CN107155252A - 基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法 - Google Patents

基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法 Download PDF

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    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Abstract

本发明涉及一种基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法，其中该方法包括以下步骤：步骤1：沿路径将公共照明的多个照明装置组网；步骤2：利用该计算机视觉单元检测相邻的局域网中的触发事件；步骤3：计算机视觉单元所接受的触发事件处理后的信号传递给其所属的局域网中的照明装置的无线连接单元和控制单元，从而基于该触发事件控制该局域网中的照明装置的照度，从而实现了多个彼此独立的局域网间的信号传递和关联控制。

Description

基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法
技术领域
本发明涉及公共照明领域中组网后局域网之间的信号传递技术，特别涉及一种基于计算机视觉在公共照明的不同局域网之间进行关联控制的方法。
背景技术
低成本无线局域网技术在公共照明领域(例如但不限于道路的路灯照明)的关联控制中起到不可替代的作用，但同时由于目前公知的低成本无线局域网技术(例如但不限于ZigBee技术)自身存在无法远距离传输及无法大规模组网的自身缺陷使得低成本无线局域网技术在公共照明领域无法大规模应用。
具体来说，由于低成本无线局域网组网能力有限，当照明装置数量较多，即组网节点数量较多时，将分为多个无线局域网进行组网。以局域网中ZigBee技术为分析示例，在信息与通信2015年S2期《ZigBee大容量Mesh组网技术研究》中提到，按照ZigBee网络层协议的标准，网络内的各个节点的网络地址用一个2字节的数据来表示，即整个网络内的节点数量可以达到65 500个以上，但实际情况却并非如此。
以美国德州仪器的ZigBee芯片CC2530为例，CC2530片内的RAM空间只有4K大小，除去OS，ZigBee协议栈，以及应用程序占用的RAM空间，留给存放路由表和邻居表的空间已经所剩无几。在CC2530对应的ZigBee协议栈中，定义的NWK_MAX_DEVICE_LIST值为20，NWK_MAX_ROUTERS值为6，即一台路由设备只能带最多20个子设备，而且这20个子设备中最多只能有6个是路由设备。如此推算，用CC2530搭建一个ZigBee网络，所支持的路由节点数量不过几十个，标签也不过几百个，这在智能家居控制的场合或许还能适用，但在需要支持上万个网络节点的工业级网络中就不再适用。现在市面上推出的高性能的ZigBee无线芯片，虽然在片上资源(如RAM容量等)有所提升，但也不是解决问题的根本办法。
已知的，有人提出采用如无线多跳自组网协议来进行信息传递以实现多个照明装置之间的关联控制，但实践中出现如广州工业大学曾小虎优秀论文《ZigBee路由实现与通信性能测试研究》中提到网路路径容量递减及网络丢包递增的问题。除了上述问题，在大规模局域网组网通信中都将面临带宽限制的问题
为了解决以上问题，使低成本无线局域网技术在公共照明领域中能进行远距离传输及大规模应用，本领域迫切需要提出一种能够低成本、远距离传输且能够大规模应用于现有公共照明领域的控制方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种足以克服上述缺点的控制方法。
根据本发明的基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法，其中该公共照明包括沿路径布置的多个照明装置，其中每个照明装置均连接有无线通信单元和控制单元，通过使至少一个照明装置的无线通信单元组网形成一个独立的局域网，以将该公共照明分成彼此间独立的多个局域网，其中至少一个局域网中设置有计算机视觉单元，该基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法包括以下步骤：
步骤1：沿该路径将公共照明的多个照明装置组网，以形成彼此相邻的、由至少一个照明装置所组成的多个局域网，其中至少一个局域网带有计算机视觉单元，该计算机视觉单元被构造为能够检测与其相邻的局域网中的触发事件；
