CN105072738A

CN105072738A - 基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN105072738A
Application number: CN201510421106.3A
Authority: CN
Inventors: 韩晓霞; 赵树言; 郭荣
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2015-11-18

Abstract

一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统及控制方法，属于智能照明与智能安防领域，它包括智能控制中心；智能摄像装置；智能照明装置；智能管理装置；其特征是智能控制中心接收来自智能摄像装置、智能照明装置和智能管理装置所发送的指令信息，通过综合判断、智能决策后，发送控制指令到照明装置。当智能摄像装置检测到报警信号时，会通知智能控制中心将现场图像以彩信发送至设定号码手机报警。与现有技术相比，本发明在照明方面实现了完全自动化、智能化，无噪音、无死角，可以节省普通照明耗能的50%~80%。在安防报警方面，大量减少数据传送，降低视频监控人员工作强度，大大提高安防效率，有效防范危险和意外的发生。

Description

基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统及控制方法

技术领域

该发明涉及智能照明与智能安防领域，既适用于室内的照明与安防需求，也适用于楼宇、小区、校园等场所。

背景技术

传统室内照明一般都采用机械开关，需要手动进行，操作不方便。楼宇、小区、校园等公共场所照明，通常都采取统开统关，所有灯要不全亮，要不全灭。所有这些照明控制均不能实现“人在灯开”、“人走灯灭”，电能浪费严重。

声控开关、红外感应开关的出现在一定程度实现了“人近灯开”“人走灯灭”的功能，但实际应用中声控通常会造成一定的噪声污染，并且抗干扰能力差。红外感应开关因为其感应范围的局限性，用于照明控制不准确，有死角。

安防报警领域，目前主流的摄像头监控，常常只起到“场景记录仪”或“图像远程再现”功能，不能及时发现并响应危险求助，不能最大程度保障人身安全，安防效率低。

中国专利申请号201210155032.X公开了一种图像识别智能照明控制系统及其控制方法，它是通过对摄像头视野图像分区，实现对各个分区照明灯的控制，其缺点是预先的分区过于机械刻板，每个分区里的人体移动无法区分。

中国专利申请号201210415454.6公开了LED灯照明控制系统及方法，它利用了图像匹配的方法，但仅适用于在天花板安装了大量照明灯的室内，普适性不强。

中国专利申请号201210365331.6公开的照明控制系统，也用到了摄像头，但是多控制器，采用图像合成，推广成本高。

发明内容

本发明目的是为了实现对摄像头视野内任意位置的多盏低功耗照明灯的精确控制，按照视野中人的所在位置和需求准确配置照明灯及其开关，实现照明智能化、人性化、无死角、无噪声。实现安防报警智能化，通过实时彩信图文报警，对危险意外早发现、早报警、早防止。

解决其技术问题采用的技术方案：

一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统，包括智能控制中心；智能摄像装置；智能照明装置；智能管理装置；报警接收装置。

一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统，包括智能控制中心；智能摄像装置；智能照明装置；智能管理装置；报警接收装置；其特征是智能控制中心的输入接收来自智能摄像装置、智能照明装置和智能管理装置所发送的无线信号，智能控制中心的输出发送无线控制信号到智能照明装置和报警接收装置。

所述智能管理装置是安装了APP的智能手机；报警接收装置是包括智能管理装置的任意设定号码的手机。

智能控制中心接收来自智能摄像装置所捕获的信息、智能照明装置所反馈的信息和智能管理装置所发送的指令信息。智能控制中心再通过对所有信息进行综合判断、智能决策，发送照明控制指令到各智能照明装置。当智能摄像装置检测到报警信号时，实时通知智能控制中心将现场图像以彩信形式发送至接报警收装置报警。所述智能管理装置是指安装了APP的智能手机，为系统使用者管理系统方便；所述报警接收装置是指包含智能管理装置的任意设定号码的手机。

所述智能控制中心由微控制器、语音识别芯片、短信收发功能芯片和蓝牙功能芯片组成；微控制器通过SPI1串口连接语音识别芯片，微控制器通过USART1串口连接短信收发功能芯片，微控制器通过SPI2串口连接无线收发功能芯片，微控制器通过USART2串口连接蓝牙功能芯片；

所述智能摄像装置由红外夜视摄像头、数字图像处理芯片和无线收发芯片组成,数字图像处理芯片通过视频接口与红外夜视摄像头连接，数字图像处理芯片通过I/O模拟串口连接无线收发芯片；所述视频接口符合工业常用AV接口标准（复合视频信号传送标准），通过单根同轴电缆线连接。

