本發(fā)明涉及照明控制，更具體地說，涉及一種軌道式電動射燈及其控制系統(tǒng)。
背景技術：
1、軌道式射燈因其安裝靈活、光照方向可調、光斑形態(tài)可控等優(yōu)勢，廣泛應用于博物館、美術館、商業(yè)展廳、零售店鋪等需要重點照明的場所。傳統(tǒng)軌道式射燈通常采用手動調節(jié)方式，用戶需要借助梯子等工具攀爬至高處，分別調整每盞射燈的水平旋轉角度和俯仰角度，以使光斑對準目標展品或區(qū)域。這種調節(jié)方式不僅操作繁瑣、效率低下，而且在展品頻繁更換的場景下，需要反復進行人工校準，極大增加了運維成本。
2、近年來，隨著智能照明技術的發(fā)展，出現(xiàn)了可通過遙控器或手機應用程序控制電機驅動旋轉的電動軌道射燈，用戶無需攀爬即可遠程調節(jié)光斑方向。然而，這類電動射燈仍然依賴人工手動操控——用戶需要實時觀察被照區(qū)域，通過多次點擊方向按鈕或拖拽屏幕上的控制桿來逐步調整光斑位置，直至光斑與目標區(qū)域重合。這種“人眼觀察-大腦判斷-手動操作”的閉環(huán)控制方式存在明顯的操作延遲和定位誤差，尤其是在需要快速切換照明目標或連續(xù)跟蹤移動物體時，手動操控幾乎無法滿足實時性要求。
3、更為關鍵的是，現(xiàn)有技術中的電動軌道射燈完全不具備對用戶視覺注意力的感知能力。在實際使用場景中，用戶的視線焦點往往先于手動操作到達目標位置——例如，當參觀者在展廳中快速掃視不同展品時，其視線已經(jīng)轉移到下一件展品，而射燈光斑卻仍然停留在上一件展品上，形成“視-光不同步”的割裂體驗。這種不同步不僅降低了照明體驗的沉浸感，還導致用戶在視線轉移過程中缺乏有效照明，需要額外提高環(huán)境光亮度來彌補，造成不必要的能源浪費。鑒于此，我們提出一種軌道式電動射燈及其控制系統(tǒng)。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種軌道式電動射燈及其控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有軌道式電動射燈無法主動感知并預判用戶視線移動，導致光斑與視線不同步且缺乏眼動行為差異化照明響應的技術問題。
2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：一種軌道式電動射燈，包括：
3、射燈殼體，具備一用于照明的開口，且所述開口內布置有鏡片；
4、led光源模組，設置于所述射燈殼體內；
5、驅動電路板，設置于所述射燈殼體內，與所述led光源模組電連接；
6、電動旋轉支架，與所述射燈殼體連接，所述電動旋轉支架內設置有旋轉驅動電機，用于驅動所述射燈殼體在水平方向上旋轉；
7、俯仰調節(jié)底座，連接于所述射燈殼體與所述電動旋轉支架之間，所述俯仰調節(jié)底座內設置有俯仰驅動電機，用于驅動所述射燈殼體在垂直方向上擺動；
8、眼動采集模組，設置于所述射燈殼體上，用于采集目標人員的視線焦點坐標；
9、所述驅動電路板包括處理器和存儲器，所述處理器執(zhí)行存儲在所述存儲器中的計算機程序時實現(xiàn)以下步驟：
10、獲取所述眼動采集模組采集的連續(xù)多幀視線焦點坐標；
11、根據(jù)連續(xù)多幀視線焦點坐標計算眼動特征參數(shù)，所述眼動特征參數(shù)包括角速度、角加速度及注視持續(xù)時間；
12、根據(jù)所述眼動特征參數(shù)將眼動行為分類為掃視、平滑追蹤或注視；
