CN102711315B - 基于视频动态识别的智能室内照明控制方法及系统 - Google Patents

基于视频动态识别的智能室内照明控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其包括如下步骤：(1)设置信息采集模块，对信息源进行采集；(2)设置一功能控制装置；(3)设置一灯光控制装置；(4)将上述各步骤的各模块相互连接后通电、使其工作；(5)中央处理模块对该信号进行处理，输出灯光控制信号；(6)所述的灯光控制装置根据接收到的控制信号，对被控照明器具实施控制。本发明还公开了一种实施上述方法的系统。本发明摄像头通过人物识别、动作识别、手势控制、照度感应等形式有效实现对照明系统的智能化控制，从而达到舒适灵活、高效人性化的对照明进行控制，适合于多种室内照明应用环境。

Description

基于视频动态识别的智能室内照明控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种智能照明控制技术领域，尤其涉及一种基于视频动态识别的智能室内照明控制方法及系统。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，利用摄像机来监控动态场景早已被广泛应用于社会各个领域，例如对安全性要求敏感的门禁系统、安全监控。由于广泛的应用前景和潜在的经济价值，人体运动的视频监控是近年来备受关注的前沿课题，而利用生物识别技术辅助人体运动分析更是发展的趋势。利用摄像头对人体动作进行识别，而控制家电等技术领域，也越来越多。
随着照明设备和照明技术的发展，照明控制的智能化管理已然成为当今及以后照明控制发展的主流方向，而目前的照明控制技术却延滞于低端的控制方式，功能单一，自动化程度低，新技术新方法应用稀少，控制系统成本高等问题突出。人们对照明控制系统的智能化、简易化等要求促使照明系统及其控制方式必须向着安全、节能环保、舒适灵活、高效人性化等方向发展进步，同时须有效降低其集成成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种室内照明的控制方法及其系统，通过采矿室内人员的动态变化，实现对室内照明设备的自动控制，从而解决传统照明控制功能单一、自动化程度低、控制系统成本高等问题，进而实现安全、舒适灵活、高效人性化的对室内照明进行智能控制，同时也降低了集成成本，且响应国家节能环保的政策。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)设置信息采集模块，具体包括至少一个摄像头及其控制电路，通过摄像头对周围环境所拍摄到的图像，对信息源进行采集；
(2)设置一功能控制装置，该装置内设置有集成电路板，在该电路板上集成有模/数转换功能模块、数据存储功能模块、中央处理模块以及无线发射功能模块；
(3)设置一灯光控制装置，其包括一无线接收模块，一微处理器，并将其与被控照明器具进行连接；
(4)将上述各步骤的各模块相互连接后通电、使其工作，当有活动的物体进入摄像头拍摄范围内时，摄像头将抓拍到的活动物体图像信号传入模数转换模块，模数转换模块将该图像信号转换成数字信号，然后传输给中央处理模块；
(5)所述的中央处理模块同时开启其内置的多种数字信号处理的算法，对该信号进行处理，然后调用预设于存储模块中的参考图像数据，通过与该数据进行比较后，作出判断，是否有人进入，如与参考图像一致时，则输出灯光控制信号，经过无线传输模块，将控制信号传输到灯光控制系统；而如与参考图像不一致时，则不输出控制信号；
(6)所述的灯光控制装置根据接收到的控制信号，对被控照明器具实施控制。
所述的步骤(4)在输入参考图像时，是将预先设定人物的面部特征图像数据或身体特征图像数据，输入到数据存储模块中，然后所述步骤(5)对其进行运算，当判断出是人进入摄像区域时，中央处理模块会命令摄像头抓拍人物的面部或身体，将抓拍到的信号传入中央处理模块后，中央处理模块根据参考图像作出判断，是否是预先设定的人物进入了摄像区域，然后控制灯的操作。
该项结合摄像技术和计算机技术，通过摄像头抓拍到人物的脸相或身体特征进行甄别，该过程涉及到图像摄取、人脸定位、图像预处理或人像识别等技术，再经由中央处理器的识别算法，发指令于照明系统，当被设定的人物在摄像范围内，中央处理器计算出需要开启的照明设备，照明系统实行开启照明设备的动作，室内环境便获得适宜的照明效果；反之，当人物不在摄像范围内，则照明系统处于休眠状态。
