CN109487877B - 厕所自动冲水系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种厕所自动冲水系统及控制方法。该厕所自动冲水系统包括电磁波成像单元、信号处理单元、控制单元和冲水模块；所述电磁波成像单元对如厕检测范围进行外物进入检测，对外物外形轮廓进行成像，得到图像信号，所述电磁波成像单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元输出端连接所述控制单元，控制单元将采集的图像信号与预设的需要冲水的外形轮廓图像进行比对，所述控制单元控制信号输出端连接所述冲水模块控制端。该厕所自动冲水系统准确度高，避免了不必要的冲水，减小了水资源的浪费。

Description

厕所自动冲水系统及控制方法
技术领域
本发明涉及卫浴装置领域，具体涉及一种厕所自动冲水系统及控制方法。
背景技术
厕所冲水装置，通常指蹲便器冲水装置、坐便器冲水装置以及男士小便槽冲水装置。其现有冲水装置的形式常见的有按压式、脚踏式、红外自感式。而最新的一种技术是通过微波检测人体范围及处于该范围内停留时间的判断来进行后续的冲水控制，比如：通过微波雷达传感器检测目标所处范围，目标进入到该装置的如厕范围后，系统则获取目标在此如厕范围内的停留时长。若获取目标在如厕范围内的停留时长处于第一预设时间范围，系统认为目标在进行如厕行为；若系统在判断上述目标停留在如厕范围内是在进行如厕行为后又通过微波传感器检测到目标脱离该如厕范围，系统判断为目标如厕结束并离开，进而控制装置进行冲水。上述中的第一预设时间范围是通过采样多个用户多次实验得到的数值或者针对个性用户的个性化设置。总的来说，现有技术方案的核心点在于通过微波传感器检测用户停留在装置预设如厕范围的时长来判断用户是否有进行如厕行为来控制装置冲水。但采用该技术，当任何物体一旦进入上述检测范围并持续时间达到预设时间范围，系统都会进行冲水；另外该技术也不能对目标的动作姿态进行判断，如人体进入如厕区域后只是整理衣物或者清洁厕所，并未有如厕行为，系统同样会进行冲水；对珍贵的水资源造成不小的浪费。
不仅如此，即使临时放置某物体于该装置如厕检测范围内并放置时间满足上述预设时间值再拿走物体，系统同样会识别为用户正常如厕并进行冲水；再如，若用户进入该装置并处于该装置如厕检测范围进行衣物整理或者清洁厕所亦或者进行厕所装修等，同时停留时长满足了上述预设时间值后离开，系统也会误识别为用户完成如厕行为进行冲水，造成水资源浪费。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种厕所自动冲水系统及控制方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种厕所自动冲水系统，包括电磁波成像单元、信号处理单元、控制单元和冲水模块；
所述电磁波成像单元对如厕检测范围进行外物进入检测，对外物外形轮廓进行成像，得到图像信号，所述电磁波成像单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元输出端连接所述控制单元，控制单元将采集的图像信号与预设的需要冲水的外形轮廓图像进行比对，所述控制单元控制信号输出端连接所述冲水模块控制端。
该厕所自动冲水系统对进入如厕检测范围内的外物进行外形轮廓成像，并将之与预设的需要冲水的外形轮廓图像进行比对，当采集的外物外形轮廓与预设的需要冲水的外形轮廓相似度达到要求，则控制冲水模块冲水，从而使得该系统准确度高，避免了不必要的冲水，减小了水资源的浪费。
进一步的，所述电磁波成像单元包括N个电磁波探头组以及可工作在不同频率下的电磁波收发器所述N为正整数，所述电磁波探头组发射覆盖所述如厕范围的电磁波，所述电磁波收发器接收如厕范围内反射的电磁波并传输给信号处理单元，信号处理单元持续获得人体轮廓和动作轨迹信号。
优选的，所述电磁波成像单元为厘米波成像单元。
进一步的，N个所述电磁波发射端以及电磁波接收端均设于墙体内。这节省了空间，避免了占用厕所内部空间，且达到了美观的效果。
本发明还提出了一种基于上述的厕所自动冲水系统的冲水控制方法，包括以下步骤：
S1，电磁波成像单元检测如厕检测范围内是否有外物进入，并对该外物进行外物外形轮廓成像得到外物外形轮廓图像；
S2，将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对，判断外物是否为人，如果是，则执行步骤S3；如果不是，执行步骤S1；
