经过信号处理确定目标的实际位置，然后通过控制算法控制云台水平和 垂直旋转，带动灯光跟随目标移动。主控制电路同时控制灯光光效控制电路，对灯光效果进 行控制。主控制电路还通过I/O接口与PC机连接，操作人员可通过PC界面显示控制状态、 修改主控制电路的程序或对舞台灯进行手动控制。申请号为99105854的实用新型专利(舞台与娱乐场所遥控智能灯光系统)，使用计 算机配以数字通讯，由遥控器与监控台对灯光系统进行有线或无线遥控，但这类设备每次 使用时都需要由专业监控人员在线实时操作，较为不便，且自动化程度不高。另外，申请号 为93101330的实用新型专利(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。这类系统能够在演练时由计算机编程记忆下照明路线，演出时经由事先布 置好的路线控制灯光运作，缺点是自动跟踪功能的灵活性不好，无法在现场自动由演员位 置改变路线。还有专利号CN02286073. 8的目标识别方法是采用图像，声音等处理技术，由 于需要在线处理大量的图像文件，系统的实现比较昂贵，而我们的系统所需要的控制器件 都比较廉价，制作成本并不高。为了解决上述问题。本实用新型在舞台上布设多个传感器，实现一个舞台灯对运动目标自动跟踪的效果。该实用新型整合了传感技术，信号传送和单片机控制技术等高新 技术。目的是提供一种操作简单、实用性强、效率高的舞台灯光自动跟踪系统，以较低的成 本实现对运动目标的自动照明跟踪。本实用新型可以对舞台上运动目标进行自动跟踪，当舞台上的目标发生运动时， 云台自动调整往该方向移动，进行照明，若有需要，则进行随机或预设的光照颜色、光效变 化。本系统完全可以满足现在社会对舞台灯光自动跟踪运动目标移动的需求，适用范围广。图2中11为舞台，10为压力传感器阵列，压力传感器阵列检测目标并同过信号线 12将信号传给主控电路13，主控电路再把控制信号发送给灯光云台7，云台经水平和垂直 旋转控制舞台灯19的照射方向，照射所要跟随的目标。主控电路同时将信号发送给上位机 9，显示当前的灯光状况。本实施方式中的主控制电路主要包括单片机控制电路，并通过I/O接口与压力传 感器阵列、云台连接。压力传感器阵列则通过信号发送装置将接收到的信号发送到主控制 电路的I/O接口，控制云台作垂直和水平运转，云台带动舞台灯从目前的位置转到目标位 置。I/O接口出来的信号通过灯光光效控制电路与舞台灯相互连接，控制舞台灯产生合适的 光效。如图3，云台7倒置安装在房间的天花板或舞台上方的支架上，云台包括控制舞台 灯在水平旋转的水平驱动电机14、控制舞台灯在竖直旋转的竖直驱动电机16和电机驱动 电路，电机驱动电路通过I/O接口与单片机控制电路连接。水平驱动电机14固定安装在天 花板或支架上，水平驱动电机的输出转轴与云台底盘15连接，竖直驱动电机16固定安装在 云台底盘15下侧，竖直驱动电机16的输出转轴与齿轮17连接，齿轮17与安装有舞台灯19 的驱动球18啮合连接。齿轮磨合驱动球18旋转，在磨合驱动球上将安装与I/O连接的舞 台灯19，竖直驱动电机16转动时将带动舞台灯作垂直方向的扫描。水平驱动电机14和竖 直驱动电机16相互配合下可以实现全方位的监控。本系统用单片机作为控制芯片，在平常 的状态下，是处于普通的手动操作状态，当有自动跟踪需要时进入跟踪模式，系统自动获取 目标所在位置的信息，主控电路1通过内存中控制算法确定云台电机转动的水平和垂直方 向的角度；再控制水平和垂直电机的驱动电路工作，转动云台4向该目标处照明，同时配合 一定的光效、颜色变化等。本系统中云台的两个驱动电机电源与主控电路输出的数字电路之间通过光耦隔 离，以避免电机接通和断开时所造成的毛刺影响数字电路的工作。具体的工作方式参看图 4 首先是初始化工作方式为手动模式，不断查询是否有跟踪需要。当确认进入自动灯光跟 踪模式后，舞台上的压力传感器组检测目标所在的位置，将目标信息作初步处理后发给主 控电路，主控电路通过内存中控制算法确定云台电机转动的水平和垂直方向的角度；再控 制水平和垂直电机的驱动电路工作，转动云台至目标方位；同时移动过程配合一定的光效。 如无需继续跟踪，则切换入手动模式。当然我们考虑到了一些特殊情况，例如舞台上放置了一些可能会被误认为目标的 物体。为了解决这个问题，可以在初始化时在软件上作适当处理，预先屏蔽掉这几个伪目标 所在的点，以防出现误判，错判目标的情况。