CN110541958A - 一种水龙头及管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水龙头及管理系统，通过采集水龙头出水口位置的图像，根据采集到的图像和预设的参考图像，控制与龙头本体相连的调节装置并控制龙头水龙头是否出水，使用者只要将手伸到水龙头出水口的位置，水龙头即可将集水龙头出水口位置的图像和水龙头出水口位置无遮挡物的图像相比较，根据比较结果调节龙头本体的角度以及控制水龙头出水，从而实现自动瞄准人手部出水，无需使用者再调节手部位置，扩大水龙头的感应范围，并可以避免使用者在使用时手部触碰水池壁的情况，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种水龙头及管理系统。
背景技术
现有公共场所中基本使用感应式水龙头，水龙头与水池的位置固定，使用者通过移动手的位置，让手在感应区域内对准水流使得水龙头出水。
现有的感应式水龙头存在以下技术问题：
1、由于水龙头与水池间的固定间隔没有标准，为了保持水流的通畅，使用者可能需要持续在一个很小的范围内保持伸手的姿势，可能会触及水池壁。
2、可使用的感应区域小，当人手出现微小位移时就可能导致水流停止。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种水龙头及管理系统，用以至少部分解决现有的水龙头使用不便的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种水龙头，包括：处理器、图像采集装置、调节装置和龙头本体，所述调节装置与所述龙头本体相连，用于调节所述龙头本体的角度；
所述图像采集装置设置在所述龙头本体上，用于采集所述水龙头出水口位置的图像，并将采集到的图像发送给所述处理器；
所述处理器用于，根据所述采集到的图像和预设的参考图像控制所述调节装置以及控制所述龙头水龙头是否出水，所述参考图像为所述水龙头出水口位置无遮挡物的图像。
优选的，所述图像采集装置具体用于，周期采集所述水龙头出水口位置的图像；
所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中包括人手图像且所述人手图像位于所述采集到的图像的非中心区域时，调整所述调节装置的角度，以使下一次采集到的图像中的人手图像位于所述下一次采集到的图像的中心区域。
优选的，所述调节装置用于，沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，所述第一平面为与水龙头使用者相对的平面；
所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中包括人手图像且所述人手图像位于所述采集到的图像的非中心区域时，根据所述人手图像与所述中心区域之间的相对位置，控制所述调节装置沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动。
优选的，所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中包括人手图像且所述人手图像位于所述采集到的图像的中心区域时，开启所述龙头本体内的出水阀，以使所述水龙头出水。
优选的，所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中所述水龙头出水口位置不包括遮挡物图像，或者，包括遮挡物图像且所述遮挡物图像不是人手图像时，关闭所述龙头本体内的出水阀，以使所述水龙头停止出水。
优选的，所述图像采集装置为至少两个，所述处理器具体用于，将各个图像采集装置采集到的图像拼接为一个图像，并根据拼接后的图像和预设的参考图像控制所述调节装置以及控制所述龙头水龙头是否出水。
本发明还提供一种管理系统，包括服务器和如前所述的水龙头。
优选的，所述处理器具体用于，根据预设的人手识别模型判断采集到的图像中是否包括人手图像。
进一步的，所述处理器还用于，从所述服务器下载人手识别模型，并在本地更新所述人手识别模型。
优选的，所述处理器具体用于，通过用户身份识别卡或内置芯片式用户身份识别卡从所述服务器下载人手识别模型。
本发明通过采集水龙头出水口位置的图像，根据采集到的图像和预设的参考图像，控制与龙头本体相连的调节装置并控制龙头水龙头是否出水，使用者只要将手伸到水龙头出水口的位置，水龙头即可将集水龙头出水口位置的图像和水龙头出水口位置无遮挡物的图像相比较，根据比较结果调节龙头本体的角度以及控制水龙头出水，从而实现自动瞄准人手部出水，无需使用者再调节手部位置，扩大水龙头的感应范围，并可以避免使用者在使用时手部触碰水池壁的情况，使用方便。
