CN108419334A - 设置在太阳能路灯上的智能化分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及设置在太阳能路灯上的智能化分析系统，太阳能路灯包括路灯控制电路、太阳能光伏板、蓄电池、电流感测器、红外感应器和led灯组；所述路灯控制电路包括串联的电源控制单元、开关控制单元、电流微控单元和路灯安装电路；所述太阳能光伏板通过电源控制单元连接所述太阳能蓄电池；所述电流感测器测点连接在太阳能光伏板对蓄电池的电能输入连接线上，信号输出端连接在开关控制单元信号输入端子上；红外感应器连接电流微控单元的信号输入端子。

Description

设置在太阳能路灯上的智能化分析系统
本发明是申请号为201710042629.6、申请日为2017年1月20日、发明名称为“太阳能路灯”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及照明领域，尤其涉及一种设置在太阳能路灯上的智能化分析系统。
背景技术
目前，太阳能路灯都采用了太阳能供电方式给其上的灯体提供电能，其工作原理：太阳能光透过太阳能板进行光电效应，并将太阳能转化成直流电能储存在蓄电池或锂电池中，当蓄电池充电完成后，根据设定好的程序在适当的时间放电，从而给电灯提供电能。但是在提供电能的时候，常规的控制器采用时间设定控制方式。这种控制方式存在一种缺陷：其一，路灯在设定的时间内处于全功率放电，没有考虑到节能放电；其二，路灯在设定时间外处于熄灭状态，在需要深夜有人路过时，无法自动开启照明，当设定整夜开启时，路灯将一直处于全功率放电，大大增加了自身耗电量的同时也增加了路灯的自身造价成本。
在研究本发明所述的太阳能路灯的过程中，本发明人发现将太阳能路灯应用到运动球场照明的时候，往往路灯都是场地的高点，其观察视野通常都很好。因此，本发明人考虑将对场地分析系统安装到路灯上，既可以照明，也可以在高点视野良好地进行观察分析。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了太阳能路灯，包括路灯控制电路、太阳能光伏板、蓄电池、电流感测器、红外感应器和led灯组；所述路灯控制电路包括串联的电源控制单元、开关控制单元、电流微控单元和路灯安装电路；所述太阳能光伏板通过电源控制单元连接所述太阳能蓄电池；所述电流感测器测点连接在太阳能光伏板对蓄电池的电能输入连接线上，信号输出端连接在开关控制单元信号输入端子上；红外感应器连接电流微控单元的信号输入端子。
本发明根据太阳辐射自动判断开启照明，根据人或车辆经过路灯的状态自动调节路灯照明亮度，不但使照明更人性化，而且降低了蓄电池损耗，延长了太阳能路灯的使用寿命，节省了能源。
具体实施方式
本发明提供了太阳能路灯，包括路灯控制电路、太阳能光伏板、蓄电池、电流感测器、红外感应器和led灯组；所述路灯控制电路包括串联的电源控制单元、开关控制单元、电流微控单元和路灯安装电路；所述太阳能光伏板通过电源控制单元连接所述太阳能蓄电池；所述电流感测器测点连接在太阳能光伏板对蓄电池的电能输入连接线上，信号输出端连接在开关控制单元信号输入端子上；红外感应器连接电流微控单元的信号输入端子。
本发明还提供设置在太阳能路灯上的智能化分析系统，太阳能路灯包括路灯控制电路、太阳能光伏板、蓄电池、电流感测器、红外感应器和led灯组；所述路灯控制电路包括串联的电源控制单元、开关控制单元、电流微控单元和路灯安装电路；所述太阳能光伏板通过电源控制单元连接所述太阳能蓄电池；所述电流感测器测点连接在太阳能光伏板对蓄电池的电能输入连接线上，信号输出端连接在开关控制单元信号输入端子上；红外感应器连接电流微控单元的信号输入端子；
