CN107949134B - 一种基于机器视觉的智能型台灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的智能型台灯，包括电源模块、底座、固定设置在所述底座上的灯柱、位于所述灯柱上段空腔内的台灯灯头、图像处理装置和集成控制装置，所述图像处理装置用于采集并识别是否存在人脸图像；所述的集成控制装置用于根据图像处理装置的识别结果控制台灯灯头的开启和关闭。本发明通过机器视觉实现更加智能化的自动开关灯、调节灯头高度和手势控制灯光强度，弥补市面上大多数台灯通过红外感应检测精度不足的缺陷，减少资源浪费；避免了灯光直射入眼带来的疲劳和损害，此外，图像处理装置还可将用户的手势处理结果发送给主控装置，可实现非接触式调节灯光强度的功能，方便快捷，用户体验高。

Description

一种基于机器视觉的智能型台灯
技术领域
本发明涉及灯控技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的智能型台灯。
背景技术
现有的许多台灯型号都还不具备自动调节灯光强度的功能，过亮过暗都会对眼睛造成损害；
在紧张的工作学习时，人们往往会忽视调节台灯灯头的高度，这样的后果是灯光容易直射或散射入我们的眼睛，容易造成眼睛的疲劳和损害；
人们在使用台灯后，经常忘记关灯，造成资源的浪费。
面对很多挂壁式的台灯或距离我们较远的台灯，通过接触调节灯光亮度会变得不太方便，不具备通过手势远程控制的功能。
发明内容
为了解决上述不足之一，本发明提供了一种基于机器视觉的智能型台灯，实现更加智能化的自动开关灯、调节灯头高度和手势控制灯光强度。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于机器视觉的智能型台灯，包括电源模块、底座、固定设置在所述底座上的灯柱、位于所述灯柱上段空腔内的台灯灯头、图像处理装置和集成控制装置，所述图像处理装置用于采集并识别是否存在人脸图像；所述的集成控制装置用于根据图像处理装置的识别结果控制台灯灯头的开启和关闭。本方案通过机器视觉检测可弥补市面上大多数台灯通过红外感应检测精度不足的缺陷。
优选地，所述的图像处理装置包括摄像机模块，用于采集人脸图像；视频处理模块，用于对所述摄像机模块采集的人脸图像进行人脸识别。
优选地，所述的集成控制装置包括MCU主控模块，用于在检测到有人脸时，开启台灯灯头，若在一段时间内检测不到人脸时，则关闭台灯灯头。
优选地，所述的集成控制装置还包括步进电机、螺旋杆，所述的步进电机设置在灯柱下段内且与MCU主控模块电路连接，所述的螺旋杆位于灯柱上段空腔内且与所述步进电机的输出端驱动连接；所述台灯灯头的内孔与所述螺旋杆螺纹配合，所述台灯灯头与所述灯柱内壁设置有止转机构；所述摄像机模块通过连杆固定在所述台灯灯头上，所述的图像处理装置还用于将检测到的人眼位于人脸图像中的相对位置与预设的位置相比较，若高于预设的人眼位置时，所述MCU主控模块根据检查结果启动步进电机驱动台灯灯头向上移动，若检测到的人眼位置低于预设的人眼位置时，则启动步进电机驱动台灯灯头向下移动。本方案通过图像处理装置实时的反馈和主控装置实时的控制，使台灯灯头的高度始终刚好低于人眼高度，从而避免灯光直射入眼睛，保护使用者视力。
优选地，所述的止转机构包括沿竖直方向设置在台灯灯头外周壁的凸起、对应设置在所述灯柱上段空腔内壁上的凹槽，所述的凸起与凹槽互相嵌合且滑动配合。
优选地，所述的摄像机模块还用于采集使用者手势图像，所述视频处理模块还用于对采集的手势图像进行手势识别；所述的MCU主控模块还用于根据所识别的使用者手势控制台灯灯头的亮度。本方案通过手势识别，根据不同的手势分别对应不同亮度等级，实现非接触式控制灯光强度。
优选地，所述的视频处理模块采用TMS320DM642芯片；所述的MCU主控模块采用stm32F103ZET6芯片。
优选地，所述的底座上还设置有与MCU主控模块电路连接的按键输入模块，用于手动控制台灯灯头开关、亮度和高度位置。
优选地，所述的底座上部还设置有与MCU主控模块电路连接的显示模块，用于显示台灯灯头当前亮度等级、高度以及台灯内部蓄电池的电量情况。
优选地，所述的灯柱上还设置有与所述MCU主控模块电路连接的光敏传感器模块，用于根据环境光照强度自动调节台灯灯头亮度。
相比现有技术，本发明通过机器视觉实现更加智能化的自动开关灯、调节灯头高度和手势控制灯光强度，弥补市面上大多数台灯通过红外感应检测精度不足的缺陷，减少资源浪费；避免了灯光直射入眼带来的疲劳和损害，此外，图像处理装置还可将用户的手势处理结果发送给主控装置，可实现非接触式调节灯光强度的功能，方便快捷，用户体验高。
附图说明
图1为本发明实施例台灯的整体示意图。
图2为本发明实施例台灯底座的结构图。
图3为本发明实施例台灯的部分剖面结构图。