所述智能照明装置由控制器、无线收发芯片和光照度检测器组成；控制器通过模拟串口与无线收发芯片相连，控制器通过I/O端口与光度检测模块相连。

所述智能管理装置的特点是具有蓝牙功能，通过APP软件向智能控制中心发送指令，控制指定照明装置的亮度和开关，了解室内信息。

一种基于视觉的集散式智能照明控制方法，包括下述步骤：

（1）智能摄像装置对摄像头视野内所有智能照明装置所在像素位置进行标定；即采用触摸屏手动标定，或通过标识符自动标定，获取系统视野内所有智能照明装置在图像中的像素坐标；

（2）智能摄像装置进行人体识别和坐标计算，获得人体所在位置坐标；即循环采样视频流，间隔3~5帧读取一帧图像，对每帧采样图像进行人体识别，当识别到人体后，结合已知的标定参数，计算获取视野内的人当前所在位置坐标；在人体位置坐标计算时，以人体可视部分物理最低点位置像素所在位置为准；

（3）目标照明装置的搜索匹配：通过前述步骤获取了所有智能照明装置的位置坐标和当前人所在位置坐标，分别计算各智能照明装置位置坐标与人体位置坐标间的欧氏距离，将距离人体最近的一个或若干智能照明装置确定为控制目标，即为目标照明装置；

（4）根据步骤（3）所确定的目标照明装置当前状态和历史状态及各智能照明装置所反馈的环境亮度信息，综合后确定该目标照明装置的亮度和开关状态。

（5）重复步骤2~4的过程，以实现实时视觉监控、智能照明的功能，并且在经过5~10分钟时间间隔后重复操作步骤（1）一次，以保证系统正确记忆各智能照明装置位置坐标。

一种基于视觉的集散式智能安防报警方法，其核心是预先定义特定人体动作（如包括向上连续挥动拳头或双手抱头）为危险报警信号，智能摄像装置对此信号进行主动捕获并通知控制中心报警。具体实现步骤如下：

（1）在前述照明控制方法步骤（2）中，当智能摄像装置检测到人体时，复制原始采样图像到副本图像。

（2）智能摄像装置对副本图像进行手势识别，通过边缘检测和模板匹配（不限于此方法）先定位人手及手臂位置，再识别是否有握拳手势。

（3）识别结果有拳头姿势时，以胳膊肘所在像素点为起点，沿手臂边缘中线到拳头质心位置建特征向量，并对随后多帧采样图像的副本图像进行保存和特征向量提取，以达到手臂及拳头活动轨迹的跟踪，识别出向上挥动拳头动作，即捕获报警信号；

（4）随机抽取识别报警信号时所保存副本图像中的2~3张，对其进行压缩并无线传送至智能控制中心，智能控制中心将所接收压缩图像以彩信发送至报警接收装置。

（5）报警接收装置接收到报警彩信后，负责人员根据彩信图文信息再次对现场情况进行评估。

本发明中智能摄像装置通过程序算法控制而具有机器学习功能，普适于不同环境，可二十四小时无间歇进行图像采集、处理和识别，获取智能照明装置的实际位置和人的相对位置，捕获所定义的危险报警信号，为系统提供可靠的视觉信息。该装置因为其通用的AV视频接口，允许融合现有安防摄像装置。

与现有技术相比，本发明各功能装置间无线通信，使用简单方便，既可以单个系统独立使用，也可以多个系统联合使用或嵌入已有照明安防系统。本发明在照明方面实现了完全自动化、智能化，无噪音、无死角，可以节省普通照明耗能的50%~80%。在安防报警方面，大量减少数据传送，降低视频监控人员工作强度，同时大大提高安防效率，有效防范危险和意外的发生。

附图说明

图1是本发明的各功能装置布置结构示意图。

图2是本发明实施例中智能控制中心的电路图。

图3是本发明实施例中智能摄像装置的电路图。

图4是本发明实施例中智能照明装置的电路图。

图5是本发明的智能摄像装置控制程序流程图。

图中，1-智能控制中心，2-智能摄像装置，3-智能照明装置，4-智能管理装置，a-摄像头视角。

图5中，I表示系统智能照明成员数目,X_i表示编号为i的照明成员，i取值为（1,2,3…I）；其中G表示某时刻系统视野内人数,Y_j表示第j个人，j取值为（1,2,3…G）；S表示图像采样间隔帧数。

Pn为原始采样图像，即摄像头捕捉到的原始图像；

Pn1为复制得到的副本图像，即对目标采样图像进行拷贝所得。

具体实施方式

实施例：图1所示，一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统，包括智能控制中心1；智能摄像装置2；智能照明装置3；智能管理装置4；报警接收装置；

智能控制中心1接收来自智能摄像装置2所捕获的信息、智能照明装置3所反馈的信息和智能管理装置4所发送的指令信息，对所有信息进行综合判断、智能决策，并发送照明控制指令到各智能照明装置。当智能摄像装置检测到报警信号时，实时通知智能控制中心将现场图像以彩信形式发送至接报警收装置报警。