所述的步骤(4)为了更方便快捷的对灯进行操作，在输入参考图像时，还可输入预先设定的手势信息，每个手势具有不同的控制功能，用户可根据需要，做出相应的控制手势，摄像头抓取该动作信息，经转换传送至中央处理模块，然后所述步骤(5)的中央处理模块依据动作信息判断人物控制照明系统的意图，发布相应指令至照明系统，所述步骤(6)的灯光控制装置依据指令开启相应的照明设备，从而获得相应的照明效果。
该项涉及到人机交互技术，处在室内环境的人物进行手势动作，摄像头抓取动作信息(图像信息)传送至中央处理器，中央处理器依据动作信息研判人物控制照明系统的意图，发布相应指令至照明系统，照明系统依据指令开启相应的照明设备，从而获得相应的照明效果，同时该项可指令不同照明设备的开启与关闭，因而可实现照度不一的灯光效果。
所述的步骤(4)通过预先设定区域内的连续摄像输入多幅连续的图像，形成图像中人物的运动轨迹，然后所述步骤(5)的中央处理模块根据摄像区域内人物的运动轨迹进行灯的控制，当人物起身从一个环境进入下一个环境时，自动追逐到下一个环境，开启下一个环境的照明系统；摄像头抓拍到人物起身动作以及根据人物运行的动作，把这些信息传达给中央处理模块，中央处理模块再经过预先设定在运行程序里的概率模型，计算和预判人物要进入的下一个环境，发出指令到灯光控制装置，开启下一环境的照明设备，从而获得人来灯亮，人离灯灭的智能化照明控制效果。
该项主要是本发明的智能化与分布式方面的结合，当人物起身从一个环境进入下一个环境时，系统自动追逐到下一个环境，开启下一个环境的照明系统。摄像头抓拍到人物起身动作以及根据人物运行的动作，把这些信息传达给中央处理器，中央处理器再经过预先设定在运行程序里的概率模型，计算和预判人物要进入的下一个环境，发指令于照明系统，开启下一环境的照明设备，获得照明效果。
所述步骤(4)的摄像头拍摄到周围环境的背景亮度，即从室外照进室内的光照信息，经转换后传送至中央处理模块，然后所述步骤(5)中央处理模块依据设定好的程序运算是否开启相应的照明系统，并发送指令于照明系统，所述步骤(6)的灯光控制装置实行照明设备的开启和关闭动作，从而实现根据室内光线的明暗程度对照明系统进行控制。
该项为本发明的又一内容，摄像头依据从室外进入室内的光照情况等信息，传送至中央处理器，中央处理器依据设定好的程序运算是否开启以及开启相应的照明系统并发送指令于照明系统，照明系统实行照明设备的开启和关闭动作，从而实现相应的照明效果。所述步骤(5)的中央处理模块的控制下，可实现上述各步骤的独立运行或相互结合同时运行；依据摄像头摄取到的信息量，中央处理模块运算出最优照明方案，灯光控制装置协调实现最适宜的室内照明系统的控制。
所述步骤(4)的摄像头也可为多个，当使用多个摄像头对不同区域进行拍摄时，各摄像头所采集的图像信号分别通过计算机局域网，传输至功能控制装置的模数转换模块中。
所述步骤(4)的摄像头采用Cascade级联的方法在图像中搜索人脸区域或人物身体区域特征，所述的步骤(5)中央处理模块数字信号处理的算法采用Adaboost算法，从而提高对人物特征判断的准确性。
一种实施上述方法的基于视频动态识别的智能室内照明控制系统，其包括信息采集模块，一个功能控制装置，一个照明控制装置以及室内照明器具；所述的信息采集模块包括至少一个摄像头及其控制电路；功能控制装置包括模数转换器、数据存储器、中央处理器以及无线发射器；照明控制装置包括一无线接收器，一微处理器。
所述的中央处理器包括一嵌入式处理器ARM、数字信号微处理芯片DSP及其外围器件。从而大大提高运算效率，节约成本，降低功耗。
本发明的基于视频动态识别的智能室内照明控制方法及系统，在室内灯光控制中，摄像头通过人物识别、动作识别、手势控制、照度感应等形式有效实现对照明系统的智能化控制，本方法适合于家居、办公及教室等诸多室内照明应用环境。所以本发明能够达到拟定目的。
附图说明
图1是本发明的工作原理流程示意图；
图2是本发明功能模块图组成结构的示意图。
具体实施方式
实施例：参见图1和图2，一种基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其包括以下步骤：