图4为本发明实施例台灯的电路连接图。
图中：1-光照传感器模块；2-显示模块；3-按键输入模块；4-电源充电模块；5-视频处理模块；6- MCU主控模块；7-步进电机；9-摄像机模块；10-台灯灯头；11-螺旋杆；12-灯柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施进行进一步的说明。
如图1至图3所示的结构图，一种基于机器视觉的智能型台灯，包括电源充电模块4、底座、固定设置在所述底座上的灯柱12、位于所述灯柱12上段(透光材料)空腔内的台灯灯头10、图像处理装置和集成控制装置、按键输入模块3、显示模块2、光敏传感器模块1，所述图像处理装置用于采集并识别是否存在人脸图像；所述的集成控制装置用于根据图像处理装置的识别结果控制台灯灯头10的开启和关闭。
如图4所述的电路连接图，所述的图像处理装置包括摄像机模块9，用于采集人脸图像；视频处理模块5，用于对所述摄像机模块9采集的人脸图像进行人脸识别，本实施例的所述视频处理模块5采用TMS320DM642芯片，也可以采用其他具有相似功能芯片替代。所述摄像头模块9将采集的人脸图像传至视频处理模块5，通过人脸检测算法进行识别检测，若检测到有使用者，则自动开启台灯灯头10，同样，若在一段时间内检测不到人脸，则自动关闭台灯灯头10，通过机器视觉弥补了市面上大多数台灯通过红外感应检测精度不足的缺陷。
另外，所述的摄像机模块9还用于采集使用者手势图像，所述视频处理模块5还用于对采集的手势图像进行手势识别；所述的MCU主控模块6还用于根据所识别的使用者手势控制台灯灯头10的亮度。本实施例通过手势识别，根据不同的手势分别对应不同亮度等级，实现非接触式控制灯光强度。
所述的集成控制装置包括MCU主控模块6、步进电机7、螺旋杆11，所述的步进电机7设置在灯柱12下段内且与MCU主控模块6电路连接，所述的螺旋杆11位于灯柱12上段空腔内且与所述步进电机7的输出端驱动连接；所述台灯灯头10的内孔与所述螺旋杆11螺纹配合，所述台灯灯头10与所述灯柱12内壁设置有止转机构；所述摄像机模块通过连杆固定在所述台灯灯头10上，所述灯柱12上段开设有供连杆上下移动的竖直槽；以及，还用于将检测到的人眼位于人脸图像中的相对位置与预设的位置相比较，若高于预设的人眼位置时，所述MCU主控模块6采用stm32F103ZET6芯片，分别与光敏传感器模块1、按键输入模块3、台灯灯头10和步进电机7电路就连接，也可以采用其他具有相似功能芯片替代，用于根据检查结果启动步进电机7驱动台灯灯头10向上移动，若检测到的人眼位置低于预设的人眼位置时，则启动步进电机7驱动台灯灯头10向下移动，所述步进电机通过接收MCU主控模块6发送的脉冲个数而实现相应的角位移，本实施例通过图像处理装置实时的反馈和主控装置实时的控制，使台灯灯头10的高度始终刚好低于人眼高度，从而避免灯光直射入眼睛，保护使用者视力。
具体而言，上述台灯灯头10的高度的自动调节过程步骤如下：
首先，根据脸部肤色的聚类特性监测使用者脸部位置，基于眼睛在人脸上的几何位置分布，大致得到眼睛的区域，缩小眼睛的检测区域范围；
其次，在缩小的脸部检测范围内，利用sobel边缘检测算法对眼部区域进行边缘检测，提取眼睛的边缘信息；
最后，将检测到的人眼位于图像中的相对位置与预设位置相比较，此预设位置即为台灯灯头10刚好位于人眼下方时所采集图像中人眼的位置，若其高于设置的人眼位置，则由步进电机7驱动台灯灯头10向上移动，若检测到的人眼位置低于设置的人眼位置，则由步进电机7驱动台灯灯头10向下移动，使台灯灯头10的高度始终刚好低于人眼高度，从而避免灯光直射入眼睛。
所述的止转机构包括沿竖直方向设置在台灯灯头10外周壁的凸起、对应设置在所述灯柱12上段空腔内壁上的凹槽，所述的凸起与凹槽互相嵌合且滑动配合，用来限制台灯灯头10的旋转运动，当步进电机7驱动螺旋杆11旋转时，与螺旋杆11螺纹配合的台灯灯头10将无法做旋转运动，将会沿着灯柱12内表面的凹槽做垂直上下运动，从而达到精确控制台灯高度的目的。
所述的按键输入模块3设置在底座上，通过电路连接MCU主控模块6，用于手动控制台灯灯头10开关、亮度和高度位置的按键输入模块3，方便使用者对台灯的高度和亮度等进行直接的控制。
所述的显示模块2设置在所述底座上部，通过电路连接MCU主控模块6，用于显示台灯灯头10当前亮度等级、高度以及台灯内部蓄电池的电量情况。
所述的光敏传感器模块1设置在灯柱12顶部，通过电路连接MCU主控模块6，用于将周围的光照强度发送给MCU主控模块6，MCU主控模块6根据所感知的环境光照强度自动调节台灯灯头10亮度。
所述电源模块4包括电源稳压模块、电源充电模块，所述电源稳压模块为整个台灯提供持续稳定的电压，所述的电源充电模块上设置有电源充电接口8。电源模块4既可以给台灯直接供电，同时可以给台灯内的蓄电池充电，增强了台灯的可携带性。
