CN104501257B - 一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法 - Google Patents

一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法和控制系统，控制方法具体包括如下步骤：（1）图像采集单元以固定频率f采集燃气灶上方的油烟气图像，（2）图像处理单元将步骤（1）所采集到的油烟气图像与无油烟背景图像的帧间差分图像为信号源提取边缘信息，（3）主控制器将图像处理单元传输过来的边缘信息作为图像特征值进行量化分析，获得变频风机所需的频率信号，（4）变频风机根据接收到主控制器发送的频率信号调整转速；通过图像分析手段实时检测燃气灶产生的油烟浓度大小，调节风机的转速，实现闭环自动控制。

Description

一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法
技术领域
本发明涉及吸油烟机自动调速技术领域，尤其是涉及一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法和控制系统。
背景技术
厨房烹饪过程中，油烟量大小变化异常频繁，如果将油烟机置于高速运转状态，风机高速转动形成的噪声巨大，而将油烟机置于低速运转状态，则当油烟量在油炸、煎、炒等烹饪过程中增大时，不能被及时排出，均会危害人体健康。因此，传统吸油烟机的电机使用变频电机进行无极调速的技术，设置了高(中)低档调速，但因无法对油烟浓度进行在线、快速检测，不能根据当前烟气量大小对电机转速形成闭环控制，要求用户对吸油烟机进行频繁的人工干预调速不够人性化，影响用户体验。
对电机转速进行自动调速控制，检测当前的油烟量是关键。在现有的消防报警系统中使用的是离子式或光电式烟雾传感器，需要烟气进入到传感器内部，检测稳定条件下的烟雾。而吸油烟机处理的油烟气处于定向流动状态中，难以进入到普通传感器内部，并且工作条件恶劣，时期一长很容易在传感器表面及内部留下油渍等污垢，干扰传感器正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法，通过图像分析手段实时检测燃气灶产生的油烟浓度大小，调节风机的转速，实现闭环自动控制。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法，具体包括如下步骤：(1)图像采集单元以固定频率f采集燃气灶上方的油烟气图像；(2)图像处理单元将步骤(1)所采集到的油烟气图像与无油烟背景图像的帧间差分图像为信号源提取边缘信息；(3)主控制器将图像处理单元传输过来的边缘信息作为图像特征值进行量化分析，获得变频风机所需的频率信号；(4)变频风机根据接收到主控制器发送的频率信号调整转速。
优选的是，步骤(1)采集所述油烟气图像的固定频率f为1次/s～10次/s。
所述边缘信息为边缘像素占比值X，边缘像素占比值X由如下步骤获得：(2.1)将帧间差分图像转化为灰度图像；其中，帧间差分图像在RBG色彩空间中的图像元素转化为灰度值Gr的计算公式为：Gr＝0.299R+0.578G+0.114B；(2.2)对灰度图像进行高斯滤波平滑处理；(2.3)利用Canny算子计算获得高斯滤波平滑处理后灰度图像的边缘像素个数；(2.4)将边缘像素个数除以帧间差分图像的总像素个数，获得边缘像素占比值X。
步骤(3)的频率信号F量化分析的计算公式如下：
F = 50 H z X max - X m i n X ;
其中，Xmax表示变频风机需要开启最高转速时对应的边缘像素占比值，Xmin表示无油烟时背景图像的边缘像素占比值。
与现有技术相比，本发明的优点在于(1)本发明对油烟气进行图像采集，和人为观察的烟气目标主体一致，检测结果准确、可靠；(2)本发明实现了自动调速控制，一方面保证油烟排出效果；另一方面，在不需要变频风机高速运转时，降低能耗并减少厨房噪声，极大改善用户体验。
本发明提供了相应于上述基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法的控制系统，具体包括：
图像采集单元，用于采集燃气灶上方的油烟气图像；
图像处理单元，用于将图像采集单元采集到的油烟气图像与无油烟背景图像的帧间差分图像为信号源提取边缘信息；
主控制器，用于对边缘信息作为图像特征值进行量化分析以获得变频风机所需的频率信号；
图像处理单元分别与图像采集单元和主控制器电连接，主控制器与变频风机电连接。
附图说明
图1为本发明吸油烟机的立体示意图。
图2为本发明控制系统的结构框图。
图中所示：1、吸油烟机机体，2、摄像头。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本具体实施例如图1和2所示，一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制系统，具体包括：图像采集单元，用于采集燃气灶上方的油烟气图像；图像处理单元，用于将图像采集单元采集到的油烟气图像与无油烟背景图像的帧间差分图像为信号源提取边缘信息；主控制器，用于对边缘信息作为图像特征值进行量化分析以获得变频风机所需的频率信号；图像处理单元分别与图像采集单元和主控制器电连接，主控制器与变频风机连接。其中，图像采集单元为摄像头2，摄像头2安装于吸油烟机机体1吸烟口旁，摄像头2上覆盖薄膜，在薄膜附油渍影响吸油烟机正常工作时进行更换；在本实施例中，图像处理单元的芯片型号为MT47H64M16，由美国美光(MICRON)制造。
基于上述控制系统的自动调速控制方法，具体包括如下步骤：(1)图像采集单元以固定频率f采集燃气灶上方的油烟气图像；(2)图像处理单元将步骤(1)所采集到的油烟气图像与无油烟背景图像的帧间差分图像为信号源提取边缘信息；(3)主控制器将图像处理单元传输过来的边缘信息作为图像特征值进行量化分析，获得变频风机所需的频率信号；(4)变频风机根据接收到主控制器发送的频率信号调整转速。
其中，步骤(1)采集所述油烟气图像的固定频率f为1次/s～10次/s，优选为6次/s。
所述边缘信息为边缘像素占比值X，边缘像素占比值X由如下步骤获得：(2.1)将帧间差分图像转化为灰度图像；其中，帧间差分图像在RBG色彩空间中的图像元素转化为灰度值Gr的计算公式为：Gr＝0.299R+0.578G+0.114B；(2.2)对灰度图像进行高斯滤波平滑处理；(2.3)利用Canny算子计算获得高斯滤波平滑处理后灰度图像的边缘像素个数；(2.4)将边缘像素个数除以帧间差分图像的总像素个数，获得边缘像素占比值X。步骤(2.3)具体如下：先使用一阶有限差分法计算高斯滤波平滑处理后灰度图像的灰度值梯度，然后利用Canny算子对高斯滤波平滑处理后灰度图像进行卷积计算，统计获得被划分为边缘的像素个数。
步骤(3)的频率信号F量化分析的计算公式具体为：Xmax为变频风机需要开启最高转速时对应的边缘像素占比值，Xmax的取值范围在0.02到0.1之间，取决于吸油烟机与灶台之间的位置关系；Xmin为无油烟时背景图像的边缘像素占比值，一般为0。
作为优选，步骤(4)中变频风机接收到的频率信号由步骤(3)的频率信号通过主控制器中的一阶滤波电路一阶滤波后获得，能够使变频风机调速更为安静、平稳。