所述系统包括数据采集设备、数据分析设备和数据显示设备，数据采集设备用于对比赛场地的现场数据进行采集，数据分析设备与数据采集设备连接，用于对现场数据进行分析，数据显示设备与数据分析设备连接，用于对数据分析设备的分析结果进行实时显示。
在第一方面，电源控制单元提供路灯控制电路的电源。
在第二方面，开关控制单元控制路灯控制电路的开启和关闭。
在第三方面，电流感测器测量太阳能光伏板对太阳能蓄电池的充电量大小。
在第四方面，电流微控单元控制路灯控制电路的电流大小。
在第五方面，数据分析设备和数据显示设备都位于排球场地的中央控制室内。
在第六方面，所述比赛场地智能化分析系统包括：
音频采集设备，位于排球场地内，用于对排球场地的观众席进行音频数据采集以输出观众席音频信号；
音频去噪设备，位于排球场地内，与音频采集设备连接，用于接收观众席音频信号并对观众席音频信号进行噪声去除处理以获得去噪音频信号；
音频分析设备，位于排球场地内，与音频去噪设备连接，用于接收去噪音频信号，并对去噪音频信号进行数据分析以确定去噪音频信号中是否存在喧闹信号；
音频定位设备，位于排球场地内，与音频分析设备连接，用于接收去噪音频信号和喧闹信号，确定喧闹信号在去噪音频信号中的发生方位以作为目标方位，并基于音频采集设备距离各个观众区域的现场距离确定目标方位匹配的观众区域以作为目标观众区域，观众席由各个观众区域组成；
高清摄像机阵列，由多个高清摄像机组成，多个高清摄像机分别设置在排球场地的不同位置，每一个高清摄像机包括摄像镜头、图像传感设备、畸变类型检测设备、畸变处理设备、参考点选择设备、畸变坐标映射设备、畸变灰度映射设备、噪声检测设备、噪声滤除设备、图像减影设备、阈值选择设备、二值化处理设备、图像闭合设备、图像开启设备、目标识别设备和目标坐标提取设备；
摄像机定标设备，与每一个高清摄像机连接，用于获取每一个高清摄像机的内参数和每一个高清摄像机的外参数，每一个高清摄像机的内参数包括高清摄像机的焦距、图像传感设备尺寸、摄像镜头失真度，每一个高清摄像机的外参数包括高清摄像机相对于排球场地的相对位置以及高清摄像机的拍摄方向；
坐标映射设备，与摄像机定标设备连接，用于接收每一个高清摄像机的内参数和每一个高清摄像机的外参数，并基于每一个高清摄像机的内参数和每一个高清摄像机的外参数确定每一个高清摄像机的图像空间中像素点坐标与三维世界坐标之间的映射关系；
三维坐标拟合设备，用于分别与多个高清摄像机的目标坐标提取设备连接，用于接收多个平面坐标参数，还与摄像机定标设备连接，用于接收多个高清摄像机的图像空间中像素点坐标分别与三维世界坐标之间的映射关系，三维坐标拟合设备基于上述多个平面坐标参数以及上述多个高清摄像机对应的映射关系拟合出排球目标在三维世界坐标系中的三维坐标并作为三维目标坐标输出；
环境重建设备，与每一个高清摄像机连接，用于分别接收来自多个高清摄像机的多个几何校准图像，并基于多个几何校准图像对排球场地进行环境重建，以获得并输出排球场地的虚拟场景；
场景融合设备，分别与环境重建设备和三维坐标拟合设备连接，用于基于三维目标坐标将排球目标的运动位置融合到虚拟场景中以获得并输出融合图像帧；
现场回放设备，与场景融合设备连接以接收并回放融合图像帧，现场回放设备包括液晶显示器、显示驱动器和显示缓存；
运动员识别设备，位于现场回放设备的正下方，用于对排球场地进行俯瞰式图像采集以获得场地图像，并基于场地图像和预先输入的运动员服装特征从场地图像处检测并分割出运动员图像，输出分割出的运动员图像；
手势检测设备，与运动员识别设备连接，位于现场回放设备的正下方，用于检测运动员图像中的手势形状，基于检测到的手势形状和预设的基准挑战手势进行匹配，匹配成功则输出发起挑战信号，匹配识别则输出未发起挑战信号；