附图说明
图1为本发明实施例提供的水龙头的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的水龙头的处理器控制调节装置以及控制水龙头是否出水的流程图；
图3为本发明实施例提供的管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种水龙头，包括处理器11、图像采集装置(图中未绘示)、调节装置12和龙头本体13，调节装置12与龙头本体13相连，用于调节龙头本体13的角度。图像采集装置设置在龙头本体13上，用于采集水龙头出水口位置的图像，并将采集到的图像发送给处理器11。处理器11用于，根据采集到的图像和预设的参考图像控制调节装置12以及控制龙头水龙头是否出水，所述参考图像为水龙头出水口位置无遮挡物的图像。
优选的，图像采集装置可以为照相机、摄像机等设备。需要说明的是，所述水龙头还包括用于为处理器11等部件提供电力的供电装置(图中未绘示)。
本发明的水龙头通过采集水龙头出水口位置的图像，根据采集到的图像和预设的参考图像，控制与龙头本体相连的调节装置并控制龙头水龙头是否出水，使用者只要将手伸到水龙头出水口的位置，水龙头即可将集水龙头出水口位置的图像和水龙头出水口位置无遮挡物的图像相比较，根据比较结果调节龙头本体的角度以及控制水龙头出水，从而实现自动瞄准人手部出水，无需使用者再调节手部位置，扩大水龙头的感应范围，并可以避免使用者在使用时手部触碰水池壁的情况，使用方便。
优选的，图像采集装置具体用于，周期采集水龙头出水口位置的图像。
处理器11具体用于，当判断出采集到的图像中包括人手图像且人手图像位于采集到的图像的非中心区域时，调整调节装置12的角度，以使下一次(即下一周期)采集到的图像中的人手图像位于下一次采集到的图像的中心区域。
具体的，首先，处理器11将采集到的图像与参考图像进行对比，确定差异部分(该差异部分为水龙头出水口位置的无遮挡物)。接着，对差异部分进行识别，即与预设的人手识别模型进行特征对比，所述特征包括但不限于：Haar特征、HOG特征、LBP特征等，通过机器学习或者深度学习等学习判断算法，判断差异部分图像是否为人手图像。如果是人手图像，则确定人手图像的中心位置(比如，一个包括人手图像的最小矩形的中心)。判断人手图像的中心位置是否位于采集到的图像的中心区域内，若是，则发送控制指令给调节装置12，调整调节装置12的角度，以使在下一周期时采集到的图像中的人手图像位于采集到的图像的中心区域。
由于图像采集装置设置在龙头本体13上，龙头本体13又与调节装置12相连，当调节装置12带动龙头本体13转动时，相应的，图像采集装置的采集区域也会发生偏移，由此可以调整人手图像在采集到的图像中的位置。
当本周期采集到的图像中包括人手图像，且该人手图像不在整个图像的中间位置时，说明此时水龙头的位置与使用者的人手的位置存在偏差，即水龙头并未对准人手的位置，则处理器11通过调整调节装置12的角度调节龙头本体13的角度，直到水龙头对准人手的位置为止。
优选的，调节装置12用于，沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动，第一方向和第二方向相互垂直，第一平面为与水龙头使用者相对的平面。
处理器11具体用于，当判断出采集到的图像中包括人手图像且人手图像位于采集到的图像的非中心区域时，根据人手图像与中心区域之间的相对位置，控制调节装置12沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动。
在本发明实施例中，第一方向为水平方向(即X轴方向)，第二方向为竖直方向(即Y轴方向)，也就是说，调节装置12可以调节龙头本体13的俯仰角度(即图1中箭头所示)和左右偏离角度。调节装置12可以通过第一转轴调节龙头本体13的左右偏转角度，并通过第二转轴调节龙头本体13的俯仰角度。
具体的，处理器11以采集到的图像的中心点为原点、以第一方向为X轴、第二方向为Y轴建立坐标系，将采集到的图像划分为四个象限。如果判断出人手图像的中心点与原点之间的距离大于预设阈值，说明人手图像位于采集到的图像的非中心区域，则根据人手图像所处的象限，控制调节装置12沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动。例如，若人手图像处于第一象限，说明需要将龙头本体13从当前角度向右且向上偏转，以便将原点调整到人手图像的中心点位置。即处理器11向调节装置12的第一转轴发送上扬的控制指令，并向调节装置12的第二转轴发送向右摆动的控制指令，从而完成龙头本体13对使用者手部的瞄准。