本系统用单片机作为控制芯片，当无跟踪需要时，采用手动操作模式控制灯光移 动，或按照程序中预先设定的路径、速度移动灯光。当启动目标自动跟踪模式时，舞台上的压力传感器群捕捉目标的位置，并发送测量结果，主控电路通过内存中控制算法确定云台 电机转动的水平和垂直方向的角度；再控制水平和垂直电机的驱动电路工作，转动云台至 目标方位；并且在灯光移动过程中配合一定的光效变化。这主要在于算法的确定，实现起来 较为简易；其次，舞台上目标运动范围可以人为设定，可根据要求灵活变动，只要在硬件方 面根据需求布设传感器即可；再次，设计了一种供舞台灯光用的自动追踪旋转云台。本系统 实现对监控运动目标的自动跟踪照明及光效变化。要实现这个目标，只要在软件控制上适 当的时候加入光效的部分，由于利用的是照明灯原有的混色设备、调光设备，所以控制起来 较为简易。 控制流程如图4 首先，若无跟踪需要，为手动操作模式，可手动移动灯光，或由程 序控制舞台灯按照预先设定的路径、速度和光效动作。如进入自动跟踪模式的时候，舞台上 的压力传感器组检测目标所在的位置，将目标信息作初步处理后发给主控电路，主控电路 通过内存中控制算法确定云台电机转动的水平和垂直方向的角度；再控制水平和垂直电机 的驱动电路工作，转动云台至目标方位；同时移动过程配合一定的光效。如果目标一直处于 被跟踪模式，则舞台灯光会一直对该目标进行跟踪，直到切换回手动模式。
权利要求舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于包括用于安装舞台灯的云台、用于检测舞台上目标位置的检测装置和用于接收检测装置发送的信号并控制云台上的驱动电机转动的主控电路，所述云台和检测装置均与主控电路连接，检测装置安装在舞台上，云台安装在舞台上方的天花板或支架上。
2.根据权利要求1所述的舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于所述检测装置包括多个 压力传感器和用于将压力传感器的输出信号发送至主控电路的信号发送装置。
3.根据权利要求2所述的舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于检测装置为所述多个压 力传感器组成的压力传感器阵列。
4.根据权利要求1所述的舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于所述主控电路包括单片 机控制电路，所述检测装置和云台均通过I/O接口与主控电路连接。
5.根据权利要求4所述的舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于还包括灯光光效的控制 电路，灯光光效的控制电路的输入通过I/O接口与主控电路连接，其输出与舞台灯连接。
6.根据权利要求4所述的舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于所述主控电路还通过I/ 0接口与计算机连接。
7.根据权利要求4所述的舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于所述云台包括控制舞台 灯水平旋转的水平驱动电机、控制舞台灯竖直旋转的竖直驱动电机和电机驱动电路，电机 驱动电路通过I/O接口与单片机控制电路连接。
8.根据权利要求7所述的舞台灯光自动跟踪系统，其特征在于所述水平驱动电机固定 安装在天花板或支架上，水平驱动电机的输出转轴与云台底盘连接，竖直驱动电机固定安 装在云台底盘下侧，竖直驱动电机的输出转轴与齿轮连接，齿轮与安装有舞台灯的驱动球 啮合连接。
专利摘要本实用新型公开了舞台灯光自动跟踪系统，包括用于安装舞台灯的云台、用于检测舞台上目标位置的检测装置和用于接收检测装置发送的信号并控制云台上的电机转动的主控电路，所述云台和检测装置均与主控电路连接，检测装置安装在舞台上，云台安装在舞台上方的天花板或支架上。本实用新型能够针对不同的舞台，在舞台上布设多个检测装置(压力传感器)，实时检测目标的位置，控制灯光的照射方向，实现舞台灯光自动跟随目标运动，达到自动无人操作的目的。本系统可以满足现在社会对舞台灯光自动跟踪运动目标移动的需求，适用范围广。
文档编号H05B37/02GK201689343SQ20102018440
公开日2010年12月29日 申请日期2010年5月11日 优先权日2010年5月11日
发明者谢巍, 邝颖怡, 陈暑生, 黄旭东 申请人:华南理工大学