LED灯光场景控制系统及其控制方法

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LED灯光场景控制系统及其控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种灯光场景的控制系统，特别涉及一种基于手势和身体姿态的交互式LED灯光场景控制系统及其控制方法。\n背景技术\n[0002] 作为一种新型发光单元，LED具有工作电压低、寿命长、节能、频闪快、易控制等优点，以服务器和分级控制器控制的大规模LED灯具形成的艺术灯光场景具有场面宏伟、视觉冲击力强、高度的艺术美感的特点。现阶段常见的艺术灯光场景表达的艺术内容是按照控制系统的服务器内事先编辑好的程序来运行的，多数控制系统与外界没有信息反馈机制。无法根据外界环境变化来调整改变艺术灯光表达内容。少数控制系统可通过音频输入，比如音乐旋律来改变灯光场景内容。而视觉所包含的信息量远比其他传感方式所能提供的信息量多，但目前以视觉输入为反馈手段的交互式艺术灯光场景控制系统还没有出现。虽然申请号为200620041881.2，名称为“一种互动投影设备”的专利公开了一种可实现互动投影功能的设备，但该设备输出方式为投影机，是将滤掉了可见光的红外线作为视觉输入，而红外线所包含的信息远小于可见光的信息，由此其互动的艺术效果也仅限于简单的动态投影效果。且其采用的投影机所能投影的面积也很小，仅为数平方米。\n发明内容\n[0003] 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的艺术灯光场景无法根据外界环境来调整改变的缺陷，提供一种基于手势和身体姿态的信息，并根据具体应用场合，对LED点亮阵列进行相应控制，产生与灯光指挥者的手势和身体姿态相对应的交互式LED灯光场景控制系统及其控制方法。\n[0004] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种LED灯光场景控制系统，其包括一视频采集子系统，一视觉处理子系统，其特点在于，其还包括一灯光决策子系统，及与该灯光决策子系统相连的一组发光子系统，其中，\n[0005] 该视觉处理子系统与该视频采集子系统相连，用于接收该视频采集子系统传来的视频图像信息，并对该视频图像信息进行视觉识别处理；\n[0006] 该灯光决策子系统用于接收该视觉处理子系统传来的视觉识别处理信号，并进行智能决策，产生相应的控制信号；\n[0007] 该发光子系统用于根据接收的该灯光决策子系统传递的决策控制信号，点亮场景光源。\n[0008] 较佳地，该发光子系统包括一级联驱动器及与该级联驱动器相连的一组LED，该级联驱动器与该灯光决策子系统相连，用于将该灯光决策子系统产生的控制信号转换为点亮该LED的驱动信号。\n[0009] 较佳地，该视觉信息识别处理包括肢体位置识别、动作方向识别及动作矢量速度识别。\n[0010] 较佳地，该视频采集子系统包括一摄像头和一视频采集卡，其中，该视频采集卡用于将该摄像头拍摄的模拟信号转换为数字信号并传输给该视觉处理子系统。\n[0011] 较佳地，该灯光决策子系统为将该视觉识别处理信号根据灯光场景进行决策，并产生相应的控制信号的一计算机。\n[0012] 较佳地，该视觉处理子系统为一数字信号处理器。\n[0013] 本发明还提供一种用于上述的LED灯光场景控制系统的控制方法，其特点在于，其包括以下步骤：\n[0014] S1、摄像头采集灯光指挥者的手势及身体姿态动作信息；\n[0015] S2、对视觉信息进行视觉识别处理；\n[0016] S3、将该视觉识别信息传递给该灯光决策子系统；\n[0017] S4、针对不同的应用场合产生相应的决策控制信号；\n[0018] S5、将该决策控制信号输给该LED阵列；\n[0019] S6、该LED阵列点亮场景。