CN114531760A

CN114531760A - 一种基于计算机视觉和自适应背景抽取的智能感应灯

Info

Publication number: CN114531760A
Application number: CN202210157705.9A
Authority: CN
Inventors: 程鸿; 刘建辉; 谭启亮; 张诗哲
Original assignee: Anhui University
Current assignee: Anhui University
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2022-05-24

Abstract

本发明提供一种基于计算机视觉和自适应背景抽取的智能感应灯，涉及智能家居领域，包括灯具、供电电路、摄像头、红外感应模块、光感模块、感应控制模块、控制器等构成，利用计算机视觉原理实现人体检测功能，人体检测是指感应灯能正确的识别人体而开关电灯，而不会被猫、狗等误触感应开关；本发明中，与传统的声控感应灯或红外感应灯相比，由于引入了基于计算机视觉的高度检测模块，并结合了现有的红外感应灯的优点，其感应结果更加可靠；同时，由于配有用户交互模块，使用者可以根据自身需求对感应灯进行设定和调节，使用更加灵活；最后，摄像头的存在使得本发明有了衍生出计算机视觉的其他应用、监控功能的潜力。

Description

一种基于计算机视觉和自适应背景抽取的智能感应灯

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体是一种基于计算机视觉和高度识别的能实现人体检测从而控制灯的开关的智能感应灯。

背景技术

如今计算机视觉领域迅速发展，计算机视觉就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释。计算机视觉的最终研究目标就是使计算机能象人那样通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力。

人体检测便是计算机视觉领域中的一个方向，人类主要通过视觉来感知外界的环境信息，随着计算机技术和信号处理理论的发展，人们开始尝试利用摄像机拍摄环境图像并将其存储到计算机中，然后让计算机完成视觉信息处理的全过程，由此产生了计算机视觉这一门新兴学科。这不仅使计算机能感知三维环境中的几何信息，包括它的形状、位置、姿态、运动等，而且能对它们进行描述、存储、识别与理解，让计算机具有类似于人类的视觉功能。

在倡导节能减排的当今社会，以节能环保为主要特点的LED灯开始频繁出现在人们的生活中，作为无人值守，智能化较高的一种照明工具，要想充分发挥发挥出LED感应灯的作用，对能源的自动管理很有必要。目前市场上已经出现的有根据光照度变化对电路开关进行自动控制的电子传感器，或者以天气、地区或时间段为依据，对LED感应灯的亮灭进行控制的光敏传感器及红外感应控制器，这些传感器的优势都是可以通过减少LED感应灯所输出不必要功率的方式从而降低其耗电量。

为此，在许多专利发明中，更是对现有的感应灯进行了发明创新。在中国专利ZL201820578985.X中，考虑到了用户会忘记关闭灯，浪费电的问题，从而进行发明创新，发明了一种人体感应装置，利用热释电红外传感器使灯具具有感应人体的功能,并根据人体是否在灯具的周围来控制灯具的开启和关闭,非常方便。相比于声控和光控的灯具更加节能。但是在该发明中，所利用的感应技术容易受各种热源、光源干扰。例如，现在许多家庭都会饲养宠物，而宠物也是一大热源，其感应装置也会被宠物触发，不仅可能会惊吓到宠物，还会带来不必要的资源浪费。

在专利号ZL201921916379.5中，发明者考虑到了家里养的宠物可能错误触发感应开关的问题，研制了一款利用压强来控制灯泡开关的装置。但是在该实用新型专利中，所利用的压强控制所能使用的范围十分受限，从专利书角度来看，该实用新型专利只用适用于一部分的木质地板，而且还需要有楼板和地板的分隔。而目前现在绝大部分家庭使用的都是陶瓷地板，无法使用该专利来避免宠物误触电灯开关。

因此，发明一种基于计算机视觉和自适应背景抽取的智能感应灯显得非常必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于计算机视觉和自适应背景抽取的智能感应灯，以解决背景技术中提到的问题。一种基于计算机视觉和自适应背景抽取的智能感应灯，包括灯具、供电电路、摄像头、红外感应模块、光感模块、感应控制模块、控制器等构成，利用计算机视觉原理实现人体检测功能；

将感应灯安装在所需位置，并连接供电电路并接通电源；

第一次使用时需要初始化，用手机或电脑通过蓝牙与感应灯连接，根据指示，在高度检测模块拍下的照片中选定参照物并输入其高度，初始化完成；

光感模块保持工作，当检测到周围环境过暗时，红外感应模块也开始工作，检测到生物后，高度检测模块也开始工作，间隔一段时间自行拍下一张照片，通过预留照片与当前照片的对比，找到刚出现的生物，对其进行高度检测，当其高度超过设定值后，向感应控制模块发出高于信号；