所述的按键输入模块3处于第一优先级，使用者可人工调节台灯的高度和亮度，此时若第一优先级处于触发状态，则其他优先级将不发生作用。
使用者还可通过按键触发自动调节台灯高度的功能，即通过图像处理装置实时的反馈和MCU主控模块6实时的控制，使台灯灯头10的高度始终刚好低于人眼高度，从而避免灯光直射入眼睛，此高度调节方式为第二优先级。
所述的光敏传感器模块1处于第三优先级，可根据环境光照强度自动调节灯光强度。
使用者还可通过按键触发自动调节台灯亮度的功能。摄像头模块9将获得的手势图像传至视频处理模块5，不同的手势图相对应不同亮度等级，实现非接触式亮度调节，例如，伸出一个手指为一级，伸出两个手指而为二级，以此类推，级数越大，亮度越高，最高为五级，此亮度调节方式为第二优先级。
本实施例中，当台灯检测到使用者并自动开启台灯后，使用者可首先通过处于第一优先级的按键输入模块3调整需要的台灯高度和亮度；若第一优先级未处于触发状态，使用者还可通过按键触发自动调节台灯高度、手势调节亮度的功能，此调节方式为第二优先级；若前两个优先级都未开启，则自动开启第三优先级，即通过光敏传感器1根据周围的光照强度自动调节台灯亮度。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于机器视觉的智能型台灯，包括电源模块(4)、底座、固定设置在所述底座上的灯柱(12)、位于所述灯柱(12)上段空腔内的台灯灯头(10)，其特征在于，还包括：图像处理装置和集成控制装置，所述图像处理装置用于采集并识别是否存在人脸图像；所述的集成控制装置用于根据图像处理装置的识别结果控制台灯灯头(10)的开启和关闭；所述的图像处理装置包括摄像机模块(9)，用于采集人脸图像；视频处理模块(5)，用于对所述摄像机模块(9)采集的人脸图像进行人脸识别；所述的集成控制装置包括MCU主控模块(6)，用于在检测到有人脸时，开启台灯灯头(10)，若在一段时间内检测不到人脸时，则关闭台灯灯头(10)；所述的集成控制装置还包括步进电机(7)、螺旋杆(11)，所述的步进电机(7)设置在灯柱(12)下段内且与MCU主控模块(6)电路连接，所述的螺旋杆(11)位于灯柱(12)上段空腔内且与所述步进电机(7)的输出端驱动连接；所述台灯灯头(10)的内孔与所述螺旋杆(11)螺纹配合，所述台灯灯头(10)与所述灯柱(12)内壁设置有止转机构；所述摄像机模块通过连杆固定在所述台灯灯头(10)上，所述的图像处理装置还用于将检测到的人眼位于人脸图像中的相对位置与预设的位置相比较，若高于预设的人眼位置时，所述MCU主控模块(6)根据检查结果启动步进电机(7)驱动台灯灯头(10)向上移动，若检测到的人眼位置低于预设的人眼位置时，则启动步进电机(7)驱动台灯灯头(10)向下移动。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能型台灯，其特征在于：所述的止转机构包括沿竖直方向设置在台灯灯头(10)外周壁的凸起、对应设置在所述灯柱(12)上段空腔内壁上的凹槽，所述的凸起与凹槽互相嵌合且滑动配合。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能型台灯，其特征在于：所述的摄像机模块(9)还用于采集使用者手势图像，所述视频处理模块(5)还用于对采集的手势图像进行手势识别；所述的MCU主控模块(6)还用于根据所识别的使用者手势控制台灯灯头(10)的亮度。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能型台灯，其特征在于：所述的视频处理模块(5)采用TMS320DM642芯片；所述的MCU主控模块(6)采用stm32F103ZET6芯片。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能型台灯，其特征在于：所述的底座上还设置有与MCU主控模块(6)电路连接的按键输入模块(3)，用于手动控制台灯灯头(10)开关、亮度和高度位置。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的智能型台灯，其特征在于：所述的底座上部还设置有与MCU主控模块(6)电路连接的显示模块(2)，用于显示台灯灯头(10)当前亮度等级、高度以及台灯内部蓄电池的电量情况。
7.根据权利要求3所述的基于机器视觉的智能型台灯，其特征在于：所述的灯柱(12)上还设置有与所述MCU主控模块(6)电路连接的光敏传感器模块(1)，用于根据环境光照强度自动调节台灯灯头(10)亮度。
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