13、當分類為掃視時，根據(jù)掃視起始點的視線焦點坐標及掃視方向預測掃視終點坐標；
14、當分類為平滑追蹤時，根據(jù)連續(xù)多幀視線焦點坐標預測未來的軌跡點坐標；
15、當分類為注視時，保持當前光斑位置；
16、根據(jù)預測結果控制所述旋轉驅動電機及所述俯仰驅動電機，使射燈的光斑中心移動至預測位置。
17、、本發(fā)明通過眼動采集模組實時獲取用戶視線焦點坐標，結合驅動電路板對掃視、平滑追蹤、注視三種眼動行為的自動分類與差異化預測控制，實現(xiàn)了光斑位置與視線焦點的精準同步跟隨，有效解決了現(xiàn)有技術中“視-光不同步”的技術問題，具體而言，當用戶視線處于掃視狀態(tài)（即快速從一個注視點轉移到另一個注視點）時，傳統(tǒng)照明設備無法預判掃視終點，導致光斑在掃視過程中滯后于視線移動，用戶到達新注視點時仍處于暗區(qū)。本發(fā)明通過main序列公式根據(jù)掃視過程中的峰值角速度實時計算掃視幅度，并結合掃視方向預測掃視終點坐標，在掃視結束瞬間將光斑精準投射至終點位置，實現(xiàn)了“光超前于眼”的預照明效果。當用戶視線處于平滑追蹤狀態(tài)（即連續(xù)跟隨移動目標）時，本發(fā)明采用多項式擬合與外推公式預測未來軌跡點，使光斑平滑地“黏附”在視線軌跡上。當用戶視線處于注視狀態(tài)時，本發(fā)明通過低通濾波抑制微眼動引起的高頻抖動，保持光斑穩(wěn)定。三種行為模式的差異化控制，使得無論用戶如何移動視線，光斑始終與視線焦點保持同步，徹底消除了手動操控的延遲和誤差，顯著提升了照明跟隨的實時性和精準度。
18、優(yōu)選地，所述眼動采集模組為雙目眼球追蹤相機，所述雙目眼球追蹤相機設置于所述射燈殼體的前端面。
19、優(yōu)選地，所述射燈殼體內還設置有慣性測量單元，所述慣性測量單元與所述驅動電路板電連接，用于采集目標人員的頭部姿態(tài)角；
20、所述處理器執(zhí)行計算機程序時還實現(xiàn)以下步驟：獲取所述慣性測量單元采集的頭部姿態(tài)角；當所述眼動采集模組采集的視線焦點坐標的置信度低于預設閾值時，根據(jù)所述頭部姿態(tài)角推算視線方向，并切換至頭部姿態(tài)跟隨模式。
21、優(yōu)選地，所述射燈殼體內還設置有環(huán)境光傳感器，所述環(huán)境光傳感器與所述驅動電路板電連接，用于采集環(huán)境照度；
22、所述處理器執(zhí)行計算機程序時還實現(xiàn)以下步驟：獲取所述環(huán)境光傳感器采集的環(huán)境照度；當環(huán)境照度的變化率超過預設閾值時，調整所述眼動采集模組的曝光參數(shù)，并重新校準視線焦點坐標。
23、優(yōu)選地，所述預測掃視終點坐標的步驟具體包括：根據(jù)掃視起始點及掃視過程中的峰值角速度計算掃視幅度；根據(jù)掃視起始點及掃視結束點的連線方向確定掃視方向；根據(jù)掃視起始點坐標、掃視幅度及掃視方向生成掃視終點坐標；
24、其中，掃視幅度與峰值角速度之間的關系由main序列公式表達，掃視終點坐標由掃視起始點坐標、掃視幅度、目標人員與視線投影平面之間的視距和掃視方向單位向量通過公式計算得到，式中，表示個性化斜率系數(shù)；表示掃視過程中的峰值角速度；表示個性化截距系數(shù)。
25、一種軌道式電動射燈控制系統(tǒng)，用于控制至少一個軌道式電動射燈，包括；
26、控制單元，分別與所述眼動采集模組及所述驅動電路板通信連接；
27、所述控制單元包括：
