CN106968552B - 基于图像处理的安全窗户控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像处理的安全窗户控制方法，所述方法包括使用基于图像处理的安全窗户控制平台以在可疑人员接近窗户时自动关闭窗户并通过接近传感器结束对窗户的关闭控制，所述平台包括第一湿度传感器、第二湿度传感器、接近传感器、金属片、电机驱动器以及直流电机，所述第一湿度传感器输出实时室外湿度，所述第二湿度传感器输出实时室内湿度，所述金属片设置在窗户的内框的顶部，所述接近传感器设置在窗户的玻璃主体的上沿内，在所述玻璃主体的上沿接近所述金属片时，输出接近提示信号，所述电机驱动器控制所述直流电机的运行，所述直流电机控制所述玻璃主体的上升或下降；所述电机驱动器基于所述第一湿度传感器的输出、所述第二湿度传感器的输出以及所述接近传感器的输出确定发送给所述直流电机的电机驱动信号。

Description

基于图像处理的安全窗户控制方法

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于图像处理的安全窗户控制方法。

背景技术

窗户的作用，不只是用来看一看外面风光的，在很大程度上，决定了我们生活的质量，但有时，许多问题我们根本不会注意得到。

家是我们的栖息之所，是我们自己营造的一个相对独立的小环境，挡风避雨，遮阳隔音，保护自己不受到任何来自外界的因素侵扰。说是相对的独立，是因为我们不可能完全脱离外界的环境而独自生活，我们需要室内室外能有一个合理的交流与互换。在这个小环境中，人们需要有合适的湿度、湿度、空气和光线，还要有适合自己的声音环境。

为了保证人们在室内有一个良好的生活环境，需要对窗户进行实时的开窗关窗控制，现有技术中都是通过人工观察室内外温差和湿度差，以及外部行人靠近情况，人工进行窗户的实时打开或关闭控制，导致人们需要一直关注着窗户的状态，带来的体验性较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于图像处理的安全窗户控制方法，能够在实时室内湿度在预设湿度范围之内且实时室外湿度在预设湿度范围之外时，向直流电机发送关窗控制信号，更为关键的是，还能够在识别到的人体子图像中包括可疑人员时，停止基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制，向所述直流电机发送关窗控制信号；以及在所述人体子图像中不包括可疑人员时，恢复基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像处理的安全窗户控制方法，所述方法包括使用基于图像处理的安全窗户控制平台以在可疑人员接近窗户时自动关闭窗户并通过接近传感器结束对窗户的关闭控制，所述基于图像处理的安全窗户控制平台包括第一湿度传感器、第二湿度传感器、接近传感器、金属片、电机驱动器以及直流电机，所述第一湿度传感器设置在窗户的外框，用于检测并输出实时室外湿度，所述第二湿度传感器设置在窗户的内框，用于检测并输出实时室内湿度，所述金属片设置在窗户的内框的顶部，所述接近传感器设置在窗户的玻璃主体的上沿内，用于在所述玻璃主体的上沿接近所述金属片时，输出接近提示信号，所述电机驱动器与所述直流电机连接，用于控制所述直流电机的运行，所述直流电机用于控制所述玻璃主体的上升或下降；

其中，所述电机驱动器分别与所述第一湿度传感器、所述第二湿度传感器以及所述接近传感器连接，用于基于所述第一湿度传感器的输出、所述第二湿度传感器的输出以及所述接近传感器的输出确定发送给所述直流电机的电机驱动信号。

更具体地，在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中，所述平台还包括：

FLASH存储卡，设置在窗户的内框上，用于存储预设湿度范围，所述预设湿度范围包括预设湿度上限阈值和预设湿度下限阈值，所述预设湿度上限阈值大于所述预设湿度下限阈值；