步骤2：利用该计算机视觉单元检测相邻的局域网中的触发事件，其中该触发事件为相邻的局域网中对应的路径的表面上的照度变化或者是相邻的局域网中照明装置的照度变化；
步骤3：计算机视觉单元所接受的触发事件处理后的信号传递给其所属的局域网中的照明装置的无线连接单元和控制单元，从而基于该触发事件控制该局域网中的照明装置的照度，从而实现了多个彼此独立的局域网间的信号传递和关联控制。
优选地，所述计算机视觉单元为图像传感器、红外对射传感器、红外传感器或光照度探测器。
优选地，在所述步骤2中，所述路径的表面上的照度变化是通过测量局域网内照明装置的垂点所在的一定范围进行区域提取来实现。
优选地，在所述步骤2中，所述照明装置的照度变化是通过测量局域网内照明装置所在的一定范围进行区域提取来实现。
优选地，其中，对图像进行区域提取后将对所采集的图像进行阈值化处理，并将照度达到一定阈值的情况作为独立无线局域网之间信号传递的触发事件。
优选地，其中，路径选自以下的任一种：公路、铁路、隧道、地铁隧道、有轨电车或城市高架铁路。
优选地，其中，路径选自以下的任一种：船舶的航道或飞机的航路。
由上可知，根据本发明的方法，可以将信息传递至第一独立局域网内并根据第二独立局域网中的照度情况对第一独立局域网中的照度进行适应性的控制。从而能够仅利用计算机视觉单元为中继手段来低成本、远距离传输且能够大规模地应用于现有公共照明领域。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
以下结合附图来描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的或相似的部件，其中：
图1是应用根据本发明的控制方法的公共照明装置的示意图；
图2是根据本发明的方法中的各自组网形成的多个局域网的示意图；
图3是根据本发明的方法中触发事件为地面照度变化的示意图；
图4是根据本发明的方法中触发事件为照明装置照度变化的示意图；
图5是根据本发明的方法的步骤流程图。
附图标记说明
10公共照明系统；20道路；
A第一独立局域网；B第二独立局域网；C第三独立局域网；
第一照明装置A1；第二照明装置M；第三照明装置N；
第一地面垂点U；第二地面垂点W；最大视距点P。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。
下面通过具体的实施例对本发明所提供的一种依靠计算机视觉进行信号传递的方法进行详细的说明，在下文中对于提到相关专业术语(例如：阈值化、组网节点、照度值，或者灰度值)应当是本领域技术人员所能够理解的。根据本发明所提供的一种基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法，以下作为示例的实施例中其中公共照明的路径为道路的照明。但本领域技术人员能够想到，在本文中，路径还可以包括公路、铁路、隧道、地铁隧道、有轨电车、城市高架铁路等其它具体的道路交通。这种情况下，照明装置可以是路灯，隧道壁灯等。
但是本发明不限于以下道路的实施例，根据实际情况可以应用于其他例如船舶的航道、飞机(例如空中客车)的航路等水上或空中领域需要照明的目标的路径。这种情况下，照明装置可以是船舶航道上的照明装置或楼体等建筑物上的空中照明系统。
下面将结合附图1～5对根据本发明所提供的一种依靠计算机视觉进行信号传递的方法的各个步骤进行详细的说明，其中根据本发明的方法的各个步骤的流程图在图5中被示出，具体方法包括：
S101、沿道路将公共照明的多个照明装置组网。
如图1～3所示，示出了将根据本发明的道路的公共照明中的多个照明装置组网的示意图。如图1所示，在例如为位于道路20的一侧沿道路20布置包含多个照明装置例如但不限于A1,M,N的公共照明10。在根据本发明的示意图中示出了为6个照明装置，但本领域技术人员知晓这只是示意性的，照明装置的数目可以远远大于6个。当然，在一些替代性的实施例中可以在道路20两侧布置多个照明装置10,在另一些实施例中可以在道路20中间布置多个照明装置10。然而，在保证照明的前提下，优选地按照本实施例的方式在道路20一侧布置多个照明装置10，每个照明装置10至少与一个无线通信单元连接，在整数个照明装置10之间(例如2个)通过无线通信单元进行组网形成独立于其它局域网的独立的局域网。根据本发明并不限于道路，根据实际情况可以应用于任何需要照明的目标的移动路径。
