舞臺及其配套設備是為戲曲、歌舞等演出提供表演場所，并渲染現場場景的綜合性設施，已成為現代藝術表演中不可或缺的重要組成部分。隨著現代舞臺表演藝術的日益豐富和控制技術的發展，人們對舞臺設備的要求也在不斷提高。現代舞臺機械設備種類繁多、控制復雜，在綜合考慮其可靠性、安全性、精確性和復雜性的情況下，舞臺機械設備監控系統的研究受到廣泛的關注。目前，舞臺機械系統多采用工控軟件對其進行監控，只能看到一些由抽象的符號和名稱組成的畫面，在這種環境下，操作者易出現誤操作，輕則影響演出效果，重則釀成安全事故。因此，開發一種多傳感器融合在線監測技術、具有可視化操作界面的舞臺監控系統，勢在必行。筆者在研究國內外現有舞臺監控技術的基礎之上，根據工程需求，探討通過融合紅外視頻運動目標檢測系統、內部通信系統、多傳感融合監控系統、可視化操控系統、在線監測監控系統等相關技術，實現對舞臺演出的實時監控與調度管理的可行性，從而保障舞臺演出效果及演出的安全。

1 紅外攝像監控技術

舞臺演出場所是具有設備眾多、燈光明暗變幻頻繁等特殊情況的復雜環境。因此，可將主動紅外視頻運動目標檢測識別技術引入到舞臺檢測監控中，通過預先在各監測點做紅外攝像機的預置位設置，對運動目標及運動軌跡進行定位、識別。當監測到系統異常時，發出觸發信號，觸發攝像機迅速捕捉故障點畫面信息，將畫面信息傳送到監控中心終端顯示屏上，讓監控人員迅速掌握異常情況信息，做出應急反應，提高舞臺監控水平，保障演出順利安全地進行。紅外圖像中，無論是面目標還是點目標，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），兩種方法用到的數學工具和算法如圖1所示。近年來，紅外運動目標檢測與識別方法主要集中在以下幾個方面。

圖1 兩種檢測方法的數學工具和算法圖

1.1 人工神經網絡（ANN）識別

人工神經網絡是由眾多簡單的基本元件——神經元相互連接而組成的、具有自適應非線性的動態系統，它能夠反映人腦的若干基本特性，具備大規模并行、自組織能力、自學習，能夠自適應環境，完成較復雜的非線性運算、識別和過程控制等任務。

1.2 多傳感器信息融合識別

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

1.3專家系統識別

專家系統是通過探索和模擬人類高層視覺認知機理，把人類的推理方法用計算機系統加以描述，從而獲得與專家有效果相近的識別方法。根據舞臺設備管理的需求，對運動目標、運動軌跡進行分類，滿足不同速率、運動軌跡的目標都可定義為不同類型的可疑目標，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。動態紅外目標識別系統主要針對舞臺設備運動狀態的監控及報警，需要大量紅外攝像機，由監控程序進行自動檢測識別，發現可疑目標要進行相應報警。系統的信號傳輸流程包括：視頻采集、視頻傳輸、軟件識別、結果顯示及報警。流程圖如圖3 所示。該系統的主要硬件設備包括：圖像采集設備（紅外攝像機）、圖像傳輸設備、圖像處理設備。系統中的圖像采集設備選用了紅外夜視攝像機，攝像機能夠適應舞臺各種室內環境，實時、穩定地采集視頻信息，為舞臺設備管理提供精確的信息保障。

2 內部通信監控技術

作為一套現代化全方位的內部通信指揮系統，其不同于一般工廠的生產調度系統，系統要求高保真、低噪音、寬頻帶以及具有較強的噪聲消除能力，達到廣播級，且通信流程順暢、及時。通過通信控制設備設置不同優先級別，將內部通信級別設定為導演級、技術總監級、技術員級、一般工作人員級，導演級能對下級各成員優先通信，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、信息傳達不到位的情況。系統架構如圖4所示。

圖4 內部通信指揮系統架構圖

2.1 工作組（Party Line）的分配

根據劇院功能要求及演出職責，人員分工如下：

（1）舞臺音響組包括調音師、放音師、電腦編排等；

（2）舞臺燈光組包括調光師、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）舞臺藝術組包括導演、藝術總監、主持人、舞美設計、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 工作組通信設計

根據通信功能的需要，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）、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人員通信。

圖5 工作組通道分布圖

3 多傳感技術融合監控

通過多傳感技術，在舞臺各子系統中植入各種傳感器感應裝置和控制芯片，通過與控臺及內部局域網之間的鏈接，實時檢測監控舞臺各子系統設備的工作環境和工作狀態，提高舞臺演出的安全性。

（1）燈光系統采用RDM控制協議，配置植入RDM功能的燈光系統設備，實現燈光設備的地址碼讀寫、開燈關燈、設備復位、屬性調整、傳感器信息（溫度/濕度/電壓/電流/加速度/壓力等)、調光曲線、最小灰度、最大灰度、啟動模式、失效模式、設備自檢、輸出響應時間、鎖機代碼、軟件版本等在線監控功能。

（2）舞臺機械系統應用遠程智能控制模塊，組建RS-485網絡，設計舞臺臺上機械設備和臺下機械設備弱電控制電路，應用多功能行程限位器、傳感器實現電壓信號等相關信息反饋功能，實現對舞臺機械系統的在線監控功能。

4 可視化操作監控技術

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

圖6 虛擬舞臺模型

首先，在VB環境中搭建OpenGL程序框架， 實現V B 平臺下利用OpenGL進行圖形開發；其次，利用3DS MAX建立舞臺場景及機械的三維虛擬模型，導出成STL格式文件，并在程序中讀取STL文件，利用OpenGL庫函數重現模型；最后實時連接舞臺機械運動數據，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與實際舞臺相似的場景，便于操作者監控。重現模型圖7所示。

圖7 虛擬舞臺模型在VB中重現

5 在線監測監控技術

通過無線遠程監控軟件，在安卓開發平臺下，應用無線局域網技術，設計舞臺系統設備在線監測監控系統。此遠程監控系統通過無線WIFI局域網技術運行于Android平板電腦上，達到控制遠程客戶端的目的；并以Remote Desktop遠程桌面監控軟件為基礎，通過應用Windows RDP遠程桌面通信協議，JPEG圖像壓縮等技術，使用JAVA語言編寫而成；主要設計實現桌面捕捉和傳送、鼠標響應，以及鍵盤響應等基本功能。

根據工程需求，遠程控制軟件的基本功能需求包括以下幾點：

（1）對服務器端遠程桌面實現實時監控功能；

（2）鼠標響應操作，實現單擊，拖拽，上行下滑模擬鼠標滾輪；

（3）鍵盤響應操作，實現虛擬鍵盤，響應按下抬起操作；

（4）實現遠程控制文件打開，關閉操作；

（5）遠程關閉服務器。

選自《演藝科技》2015年第11期

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