CN106455210A - 室内照度智能调节装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内照度智能调节装置及控制方法，包括至少一个摄像头、视频输入处理芯片、JPEG编解码芯片、处理器、存储器、单片机、n个调光驱动电路和n个LED灯组；摄像头、视频输入处理芯片、JPEG编解码芯片和处理器依次电连接，单片机分别与处理器和n个调光驱动电路电连接，存储器和处理器电连接，n个调光驱动电路分别与n个LED灯组电连接；本发明具有可实时监测室内照度强弱，可通过调节LED灯的亮度来实现对室内照度的智能控制，可判断室内是否有人，并进行LED灯的打开、关闭及亮度调节的特点。

Description

室内照度智能调节装置及控制方法

技术领域

本发明涉及图像处理和照明技术领域，尤其是涉及一种可提高阅读效率、保护视力、有效节省电能的室内照度智能调节装置及控制方法。

背景技术

目前国内大多室内照明灯具采用的依然是荧光灯，并且灯光强弱无法控制，室内照度不均匀，会出现过暗，过亮等情况，尤其是教室、阅读室、办公室等室内环境，如果长时间光照不足，或光照过亮，对对眼睛造成很大危害，会导致眼疲劳，甚至近视等疾病，对人的身体健康极为不利。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中光照无法调节的不足，提供了一种可提高阅读效率、保护视力、有效节省电能的室内照度智能调节装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种室内照度智能调节装置，包括至少一个摄像头、视频输入处理芯片、JPEG编解码芯片、处理器、存储器、单片机、n个调光驱动电路和n个LED灯组；摄像头、视频输入处理芯片、JPEG编解码芯片和处理器依次电连接，单片机分别与处理器和n个调光驱动电路电连接，存储器和处理器电连接，n个调光驱动电路分别与n个LED灯组电连接。

当本发明用于教室内时，本发明借助摄像头获取室内图像，通过数字图像处理，将图像信息转换为室内照度信息，进而根据照度对室内的灯光进行调节，从而保持室内照度恒定，维持在教室照度标准范围内，提供良好的室内阅读环境，并降低照明功耗，节约电能。

本发明具有人进门灯亮，人走灯灭的功能，还通过设定一定的延时间，达到人走后，灯进入微亮等待状态的不完全关断节能。

当教室内人较少时，将会对有人的区域正常照明，对于无人区域启动微亮省电状态，节能省电。

随着LED照明技术的发展，LED照明走进千家万户，为室内照度的智能调节提供了条件。

本发明可实时监测室内照度强弱，可通过调节LED灯的亮度来实现对室内照度的智能控制，可判断室内是否有人，并进行LED灯的打开、关闭及亮度调节；保持教室内的照度恒定，维持良好的阅读环境，有利于提高阅读效率，降低眼疲劳，保护视力；从而有效地节省了电能，降低了照明功耗。

作为优选，所述调光驱动电路包括QX7138型恒流驱动芯片、场效应管U1、电容C1和电阻R7；恒流驱动芯片的DIM管脚与单片机电连接，恒流驱动芯片的DRV管脚与场效应管U1的栅极电连接，恒流驱动芯片的CS管脚分别与电阻R7一端和场效应管的源极电连接，场效应管U1的漏极与1个LED灯组的各个LED灯的负极电连接，各个LED灯的正极均与恒流驱动芯片VDD管脚电连接，电阻R7另一端和电容C1一端均与恒流驱动芯片的GND管脚电连接，电容C1另一端与恒流驱动芯片的VDD管脚电连接。

一种室内照度智能调节装置的控制方法，包括如下步骤：

(3-1)摄像头拍摄图像，处理器间隔T1依次抽取帧数据，将得到的帧数据编码压缩为jpg格式的图片并存储在存储器中，每个LED灯组均包括若干个LED灯；

(3-2)处理器通过对连续抽取的数幅连续图片进行处理，检测出是否有人；

(3-3)存储器中设有微亮延迟时间阈值L1，计时阈值L2，根据是否有人，对各个LED组进行打开、关闭控制；

(3-3-1)当有人并且每个LED灯组均处于关闭状态时，则处理器控制每个LED灯组均打开；

(3-3-2)当没有人，处理器开始计时，当计时时间达到L2后，处理器控制每个LED灯组均处于微亮状态，当每个LED灯组进入微亮状态的时间长度达到L1时，处理器控制每个LED灯组均关闭；