结合图2-3，描述了如何将多个照明装置10组网成多个独立的局域网。在图3中示出了三维坐标系O，其中XOY平面对应于道路的路面，Z方向为空间上的高度方向。在坐标系O中，示意性地示出了三个相邻的照明装置：第一照明装置A1、第二照明装置M和第三照明装置N。如上所述，每一个照明装置用于给作为坐标系XOY平面的道路的路面进行照明。每个照明装置本身与其自身的无线通信单元和控制单元相连接，其中该无线控制单元用于在由多个照明装置所组成的独立局域网之间实现网内多个照明装置之间的通信和信号传递，控制单元则根据相应的控制信号来调节照明装置的照度。
组成局域网的方式具体来说，例如使第二照明装置M和第三照明装置N两者通过与其各自相连的无线通信单元组网构成如图2中第二独立局域网B。在少量的照明装置之间利用无线通信单元组成独立局域网的方法是本领域已知的，在此不再赘述。同时，独立的第一照明装置A1则通过与自身相连的无线通信单元组成独立的第一独立局域网A。为了实现第一独立局域网A和第二独立局域网B之间的信号传递从而实现这些独立局域网中的照明装置的关联控制，在本发明中利用将计算机视觉单元与第一独立局域网A的中无线通信单元连接来实现多个独立局域网之间的相互通信。在本文中，该计算机视觉单元可以为摄像头、图像传感器、红外对射传感器、红外传感器或光照度探测器，其中优选为摄像头。
S102、触发事件为识别地面照度变化。
在实施本发明的该步骤时，需要将某一信号(例如第二独立局域网中的照明或亮度情况传递到第一独立局域网，以实现整个公共照明10的关联控制)从第二独立局域网B传递到第一独立局域网A。在本步骤中，需要传递或者作为关联控制的参量为地面照度的变化。由于地面照度取决于照明装置本身的亮度，并且与道路上用户的体验直接关联，因此监测地面照度的变化具有现实意义。本步骤中的原理如下所述，其中如图3所示，作为第一照明装置A1与YOX平面的垂线交于垂点O，第二照明装置M与YOX平面的垂线交于垂点U，第三照明装置N与YOX平面的垂线交于垂点W。此时与第一独立局域网A中的无线通信单元连接的计算机视觉单元(例如可以在第一照明装置A1位置处)探测到X轴最大距离为最大视距点P处。通过选择合适的计算机视觉单元的视距以使得垂点U或W中至少有一点在以OP为半径做圆的范围内，下面将详细介绍计算机视觉单元对垂点U或W的照度值(或灰度值)变化进行判断：
S1、区域提取。对包含垂点U或W的一定范围进行区域提取，由于多个独立的照明装置之间的间距是已知的或者具有相应的强制标准(例如多个路灯之间的间距是强制具有标准且是已知的)，因此可以垂点U或W所在的区域范围对于本领域技术人员是已知的，因此可以进行设定以对区域进行提取。本领域技术人员知晓，经由该区域提取的步骤将有利于降低计算机视觉单元处理图像数据的总量，以此降低应用成本，同时对该特定区域的提取能有效降低干扰事件。
S2、阈值化处理。对图像进行区域提取后将对所采集的图像进行阈值化处理，具体来说，将照度达到一定阈值的情况作为独立无线局域网之间信号传递的触发事件。以二进制阈值化处理为例说明，对8位灰度图进行阈值化处理时，预先设定好特定的阈值量，阈值化操作只需要将大于该阈值量的灰度值设定为255，将小于等于该阈值量的灰度值设定为0，当图像中灰度值出现为255时作为独立无线局域网之间信号传递的触发事件。本领域技术人员知晓，该阈值化处理不限于二进制阈值化处理，也可为反二进制阈值化处理、截断阈值化处理、自适应阈值化处理等。
S104、独立局域网之间信息传递和关联控制。本领域技术人员知晓，来自第二独立局域网B中的地面照度信号已经为第一独立局域网A中的计算机视觉单元所采集。在地面照度出于预设的阈值时，表明在第二独立局域网B中的地面照度是达到实际要求时，此时经由计算机视觉单元将第二独立局域网B中的地面照度变大作为所获得触发事件与第一独立局域网A中的无线通信单元进行通信并送入控制单元进行控制，从而将信息传递至第一独立局域网A内并根据第二独立局域网B中的照度情况对第一独立局域网A中的照度进行适应性的控制，例如增强第一照明装置A1的照度。
与步骤S102可替换地，步骤S103、触发事件为识别照明装置照度变化。
在实施本发明的该步骤时，需要将某一信号(例如第二独立局域网中的照明或亮度情况传递到第一独立局域网，以实现整个公共照明10的关联控制)从第二独立局域网B传递到第一独立局域网A。在本步骤中，需要传递或者作为关联控制的参量为照明装置照度的变化。由于照明装置照度是道路或者环境中所有照度的来源，因此监测照明装置的照度的变化具有现实意义。本步骤中的原理如下所述，其中如图4所示，由于在第一独立局域网A中与无线通信单元连接的计算机视觉单元存在一定的广角，即该计算机视觉单元在对XOZ平面进行探测的同时，由于如上所述照明装置之间的间距已知，可以通过设定计算机视觉单元的视距来满足探测到第二照明装置M或第三照明装置N点中的至少一点，下面将详细介绍计算机视觉单元对第二照明装置M或第三照明装置N点的照度值(或灰度值)变化进行判断：