计数设备，与手势检测设备集成在一块集成电路板上，预置计数值为零，每次接收到发起挑战信号时执行以下操作：计数值自动加1，当计数值小于等于预设挑战次数阈值时，输出准许挑战信号，当计数值大于预设挑战次数阈值时，输出禁止挑战信号；
其中，音频定位设备基于音频采集设备距离各个观众区域的现场距离确定目标方位匹配的观众区域以作为目标观众区域包括：将上述各个现场距离与上述目标方位进行逐一匹配，将匹配成功的现场距离对应的观众区域作为目标观众区域；
其中，显示驱动器还分别与音频定位设备和音频分析设备连接，用于在接收到存在喧闹信号时，将目标观众区域相应的文字信息以及存在喧闹相应的文字信息推送到显示缓存中以便于液晶显示器进行显示。
在第七方面，其中，在每一个高清摄像机中，图像传感设备用于对排球场地进行高清数据采集以输出高清图像；畸变类型检测设备与图像传感设备连接，用于接收高清图像，确定高清图像的外形尺寸，基于高清图像的外形尺寸与基准参考图像的外形尺寸确定高清图像的畸变类型，畸变类型包括扭曲畸变、径向失真畸变、仿射变换畸变、类仿射变换畸变和投影变换畸变，基准参考图像为对高清摄像机负责区域进行预先高清数据采集所输出的无畸变的高清图像；畸变处理设备与畸变类型检测设备连接，当接收到的畸变类型为扭曲畸变、径向失真畸变、仿射变换畸变或类仿射变换畸变时，基于不同的畸变类型对高清图像进行不同的预定几何变换处理，以输出几何校准图像；参考点选择设备与畸变类型检测设备连接，用于在接收到的畸变类型为投影变换畸变时，选择排球场地中的8个位置作为校准参考点，8个位置分别为排球场地中边线的8个基准点；畸变坐标映射设备分别与参考点选择设备和畸变类型检测设备连接，用于确定高清图像中8个位置的坐标，确定基准参考图像中8个位置的坐标，基于高清图像中8个位置的坐标以及基准参考图像中8个位置的坐标确定几何坐标变换矩阵，并基于几何坐标变换矩阵对高清图像的所有像素点进行几何坐标变换以获得对应的多个新像素点，高清图像的所有像素点的水平坐标和垂直坐标都为整数，而新像素点的水平坐标或垂直坐标不一定为整数；畸变灰度映射设备与畸变坐标映射设备连接，用于接收多个新像素点，当新像素点的水平坐标和垂直坐标都为整数时，新像素点的灰度值为高清图像中相同坐标位置的像素点的灰度值，当新像素点的水平坐标或垂直坐标为非整数时，基于高清图像中相同坐标位置周围的多个像素点的灰度值计算新像素点的灰度值，基于多个新像素点的灰度值输出几何校准图像；噪声检测设备分别与畸变处理设备和畸变灰度映射设备连接，用于接收几何校准图像，并基于几何校准图像检测并输出几何校准图像中的噪声类型；噪声滤除设备包括自适应递归滤波单元、维纳滤波单元和边缘保持滤波单元，维纳滤波单元用于在接收到的噪声类型为最大幅度值超过预设幅度值的大幅度值高斯噪声时，对几何校准图像进行维纳滤波处理，以获得并输出滤波图像，自适应递归滤波单元用于在接收到的噪声类型为最大幅度值小于等于预设幅度值的小幅度值高斯噪声时，对几何校准图像进行自适应递归滤波处理，以获得并输出滤波图像，边缘保持滤波单元用于在接收到的噪声类型为椒盐噪声或脉冲噪声时，对几何校准图像中每一个像素点作为待处理像素点进行如下处理：选择待处理像素点周围的M个附近像素点做均值计算以获得第一平均像素值，在M个附近像素点中，选择像素值距离平均像素值最近的N个附近像素点作为运算像素点，对N个运算像素点做均值计算以获得第二平均像素值，将第二平均像素值作为待处理像素点的处理后的像素值，M和N均为自然数且N小于M；边缘保持滤波单元基于所有待处理像素点的处理后的像素值组成并输出滤波图像。