28、眼動特征提取模塊，用于根據(jù)所述眼動采集模組采集的連續(xù)多幀視線焦點坐標，計算角速度、角加速度及注視持續(xù)時間；
29、行為分類模塊，用于根據(jù)所述角速度、角加速度及注視持續(xù)時間，將目標人員的眼動行為分類為掃視、平滑追蹤或注視；
30、掃視預測模塊，用于當分類為掃視時，根據(jù)掃視起始點的視線焦點坐標及掃視方向預測掃視終點坐標；
31、平滑追蹤預測模塊，用于當分類為平滑追蹤時，根據(jù)連續(xù)多幀視線焦點坐標預測未來的軌跡點坐標；
32、注視保持模塊，用于當分類為注視時，保持當前光斑位置；
33、電機控制模塊，用于根據(jù)所述掃視預測模塊、所述平滑追蹤預測模塊或所述注視保持模塊的輸出結果，控制所述旋轉驅動電機及所述俯仰驅動電機，使射燈的光斑中心移動至預測位置。
34、優(yōu)選地，所述掃視預測模塊包括：
35、掃視幅度計算單元，用于根據(jù)掃視起始點及掃視過程中的峰值角速度計算掃視幅度；
36、掃視方向確定單元，用于根據(jù)掃視起始點及掃視結束點的連線方向確定掃視方向；
37、終點坐標生成單元，用于根據(jù)掃視起始點坐標、掃視幅度及掃視方向生成掃視終點坐標。
38、優(yōu)選地，所述平滑追蹤預測模塊包括：
39、軌跡擬合單元，用于根據(jù)連續(xù)多幀視線焦點坐標擬合運動軌跡曲線；
40、外推預測單元，用于將所述運動軌跡曲線向時間軸正向延伸，生成未來的軌跡點坐標；
41、其中，軌跡擬合與預測采用階多項式對最近幀視線焦點坐標進行擬合，擬合曲線方程為，，未來時刻的預測軌跡點坐標由外推公式，得到，式中，、表示視線焦點坐標隨時間變化的擬合函數(shù)；、表示坐標和坐標多項式的擬合系數(shù)；為時間變量。
42、優(yōu)選地，所述注視保持模塊包括：
43、微眼動濾波單元，用于對注視過程中的視線焦點坐標進行低通濾波，抑制高頻抖動；
44、光斑鎖定單元，用于根據(jù)濾波后的視線焦點坐標鎖定光斑中心位置；
45、其中，低通濾波采用一階低通數(shù)字濾波器，濾波公式為：
46、；
47、光斑鎖定單元將濾波后的坐標作為光斑中心的目標位置；
48、式中，為第幀濾波后的視線焦點坐標；為濾波系數(shù)；為第幀眼動采集模組直接輸出的原始視線焦點坐標；為上一幀濾波后的坐標。
49、優(yōu)選地，所述控制單元還包括：
50、頭部姿態(tài)融合模塊，用于獲取目標人員的頭部姿態(tài)角；
51、模態(tài)切換模塊，用于當所述眼動采集模組采集的視線焦點坐標的置信度低于預設閾值時，切換至頭部姿態(tài)跟隨模式，根據(jù)頭部姿態(tài)角推算視線方向。
52、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
53、1、本發(fā)明通過眼動采集模組實時獲取用戶視線焦點坐標，結合驅動電路板對掃視、平滑追蹤、注視三種眼動行為的自動分類與差異化預測控制，實現(xiàn)了光斑位置與視線焦點的精準同步跟隨，有效解決了現(xiàn)有技術中“視-光不同步”的技術問題，具體而言，當用戶視線處于掃視狀態(tài)（即快速從一個注視點轉移到另一個注視點）時，傳統(tǒng)照明設備無法預判掃視終點，導致光斑在掃視過程中滯后于視線移動，用戶到達新注視點時仍處于暗區(qū)。本發(fā)明通過main序列公式根據(jù)掃視過程中的峰值角速度實時計算掃視幅度，并結合掃視方向預測掃視終點坐標，在掃視結束瞬間將光斑精準投射至終點位置，實現(xiàn)了“光超前于眼”的預照明效果。當用戶視線處于平滑追蹤狀態(tài)（即連續(xù)跟隨移動目標）時，本發(fā)明采用多項式擬合與外推公式預測未來軌跡點，使光斑平滑地“黏附”在視線軌跡上。當用戶視線處于注視狀態(tài)時，本發(fā)明通過低通濾波抑制微眼動引起的高頻抖動，保持光斑穩(wěn)定。三種行為模式的差異化控制，使得無論用戶如何移動視線，光斑始終與視線焦點保持同步，徹底消除了手動操控的延遲和誤差，顯著提升了照明跟隨的實時性和精準度。
