演藝網(wǎng)絡(luò)舞臺監(jiān)控技術(shù)探討

王 景

（湖南明和科技工程發(fā)展有限公司，湖南 長沙 410010）

演藝網(wǎng)絡(luò)舞臺監(jiān)控技術(shù)探討

王 景

（湖南明和科技工程發(fā)展有限公司，湖南 長沙 410010）

通過融合紅外視頻運動目標(biāo)檢測系統(tǒng)、內(nèi)部通信系統(tǒng)、多傳感融合監(jiān)控系統(tǒng)、可視化操控系統(tǒng)、在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)對整個舞臺演出的實時監(jiān)控與調(diào)度管理，保障舞臺演出效果及演出的安全。

舞臺監(jiān)控；紅外識別；內(nèi)通可視化；RDM控制協(xié)議；傳感器

舞臺及其配套設(shè)備是為戲曲、歌舞等演出提供表演場所，并渲染現(xiàn)場場景的綜合性設(shè)施，已成為現(xiàn)代藝術(shù)表演中不可或缺的重要組成部分。隨著現(xiàn)代舞臺表演藝術(shù)的日益豐富和控制技術(shù)的發(fā)展，人們對舞臺設(shè)備的要求也在不斷提高?，F(xiàn)代舞臺機械設(shè)備種類繁多、控制復(fù)雜，在綜合考慮其可靠性、安全性、精確性和復(fù)雜性的情況下，舞臺機械設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的研究受到廣泛的關(guān)注。目前，舞臺機械系統(tǒng)多采用工控軟件對其進行監(jiān)控，只能看到一些由抽象的符號和名稱組成的畫面，在這種環(huán)境下，操作者易出現(xiàn)誤操作，輕則影響演出效果，重則釀成安全事故。因此，開發(fā)一種多傳感器融合在線監(jiān)測技術(shù)、具有可視化操作界面的舞臺監(jiān)控系統(tǒng)，勢在必行。

筆者在研究國內(nèi)外現(xiàn)有舞臺監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)工程需求，探討通過融合紅外視頻運動目標(biāo)檢測系統(tǒng)、內(nèi)部通信系統(tǒng)、多傳感融合監(jiān)控系統(tǒng)、可視化操控系統(tǒng)、在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)對舞臺演出的實時監(jiān)控與調(diào)度管理的可行性，從而保障舞臺演出效果及演出的安全。

1 紅外攝像監(jiān)控技術(shù)

舞臺演出場所是具有設(shè)備眾多、燈光明暗變幻頻繁等特殊情況的復(fù)雜環(huán)境。因此，可將主動紅外視頻運動目標(biāo)檢測識別技術(shù)引入到舞臺檢測監(jiān)控中，通過預(yù)先在各監(jiān)測點做紅外攝像機的預(yù)置位設(shè)置，對運動目標(biāo)及運動軌跡進行定位、識別。當(dāng)監(jiān)測到系統(tǒng)異常時，發(fā)出觸發(fā)信號，觸發(fā)攝像機迅速捕捉故障點畫面信息，將畫面信息傳送到監(jiān)控中心終端顯示屏上，讓監(jiān)控人員迅速掌握異常情況信息，做出應(yīng)急反應(yīng)，提高舞臺監(jiān)控水平，保障演出順利安全地進行。

圖1 兩種檢測方法的數(shù)學(xué)工具和算法圖

圖2 識別流程圖

圖3 動態(tài)紅外目標(biāo)識別系統(tǒng)的信號傳輸流程圖

紅外圖像中，無論是面目標(biāo)還是點目標(biāo)，其主要檢測方法包括兩種，即先跟蹤后檢測的方法（track before detect，TBD）和先檢測后跟蹤的方法（detect before track，DBT），兩種方法用到的數(shù)學(xué)工具和算法如圖1所示。

近年來，紅外運動目標(biāo)檢測與識別方法主要集中在以下幾個方面。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由眾多簡單的基本元件——神經(jīng)元相互連接而組成的、具有自適應(yīng)非線性的動態(tài)系統(tǒng)，它能夠反映人腦的若干基本特性，具備大規(guī)模并行、自組織能力、自學(xué)習(xí)，能夠自適應(yīng)環(huán)境，完成較復(fù)雜的非線性運算、識別和過程控制等任務(wù)。

（2）多傳感器信息融合識別

多傳感器信息融合技術(shù)采用不同傳感器獲得目標(biāo)，利用不同傳感器在工作方式上的互補性，可以充分提高在復(fù)雜場景中對目標(biāo)進行檢測、識別與跟蹤的能力。