\n[0020] 较佳地，步骤S1中对视觉信息进行视觉识别处理的步骤为：\n[0021] S11、进行噪声过滤及边缘锐化；\n[0022] S12、共模抑制及腐蚀膨胀；\n[0023] S13、模型匹配及参数识别；\n[0024] S14、进行动作分析。\n[0025] 较佳地，步骤S3中对视觉识别信息包括该指挥者的肢体位置信息、动作速度信息及动作方向信息，其中，针对不同的应用场合产生相应的决策控制信号的步骤为：\n[0026] S31、根据视觉识别信息中的肢体位置信息，选定LED点阵的亮灯光形并存储该选定信息；\n[0027] S32、根据动作方向，确定LED亮灯时序，并存诸该时序信息；\n[0028] S33、根据动作的速度大小，进行色彩选择，并存诸该色彩信息。\n[0029] 较佳地，步骤S33中根据动作的速度大小，进行该色彩选择的步骤为：速度值越大，色彩值色调越暖，则红色发光量增加；速度值越小，色彩值色调转冷，则蓝色发光量增加。\n[0030] 本发明的积极进步效果在于：本发明的LED灯光场景控制系统及其控制方法是以视觉输入为反馈手段的交互式灯光控制系统，其视觉处理系统不仅能对摄像头采集的灯光指挥者的图像进行提炼，还能对基于视觉输入的该灯光指挥者的手势和身体姿态信息进行提炼与识别，并抽象为矢量信息根据具体应用场合进行决策，从而使LED阵列显现出的艺术灯光场景更加智能化，互动性更明显，且LED阵列能在更大面积范围内表现出艺术效果，例如一幢楼群的所有外墙面，其灯光场景的视觉艺术效果更强。\n附图说明\n[0031] 图1为本发明LED灯光场景控制系统的架构图。\n[0032] 图2为本发明LED灯光场景控制系统的较佳实施例的视觉处理流程图。\n[0033] 图3为本发明LED灯光场景控制系统的较佳实施例的灯光决策流程图。\n具体实施方式\n[0034] 下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。\n[0035] 本发明的较佳实施例是指，通过拍摄灯光指挥者的肢体动作和手势姿态，指挥LED灯光做相应的点亮变化。\n[0036] 如图1所示，一种LED灯光场景控制系统，其包括一视频采集子系统1，一视觉处理子系统2，一灯光决策子系统3，及与该灯光决策子系统3相连的一组发光子系统4，其中，该视频采集子系统1包括一个工业摄像头(图中未标示)和一个视频采集卡(图中未标示)，其中，该视频采集卡用于将该摄像头拍摄的模拟信号转换为数字信号，并传输给视觉处理子系统2。视觉处理子系统2与视频采集子系统1相连，用于接收视频采集子系统1传来的视频图像信息，并对该视频图像信息进行视觉识别处理。其中，视觉信息识别包括肢体位置识别、动作方向识别及动作矢量速度识别。灯光决策子系统3用于接收视觉处理子系统\n2传来的视觉识别信号，并进行智能决策处理，产生相应的控制信号。发光子系统4用于根据接收的灯光决策子系统3传递的决策控制信号，点亮LED灯光。\n[0037] 如图1所示，本实施例中的发光子系统4包括一组级联驱动器41及与级联驱动器\n41相连的一组LED阵列42，级联驱动器41与灯光决策子系统3相连，用于将灯光决策子系统3产生的控制信号转换为点亮该LED阵列42的驱动信号。\n[0038] 本发明较佳实施例中的灯光决策子系统3是可以是对视觉识别处理信号依灯光场景进行决策，并产生相应的控制信号的计算机，视觉处理子系统2可以是一数字信号处理器。\n[0039] 图2为本发明的LED灯光场景控制系统的较佳实施例的视觉处理子系统流程图。\n请结合图1，如图2所示，\n[0040] 本流程开始于步骤100，\n[0041] 进入步骤101，视觉处理子系统2获得视频采集卡输入采集的指挥者图像数据。首先采用掩模板方式对图像逐块进行噪声过滤，使消除了畸值点的图像变得平滑。\n[0042] 步骤102，再采用掩模板对图像进行边缘锐化，摒弃掉图像中的无关信息，使图像信息量大为简化，从而减少了后续流程的数据处理量。\n[0043] 步骤103，进入共模抑制过程。共模抑制过程，是视觉处理子系统2调用前序图像数据，并将前序图像与当前图像位置的数据值相减，若差值小于某一设定值，则认为该块图像为背景区，则在后续处理中忽略此区域。