(1)设置信息采集模块，具体包括至少一个摄像头及其控制电路，通过摄像头对周围环境所拍摄到的图像，对信息源进行采集；
(2)设置一功能控制装置，该装置内设置有集成电路板，在该电路板上集成有模/数转换功能模块、数据存储功能模块、中央处理模块以及无线发射功能模块；
(3)设置一灯光控制装置，其包括一无线接收模块，一微处理器，并将其与被控照明器具进行连接；照明器具为室内电照明灯具，如LED、节能灯等。
(4)将上述各步骤的各模块相互连接后通电、使其工作，当有活动的物体进入摄像头拍摄范围内时，摄像头将抓拍到的活动物体图像信号传入模数转换模块，模数转换模块将该图像信号转换成数字信号，然后传输给中央处理模块；
(5)所述的中央处理模块同时开启其内置的多种数字信号处理的算法，对该信号进行处理，然后调用预设于存储模块中的参考图像数据，通过与该数据进行比较后，作出判断，是否有人进入，如与参考图像一致时，则输出灯光控制信号，经过无线传输模块，将控制信号传输到灯光控制系统；而如与参考图像不一致时，则不输出控制信号；
(6)所述的灯光控制装置根据接收到的控制信号，对被控照明器具实施控制。
所述的步骤(4)在输入参考图像时，是将预先设定人物的面部特征图像数据或身体特征图像数据，输入到数据存储模块中，然后所述步骤(5)对其进行运算，当判断出是人进入摄像区域时，中央处理模块会命令摄像头抓拍人物的面部或身体，将抓拍到的信号传入中央处理模块后，中央处理模块根据参考图像作出判断，是否是预先设定的人物进入了摄像区域，然后控制照明器具的操作。
该方法用于人物识别场合，摄像头通过对人物的识别，进行室内照明系统的控制：当人站立于摄像头的摄像范围内时，由摄像头控制的照明系统自动开启进入工作状态；当人离开摄像头的摄像领域时，该系统自动关闭，进入休眠状态。该场合可进行设定，对设定好的人物方可实现上述控制方式。
所述的步骤(4)为了更方便快捷的对灯进行操作，在输入参考图像时，还可输入预先设定的手势信息，每个手势具有不同的控制功能，用户可根据需要，做出相应的控制手势，摄像头抓取该动作信息，经转换传送至中央处理模块，然后所述步骤(5)的中央处理模块依据动作信息判断人物控制照明系统的意图，发布相应指令至照明系统，所述步骤(6)的灯光控制装置依据指令开启相应的照明设备，从而获得相应的照明效果。
该方法用于手势控制场合，室内环境中的人可以通过手势控制照明系统。涉及到人机交互技术，通过摄像头采集人物的手势信息，传输给计算机联网系统，计算机再命令照明系统进行相应的照明动作，从而实现手势控制照明系统。同时，还可依据预先设定应用效果通过手势控制实现不同的灯光效果。
所述的步骤(4)通过预先设定区域内的连续摄像输入多幅连续的图像，形成图像中人物的运动轨迹，然后所述步骤(5)的中央处理模块根据摄像区域内人物的运动轨迹进行灯的控制，当人物起身从一个环境进入下一个环境时，自动追逐到下一个环境，开启下一个环境的照明系统；摄像头抓拍到人物起身动作以及根据人物运行的动作，把这些信息传达给中央处理模块，中央处理模块再经过预先设定在运行程序里的概率模型，计算和预判人物要进入的下一个环境，发出指令到灯光控制装置，开启下一环境的照明设备，从而获得人来灯亮，人离灯灭的智能化照明控制效果。
该方法用于动作识别场合，摄像头通过捕捉人物的动作，智能控制室内的照明系统，该项主要针对照明系统的分布式方面，通过摄像头捕捉到的人物动作，把动作信息传输给计算机联网系统(是针对照明系统设定的局域网)，从而判断人物要到的下一个环境中，进而指挥照明系统开启下一个环境的照明系统，因而做到人来灯亮，人离灯灭的智能化控制效果。
所述的概率模型，为预设多个人物动作参考信息模型，对比相似的默认基准概率值为80％，如果经中央处理器判断，抓拍到的图像所显示的人物动作与参考信息模型的相似度为大于等于80％，则中央处理器发出相应照明控制信号，如果概率值小于80％，则不发出信号，该基准概率值可以根据用户的需要做出调整。
所述步骤(4)的摄像头拍摄到周围环境的背景亮度，即从室外照进室内的光照信息，经转换后传送至中央处理模块，然后所述步骤(5)中央处理模块依据设定好的程序运算是否开启相应的照明系统，并发送指令于照明系统，所述步骤(6)的灯光控制装置实行照明设备的开启和关闭动作，从而实现根据室内光线的明暗程度对照明系统进行控制。