（3）專家系統(tǒng)識別

專家系統(tǒng)是通過探索和模擬人類高層視覺認(rèn)知機理，把人類的推理方法用計算機系統(tǒng)加以描述，從而獲得與專家有效果相近的識別方法。

根據(jù)舞臺設(shè)備管理的需求，對運動目標(biāo)、運動軌跡進行分類，滿足不同速率、運動軌跡的目標(biāo)都可定義為不同類型的可疑目標(biāo)，然后按照不同等級進行判斷、識別，并進行報警。識別流程如圖2所示。

本工程位于浙江省樂清灣甌江口港區(qū)，擬建一個岸線總長度為1250m、帶有3個件雜貨泊位、2個散貨泊位、2個待泊泊位的綜合碼頭，為后方鋼鐵廠輸入原材料及輸出件雜貨鋼材服務(wù)。根據(jù)地勘測量，需進行地基處理的區(qū)域約2.05萬m2。實例工程土層分布情況見圖1。

動態(tài)紅外目標(biāo)識別系統(tǒng)主要針對舞臺設(shè)備運動狀態(tài)的監(jiān)控及報警，需要大量紅外攝像機，由監(jiān)控程序進行自動檢測識別，發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)要進行相應(yīng)報警。系統(tǒng)的信號傳輸流程包括：視頻采集、視頻傳輸、軟件識別、結(jié)果顯示及報警。流程圖如圖3 所示。

該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括：圖像采集設(shè)備（紅外攝像機）、圖像傳輸設(shè)備、圖像處理設(shè)備。系統(tǒng)中的圖像采集設(shè)備選用了紅外夜視攝像機，攝像機能夠適應(yīng)舞臺各種室內(nèi)環(huán)境，實時、穩(wěn)定地采集視頻信息，為舞臺設(shè)備管理提供精確的信息保障。

2 內(nèi)部通信監(jiān)控技術(shù)

作為一套現(xiàn)代化全方位的內(nèi)部通信指揮系統(tǒng)，其不同于一般工廠的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)要求高保真、低噪音、寬頻帶以及具有較強的噪聲消除能力，達(dá)到廣播級，且通信流程順暢、及時。通過通信控制設(shè)備設(shè)置不同優(yōu)先級別，將內(nèi)部通信級別設(shè)定為導(dǎo)演級、技術(shù)總監(jiān)級、技術(shù)員級、一般工作人員級，導(dǎo)演級能對下級各成員優(yōu)先通信，下級往上級的通信只能逐級向上，解決了在通信過程中通信混亂、信息傳達(dá)不到位的情況。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

2.1 工作組（Party Line）的分配

根據(jù)劇院功能要求及演出職責(zé)，人員分工如下：

（1）舞臺音響組包括調(diào)音師、放音師、電腦編排等；

（2）舞臺燈光組包括調(diào)光師、電腦燈光師、追光控制、舞臺燈光控制等；

（3）舞臺機械組包括舞臺機械主管、臺上機械控制、臺下機械控制、程序編排等；

（4）舞臺藝術(shù)組包括導(dǎo)演、藝術(shù)總監(jiān)、主持人、舞美設(shè)計、字幕、指揮、舞蹈編排、造型、化妝人員等；

（5）輔助人員組包括視頻控制、道具、維護人員等。

2.2 工作組通信設(shè)計

根據(jù)通信功能的需要，工作組通道可分為6條通道（見圖5）：PL1（共用）、PL2（舞臺音響）、PL3（舞臺燈光）、PL4（舞臺機械）、PL5（舞臺藝術(shù)）、PL6（輔助人員）。所有工作組成員均為雙通道，通過共用通道PL1相連接，通過另一通道和組內(nèi)人員通信。

3 多傳感技術(shù)融合監(jiān)控

通過多傳感技術(shù)，在舞臺各子系統(tǒng)中植入各種傳感器感應(yīng)裝置和控制芯片，通過與控臺及內(nèi)部局域網(wǎng)之間的鏈接，實時檢測監(jiān)控舞臺各子系統(tǒng)設(shè)備的工作環(huán)境和工作狀態(tài)，提高舞臺演出的安全性。

（1）燈光系統(tǒng)采用RDM控制協(xié)議，配置植入RDM功能的燈光系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)燈光設(shè)備的地址碼讀寫、開燈關(guān)燈、設(shè)備復(fù)位、屬性調(diào)整、傳感器信息（溫度/濕度/電壓/電流/加速度/壓力等)、調(diào)光曲線、最小灰度、最大灰度、啟動模式、失效模式、設(shè)備自檢、輸出響應(yīng)時間、鎖機代碼、軟件版本等在線監(jiān)控功能。