其中，所述FLASH存储卡还用于存储预设人体颜色直方图特征和预设概率阈值。

更具体地，在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中：

所述电机驱动器在所述实时室内湿度在所述预设湿度范围之外且所述实时室外湿度在所述预设湿度范围之内时，向所述直流电机发送开窗控制信号。

更具体地，在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中：

所述电机驱动器在所述实时室内湿度在所述预设湿度范围之内且所述实时室外湿度在所述预设湿度范围之外时，向所述直流电机发送关窗控制信号。

更具体地，在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中，还包括：

所述接近传感器为电感式接近开关，探测距离为2毫米，当所述接近传感器接近所述金属片时，在所述金属片内部产生涡流，产生的涡流发作用到所述接近传感器，使得所述接近传感器输出所述接近提示信号；

视频采集设备，设置在窗户的外框的顶部，用于面向窗户的外框进行视频数据采集以输出外框视频流；

边缘增强设备，与所述视频采集设备连接，用于每接收到外框视频流的新的一帧图像，对新的一帧图像执行边缘增强图像，以获得外框视频流的新的增强图像；

小波滤波设备，与所述边缘增强设备连接，用于每接收到外框视频流的新的增强图像时，对外框视频流的新的增强图像进行Daubechies小波滤波处理以获得外框视频流的新的滤波图像；其中，所述小波滤波设备进行的Daubechies小波滤波处理包括：采用长度为4的Daubechies小波基对外框视频流的新的增强图像进行3级分解后再进行小波重建，以获得外框视频流的新的滤波图像；

后景分割设备，与所述小波滤波设备连接，用于每接收到外框视频流的新的滤波图像时，对新的滤波图像中的每一个像素作为目标像素进行如下处理：确定目标像素的像素值是否与之前背景图像中对应位置像素的像素值匹配，确定匹配，则将该目标像素作为背景点，确定不匹配，则将该目标像素作为非背景点，统计外框视频流历次图像中，该目标像素对应位置的像素点被确定为背景点的概率，当概率大于等于预设概率阈值时，采用历次图像中该目标像素对应位置处最新被确定为背景点的像素值更新之前背景图像中该目标像素对应位置处的像素值；所述后景分割设备在对新的滤波图像中的最后一个像素执行完上述处理后，输出更新后的背景图像；

目标识别设备，与所述后景分割设备连接，用于将外框视频流的新的滤波图像减去所述后景分割设备基于外框视频流的新的滤波图像更新后的背景图像，以获得前景图像，对所述前景图像中的目标进行基于预设人体颜色直方图特征的匹配，以确定所述前景图像中的人体目标，并输出与人体目标对应的、从所述前景图像处分割出来的人体子图像；

可疑人员检测设备，与所述目标识别设备连接，用于基于可疑人员外形特征对所述人体子图像进行检测以确定所述人体子图像中是否包括可疑人员；

所述电机驱动器还与所述可疑人员检测设备连接，用于在所述人体子图像中包括可疑人员时，停止基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制，向所述直流电机发送关窗控制信号；

其中，所述电机驱动器还用于在所述人体子图像中不包括可疑人员时，恢复基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制；

其中，所述电机驱动器在接收到所述接近提示信号时，向所述直流电机发送停止上升控制信号。

更具体地，在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中：

所述电感式接近开关为涡流式接近开关，包括三个引脚，当所述电感式接近开关接近所述金属片时，所述电感式接近开关的第二个引脚为高电平以作为所述接近提示信号输出。

更具体地，在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中，还包括：

环境亮度传感器，设置在窗户的外框的顶部并位于所述视频采集设备的附近，用于检测周围环境亮度；

照明设备，设置在窗户的外框的顶部并位于所述视频采集设备的附近，用于在所述环境亮度传感器输出的周围环境亮度小于等于预设亮度阈值时，为所述视频采集设备的视频数据采集提供辅助照明光。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的安全窗户控制平台的结构方框图。