所述智能管理装置4是指安装了APP的智能手机，允许系统使用者管理系统成员，如控制任意照明装置的亮度和开关，了解室内人数等；所述报警接收装置是指任意被设定号码的手机，它包含智能管理装置。

图2所示，所述智能控制中心以ARM7微控制器U0为核心，通过SPI1串口扩展了U1语音识别芯片LD3320，通过USART1串口扩展了U2短信收发功能芯片，通过SPI2串口扩展了U3无线收发芯片NRF24L01，通过USART2串口扩展了U4蓝牙功能芯片HC05。

图3所示，所述智能摄像装置由红外夜视摄像头、数字图像处理芯片DSP和无线收发芯片组成,图中U5为数字图像处理芯片DSP，U6为无线收发芯片。数字图像处理芯片U5通过视频接口VP0、VP1或VP2与红外夜视摄像头连接，通过I/O口模拟SPI串口连接无线收发芯片U6。此处所述视频接口VP0、VP1和VP2均符合常用AV接口标准（复合视频信号传送标准），可以兼容其它安防摄像装置。

图4所示，所述智能照明装置由控制器、无线收发芯片和光照度检测器组成。图中AT89C51为控制器，NRF24l01为无线收发芯片，PCF8591为光照度检测器。控制器通过模拟串口与无线收发芯片相连，通过I/O端口与光度检测模块相连。

本实施例的智能摄像装置2、智能照明装置3、智能管理装置4，与智能控制中心1间通过无线方式通信。

本发明中的智能照明装置3可以扩展为若干个；智能摄像装置2可以扩展为若干个。

一种基于视觉的集散式智能照明控制方法，如图5所示，包括下述步骤：

（1）智能摄像装置初始化，并对摄像头视野内所有智能照明装置3所在像素位置进行标定；标定采用触摸屏手动标定，或特定标识符自动标定，通过此操作获取系统视野内所有智能照明装置3在图像中的像素坐标X_i；

触摸屏标定用于智能摄像装置初始化，当本发明系统应用到新的现场时，除了向智能摄像装置2输入摄像头安装高度、摄像头视角a和摄像头水平倾角等，还需要在智能摄像装置2上连接触摸屏（或直接通过智能管理装置4），手动点击屏幕上所有照明成员3所在位置，按照1，2，3…I的顺序逐个标定。标定后智能摄像装置3将存储记忆各照明成员的坐标X_i（i取值1，2，3…I）。

自动标定用于本发明工作过程中，具体是智能摄像装置2在工作过程中，自动识别并记忆初始化时手动标记的各照明设备特征（如颜色、形状等，本实例以照明设备外壳上的红、蓝、绿三色彩条为标记，彩条不同顺序组合代表不同标号），在后续工作中实时对其跟踪，防止照明设备位置变化引起错误。

（2）智能摄像装置初始化完成后，实时进行人体识别及其坐标计算：循环采样视频流，间隔S帧（S取值3~5）读取一帧采样图像Pn，对每帧采样图像Pn进行人体识别，人体识别采用公知的方法理论；当识别到人体时，结合已知的标定参数，计算所获取视野内的人当前所在位置坐标；在人体位置坐标计算时，以人体可视部分物理最低点位置像素所在位置为准，第j个人的坐标记为Y_j，j取值（1,2，3…G）。

（3）目标照明装置的搜索匹配：通过前述步骤获取了所有智能照明装置的位置坐标X_i和当前人所在位置坐标Y_j，分别计算各Y_j和X_i间的欧氏距离D_ij，读取最小值所对应的标号i和j，即确定距离第j个人最近的智能照明装置标号为i，确定i号照明设备为目标照明装置。

（4）根据步骤（3）所确定的目标照明装置当前状态和历史状态及各智能照明装置3所反馈的环境亮度信息，综合后确定该目标照明装置的亮度和开关状态。

（5）重复步骤2~4的过程，以实现实时视觉监控、智能照明的功能，并且在经过一定的时间间隔(5~10分钟)后重复操作步骤（1）一次，以保证系统正确记忆各智能照明装置位置坐标。

一种基于视觉的集散式智能安防控制方法，其关键是预先定义特定人体动作（本实例定义向上连续挥动拳头）为危险报警信号，系统对此信号进行主动捕获并通知控制中心报警。具体实现步骤如下：