处理器11具体用于，当判断出采集到的图像中包括人手图像且人手图像位于采集到的图像的中心区域时，开启龙头本体13内的出水阀，以使出水龙头出水。
优选的，出水阀可以为电磁阀，龙头本体13与供水管相连，处理器11通过向出水阀发送电信号控制其开启，从而使水龙头出水。
需要说明的是，当处理器11通过调整调节装置12的角度完成龙头本体13对使用者手部的瞄准之后，进一步开启龙头本体13内的出水阀，以使出水龙头出水。
处理器11具体用于，当判断出采集到的图像中水龙头出水口位置不包括遮挡物图像，或者，包括遮挡物图像且遮挡物图像不是人手图像时，关闭龙头本体内的出水阀，以使出水龙头停止出水。
也就是说，一旦处理器11判断出水龙头出水口位置没有遮挡物时，或者，判断出水龙头出水口位置的遮挡物不是人手时，即刻关闭水龙头，以节约水资源。
优选的，为了提高处理器11控制的准确性，在龙头本体13上，设置至少两个图像采集装置。
处理器11具体用于，将各个图像采集装置采集到的图像拼接为一个图像，并根据拼接后的图像和预设的参考图像控制调节装置12以及控制头水龙头是否出水。处理器11可以采用SIFT(Scale-invariant feature transform，尺度不变特征变换)、SURF(SpeededUp Robust Features)等算法将多个图像拼接为一个图像。
为了清楚说明本发明的方案，以下结合图2，对处理器11控制调节装置以及水龙头是否出水的流程进行详细说明。如图2所示，处理器11执行以下步骤：
步骤21，接收图像采集装置发送的图像，该图像即为采集到的图像。
步骤22，根据采集到的图像和预设的参考图像判断水龙头出水口位置是否存在遮挡物，若存在，则执行步骤23，否则，执行步骤28。
具体的，处理器12将采集到的图像与参考图像进行对比，以判断是否存在差异部分，若存在差异部分，说明水龙头出水口位置存在遮挡物，则进一步判断该遮挡物是否为人手(即执行步骤23)；若不存在差异部分，说明水龙头出水口位置不存在遮挡物，则关闭龙头本体内的出水阀，以使水龙头停止出水(即执行步骤27)。
步骤23，判断遮挡物图像是否为人手图像，若是，则执行步骤24，否则，执行步骤27。
具体的，若处理器11判断出遮挡物图像为人手图像，则进一步判断当前龙头本体13是否瞄准人手(即执行步骤24)；若处理器11判断出遮挡物图像不是人手图像(可能为其他遮挡物)，则关闭龙头本体内的出水阀，以使水龙头停止出水(即执行步骤27)。
步骤24，判断人手图像是否位于采集到的图像的中心区域，若是，则执行步骤26，否则，执行步骤25。
具体的，处理器11以采集到的图像的中心为原点、以第一方向为X轴、第二方向为Y轴建立坐标系，将采集到的图像划分为四个象限。如果出人手图像的中心点与原点之间的距离小于或等于预设阈值，说明人手图像位于采集到的图像的中心区域，即当前龙头本体13已瞄准人手，此时可以出水(即可以执行步骤26)。如果判断出人手图像的中心点与原点之间的距离大于预设阈值，说明人手图像位于采集到的图像的非中心区域，即当前龙头本体13尚未瞄准人手，因此需要进一步调整龙头本体13的角度(即执行步骤25)。
步骤25，根据人手图像与中心区域之间的相对位置，控制调节装置沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动，以使下一次采集到的图像中的人手图像位于下一次采集到的图像的中心区域。
具体的，处理器11根据人手图像所处的象限，控制调节装置12沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动。
需要说明的是，在执行完步骤25之后，继续执行步骤26。
步骤26，开启龙头本体内的出水阀，以使水龙头出水。
步骤27，关闭龙头本体内的出水阀，以使水龙头停止出水。
本发明另一实施例还提供一种管理系统，如图3所示，所述管理系统包括服务器1和水龙头2，水龙头2可以为如前所述的水龙头。
结合图1所示，优选的，处理器11具体用于，根据预设的人手识别模型判断采集到的图像中是否包括人手图像。
进一步的，处理器11还用于，从服务器2下载人手识别模型，并在本地更新人手识别模型。