Claims (3)

1.一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)图像采集单元以固定频率f采集燃气灶上方的油烟气图像；
(2)图像处理单元将步骤(1)所采集到的油烟气图像与无油烟背景图像的帧间差分图像为信号源提取边缘信息；
(3)主控制器将图像处理单元传输过来的边缘信息作为图像特征值进行量化分析，获得变频风机所需的频率信号；
(4)变频风机根据接收到主控制器发送的频率信号调整转速；
其中，所述边缘信息为边缘像素占比值X，边缘像素占比值X由如下步骤获得：
(2.1)将帧间差分图像转化为灰度图像；其中，帧间差分图像在RBG色彩空间中的图像元素转化为灰度值Gr的计算公式为：Gr＝0.299R+0.578G+0.114B；
(2.2)对灰度图像进行高斯滤波平滑处理；
(2.3)利用Canny算子计算获得高斯滤波平滑处理后灰度图像的边缘像素个数；
(2.4)将边缘像素个数除以帧间差分图像的总像素个数，获得边缘像素占比值X。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法，其特征在于：步骤(3)的频率信号F量化分析的计算公式如下：
F = 50 H z - 0 H z X m a x - X m i n X ;
其中，Xmax表示变频风机需要开启最高转速时对应的边缘像素占比值，Xmin表示无油烟时背景图像的边缘像素占比值。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像分析的吸油烟机自动调速控制方法，其特征在于：步骤(1)采集所述油烟气图像的固定频率f为1次/s～10次/s。
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