在第八方面，其中，在每一个高清摄像机中，图像减影设备与噪声滤除设备连接以获得时间上连续的各个滤波图像，对于每一个滤波图像，将其与前一帧滤波图像按照相同坐标位置对应的像素点灰度值做差，对各个对应的像素点灰度值做差所获得的差值取绝对值后组成并输出减影图像；阈值选择设备与图像减影设备连接，接收减影图像并计算减影图像的复杂度，基于复杂度选择二值化阈值；二值化处理设备分别与阈值选择设备和图像减影设备连接，用于基于二值化阈值对减影图像进行二值化处理以获得二值化图像；图像闭合设备与二值化处理设备连接，用于对二值化图像进行图像闭合处理，即对二值化图像先执行图像膨胀处理后执行图像腐蚀处理，以获得闭合图像；图像开启设备与图像闭合设备连接，用于对闭合图像进行图像开启处理，即对闭合图像先执行图像腐蚀处理后执行图像膨胀处理，以获得开启图像；目标识别设备与图像开启设备连接，用于基于预设基准排球图案在开启图像中识别出排球目标；目标坐标提取设备与目标识别设备连接，用于基于识别出的排球目标在整个开启图像中的相对位置，确定排球目标的平面坐标参数。
在第九方面，其中，显示缓存与液晶显示器连接，显示驱动器分别与显示缓存和计数设备连接，显示驱动器用于在接收到准许挑战信号时，将先前从场景融合设备处接收到的融合图像帧推送到显示缓存内以便于液晶显示器持续回放，显示驱动器还用于在接收到禁止挑战信号，将与超过挑战次数相关的文字警示信息推送到显示缓存内以便于液晶显示器进行相应显示。
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 (9)

1.设置在太阳能路灯上的智能化分析系统，其特征在于，所述太阳能路灯包括路灯控制电路、太阳能光伏板、蓄电池、电流感测器、红外感应器和led灯组；所述路灯控制电路包括串联的电源控制单元、开关控制单元、电流微控单元和路灯安装电路；所述太阳能光伏板通过电源控制单元连接所述太阳能蓄电池；所述电流感测器测点连接在太阳能光伏板对蓄电池的电能输入连接线上，信号输出端连接在开关控制单元信号输入端子上；红外感应器连接电流微控单元的信号输入端子；
所述系统包括数据采集设备、数据分析设备和数据显示设备，数据采集设备用于对比赛场地的现场数据进行采集，数据分析设备与数据采集设备连接，用于对现场数据进行分析，数据显示设备与数据分析设备连接，用于对数据分析设备的分析结果进行实时显示。
2.根据权利要求1所述智能化分析系统，其特征在于，电源控制单元提供路灯控制电路的电源。
3.根据权利要求1所述智能化分析系统，其特征在于，开关控制单元控制路灯控制电路的开启和关闭。
4.根据权利要求1所述智能化分析系统，其特征在于，电流感测器测量太阳能光伏板对太阳能蓄电池的充电量大小。
5.根据权利要求1所述智能化分析系统，其特征在于，电流微控单元控制路灯控制电路的电流大小。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的智能化分析系统，其特征在于，数据分析设备和数据显示设备都位于排球场地的中央控制室内。
7.根据权利要求6所述智能化分析系统，其特征在于，所述智能化分析系统包括：
音频采集设备，位于排球场地内，用于对排球场地的观众席进行音频数据采集以输出观众席音频信号；
音频去噪设备，位于排球场地内，与音频采集设备连接，用于接收观众席音频信号并对观众席音频信号进行噪声去除处理以获得去噪音频信号；
音频分析设备，位于排球场地内，与音频去噪设备连接，用于接收去噪音频信号，并对去噪音频信号进行数据分析以确定去噪音频信号中是否存在喧闹信号；
音频定位设备，位于排球场地内，与音频分析设备连接，用于接收去噪音频信号和喧闹信号，确定喧闹信号在去噪音频信号中的发生方位以作为目标方位，并基于音频采集设备距离各个观众区域的现场距离确定目标方位匹配的观众区域以作为目标观众区域，观众席由各个观众区域组成；