附图标记：1第一湿度传感器；2第二湿度传感器；3接近传感器；4金属片；5电机驱动器；6直流电机

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于图像处理的安全窗户控制平台的实施方案进行详细说明。

窗户的材料，总的来说，可分成三大类：木质、塑钢、铝合金。三者各有所长。

塑钢：因为是塑料材质，所以重量小，隔热性能好，而且价格相对较低。因为经常要面对风吹雨打太阳晒，所以最让人关心的是塑钢窗的防老化问题。实际上，高品质的塑钢窗的使用年限可达一百年左右。

铝合金：因为是金属材质，所以不会存在老化问题，而且坚固，耐撞击，强度大。但铝合金窗最容易被攻击的一个弱点就是隔热性能，因为金属是热的良导体，外界与室内的湿度会随着窗的框架传递。

但值得疑问的是，在一扇窗户上框架所占的比例并不很大，窗户并不是一块金属板，而是镶着框的玻璃，通过框架边条传递的热量究竟会对有着暖器、空调的室内湿度产生多大的影响？

但还是有备无患的好，为了防止这个问题，在有的铝合金窗户上采用了“断桥”技术，即在铝合金窗框中加一层树脂材料，彻底断绝了导热的途径。

木质：相对来说，木质应该是最为完美的窗体框架材质，无论从隔热、隔音等角度来说都有明显的优势，而且与生俱来的质感和自然花纹更为让人心动。虽然是木质，但实际上有的用于做窗框的实木已经经过了层层特殊的处理，不仅没有了水分，要求更高的甚至被吸去了脂肪，这样一来，所谓的木质实际上已经如同化石一样，经过处理后的实木，只保留了木材的外表，品质却完全不一样了，不会开裂变形，更不用担心遭虫咬、被腐蚀，而且，强度也大大增加。

此外，还有一种框架结构被称作铝包木，木质框架的户外部分为一层铝合金结构，实际上，这是综合了木质框架的隔热性好以及铝合金强度高的优点，合而为一，扬长避短。木质窗唯一的一个缺点就是造价太高。

当前的窗户控制模式落后，无法根据外部情况进行自动开窗或关窗控制，为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像处理的安全窗户控制方法，用于解决上述技术问题。

本发明提供一种基于图像处理的安全窗户控制方法，所述方法包括使用基于图像处理的安全窗户控制平台以在可疑人员接近窗户时自动关闭窗户并通过接近传感器结束对窗户的关闭控制，所述基于图像处理的安全窗户控制平台包括第一湿度传感器、第二湿度传感器、接近传感器、金属片、电机驱动器以及直流电机，所述第一湿度传感器设置在窗户的外框，用于检测并输出实时室外湿度，所述第二湿度传感器设置在窗户的内框，用于检测并输出实时室内湿度，所述金属片设置在窗户的内框的顶部，所述接近传感器设置在窗户的玻璃主体的上沿内，用于在所述玻璃主体的上沿接近所述金属片时，输出接近提示信号，所述电机驱动器与所述直流电机连接，用于控制所述直流电机的运行，所述直流电机用于控制所述玻璃主体的上升或下降；

其中，所述电机驱动器分别与所述第一湿度传感器、所述第二湿度传感器以及所述接近传感器连接，用于基于所述第一湿度传感器的输出、所述第二湿度传感器的输出以及所述接近传感器的输出确定发送给所述直流电机的电机驱动信号。

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的安全窗户控制平台的结构方框图，所述平台包括第一湿度传感器、第二湿度传感器、接近传感器、金属片、电机驱动器以及直流电机，所述第一湿度传感器设置在窗户的外框，用于检测并输出实时室外湿度，所述第二湿度传感器设置在窗户的内框，用于检测并输出实时室内湿度，所述金属片设置在窗户的内框的顶部，所述接近传感器设置在窗户的玻璃主体的上沿内，用于在所述玻璃主体的上沿接近所述金属片时，输出接近提示信号，所述电机驱动器与所述直流电机连接，用于控制所述直流电机的运行，所述直流电机用于控制所述玻璃主体的上升或下降；