（2）舞臺機械系統(tǒng)應(yīng)用遠(yuǎn)程智能控制模塊，組建RS-485網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計舞臺臺上機械設(shè)備和臺下機械設(shè)備弱電控制電路，應(yīng)用多功能行程限位器、傳感器實現(xiàn)電壓信號等相關(guān)信息反饋功能，實現(xiàn)對舞臺機械系統(tǒng)的在線監(jiān)控功能。

圖4 內(nèi)部通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖5 工作組通道分布圖

4 可視化操作監(jiān)控技術(shù)

通過針對舞臺控制系統(tǒng)中存在的缺陷，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入舞臺機械控制領(lǐng)域，以VB開發(fā)環(huán)境為平臺，利用OpenGL進行舞臺場景及機械圖形開發(fā)，借助第三方建模軟件快速建立三維模型，并在程序中重現(xiàn)，通過連接舞臺機械實時運動數(shù)據(jù)完成舞臺機械與虛擬舞臺機械的同步運動，從而實現(xiàn)舞臺機械三維可視化控制的目的，實時檢測監(jiān)控舞臺各子系統(tǒng)設(shè)備的工作環(huán)境和工作狀態(tài)，提高舞臺演出的安全性。虛擬舞臺模型如圖6所示。

首先，在VB環(huán)境中搭建OpenGL程序框架，實現(xiàn)VB平臺下利用OpenGL進行圖形開發(fā)；其次，利用3DS MAX建立舞臺場景及機械的三維虛擬模型，導(dǎo)出成STL格式文件，并在程序中讀取STL文件，利用OpenGL庫函數(shù)重現(xiàn)模型；最后實時連接舞臺機械運動數(shù)據(jù)，完成對舞臺場景及部分機械運動的動畫仿真，從而在上位界面中呈現(xiàn)與實際舞臺相似的場景，便于操作者監(jiān)控。重現(xiàn)模型圖7所示。

5 在線監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)

通過無線遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，在安卓開發(fā)平臺下，應(yīng)用無線局域網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計舞臺系統(tǒng)設(shè)備在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。此遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過無線WIFI局域網(wǎng)技術(shù)運行于Android平板電腦上，達(dá)到控制遠(yuǎn)程客戶端的目的；并以Remote Desktop遠(yuǎn)程桌面監(jiān)控軟件為基礎(chǔ)，通過應(yīng)用Windows RDP遠(yuǎn)程桌面通信協(xié)議，JPEG圖像壓縮等技術(shù)，使用JAVA語言編寫而成；主要設(shè)計實現(xiàn)桌面捕捉和傳送、鼠標(biāo)響應(yīng)，以及鍵盤響應(yīng)等基本功能。

圖6 虛擬舞臺模型

圖7 虛擬舞臺模型在VB中重現(xiàn)

根據(jù)工程需求，遠(yuǎn)程控制軟件的基本功能需求包括以下幾點：

（1）對服務(wù)器端遠(yuǎn)程桌面實現(xiàn)實時監(jiān)控功能；

（2）鼠標(biāo)響應(yīng)操作，實現(xiàn)單擊，拖拽，上行下滑模擬鼠標(biāo)滾輪；

（3）鍵盤響應(yīng)操作，實現(xiàn)虛擬鍵盤，響應(yīng)按下抬起操作；

（4）實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制文件打開，關(guān)閉操作；

（5）遠(yuǎn)程關(guān)閉服務(wù)器。

目前，紅外視頻運動目標(biāo)識別技術(shù)的精度還有待進一步提高，但是，隨著科技的發(fā)展，該項技術(shù)以及其他多傳感技術(shù)將會得到長足的進步。相信在不遠(yuǎn)的將來，多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)舞臺監(jiān)控系統(tǒng)會更廣泛地應(yīng)用于各類演藝舞臺。

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（編輯 薛云霞）

Discussion on the Stage Monitoring Technology of Performing Arts Network

WANG Jing
(Hunan Minghe Technology Engineering Development Co., Ltd., Changsha Hunan 410010, China)

Through the integration of the related technologies as infrared video moving target detection system, internal communication system, multi sensor fusion monitoring system, visual control system and on-line monitoring system, the realtime monitoring and scheduling management of whole stage performance is achieved, to ensure the stage performance effect and the safety.

stage monitoring; infrared recognition; visualization; RDM control protocol; sensor

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.008