本发明光照强度默认预设值：下限为200勒克斯(lx)，上限为500lx，当外界照进室内的光强度小于预设值200lx时，则向照明控制系统发出控制指令，打开相应地方的灯，若大于预设值500lx，则关闭相应地方的灯。用户可根据不同环境的需要，对该预设值进行调整。
该方法用于照度感应场合，摄像头可通过采集室内照度信息，计算机分析所采集的信息，指挥照明系统做出相应的照明动作，从而实现室内照度的一致性。当室内照度低于某一值时(其值可设定，其控制动作按钮可设定)，照明系统自动开启工作；当室内照度高于其值时，照明系统自动休眠。
在所述步骤(5)的中央处理模块的控制下，可实现上述各步骤的独立运行或相互结合同时运行；依据摄像头摄取到的信息量，中央处理模块运算出最优照明方案，所述步骤(6)的灯光控制装置协调实现最适宜的室内照明系统的控制。
所述步骤(4)的摄像头为多个，当使用多个摄像头对不同区域进行拍摄时，各摄像头所采集的图像信号分别通过计算机局域网，传输至功能控制装置的模数转换模块中。
所述步骤(4)的摄像头采用Cascade级联的方法在图像中搜索人脸区域或人物身体区域特征，所述的步骤(5)中央处理模块数字信号处理的算法采用Adaboost算法，从而提高对人物特征判断的准确性。
一种实施权利要求1所述方法的基于视频动态识别的智能室内照明控制系统，包括信息采集模块，一个功能控制装置，一个照明控制装置以及室内照明器具；所述的信息采集模块包括至少一个摄像头及其控制电路；功能控制装置包括模数转换器、数据存储器、中央处理器以及无线发射器；照明控制装置包括一无线接收器，一微处理器。
所述的中央处理器包括一嵌入式处理器ARM、数字信号微处理芯片DSP及其外围器件。采用DSP处理芯片与ARM处理器相结合，可方便调整处理器的系数实现自适应滤波，可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；更大大提高中央处理器的运算效率，节约了成本，降低了使用功耗。
本发明工作原理：当本发明通电工作时，在人物识别工作模式或手势控制工作模式下，当有活动的物体进入摄像头拍摄范围内时，摄像头将抓拍到的人物图像，特别是人物动态图像信号传入模数转换模块，模数转换模块将该图像信号转换成数字信号，然后传输给中央处理器；中央处理器通过预设的各种算法，对传来的数字信号进行处理，对该信号进行处理，然后调用预设于存储模块中的参考图像数据进行对比，通过与该数据进行比较后，作出判断，是否有人进入，或人物动作是否与预设一致，如与参考图像一致，则输出灯光控制的信号；在动作识别工作模式下，中央处理器经过对人物行动轨迹，采用预先设定在运行程序里的概率模型进行分析，然后作出判断，系统默认设置为80％，如果用户动作信息与预设模型信息，相似度为大于等于80％，则判定为该用户将要行使该模型信息的意图为大于等于80％，这时，中央处理器则发出相应的控制信号，经过无线传输模块，将控制信号传输到灯光控制系统的无线接收模块，微处理器则通过该控制信号对灯进行控制；如与参考图像不一致，或没有达到预设概率，则不输出控制信号。在照度感应工作模式下，中央处理器通过对采集到图片外界光照强度与预设值进行对比，本发明默认预设值下限为200lx，上限为500lx，当外界照进室内的光强度小于预设值200lx时，则向照明控制系统发出控制指令，打开相应地方的灯，若大于预设值500lx，则关闭相应地方的灯。在使用多个摄像头对不同区域进行拍摄时，各摄像头拍摄到的图像信息通过计算机网络传输到功能处理装置的模式转换模块。
本发明的优点是：摄像头通过人物识别、动作识别、手势控制、照度感应等形式有效实现对照明系统的智能化控制，从而解决功能单一、自动化程度低、控制系统成本高等照明控制问题，进而实现安全、舒适灵活、高效人性化的对室内照明进行控制，降低集成成本，且响应国家节能环保的政策，适合于家居、办公及教室等诸多室内照明应用环境。
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)设置信息采集模块，具体包括至少一个摄像头及其控制电路，通过摄像头对周围环境所拍摄到的图像，对信息源进行采集；
(2)设置一功能控制装置，该装置内设置有集成电路板，在该电路板上集成有模/数转换功能模块、数据存储功能模块、中央处理模块以及无线发射功能模块；
(3)设置一灯光控制装置，其包括一无线接收模块，一微处理器，并将其与被控照明器具进行连接；