该设定值可根据情况自行取定。\n[0044] 步骤104，对剔除了背景的指挥者影像进行图像腐蚀，经过腐蚀后指挥者的影像变为线条图，再运用膨胀的方法可以将零散的不连续的线条缝合为连续的流畅线条图，得到合适的指挥者影像简化线条图。腐蚀与膨胀掩模板的参数值是可调整的，由此决定腐蚀膨胀的程度。\n[0045] 步骤105，进入模型匹配。模型匹配的前提是预先建立人体简化二维模型，具体比如：将指挥者的手臂简化为两条端点连接的线段，这两条线段分别代表大臂与小臂，相连接的端点代表肘。两条线段各自的长度和方位参数的不同代表了手臂的长短和运动位置。与此类同，比如，指挥者的躯干可简化为矩形，头部简化为圆。\n[0046] 然后进入步骤106，按最大相似度原则对前序步骤得到的线条图与预先建立的人体简化模型图对比识别，如果相似度大于预先设定的数值，就认为匹配成功，能够识别。否则认为匹配失败，不能识别。在不能识别的情况下，则进入步骤107，将修改腐蚀与膨胀的参数，调整指挥者肢体位置简化模型的参数，重新进行对比，直到匹配成功，能够识别。此时记录下指挥者影像简化模型的各个参数。\n[0047] 步骤108，进行动作分析。由于视频采样周期是固定的，即每相邻的前后两帧图像的间隔时间是固定的，对前后图像的坐标做计算，再根据摄像头的拍摄角度与焦距等数值信息，即可得出前后图像中指挥者的动作变化的距离与方向值。动作变化的距离可转化为对应带矢量方向的速度。视觉处理子系统2将代表当前的人肢体动作位置与矢量速度的信息记录下来，传给灯光决策子系统3。\n[0048] 步骤109，本流程结束。\n[0049] 图3为本发明LED灯光场景控制系统的较佳实施例的灯光决策流程图。\n[0050] 如图3所示，本流程开始于步骤200，本发明LED灯光场景控制系统的灯光决策子系统3获得视觉处理子系统2传来的人动作信息后，进入步骤201，即按其当前肢体位置决策出LED阵列42中哪些位置上的LED应该点亮，并存储此信息，记为亮灯LED点阵，即根据运动分析作出亮灯光形选择。对于不同应用场合的LED点阵安装后的布局是各不相同的，所以此决策策略是根据具体应用来制定的。\n[0051] 步骤202，灯光决策子系统3根据动作的方向决策前面已选定的亮灯LED点阵的每颗LED的点亮时刻，并存储该点亮时刻信息，即确定了亮灯时序。\n[0052] 步骤203，色彩选择。即本发明的灯光决策子系统3根据动作的速度值的大小决策前面已选定的亮灯LED点阵的每颗LED的点亮后的色彩值，速度值越大，色彩值色调越暖。\n对于红、绿、蓝全彩LED来说，红色的发光量比例增加；速度值越小，色彩值的色调转冷，对于红、绿、蓝全彩LED来说，蓝色的发光量比例增加。灯光决策子系统3存储此决策信息。\n[0053] 作完上述所有处理后，每颗LED的点亮时刻与色彩值已确定。进入步骤204，驱动输出。即灯光决策子系统3根据这些信息产生对应控制灯光内容的信号，经各级联驱动器\n41将控制信号传至LED阵列42。控制系统产生特定的控制信号的软件编制，因是本领域技术人员公知的软件编程技术，在此不作赘述。\n[0054] 步骤205，本流程结束。\n[0055] 本实施例适用于灯光指挥家的应用。对于不同的应用场合，视觉处理子系统2要识别的目标不同，其灯光决策子系统3的软件程序也不同。\n[0056] 本发明的LED灯光场景控制系统及其控制方法是以视觉输入为反馈手段的交互式灯光控制系统，其视觉处理系统不仅能对摄像头采集的灯光指挥者的图像进行提炼，还能对基于视觉输入的该灯光指挥者的手势和身体姿态信息进行提炼与识别，并抽象为矢量信息根据具体应用场合进行决策，从而使LED阵列显现出的艺术灯光场景更加智能化，互动性更明显，且LED阵列能在更大面积范围内表现出艺术效果，例如一幢楼群的所有外墙面，其灯光场景的视觉艺术效果更强。\n[0057] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。