进一步的，处理器11还用于，向服务器2发送人手图像，以供服务器2根据所述人手图像优化人手识别模型。所述人手图像包括但不限于：不同肤色的人手图像、沾有不同颜色污渍的人手图像、沾有洗手液或泡沫的人手图像等。服务器2可以采用自主更新、机器学习/深度学习/神经网络的模型学习方式，优化人手识别模型
优选的，处理器11具体用于，通过用户身份识别卡(SIM)或内置芯片式用户身份识别卡(eSIM)从服务器2下载人手识别模型。处理器11也可以通过SIM卡或eSIM卡向服务器2发送人手图像。
需要说明的是，在水龙头部署初期，可以认为水龙头出水口位置的遮挡物都是人手，通过一段时间和数量的样本学习后(比如每个水龙头5天/1000个样本)，可以利用人手模型判断、自主更新的方法进行人手图像的判断。
本发明的管理系统包括水龙头和服务器，水龙头通过采集水龙头出水口位置的图像，根据采集到的图像和预设的参考图像，控制与龙头本体相连的调节装置并控制龙头水龙头是否出水，使用者只要将手伸到水龙头出水口的位置，水龙头即可将集水龙头出水口位置的图像和水龙头出水口位置无遮挡物的图像相比较，根据比较结果调节龙头本体的角度以及控制水龙头出水，从而实现自动瞄准人手部出水，无需使用者再调节手部位置，扩大水龙头的感应范围，并可以避免使用者在使用时手部触碰水池壁的情况，使用方便。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水龙头，其特征在于，包括：处理器、图像采集装置、调节装置和龙头本体，所述调节装置与所述龙头本体相连，用于调节所述龙头本体的角度；
所述图像采集装置设置在所述龙头本体上，用于采集所述水龙头出水口位置的图像，并将采集到的图像发送给所述处理器；
所述处理器用于，根据所述采集到的图像和预设的参考图像控制所述调节装置以及控制所述龙头水龙头是否出水，所述参考图像为所述水龙头出水口位置无遮挡物的图像。
2.如权利要求1所述的水龙头，其特征在于，所述图像采集装置具体用于，周期采集所述水龙头出水口位置的图像；
所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中包括人手图像且所述人手图像位于所述采集到的图像的非中心区域时，调整所述调节装置的角度，以使下一次采集到的图像中的人手图像位于所述下一次采集到的图像的中心区域。
3.如权利要求2所述的水龙头，其特征在于，所述调节装置用于，沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动，所述第一方向和所述第二方向相互垂直，所述第一平面为与水龙头使用者相对的平面；
所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中包括人手图像且所述人手图像位于所述采集到的图像的非中心区域时，根据所述人手图像与所述中心区域之间的相对位置，控制所述调节装置沿第一平面内的第一方向和/或第二方向转动。
4.如权利要求1所述的水龙头，其特征在于，所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中包括人手图像且所述人手图像位于所述采集到的图像的中心区域时，开启所述龙头本体内的出水阀，以使所述水龙头出水。
5.如权利要求1所述的水龙头，其特征在于，所述处理器具体用于，当判断出所述采集到的图像中所述水龙头出水口位置不包括遮挡物图像，或者，包括遮挡物图像且所述遮挡物图像不是人手图像时，关闭所述龙头本体内的出水阀，以使所述水龙头停止出水。
6.如权利要求1-5任一项所述的水龙头，其特征在于，所述图像采集装置为至少两个，所述处理器具体用于，将各个图像采集装置采集到的图像拼接为一个图像，并根据拼接后的图像和预设的参考图像控制所述调节装置以及控制所述龙头水龙头是否出水。
7.一种管理系统，包括服务器和如权利要求1-6任一项所述的水龙头。
8.如权利要求7所述的管理系统，其特征在于，所述水龙头为如权利要求2-6任一项所述的水龙头，所述处理器具体用于，根据预设的人手识别模型判断采集到的图像中是否包括人手图像。
9.如权利要求8所述的管理系统，其特征在于，所述处理器还用于，从所述服务器下载人手识别模型，并在本地更新所述人手识别模型。
10.如权利要求9所述的管理系统，其特征在于，所述处理器具体用于，通过用户身份识别卡或内置芯片式用户身份识别卡从所述服务器下载人手识别模型。
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