高清摄像机阵列，由多个高清摄像机组成，多个高清摄像机分别设置在排球场地的不同位置，每一个高清摄像机包括摄像镜头、图像传感设备、畸变类型检测设备、畸变处理设备、参考点选择设备、畸变坐标映射设备、畸变灰度映射设备、噪声检测设备、噪声滤除设备、图像减影设备、阈值选择设备、二值化处理设备、图像闭合设备、图像开启设备、目标识别设备和目标坐标提取设备；
摄像机定标设备，与每一个高清摄像机连接，用于获取每一个高清摄像机的内参数和每一个高清摄像机的外参数，每一个高清摄像机的内参数包括高清摄像机的焦距、图像传感设备尺寸、摄像镜头失真度，每一个高清摄像机的外参数包括高清摄像机相对于排球场地的相对位置以及高清摄像机的拍摄方向；
坐标映射设备，与摄像机定标设备连接，用于接收每一个高清摄像机的内参数和每一个高清摄像机的外参数，并基于每一个高清摄像机的内参数和每一个高清摄像机的外参数确定每一个高清摄像机的图像空间中像素点坐标与三维世界坐标之间的映射关系；
三维坐标拟合设备，用于分别与多个高清摄像机的目标坐标提取设备连接，用于接收多个平面坐标参数，还与摄像机定标设备连接，用于接收多个高清摄像机的图像空间中像素点坐标分别与三维世界坐标之间的映射关系，三维坐标拟合设备基于上述多个平面坐标参数以及上述多个高清摄像机对应的映射关系拟合出排球目标在三维世界坐标系中的三维坐标并作为三维目标坐标输出；
环境重建设备，与每一个高清摄像机连接，用于分别接收来自多个高清摄像机的多个几何校准图像，并基于多个几何校准图像对排球场地进行环境重建，以获得并输出排球场地的虚拟场景；
场景融合设备，分别与环境重建设备和三维坐标拟合设备连接，用于基于三维目标坐标将排球目标的运动位置融合到虚拟场景中以获得并输出融合图像帧；
现场回放设备，与场景融合设备连接以接收并回放融合图像帧，现场回放设备包括液晶显示器、显示驱动器和显示缓存；
运动员识别设备，位于现场回放设备的正下方，用于对排球场地进行俯瞰式图像采集以获得场地图像，并基于场地图像和预先输入的运动员服装特征从场地图像处检测并分割出运动员图像，输出分割出的运动员图像；
手势检测设备，与运动员识别设备连接，位于现场回放设备的正下方，用于检测运动员图像中的手势形状，基于检测到的手势形状和预设的基准挑战手势进行匹配，匹配成功则输出发起挑战信号，匹配识别则输出未发起挑战信号；
计数设备，与手势检测设备集成在一块集成电路板上，预置计数值为零，每次接收到发起挑战信号时执行以下操作：计数值自动加1，当计数值小于等于预设挑战次数阈值时，输出准许挑战信号，当计数值大于预设挑战次数阈值时，输出禁止挑战信号；
其中，音频定位设备基于音频采集设备距离各个观众区域的现场距离确定目标方位匹配的观众区域以作为目标观众区域包括：将上述各个现场距离与上述目标方位进行逐一匹配，将匹配成功的现场距离对应的观众区域作为目标观众区域；
其中，显示驱动器还分别与音频定位设备和音频分析设备连接，用于在接收到存在喧闹信号时，将目标观众区域相应的文字信息以及存在喧闹相应的文字信息推送到显示缓存中以便于液晶显示器进行显示；
其中，在每一个高清摄像机中，图像传感设备用于对排球场地进行高清数据采集以输出高清图像；畸变类型检测设备与图像传感设备连接，用于接收高清图像，确定高清图像的外形尺寸，基于高清图像的外形尺寸与基准参考图像的外形尺寸确定高清图像的畸变类型，畸变类型包括扭曲畸变、径向失真畸变、仿射变换畸变、类仿射变换畸变和投影变换畸变，基准参考图像为对高清摄像机负责区域进行预先高清数据采集所输出的无畸变的高清图像；畸变处理设备与畸变类型检测设备连接，当接收到的畸变类型为扭曲畸变、径向失真畸变、仿射变换畸变或类仿射变换畸变时，基于不同的畸变类型对高清图像进行不同的预定几何变换处理，以输出几何校准图像；参考点选择设备与畸变类型检测设备连接，用于在接收到的畸变类型为投影变换畸