S3，电磁波成像单元持续采集该外物外形轮廓图像，将该外物外形轮廓图像与预设的需要冲水时的人体外形轮廓图像进行比对，判断该外物外形轮廓图像是否为预设的需要冲水的人体外形轮廓图像，如果是，则执行步骤S4；如果不是，则执行步骤S1；
S4，电磁波成像单元检测该外物是否离开如厕检测范围，如果是，则冲水，然后再执行步骤S1；如果不是，重复执行该步骤。
该控制方法简单，提高了厕所冲水的准确性，减少了水资源的浪费。
进一步的，采用信号处理单元对电磁波成像单元采集到的外物外形轮廓图像进行模数转换得到图像数字信号，再执行步骤S2。
进一步的，在将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对时和/或将采集外物外形轮廓图像与预设的需要冲水的人体外形轮廓图像进行比对时，对采集的外物外形轮廓图像参照预设的人体外形轮廓图像进行等比例放大或缩小处理。这使得该控制方法准确度更高。
进一步的，在将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对时和/或将采集的外物外形轮廓图像与预设的需要冲水的人体外形轮廓图像进行比对时，采用以下公式进行对比：
Figure BDA0001920782180000041
式中，x为采集的外物外形轮廓图像，y为通过预设的正常人体外形轮廓图像或需要冲水时的人体外形轮廓图像，c1和c2是维持稳定的常量，c1＝(k1L)2，c2＝(k2L)2，L是像素值动态范围；k1、k2为常量；
μx为x的平均值，σx 2为x的方差；
μy为y的平均值，σy 2为y的方差，均为已知量；
σxy为x和y的协方差；
Figure BDA0001920782180000042
Figure BDA0001920782180000043
Figure BDA0001920782180000044
其中，H和W分别为采集的外物外形轮廓的高度和宽度，i表示图像的横轴像素坐标点，j表示图像的纵轴像素坐标点，x(i,j)表达的就是x图像中第i排第j列的像素坐标点，y(i,j)表达的就是y图像中第i排第j列的像素坐标点；
当执行步骤S2时,如果f(x,y)大于或等于预设的相似度Q值时，则判断采集的外物外形轮廓图像为正常人体外形轮廓图像；
当执行步骤S3时，如果f(x,y)大于或等于预设的相似度P值时，则判断采集的外物外形轮廓图像为需要冲水的人体外形轮廓图像。该计算方法简单，计算速度快，准确度高。
进一步的，需要冲水时的人体外形轮廓图像包括如厕时的人体外形轮廓图像和/或呕吐时人体外形轮廓图像。
进一步的，预设的需要冲水时的人体外形轮廓图像分为需要冲水时的男性人体外形轮廓图像和女性人体外形轮廓图像。
本发明的有益效果是：本发明通过对人体的外形轮廓进行成像，并将之与系统预设的需要冲水的外形轮廓图像进行比对，提高了系统冲水的准确度，避免了不必要的冲水，减小了水资源的浪费。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是厕所自动冲水系统的原理示意图；
图2是冲水控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本发明提供了一种厕所自动冲水系统，包括电磁波成像单元、信号处理单元、控制单元和冲水模块。
所述电磁波成像单元对如厕检测范围进行外物进入检测，对外物外形轮廓进行成像，得到图像信号，所述电磁波成像单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元输出端连接所述控制单元，控制单元将采集的图像信号与预设的需要冲水的外形轮廓图像进行比对，所述控制单元控制信号输出端连接所述冲水模块控制端。
这里，所述电磁波成像单元包括N个电磁波探头组以及可工作在不同频率下的电磁波收发器，N为正整数，所述电磁波探头组发射覆盖所述如厕范围的电磁波，所述电磁波收发器接收如厕范围内反射的电磁波并传输给信号处理单元，信号处理单元持续获得人体轮廓和动作轨迹信号。
具体的，每个电磁波探头组包括电磁波发射端以及与该电磁波发射端对应的电磁波接收端，电磁波收发器通过电磁波发射端发射电磁波，电磁波接收端接收与其对应的电磁波发射端所发射的电磁波，并发送给所述电磁波收发器，如此，电磁波收发器接收到了如厕范围内反射的电磁波并传输给信号处理单元，信号处理单元持续获得人体轮廓和动作轨迹信号。