所述人体检测是指感应灯能正确的识别人体而开关电灯，而不会被猫、狗等误触感应开关。

优选的，所述感应控制模块包含一单片机最小系统，用以供电和接受电信号并控制灯泡亮灭。通过单片机扩展其他所需模块，即红外感应模块、光感模块、感应控制模块、蓝牙模块，它通过整合来自各个模块发出的信号，最终发出开或关的电信号给LED灯，使得灯的开关受到多个条件的自动控制，从而将LED灯智能化；

所述灯具包括灯管、LED灯芯和所需的用于连接墙壁的支架或贴合物；

所述摄像头用于采集用于进行高度识别的图象，应使用小型摄像头；

所述红外感应模块使用人体热释电红外传感器；当外界有热能变化时，红外感应元件会探测到这种变化，将热能信号转换为电信号，并从而实现对生物的检测，并向感应控制模块发出有/无生物信号。

优选的，所述光感模块为一光照感应控制芯片；光感模块通过应用光敏电阻使电路有效感受到外界光线的变化，并向感应控制模块发出强光/弱光、无光信号。

优选的，所述高度识别算法，是指高度检测模块通过计算机视觉中的几何原理，通过设定好的一个参照物来推算出检测到的物体的高度，其高度结果超过设定的一个阈值时向感应控制模块发出高于/低于信号；

所述检测物体高度方式为摄像头把三维空间投影到二维平面时，保持直线交比不变；即

结合上两个条件，将B点看作空间中无穷远处的点(则B’为图像中的消影点)，可得到以下公式：

从而可利用公式算法计算出任一物体的高度值。

优选的，所述检测物体高度方式为结合公式后用自家宠物来进行计算和计算机视觉训练。

优选的，所述第一次初始化过程时，高度检测模块应定时更新其内存中的预留照片，且在无生物，环境亮的条件下更新。

优选的，间隔拍摄时间因为内存限制，应设定在5s左右为妙。

其开灯需要同时满足所述有生物信号、所述黑暗信号和所述高于信号。

优选的，所述其灭灯需要满足以下条件之一：无生物信号、强光、弱光信号。

一种基于高度识别的能进行人体检测的智能家居电灯系统，包括控制器、所述的人体检测智能感应灯智能灯；所述基于高度识别的能进行人体检测的智能家居电灯系统能实现以下功能：

智能灯摄像头采集高度识别所需图象；控制器能让使用者进行人机交互以及初始化调试功能；人机交互功能能实现使用者对智能灯的控制，例如最基本的开灭功能以及亮度、冷暖灯的调节等；

所述初始化调试功能是指用手机或电脑通过蓝牙与感应灯连接，根据指示，在高度检测模块拍下的照片中选定参照物并输入其高度；

所述参照物应选定为家庭成员与所饲养宠物。

优选的，所述人机交互系统包含亮度调节模块与颜色调节模块，可以进行最基本的开灭功能以及亮度、冷暖灯的调节；同时利用可以利用简单通信模块实现控制器和感应灯的连接；

所述通信模块可使用蓝牙连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明将LED灯与感应控制模块和摄像头结合，通过设置感应控制模块，获取了场景的光照量、场景内有无生物以及场景内生物高度的信息，提高了人体检测结果的可靠性，从而使感应灯的开关更加智能，减少使用者的不便，降低了能耗；同时加入用户交互模块，使得感应灯的亮度和灵敏度可调节，更加人性化；

本发明与传统的声控感应灯或红外感应灯相比，由于引入了基于计算机视觉的高度检测模块，并结合了现有的红外感应灯的优点，其感应结果更加可靠；同时，由于配有用户交互模块，使用者可以根据自身需求对感应灯进行设定和调节，使用更加灵活；最后，摄像头的存在使得本发明有了衍生出计算机视觉的其他应用、监控功能的潜力。

附图说明

图1是本发明的各模块示意图。

图2是本发明的各模块连接及信号流向图。

图中：

1-LED灯，2-感应灯，3-通信模块，4-用户交互模块，6-感应控制模块，7-摄像头，8-亮度调节模块，9-红外感应模块，10-光感模块，11-高度检测模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图2所示

如图1所示，一种基于计算机视觉的智能感应灯系统，包括LED灯1、摄像头7、感应控制模块6、通信模块3、用户交互模块4，其中，感应控制模块6由光感模块10、红外感应模块9、高度检测模块11、亮度调节模块8组成。

如图2所示，光感模块10、红外感应模块9、通信模块3的输出端与感应控制模块6的输入端相连接；用户交互模块4的输出端与通信模块3的输入端相连接；高度检测模块11与感应控制模块6交互式连接；感应控制模块6的输出端与LED灯1连接。