其中，所述电机驱动器分别与所述第一湿度传感器、所述第二湿度传感器以及所述接近传感器连接，用于基于所述第一湿度传感器的输出、所述第二湿度传感器的输出以及所述接近传感器的输出确定发送给所述直流电机的电机驱动信号。

接着，继续对本发明的基于图像处理的安全窗户控制平台的具体结构进行进一步的说明。

在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中，所述平台还包括：

FLASH存储卡，设置在窗户的内框上，用于存储预设湿度范围，所述预设湿度范围包括预设湿度上限阈值和预设湿度下限阈值，所述预设湿度上限阈值大于所述预设湿度下限阈值；

其中，所述FLASH存储卡还用于存储预设人体颜色直方图特征和预设概率阈值。

在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中：

所述电机驱动器在所述实时室内湿度在所述预设湿度范围之外且所述实时室外湿度在所述预设湿度范围之内时，向所述直流电机发送开窗控制信号。

在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中：

所述电机驱动器在所述实时室内湿度在所述预设湿度范围之内且所述实时室外湿度在所述预设湿度范围之外时，向所述直流电机发送关窗控制信号。

在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中，还包括：

所述接近传感器为电感式接近开关，探测距离为2毫米，当所述接近传感器接近所述金属片时，在所述金属片内部产生涡流，产生的涡流发作用到所述接近传感器，使得所述接近传感器输出所述接近提示信号；

视频采集设备，设置在窗户的外框的顶部，用于面向窗户的外框进行视频数据采集以输出外框视频流；

边缘增强设备，与所述视频采集设备连接，用于每接收到外框视频流的新的一帧图像，对新的一帧图像执行边缘增强图像，以获得外框视频流的新的增强图像；

小波滤波设备，与所述边缘增强设备连接，用于每接收到外框视频流的新的增强图像时，对外框视频流的新的增强图像进行Daubechies小波滤波处理以获得外框视频流的新的滤波图像；其中，所述小波滤波设备进行的Daubechies小波滤波处理包括：采用长度为4的Daubechies小波基对外框视频流的新的增强图像进行3级分解后再进行小波重建，以获得外框视频流的新的滤波图像；

后景分割设备，与所述小波滤波设备连接，用于每接收到外框视频流的新的滤波图像时，对新的滤波图像中的每一个像素作为目标像素进行如下处理：确定目标像素的像素值是否与之前背景图像中对应位置像素的像素值匹配，确定匹配，则将该目标像素作为背景点，确定不匹配，则将该目标像素作为非背景点，统计外框视频流历次图像中，该目标像素对应位置的像素点被确定为背景点的概率，当概率大于等于预设概率阈值时，采用历次图像中该目标像素对应位置处最新被确定为背景点的像素值更新之前背景图像中该目标像素对应位置处的像素值；所述后景分割设备在对新的滤波图像中的最后一个像素执行完上述处理后，输出更新后的背景图像；

目标识别设备，与所述后景分割设备连接，用于将外框视频流的新的滤波图像减去所述后景分割设备基于外框视频流的新的滤波图像更新后的背景图像，以获得前景图像，对所述前景图像中的目标进行基于预设人体颜色直方图特征的匹配，以确定所述前景图像中的人体目标，并输出与人体目标对应的、从所述前景图像处分割出来的人体子图像；

可疑人员检测设备，与所述目标识别设备连接，用于基于可疑人员外形特征对所述人体子图像进行检测以确定所述人体子图像中是否包括可疑人员；

所述电机驱动器还与所述可疑人员检测设备连接，用于在所述人体子图像中包括可疑人员时，停止基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制，向所述直流电机发送关窗控制信号；

其中，所述电机驱动器还用于在所述人体子图像中不包括可疑人员时，恢复基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制；