电磁波成像单元选用具有成像特性且对人体无害的电磁波成像单元，如可以采用毫米波摄像机等来实现，本实施例中，电磁波成像单元优选但不限于为厘米波成像单元。
厘米波成像单元的厘米波发射端和厘米波接收端都是通过厘米波射频收发器完成，即自发自收。由于厘米波具可以穿透物体，所以本实施例中，厘米波发射端、厘米波接收端可安装在厕所如厕区域的墙体内，不会有任何装置占用厕所内部空间，且非常美观。
信号处理单元内部集成了DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)。DSP完成图像的数字信号转换，大致过程：内部DSP接收到厘米波射频收发器传进来的图像模拟信号，由DSP采样模拟图像的信号瞬时值并规划到有限个信号等级上，进行信号值等级量化，将轮廓外的空白无效信号去除，只保留轮廓线信号保证采集到的图像只有一个完全封闭的轮廓。再将这个有效的信号瞬时值转换成二进制表示的数字信号，即完成了一帧的图像信号转换；如此重复进行信号的转换并按数据帧的格式传输到控制单元中进行轮廓相似度比对。
如果采集的外物外形轮廓与预设的需要冲水的外形轮廓相似度达到要求，则控制冲水模块冲水。冲水模块通常包括电磁阀和高压水箱。
如图2所示，本发明还提出了一种基于上述厕所自动冲水系统的冲水控制方法，包括以下步骤：
S1，电磁波成像单元检测如厕检测范围内是否有外物进入，并对该外物进行外物外形轮廓成像得到外物外形轮廓图像。这里的电磁波为具有成像特性且对人体无害的电磁波。
S2，将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对，判断外物是否为人，如果是，则执行步骤S3；如果不是，执行步骤S1。
当没有外物进入如厕检测范围时，电磁波成像单元处于低频待机模式，当有外物进入如厕检测范围时，处于低频待机模式下的电磁波射频收发器会接收到一串不均匀的陡变的电磁波信号。控制单元收到这样的信号表示有物体或者人体进入到该如厕范围，当判断外物是人时，控制单元随即发出应答唤醒信号到电磁波射频收发器使其开始收发电磁波信号。
S3，电磁波成像单元持续采集该外物外形轮廓图像，将该外物外形轮廓图像与预设的需要冲水时的人体外形轮廓图像进行比对，判断该外物外形轮廓图像是否为预设的需要冲水的人体外形轮廓图像，如果是，则执行步骤S4；如果不是，则执行步骤S1。
S4，电磁波成像单元检测该外物是否离开如厕检测范围，如果是，则冲水，然后再执行步骤S1；如果不是，重复执行该步骤。
其中，本实施例优选但不限于采用厘米波成像，在步骤S2中将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对时和/或在步骤S3中将采集的外物外形轮廓图像与预设的需要冲水的人体外形轮廓图像进行比对时，采用以下公式进行对比：
Figure BDA0001920782180000081
式中，x为采集的外物外形轮廓图像，y为通过预设的正常人体外形轮廓图像或需要冲水时的人体外形轮廓图像，c1和c2是维持稳定的常量，c1＝(k1L)2，c2＝(k2L)2，L是像素值动态范围，通常取255；k1、k2为常量，通常取k1＝0.01，k2＝0.03。
μx为x的平均值，
Figure BDA0001920782180000082
σx 2为x的方差，
Figure BDA0001920782180000083
μy为y的平均值，σy 2为y的方差，均为已知量。
σxy为x和y的协方差，
Figure BDA0001920782180000084
其中，H和W分别为采集的外物外形轮廓的高度和宽度，i表示图像的横轴像素坐标点，j表示图像的纵轴像素坐标点，x(i,j)表达的就是x图像中第i排第j列的像素坐标点，y(i,j)表达的就是y图像中第i排第j列的像素坐标点。
当执行步骤S2时,如果f(x,y)大于或等于预设的相似度Q值时，则判断采集的外物外形轮廓图像为正常人体外形轮廓图像。
当执行步骤S3时，如果f(x,y)大于或等于预设的相似度P值时，则判断采集的外物外形轮廓图像为需要冲水的人体外形轮廓图像。
f(x,y)的计算结果值取值范围为[0,1]，其值越大，x和y的相似度越高；当x和y一模一样时，f(x,y)值为1。本系统中相似度Q值和相似度P值均可优选但不限于设为0.88。