（1）在前述智能照明控制方法步骤（2）中，当智能摄像装置检测到人体时，复制原始采样图像Pn到副本图像Pn1。

（2）智能摄像装置对副本图像Pn1进行手势识别,通过边缘检测和模板匹配（不限于此方法）先定位人手及手臂位置，再识别是否有握拳手势。

（3）当智能摄像装置的识别结果为拳头手势时，保存该副本图像Pn1，并以胳膊肘所在像素为起点，沿手臂边缘中线到拳头质心位置建特征向量。

（4）重复步骤（1）到步骤（3）的过程，按时序得到多个副本图像，并将每个副本图像所得特征向量按顺序组成特征向量组，对特征向量组进行聚类分析，直到识别出报警信号（检测出向上挥动拳头动作）或握拳姿势消失（非报警动作）。

（5）当智能摄像装置确定捕获到报警信号时，随机抽取步骤（4）所存储的副本图像中两三张进行压缩，并无线传送至智能控制中心。如果智能摄像装置识别结果为非报警信号，释放步骤（4）所存储所有图像。

（6）智能控制中心将接收到的所有图像以彩信发送至报警接收装置（预先所设定号码手机）；人们可以通过报警接受装置所接收彩信的图文信息再次对现场情况进行评估。

Claims

1.一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统，包括智能控制中心；智能摄像装置；智能照明装置；智能管理装置；报警接收装置，其特征是智能控制中心接收来自智能摄像装置、智能照明装置和智能管理装置所发送的信息，并通过综合判断、智能决策后，发送控制指令到照明装置；当智能摄像装置检测到报警信号时，实时通知智能控制中心将现场图像以彩信发送至报警接收装置；

所述智能控制中心由微控制器、语音识别芯片、短信收发功能芯片和蓝牙功能模块组成；微控制器的SPI1串口连接语音识别芯片，微控制器的USART1串口连接短信收发功能芯片，微控制器的SPI2串口连接无线收发芯片，微控制器的USART2串口连接蓝牙功能模块；

所述智能摄像装置由红外夜视摄像头、数字图像处理芯片和无线收发芯片组成,数字图像处理芯片通过视频接口与红外夜视摄像头连接，数字图像处理芯片通过I/O串口连接无线收发芯片；

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统，其特征是它具有智能照明功能，且有智能安防报警功能；适用于室内或室外场所。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统，其特征是所述数字图像处理芯片与摄像头间的连接口符合工业常用AV视频接口标准，通过单根同轴电缆线连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉的集散式智能照明与安防控制系统，其特征是所述智能管理装置是指具有蓝牙功能，安装了APP的智能手机，允许用户通过其管理系统成员；所述报警接收装置是指任意被设定为接收彩信的号码手机。

5.一种基于视觉的集散式智能照明控制方法，其特征是采用权利要求1所述的智能照明装置、智能摄像装置和智能控制中心，具体步骤如下：

（1）智能摄像装置初始化设置，并对摄像头视野内所有智能照明装置所在像素位置进行标定，存储记忆各标定坐标及标号；

（2）智能摄像装置进行实时人体识别并计算其像素坐标，获得人体所在位置坐标；

（3）智能摄像装置根据步骤（1）和（2）所得坐标，从所有智能照明装置中进行目标照明装置的搜索匹配；

（4）根据步骤（3）所确定的目标照明装置当前状态和历史状态及各智能照明装置所反馈的环境亮度信息，确定该目标照明装置的亮度和开关状态；

（5）重复步骤2~4的过程，并且在经过5~10分钟时间间隔后重复操作步骤（1）一次，以保证系统正确记忆各智能照明装置位置坐标。

6.一种基于视觉的集散式智能安防方法，其特征是采用权利要求1所述的智能控制中心、智能摄像装置和报警接收装置，具体实现过程如下：

（ⅰ）智能摄像装置检测到人体时，复制采样图像到副本图像；

（ⅱ）智能摄像装置对副本图像进行手势识别，通过边缘检测和模板匹配先定位人手及手臂位置，再识别是否为握拳手势；

（ⅲ）当智能摄像装置识别到拳头手势时，保存该副本图像，并以胳膊肘所在像素为起点，沿手臂边缘中线到拳头质心位置建特征向量；

（ⅳ）重复步骤（ⅰ）到步骤（ⅲ）的过程，按时序得到多张副本图像，并将每张副本图像所得特征向量按顺序组成特征向量组，对特征向量组进行聚类分析，直到识别出报警信号或握拳姿势消失；

（ⅴ）当智能摄像装置确定捕获到报警信号时，随机抽取步骤（ⅳ）所存储的副本图像2~3张进行压缩，并无线传送至智能控制中心；

如果智能摄像装置识别结果为非报警信号，释放步骤（ⅳ）所存储图像；

（ⅵ）智能控制中心将接收到所有图像以彩信发送至报警接收装置；人们可以报警接受装置所收彩信的图文信息再次对现场情况进行评估。