灯具包括灯管、LED灯芯和所需的用于连接墙壁的支架或贴合物。

感应控制模块6即是一个单片机最小系统，用以供电和接受电信号并控制LED灯。单片机上面扩展其他所需模块，即红外感应模块9、光感模块10、通信模块3、高度检测模块11，它通过整合来自各个模块发出的信号，最终发出控制信号给LED灯1，使得灯的开关及亮度受到多个条件的自动控制，从而将LED灯1智能化。

红外感应模块9使用人体热释电红外传感器。当外界有热能变化时，红外感应元件会探测到这种变化，将热能信号转换为电信号，并从而实现对生物的检测，并向感应控制模块6发出有/无生物信号。

光感模块10为一光照感应控制芯片。光感模块10通过应用光敏电阻使电路有效感受到外界光线的变化，并向感应控制模块6发出强光/弱光信号。

高度检测模块11，当感应控制模块6接收到来自红外感应模块9的‘有生物’信号时开始工作，通过计算机视觉中的几何原理，利用已知高度的一个参照物来推算出检测到的物体的高度，其高度结果超过设定的阈值时向感应控制模块发出高于/低于信号。

亮度调节模块8，感应控制模块6接收到来自用户交互模块4发送的调节亮度信号时，利用PWM调节原理，对LED灯1的亮度进行调节。

摄像头7采集用于进行高度识别的图象，应使用小型且可配合opencv使用的摄像头7。

上述感应控制模块6、红外感应模块9、光感模块10、通信模块3、高度检测模块11、摄像头7集成封装，安装在灯具内。

工作原理：

将感应灯2安装在所需位置，并接通电源。

第一次使用时需要初始化，用手机或电脑通过蓝牙与感应灯2连接，根据指示，在摄像头7拍下的图片中选定参照物并输入其高度，初始化完成。

感应灯2初始化完成后，光感模块10保持工作，当检测到周围环境过暗时，红外感应模块9也开始工作，检测到生物后，高度检测模块11也开始工作，通过摄像头7获得一张图片，通过预留图片与当前图片的对比，找到刚出现的生物，对其进行高度检测，当其高度超过设定值后，向感应控制模块6发出高于信号。最后，感应控制模块6整合各个模块发出的信号，假设此时环境暗，有生物出现，其高度高于设定值，感应控制模块6便向LED灯1发出开灯信号。开灯n秒后，高度检测模块11再次工作，检测人是否已经离开，若没有，则继续开灯。

利用本发明所述技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，包括灯具、供电电路、摄像头、红外感应模块、光感模块、感应控制模块、控制器等构成，利用计算机视觉原理实现人体检测功能；

将感应灯安装在所需位置，并连接供电电路并接通电源；

2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，所述感应控制模块包含一单片机最小系统，用以供电和接受电信号并控制灯泡亮灭。通过单片机扩展其他所需模块，即红外感应模块、光感模块、感应控制模块、蓝牙模块，它通过整合来自各个模块发出的信号，最终发出开或关的电信号给LED灯，使得灯的开关受到多个条件的自动控制，从而将LED灯智能化；

3.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，所述光感模块为一光照感应控制芯片；光感模块通过应用光敏电阻使电路有效感受到外界光线的变化，并向感应控制模块发出强光/弱光、无光信号。

4.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，所述高度识别算法，是指高度检测模块通过计算机视觉中的几何原理，通过设定好的一个参照物来推算出检测到的物体的高度，其高度结果超过设定的一个阈值时向感应控制模块发出高于/低于信号；

从而可利用公式算法计算出任一物体的高度值。

5.根据权利要求4所述的基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，所述检测物体高度方式为结合公式后用自家宠物来进行计算和计算机视觉训练。

6.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，所述第一次初始化过程时，高度检测模块应定时更新其内存中的预留照片，且在无生物，环境亮的条件下更新。

7.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，间隔拍摄时间因为内存限制，应设定在5s左右为妙。

8.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能感应灯系统，其特征在于，所述其灭灯需要满足以下条件之一：无生物信号、强光、弱光信号。

9.一种基于高度识别的能进行人体检测的智能家居电灯系统，其特征在于，包括控制器、所述的人体检测智能感应灯智能灯；所述基于高度识别的能进行人体检测的智能家居电灯系统能实现以下功能：

所述参照物应选定为家庭成员与所饲养宠物。

10.根据权利要求9所述的基于高度识别的能进行人体检测的智能家居电灯系统，其特征在于，所述人机交互系统包含亮度调节模块与颜色调节模块，可以进行最基本的开灭功能以及亮度、冷暖灯的调节；同时利用可以利用简单通信模块实现控制器和感应灯的连接；

所述通信模块可使用蓝牙连接。