(3-4)将每张图片分割成与n个LED灯组照射区域分别对应的n个区域，处理器通过对连续抽取的图像进行处理，检测出每个区域中是否有人；

(3-5)根据各个区域中是否有人，对照射每个区域内的LED灯组进行打开、关闭控制，设区域A为任意一个区域，照射区域A的LED灯组为LED灯组A；

(3-6)处理器计算每个区域的照度值L′，存储器中预设有标准照度L；

处理器根据每个区域的照度值计算占空比P；

当L′＜L，处理器控制单片机输出占空比为P的pwm波，使LED灯组的照度升高至L；

当L′＞L，处理器控制单片机输出占空比为P的pwm波，使LED灯组的照度降低至L。

作为优选，所述步骤(3-5)还包括如下具体步骤：

(3-5-1)当区域A中有人并且LED灯组A处于关闭状态时，处理器控制LED灯组A开启；

(3-5-2)当区域A中没有人，处理器开始计时，当计时时间达到L2后，处理器控制LED灯组A处于微亮状态，当LED灯组A进入微亮状态的时间长度达到L1时，处理器控制LED灯组A关闭。

作为优选，处理器利用下述公式对连续抽取的图片进行处理：

其中，D(x，y)为抽取图像与背景之间的差分图像，I(t)为抽取图像，I(0)为背景图像；T为差分图像二值化时选择的阈值，D(x，y)＝1表示有人，D(x，y)＝0表示无人；背景图像I(0)为无人时的室内图像。

作为优选，由每张图片的灰度图像计算出亮度图像，基于亮度图像计算梯度图像和梯度向量图像，并通过梯度和边缘检测做筛选，得到梯度向量图像的重构照度图像，处理器利用下述公式计算每个区域的照度值：

其中，L′为照度，G(i)为重构照度图像中的单位大小区域灰度的中值，K为灰度照度变换系数，β为光漫反射系数，为摄像头与对应成像区域的角度，B为修正系数。

作为优选，处理器利用下述公式计算占空比P：

P＝P′+α(L-L′)，

其中，单片机输出给LED灯组A的各个LED灯的PWM波的当前占空比，α为照度与占空比之间的关联系数。

因此，本发明具有如下有益效果：可实时监测室内照度强弱，可通过调节LED灯的亮度来实现对室内照度的智能控制，可判断室内是否有人，并进行LED灯的打开、关闭及亮度调节；保持教室内的照度恒定，维持良好的阅读环境，有利于提高阅读效率，降低眼疲劳，保护视力；从而有效地节省了电能，降低了照明功耗。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的一种流程图；

图3是本发明的视频输入处理芯片的一种电路图；

图4是本发明的JPEG编解码芯片和处理器的一种电路图；

图5是本发明的单片机和调光驱动电路的一种电路图。

图中：摄像头1、视频输入处理芯片2、JPEG编解码芯片3、处理器4、存储器5、单片机6、调光驱动电路7、LED灯组8、恒流驱动芯片71。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种室内照度智能调节装置，包括一个摄像头1、视频输入处理芯片2、JPEG编解码芯片3、处理器4、存储器5、单片机6、10个调光驱动电路7和10个LED灯组8；摄像头、视频输入处理芯片、JPEG编解码芯片和处理器依次电连接，单片机分别与处理器和10个调光驱动电路电连接，存储器和处理器电连接，10个调光驱动电路分别与10个LED灯组电连接。

图3和图4构成视频输入处理芯片、JPEG编解码芯片和处理器相连的电路图。

如图5所示，调光驱动电路包括QX7138型恒流驱动芯片71、场效应管U1、电容C1和电阻R7；恒流驱动芯片的DIM管脚与单片机电连接，恒流驱动芯片的DRV管脚与场效应管U1的栅极电连接，恒流驱动芯片的CS管脚分别与电阻R7一端和场效应管的源极电连接，场效应管U1的漏极与1个LED灯组的各个LED灯的负极电连接，各个LED灯的正极均与恒流驱动芯片VDD管脚电连接，电阻R7另一端和电容C1一端均与恒流驱动芯片的GND管脚电连接，电容C1另一端与恒流驱动芯片的VDD管脚电连接。