即当有外物进入如厕区域时，步骤S2中，当采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像比对的值大于或等于0.88时，判断外物是人，如果不满足该要求，判断外物不属于人类；步骤S3中，当采集的外物外形轮廓图像与预设的需要冲水的人体外形轮廓图像比对值大于或等于0.88时，认为此时的动作符合需要冲水的要求，若f(x,y)<0.88，而认为此时的动作不符合需要冲水的要求。相似度Q值和相似度P值可根据装置实际的反应灵敏度和准确性进行设置。
这里需要冲水时的人体外形轮廓图像包括如厕时的人体外形轮廓图像和/或呕吐时人体外形轮廓图像。
当电磁波成像单元检测到的外物外形轮廓图像为图像模拟信号时，采用信号处理单元对电磁波成像单元采集到的外物外形轮廓图像进行模数转换得到图像数字信号，再执行步骤S2。
考虑到人的身高、胖瘦不一问题，在将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对时和/或将采集外物外形轮廓图像与预设的需要冲水的人体外形轮廓图像进行比对时，对采集的外物外形轮廓图像参照预设的人体外形轮廓图像进行等比例放大或缩小处理，以提高该方法的准确性。
考虑到人的性别区别，预设的需要冲水时的人体外形轮廓图像分为需要冲水时的男性人体外形轮廓图像和女性人体外形轮廓图像，且分别设置于男性卫生间控制系统内、女性卫生间控制系统内。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于，所述厕所自动冲水系统包括电磁波成像单元、信号处理单元、控制单元和冲水模块；
所述电磁波成像单元对如厕检测范围进行外物进入检测，持续对外物外形轮廓进行成像，得到图像信号，所述电磁波成像单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元输出端连接所述控制单元，控制单元将采集的图像信号与预设的需要冲水的外形轮廓图像进行比对，所述控制单元控制信号输出端连接所述冲水模块控制端；
所述厕所自动冲水系统冲水控制方法包括以下步骤：
S1，电磁波成像单元检测如厕检测范围内是否有外物进入，并对该外物进行外物外形轮廓成像得到外物外形轮廓图像；
S2，将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对，判断外物是否为人，如果是，则执行步骤S3；如果不是，执行步骤S1；
S3，电磁波成像单元持续采集该外物外形轮廓图像，将该外物外形轮廓图像与预设的需要冲水时的人体外形轮廓图像进行比对，判断该外物外形轮廓图像是否为预设的需要冲水的人体外形轮廓图像，如果是，则执行步骤S4；如果不是，则执行步骤S1；需要冲水时的人体外形轮廓图像包括如厕时的人体外形轮廓图像和/或呕吐时人体外形轮廓图像；
S4，电磁波成像单元检测该外物是否离开如厕检测范围，如果是，则冲水，然后再执行步骤S1；如果不是，重复执行该步骤。
2.根据权利要求1所述的厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于，采用信号处理单元对电磁波成像单元采集到的外物外形轮廓图像进行模数转换得到图像数字信号，再执行步骤S2。
3.根据权利要求1所述的厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于，在将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对时和/或将采集外物外形轮廓图像与预设的需要冲水的人体外形轮廓图像进行比对时，对采集的外物外形轮廓图像参照预设的人体外形轮廓图像进行等比例放大或缩小处理。
4.根据权利要求1所述的厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于，在将采集的外物外形轮廓图像与预设的正常人体外形轮廓图像进行比对时和/或将采集的外物外形轮廓图像与预设的需要冲水的人体外形轮廓图像进行比对时，采用以下公式进行对比：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 576595DEST_PATH_IMAGE002
为采集的外物外形轮廓图像，
Figure 493736DEST_PATH_IMAGE003
为通过预设的正常人体外形轮廓图像或需要冲水时的人体外形轮廓图像，
Figure 273473DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 104901DEST_PATH_IMAGE005