变时，选择排球场地中的8个位置作为校准参考点，8个位置分别为排球场地中边线的8个基准点；畸变坐标映射设备分别与参考点选择设备和畸变类型检测设备连接，用于确定高清图像中8个位置的坐标，确定基准参考图像中8个位置的坐标，基于高清图像中8个位置的坐标以及基准参考图像中8个位置的坐标确定几何坐标变换矩阵，并基于几何坐标变换矩阵对高清图像的所有像素点进行几何坐标变换以获得对应的多个新像素点，高清图像的所有像素点的水平坐标和垂直坐标都为整数，而新像素点的水平坐标或垂直坐标不一定为整数；畸变灰度映射设备与畸变坐标映射设备连接，用于接收多个新像素点，当新像素点的水平坐标和垂直坐标都为整数时，新像素点的灰度值为高清图像中相同坐标位置的像素点的灰度值，当新像素点的水平坐标或垂直坐标为非整数时，基于高清图像中相同坐标位置周围的多个像素点的灰度值计算新像素点的灰度值，基于多个新像素点的灰度值输出几何校准图像；噪声检测设备分别与畸变处理设备和畸变灰度映射设备连接，用于接收几何校准图像，并基于几何校准图像检测并输出几何校准图像中的噪声类型；噪声滤除设备包括自适应递归滤波单元、维纳滤波单元和边缘保持滤波单元，维纳滤波单元用于在接收到的噪声类型为最大幅度值超过预设幅度值的大幅度值高斯噪声时，对几何校准图像进行维纳滤波处理，以获得并输出滤波图像，自适应递归滤波单元用于在接收到的噪声类型为最大幅度值小于等于预设幅度值的小幅度值高斯噪声时，对几何校准图像进行自适应递归滤波处理，以获得并输出滤波图像，边缘保持滤波单元用于在接收到的噪声类型为椒盐噪声或脉冲噪声时，对几何校准图像中每一个像素点作为待处理像素点进行如下处理：选择待处理像素点周围的M个附近像素点做均值计算以获得第一平均像素值，在M个附近像素点中，选择像素值距离平均像素值最近的N个附近像素点作为运算像素点，对N个运算像素点做均值计算以获得第二平均像素值，将第二平均像素值作为待处理像素点的处理后的像素值，M和N均为自然数且N小于M；边缘保持滤波单元基于所有待处理像素点的处理后的像素值组成并输出滤波图像。
8.根据权利要求7所述智能化分析系统，其特征在于，
其中，在每一个高清摄像机中，图像减影设备与噪声滤除设备连接以获得时间上连续的各个滤波图像，对于每一个滤波图像，将其与前一帧滤波图像按照相同坐标位置对应的像素点灰度值做差，对各个对应的像素点灰度值做差所获得的差值取绝对值后组成并输出减影图像；阈值选择设备与图像减影设备连接，接收减影图像并计算减影图像的复杂度，基于复杂度选择二值化阈值；二值化处理设备分别与阈值选择设备和图像减影设备连接，用于基于二值化阈值对减影图像进行二值化处理以获得二值化图像；图像闭合设备与二值化处理设备连接，用于对二值化图像进行图像闭合处理，即对二值化图像先执行图像膨胀处理后执行图像腐蚀处理，以获得闭合图像；图像开启设备与图像闭合设备连接，用于对闭合图像进行图像开启处理，即对闭合图像先执行图像腐蚀处理后执行图像膨胀处理，以获得开启图像；目标识别设备与图像开启设备连接，用于基于预设基准排球图案在开启图像中识别出排球目标；目标坐标提取设备与目标识别设备连接，用于基于识别出的排球目标在整个开启图像中的相对位置，确定排球目标的平面坐标参数。
9.根据权利要求8所述智能化分析系统，其特征在于，
其中，显示缓存与液晶显示器连接，显示驱动器分别与显示缓存和计数设备连接，显示驱动器用于在接收到准许挑战信号时，将先前从场景融合设备处接收到的融合图像帧推送到显示缓存内以便于液晶显示器持续回放，显示驱动器还用于在接收到禁止挑战信号，将与超过挑战次数相关的文字警示信息推送到显示缓存内以便于液晶显示器进行相应显示。
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