54、2、本發(fā)明還通過在不同眼動行為模式下自適應調節(jié)射燈的光束角和輸出功率，在保證視線焦點區(qū)域照明質量的前提下大幅降低非必要區(qū)域的照明能耗，進一步解決了傳統(tǒng)跟隨照明在掃視過程中因無效光斑移動和廣角照明造成的能源浪費問題，具體而言，本發(fā)明在檢測到用戶處于掃視狀態(tài)時，自動將光束角收窄至最小（聚光模式），并將輸出功率降低至低功率閾值；而在注視或平滑追蹤狀態(tài)下，則將光束角展寬并恢復高功率輸出。掃視狀態(tài)下收窄光束角，使得光斑在快速移動過程中僅覆蓋極小的視線落點區(qū)域，避免了寬光束角下光斑掃過大面積無關區(qū)域造成的眩光干擾和無效照明。更為重要的是，本發(fā)明利用掃視期間人眼對亮度變化不敏感的生理特性，在掃視過程中主動降低輸出功率——掃視幅度越大，功率降低程度越高。由于用戶在掃視過程中視覺敏感度下降，這種降功率操作不會引起主觀亮度感知的明顯變化，從而實現(xiàn)了“人不知、燈已省”的深度節(jié)能效果。而在注視和平滑追蹤階段，用戶需要高精度、高亮度的照明支持，此時恢復全功率輸出，確保關鍵視覺任務的光照質量不受影響。這種非對稱功率控制策略，使得照明系統(tǒng)的能量消耗精準匹配用戶的視覺需求狀態(tài)，相比傳統(tǒng)持續(xù)全功率跟隨的方案，可顯著降低長期使用場景下的總能耗。
55、3、本發(fā)明還通過引入慣性測量單元實現(xiàn)視線追蹤失效時的頭部姿態(tài)跟隨模態(tài)切換，以及通過個性化學習模塊對用戶眼動特征參數(shù)進行在線更新，進一步解決了單一視線追蹤在眨眼、光線突變等干擾場景下容易失效以及不同用戶眼動特征差異導致預測精度下降的問題，具體而言，當眼動采集模組因眨眼、環(huán)境照度劇烈變化或用戶佩戴眼鏡反光等原因導致視線焦點坐標置信度低于預設閾值時，本發(fā)明自動切換至頭部姿態(tài)跟隨模式：通過慣性測量單元采集用戶的頭部姿態(tài)角，根據(jù)頭部轉動方向推算視線方向，維持粗略的照明跟隨。這種多模態(tài)冗余感知機制確保了系統(tǒng)在視線追蹤短暫失效時仍能提供連續(xù)的照明服務，待視線追蹤恢復后平滑切換回主模式，大幅提升了系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。與此同時，本發(fā)明通過個性化學習模塊識別用戶身份標識，為每位用戶獨立存儲其眼動特征參數(shù)（包括main序列系數(shù)、多項式擬合階數(shù)、預測時間步長等）。每次掃視結束后，系統(tǒng)利用實際測量的掃視幅度與預測幅度的誤差，通過在線更新公式對個性化系數(shù)進行迭代修正。隨著使用次數(shù)的增加，預測模型逐步收斂至該用戶的真實眼動特征，掃視終點預測精度不斷提高，實現(xiàn)了“越用越準”的自適應照明。這種無需離線訓練、完全在后臺自動完成的個性化學習機制，使得同一套照明系統(tǒng)能夠適配不同年齡、不同眼動習慣的多樣化用戶群體，從根本上解決了通用模型預測精度不足的問題。