是维持稳定的常量，
Figure 919273DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 741735DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 946452DEST_PATH_IMAGE008
是像素值动态范围；
Figure 145352DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 814231DEST_PATH_IMAGE010
为常量；
Figure 745278DEST_PATH_IMAGE011
为
Figure 499607DEST_PATH_IMAGE002
的平均值，
Figure 236619DEST_PATH_IMAGE012
为
Figure 697687DEST_PATH_IMAGE002
的方差；
Figure 127531DEST_PATH_IMAGE013
为
Figure 369157DEST_PATH_IMAGE003
的平均值，
Figure 80499DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 723970DEST_PATH_IMAGE003
的方差，均为已知量；
Figure 59136DEST_PATH_IMAGE015
为
Figure 725741DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 804555DEST_PATH_IMAGE003
的协方差；
Figure 240216DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 11863DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 962501DEST_PATH_IMAGE018
；
其中，
Figure 845006DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 135173DEST_PATH_IMAGE020
分别为采集的外物外形轮廓的高度和宽度，i表示图像的横轴像素坐标点，j表示图像的纵轴像素坐标点，
Figure 77722DEST_PATH_IMAGE021
表达的就是
Figure 515656DEST_PATH_IMAGE002
图像中第i排第j列的像素坐标点，
Figure 372492DEST_PATH_IMAGE022
表达的就是
Figure 845061DEST_PATH_IMAGE003
图像中第i排第j列的像素坐标点；
当执行步骤S2时,如果
Figure 958511DEST_PATH_IMAGE023
大于或等于预设的相似度Q值时，则判断采集的外物外形轮廓图像为正常人体外形轮廓图像；
当执行步骤S3时，如果
Figure 821425DEST_PATH_IMAGE023
大于或等于预设的相似度P值时，则判断采集的外物外形轮廓图像为需要冲水的人体外形轮廓图像。
5.根据权利要求1所述的厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于，预设的需要冲水时的人体外形轮廓图像分为需要冲水时的男性人体外形轮廓图像和女性人体外形轮廓图像。
6.根据权利要求1所述的厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于：所述电磁波成像单元包括N个电磁波探头组以及可工作在不同频率下的电磁波收发器所述N为正整数，所述电磁波探头组发射覆盖所述如厕范围的电磁波，所述电磁波收发器接收如厕范围内反射的电磁波并传输给信号处理单元，信号处理单元持续获得人体轮廓和动作轨迹信号。
7.根据权利要求1所述的厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于：所述电磁波成像单元为厘米波成像单元。
8.根据权利要求6所述的厕所自动冲水系统控制方法，其特征在于：N个所述电磁波发射端以及电磁波接收端均设于墙体内。
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