其中，所述电机驱动器在接收到所述接近提示信号时，向所述直流电机发送停止上升控制信号。

在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中：

所述电感式接近开关为涡流式接近开关，包括三个引脚，当所述电感式接近开关接近所述金属片时，所述电感式接近开关的第二个引脚为高电平以作为所述接近提示信号输出。

在所述基于图像处理的安全窗户控制平台中，还包括：

环境亮度传感器，设置在窗户的外框的顶部并位于所述视频采集设备的附近，用于检测周围环境亮度；

照明设备，设置在窗户的外框的顶部并位于所述视频采集设备的附近，用于在所述环境亮度传感器输出的周围环境亮度小于等于预设亮度阈值时，为所述视频采集设备的视频数据采集提供辅助照明光。

另外，图像滤波，即在尽量保留图像细节特征的条件下对目标图像的噪声进行抑制，是图像预处理中不可缺少的操作，其处理效果的好坏将直接影响到后续图像处理和分析的有效性和可靠性。

由于成像系统、传输介质和记录设备等的不完善，数字图像在其形成、传输记录过程中往往会受到多种噪声的污染。另外，在图像处理的某些环节当输入的像对象并不如预想时也会在结果图像中引入噪声。这些噪声在图像上常表现为一引起较强视觉效果的孤立像素点或像素块。一般，噪声信号与要研究的对象不相关它以无用的信息形式出现，扰乱图像的可观测信息。对于数字图像信号，噪声表为或大或小的极值，这些极值通过加减作用于图像像素的真实灰度值上，对图像造成亮、暗点干扰，极大降低了图像质量，影响图像复原、分割、特征提取、图像识别等后继工作的进行。要构造一种有效抑制噪声的滤波器必须考虑两个基本问题：能有效地去除目标和背景中的噪声；同时，能很好地保护图像目标的形状、大小及特定的几何和拓扑结构特征。

常用的图像滤波模式中的一种是，非线性滤波器，一般说来，当信号频谱与噪声频谱混叠时或者当信号中含有非叠加性噪声时如由系统非线性引起的噪声或存在非高斯噪声等)，传统的线性滤波技术，如傅立变换，在滤除噪声的同时，总会以某种方式模糊图像细节(如边缘等)进而导致像线性特征的定位精度及特征的可抽取性降低。而非线性滤波器是基于对输入信号的一种非线性映射关系，常可以把某一特定的噪声近似地映射为零而保留信号的要特征，因而其在一定程度上能克服线性滤波器的不足之处。

采用本发明的基于图像处理的安全窗户控制平台，针对现有技术中无法根据室内外湿度差以及行人靠近情况自行进行窗户控制的技术问题，通过安装室内湿度传感器、室外温度传感器对室内外湿度差进行检测和判断，通过安装室外图像采集设备和各个高精度的图像处理设备，对行人靠近情况进行检测和分析，以自动进行窗户的打开或关闭控制，进一步地解放了人工。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种基于图像处理的安全窗户控制方法，所述方法包括使用基于图像处理的安全窗户控制平台以在可疑人员接近窗户时自动关闭窗户并通过接近传感器结束对窗户的关闭控制，所述基于图像处理的安全窗户控制平台包括：

第一湿度传感器、第二湿度传感器、接近传感器、金属片、电机驱动器以及直流电机，所述第一湿度传感器设置在窗户的外框，用于检测并输出实时室外湿度，所述第二湿度传感器设置在窗户的内框，用于检测并输出实时室内湿度，所述金属片设置在窗户的内框的顶部，所述接近传感器设置在窗户的玻璃主体的上沿内，用于在所述玻璃主体的上沿接近所述金属片时，输出接近提示信号，所述电机驱动器与所述直流电机连接，用于控制所述直流电机的运行，所述直流电机用于控制所述玻璃主体的上升或下降；

其中，所述电机驱动器分别与所述第一湿度传感器、所述第二湿度传感器以及所述接近传感器连接，用于基于所述第一湿度传感器的输出、所述第二湿度传感器的输出以及所述接近传感器的输出确定发送给所述直流电机的电机驱动信号；

FLASH存储卡，设置在窗户的内框上，用于存储预设湿度范围，所述预设湿度范围包括预设湿度上限阈值和预设湿度下限阈值，所述预设湿度上限阈值大于所述预设湿度下限阈值；