(4)将上述各步骤的各模块相互连接后通电、使其工作，当有活动的物体进入摄像头拍摄范围内时，摄像头将抓拍到的活动物体图像信号传入模/数转换功能模块，模/数转换功能模块将该图像信号转换成数字信号，然后传输给中央处理模块；所述摄像头采用Cascade级联的方法在图像中搜索人脸区域或人物身体区域特征；
(5)所述的中央处理模块同时开启其内置的多种数字信号处理的算法，对该信号进行处理，然后调用预设于数据存储功能模块中的参考图像数据，通过与该数据进行比较后，作出判断，是否有人进入，如与参考图像一致时，则输出灯光控制信号，经过无线发射功能模块，将控制信号传输到灯光控制系统；而如与参考图像不一致时，则不输出控制信号；所述的中央处理模块数字信号处理的算法采用Adaboost算法，从而提高对人物特征判断的准确性；
(6)所述的灯光控制装置根据接收到的控制信号，对被控照明器具实施控制；所述的步骤(4)通过预先设定区域内的连续摄像输入多幅连续的图像，形成图像中人物的运动轨迹，然后所述步骤(5)的中央处理模块根据摄像区域内人物的运动轨迹进行灯的控制，当人物起身从一个环境进入下一个环境时，自动追逐到下一个环境，开启下一个环境的照明系统；摄像头抓拍到人物起身动作以及根据人物运行的动作，把这些信息传达给中央处理模块，中央处理模块再经过预先设定在运行程序里的概率模型，计算和预判人物要进入的下一个环境，发出指令到所述灯光控制装置，开启下一环境的被控照明器具，从而获得人来灯亮，人离灯灭的智能化照明控制效果；所述的步骤(4)在输入参考图像时，是将预先设定人物的面部特征图像数据或身体特征图像数据，输入到数据存储功能模块中，然后所述步骤(5)对其进行运算，当判断出是人进入摄像区域时，中央处理模块会命令摄像头抓拍人物的面部特征或身体特征，将抓拍到的信号传入中央处理模块后，中央处理模块根据参考图像作出判断，是否是预先设定的人物进入了摄像区域，然后控制被控照明器具的操作。
2.如权利要求1所述的基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其特征在于，所述的步骤(4)为了更方便快捷的对灯进行操作，在输入参考图像时，还可输入预先设定的手势信息，每个手势具有不同的控制功能，用户可根据需要，做出相应的控制手势，摄像头抓取该手势信息，经转换传送至中央处理模块，然后所述步骤(5)的中央处理模块依据动作信息判断人物控制照明系统的意图，发布相应指令至照明系统，所述步骤(6)的灯光控制装置依据指令开启相应的被控照明器具，从而获得相应的照明效果。
3.如权利要求1所述的基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其特征在于，所述步骤(4)的摄像头拍摄到周围环境的背景亮度，即从室外照进室内的光照信息，经转换后传送至中央处理模块，然后所述步骤(5)中央处理模块依据设定好的程序运算是否开启相应的照明系统，并发送指令于照明系统，所述步骤(6)的灯光控制装置实行照明设备的开启和关闭动作，从而实现根据室内光线的明暗程度对照明进行控制。
4.如权利要求2至3之一所述的基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其特征在于，在所述步骤(5)的中央处理模块的控制下，可实现上述各步骤的独立运行或相互结合同时运行；依据摄像头摄取到的信息量，中央处理模块运算出最优照明方案，所述步骤(6)的灯光控制装置协调实现最适宜的室内照明的控制。
5.如权利要求1所述的基于视频动态识别的智能室内照明控制方法，其特征在于，所述步骤(4)的摄像头为多个，当使用多个摄像头对不同区域进行拍摄时，各摄像头所采集的图像信号分别通过计算机局域网，传输至功能控制装置的模/数转换功能模块中。
6.一种实施权利要求1所述方法的基于视频动态识别的智能室内照明控制系统，其特征在于，其包括相互连接的一信息采集模块，一功能控制装置，一灯光控制装置以及被控照明器具；在所述中央处理模块中集成有Adaboost算法，所述摄像头中设有Cascade级联的算法。
7.如权利要求6所述的基于视频动态识别的智能室内照明控制系统，其特征在于，所述的中央处理模块包括一嵌入式处理器ARM、数字信号微处理芯片DSP及其外围器件。
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