如图2所示，一种室内照度智能调节装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤100，获取图像

摄像头拍摄图像，处理器间隔10秒依次抽取帧数据，将得到的帧数据编码压缩为jpg格式的图片并存储在存储器中，每个LED灯组均包括3个LED灯；

步骤200，检测图像中是否有人

处理器利用下述公式对连续抽取的数幅连续图片进行处理，检测出是否有人；

其中，D(x，y)为抽取图像与背景之间的差分图像，I(t)为抽取图像，I(0)为背景图像。T为差分图像二值化时选择的阈值，D(x，y)＝1表示有人，D(x，y)＝0表示无人；背景图像I(0)为无人时的室内图像。

步骤300，对室内的所有LED组进行打开、关闭控制

存储器中设有微亮延迟时间阈值L1＝5分钟，计时阈值L2＝1分钟，根据是否有人，对各个LED组进行打开、关闭控制；

步骤310，当有人并且每个LED灯组均处于关闭状态时，则处理器控制每个LED灯组均打开；

步骤320，当没有人，处理器开始计时，当计时时间达到L2后，处理器控制每个LED灯组均处于微亮状态，当每个LED灯组进入微亮状态的时间长度达到L1时，处理器控制每个LED灯组均关闭；

步骤400，将每张图片分割成10个区域

将每张图片分割成与10个LED灯组照射区域分别对应的10个区域，处理器通过对连续抽取的图像进行处理，检测出每个区域中是否有人；

步骤500，对每个区域内的LED灯组进行打开、关闭控制

根据各个区域中是否有人，对照射每个区域内的LED灯组进行打开、关闭控制，设区域A为任意一个区域，照射区域A的LED灯组为LED灯组A；

步骤510，当区域A中有人并且LED灯组A处于关闭状态时，处理器控制LED灯组A开启；

步骤520，当区域A中没有人，处理器开始计时，当计时时间达到L2后，处理器控制LED灯组A处于微亮状态，当LED灯组A进入微亮状态的时间长度达到L1时，处理器控制LED灯组A关闭。

步骤600，对每个区域进行照度调节控制

由每张图片的灰度图像计算出亮度图像，基于亮度图像计算梯度图像和梯度向量图像，并通过梯度和边缘检测做筛选，得到梯度向量图像的重构照度图像，处理器计算每个区域的照度值

处理器利用公式计算每个区域的照度值L′；

其中，G(i)为重构照度图像中的单位大小区域的灰度的中值，K为灰度照度变换系数，β为光漫反射系数，为摄像头与对应成像区域的角度，B为修正系数。

存储器中预设有标准照度L，

处理器利用公式P＝P′+α(L-L′)计算每个区域的占空比P；

其中，单片机输出给LED灯组A的各个LED灯的PWM波的当前占空比，α为照度与占空比之间的关联系数。

当L′＜L，处理器控制单片机输出占空比为P的pwm波，使LED灯组的照度升高至L；

当L′＞L，处理器控制单片机输出占空比为P的pwm波，使LED灯组的照度降低至L。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种室内照度智能调节装置，其特征是，包括至少一个摄像头(1)、视频输入处理芯片(2)、JPEG编解码芯片(3)、处理器(4)、存储器(5)、单片机(6)、n个调光驱动电路(7)和n个LED灯组(8)；摄像头、视频输入处理芯片、JPEG编解码芯片和处理器依次电连接，单片机分别与处理器和n个调光驱动电路电连接，存储器和处理器电连接，n个调光驱动电路分别与n个LED灯组电连接。