其中，所述FLASH存储卡还用于存储预设人体颜色直方图特征和预设概率阈值；

所述电机驱动器在所述实时室内湿度在所述预设湿度范围之外且所述实时室外湿度在所述预设湿度范围之内时，向所述直流电机发送开窗控制信号；

所述电机驱动器在所述实时室内湿度在所述预设湿度范围之内且所述实时室外湿度在所述预设湿度范围之外时，向所述直流电机发送关窗控制信号；

其特征在于，所述平台还包括：

所述接近传感器为电感式接近开关，探测距离为2毫米，当所述接近传感器接近所述金属片时，在所述金属片内部产生涡流，产生的涡流发作用到所述接近传感器，使得所述接近传感器输出所述接近提示信号；

视频采集设备，设置在窗户的外框的顶部，用于面向窗户的外框进行视频数据采集以输出外框视频流；

边缘增强设备，与所述视频采集设备连接，用于每接收到外框视频流的新的一帧图像，对新的一帧图像执行边缘增强图像，以获得外框视频流的新的增强图像；

小波滤波设备，与所述边缘增强设备连接，用于每接收到外框视频流的新的增强图像时，对外框视频流的新的增强图像进行Daubechies小波滤波处理以获得外框视频流的新的滤波图像；其中，所述小波滤波设备进行的Daubechies小波滤波处理包括：采用长度为4的Daubechies小波基对外框视频流的新的增强图像进行3级分解后再进行小波重建，以获得外框视频流的新的滤波图像；

后景分割设备，与所述小波滤波设备连接，用于每接收到外框视频流的新的滤波图像时，对新的滤波图像中的每一个像素作为目标像素进行如下处理：确定目标像素的像素值是否与之前背景图像中对应位置像素的像素值匹配，确定匹配，则将该目标像素作为背景点，确定不匹配，则将该目标像素作为非背景点，统计外框视频流历次图像中，该目标像素对应位置的像素点被确定为背景点的概率，当概率大于等于预设概率阈值时，采用历次图像中该目标像素对应位置处最新被确定为背景点的像素值更新之前背景图像中该目标像素对应位置处的像素值；所述后景分割设备在对新的滤波图像中的最后一个像素执行完上述处理后，输出更新后的背景图像；

目标识别设备，与所述后景分割设备连接，用于将外框视频流的新的滤波图像减去所述后景分割设备基于外框视频流的新的滤波图像更新后的背景图像，以获得前景图像，对所述前景图像中的目标进行基于预设人体颜色直方图特征的匹配，以确定所述前景图像中的人体目标，并输出与人体目标对应的、从所述前景图像处分割出来的人体子图像；

可疑人员检测设备，与所述目标识别设备连接，用于基于可疑人员外形特征对所述人体子图像进行检测以确定所述人体子图像中是否包括可疑人员；

所述电机驱动器还与所述可疑人员检测设备连接，用于在所述人体子图像中包括可疑人员时，停止基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制，向所述直流电机发送关窗控制信号；

其中，所述电机驱动器还用于在所述人体子图像中不包括可疑人员时，恢复基于所述实时室内湿度和所述实时室外湿度对所述直流电机的开关窗控制；

其中，所述电机驱动器在接收到所述接近提示信号时，向所述直流电机发送停止上升控制信号；

所述电感式接近开关为涡流式接近开关，包括三个引脚，当所述电感式接近开关接近所述金属片时，所述电感式接近开关的第二个引脚为高电平以作为所述接近提示信号输出；

环境亮度传感器，设置在窗户的外框的顶部并位于所述视频采集设备的附近，用于检测周围环境亮度；

照明设备，设置在窗户的外框的顶部并位于所述视频采集设备的附近，用于在所述环境亮度传感器输出的周围环境亮度小于等于预设亮度阈值时，为所述视频采集设备的视频数据采集提供辅助照明光。