S1、区域提取。对包含M或N点的一定范围进行区域提取。由于多个独立的照明装置之间的间距是已知的或者具有相应的强制标准(例如多个路灯之间的间距是强制具有标准且是已知的)，因此可以照明装置M或N所在的区域范围对于本领域技术人员是已知的，因此可以进行设定以对区域进行提取。本领域技术人员知晓，经由该区域提取的步骤将有利于降低计算机视觉单元处理图像数据的总量，以此降低应用成本，同时对该特定区域的提取能有效降低干扰事件。
S2、阈值化。对图像进行区域提取后将对所采集的图像进行阈值化处理，具体来说，将照度未达到一定阈值的情况作为独立无线局域网之间信号传递的触发事件。以反二进制阈值化处理为例说明，对8位灰度图进行阈值化处理时，预先设定好特定的阈值量，阈值化操作只需要将大于该阈值量的灰度值设定为255，将小于等于该阈值量的灰度值设定为0，当图像中灰度值出现为255时作为独立无线局域网之间信号传递的触发事件。本领域技术人员知晓，该阈值化处理不限于二进制阈值化处理，也可为反二进制阈值化处理、截断阈值化处理、自适应阈值化处理等。
S104、独立局域网之间信息传递和关联控制。本领域技术人员知晓，来自第二独立局域网B中的照明装置M或N本身的照度信号已经为第一独立局域网A中的计算机视觉单元所采集。在照明装置照度低于预设的阈值时，表明在第二独立局域网B中的照明装置的照度是未达到实际要求时，此时经由计算机视觉单元将第二独立局域网B中的照明装置照度变大作为所获得触发事件与第一独立局域网A中的无线通信单元进行通信并送入控制单元进行控制，从而将信息传递至第一独立局域网A内并根据第二独立局域网B中的照度情况对第一独立局域网A中的照度进行适应性的控制，例如增强第一照明装置A1的照度。
在已描述若干实施例的情况下，可在不脱离本发明的精神的情况下使用各种修改、替代构造及等效物。因此，以上描述不限制本发明的范围。结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法，其中该公共照明包括沿路径布置的多个照明装置，其中每个照明装置均连接有无线通信单元和控制单元，通过使至少一个照明装置的无线通信单元组网形成一个独立的局域网，以将该公共照明分成彼此间独立的多个局域网，其中至少一个局域网中设置有计算机视觉单元，该基于计算机视觉的公共照明局域网控制方法包括以下步骤：
步骤1：沿该路径将公共照明的多个照明装置组网，以形成彼此相邻的、由至少一个照明装置所组成的多个局域网，其中至少一个局域网带有计算机视觉单元，该计算机视觉单元被构造为能够检测与其相邻的局域网中的触发事件；
步骤2：利用该计算机视觉单元检测相邻的局域网中的触发事件，其中该触发事件为相邻的局域网中对应的路径的表面上的照度变化；
步骤3：计算机视觉单元所接受的触发事件处理后的信号传递给其所属的局域网中的照明装置的无线连接单元和控制单元，从而基于该触发事件控制该局域网中的照明装置的照度，从而实现了多个彼此独立的局域网间的信号传递和关联控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算机视觉单元为摄像头、图像传感器、红外对射传感器、红外传感器或光照度探测器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤2中，所述路径的表面上的照度变化是通过测量局域网内照明装置的垂点所在的一定范围进行区域提取来实现。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，对图像进行区域提取后将对所采集的图像进行阈值化处理，并将照度达到一定阈值的情况作为独立无线局域网之间信号传递的触发事件。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中所述路径选自以下的任一种：公路、铁路、隧道、地铁隧道、有轨电车或城市高架铁路。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中所述路径选自以下的任一种：船舶的航道或飞机的航路。
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