2.根据权利要求1所述的室内照度智能调节装置，其特征是，所述调光驱动电路包括QX7138型恒流驱动芯片(71)、场效应管U1、电容C1和电阻R7；恒流驱动芯片的DIM管脚与单片机电连接，恒流驱动芯片的DRV管脚与场效应管U1的栅极电连接，恒流驱动芯片的CS管脚分别与电阻R7一端和场效应管的源极电连接，场效应管U1的漏极与1个LED灯组的各个LED灯的负极电连接，各个LED灯的正极均与恒流驱动芯片VDD管脚电连接，电阻R7另一端和电容C1一端均与恒流驱动芯片的GND管脚电连接，电容C1另一端与恒流驱动芯片的VDD管脚电连接。

3.一种基于权利要求1所述的室内照度智能调节装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

(3-1)摄像头拍摄图像，处理器间隔T1依次抽取帧数据，将得到的帧数据编码压缩为jpg格式的图片并存储在存储器中，每个LED灯组均包括若干个LED灯；

(3-2)处理器通过对连续抽取的数幅连续图片进行处理，检测出是否有人；

(3-3)存储器中设有微亮延迟时间阈值L1，计时阈值L2，根据是否有人，对各个LED组进行打开、关闭控制；

(3-3-1)当有人并且每个LED灯组均处于关闭状态时，则处理器控制每个LED灯组均打开；

(3-3-2)当没有人，处理器开始计时，当计时时间达到L2后，处理器控制每个LED灯组均处于微亮状态，当每个LED灯组进入微亮状态的时间长度达到L1时，处理器控制每个LED灯组均关闭；

(3-4)将每张图片分割成与n个LED灯组照射区域分别对应的n个区域，处理器通过对连续抽取的图像进行处理，检测出每个区域中是否有人；

(3-5)根据各个区域中是否有人，对照射每个区域内的LED灯组进行打开、关闭控制，设区域A为任意一个区域，照射区域A的LED灯组为LED灯组A；

(3-6)处理器计算每个区域的照度值L′，存储器中预设有标准照度L；

处理器根据每个区域的照度值计算占空比P；

当L′＜L，处理器控制单片机输出占空比为P的pwm波，使LED灯组的照度升高至L；

当L′＞L，处理器控制单片机输出占空比为P的pwm波，使LED灯组的照度降低至L。

4.根据权利要求3所述的室内照度智能调节装置的控制方法，其特征是，所述步骤(3-5)还包括如下具体步骤：

(3-5-1)当区域A中有人并且LED灯组A处于关闭状态时，处理器控制LED灯组A开启；

(3-5-2)当区域A中没有人，处理器开始计时，当计时时间达到L2后，处理器控制LED灯组A处于微亮状态，当LED灯组A进入微亮状态的时间长度达到L1时，处理器控制LED灯组A关闭。

5.根据权利要求3所述的室内照度智能调节装置的控制方法，其特征是，处理器利用下述公式对连续抽取的图片进行处理：

$D(x,y)=\left\{\begin{array}{c}1,\mathrm{if}|I\left(t\right)-I(t-1)|>T\\ 0,\mathrm{others}\end{array}\right.,$

其中，D(x，y)为抽取图像与背景之间的差分图像，I(t)为抽取图像，I(0)为背景图像；T为差分图像二值化时选择的阈值，D(x，y)＝1表示有人，D(x，y)＝0表示无人；背景图像I(0)为无人时的室内图像。

6.根据权利要求3所述的室内照度智能调节装置的控制方法，其特征是，由每张图片的灰度图像计算出亮度图像，基于亮度图像计算梯度图像和梯度向量图像，并通过梯度和边缘检测做筛选，得到梯度向量图像的重构照度图像，处理器利用下述公式计算每个区域的照度值：

$L^{\′}=K\×\mathrm{\β}\×\∂\×\tan \∂\×G\left(i\right)=B,$

其中，L′为照度，G(i)为重构照度图像中单位大小区域灰度的中值，K为灰度照度变换系数，β为光漫反射系数，为摄像头与对应成像区域的角度，B为修正系数。

7.根据权利要求3或4或5或6所述的室内照度智能调节装置的控制方法，其特征是，处理器利用下述公式计算占空比P：

P＝P′+α(L-L′)，

其中，单片机输出给LED灯组A的各个LED灯的PWM波的当前占空比，α为照度与占空比之间的关联系数。