TWI476705B - Air conditioning comfort control system and method combined with image recognition - Google Patents

Description

結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法

本發明係關於一種結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法，於監控環境中裝設攝影機與環境因子感測器，透過攝影機截取之影像偵測人員位置與數量，而系統持續計算環境舒適度與最適溫度、濕度、風速，針對人員所在位置改變風向提供舒適環境。

熱舒適度空調控制上，計算舒適度指標使用由P.O. Fanger於西元1972年所提出的量化方法來衡量，其方法為量化人們對環境冷熱感受程度的預測平均票選值(predicted mean vote，簡稱PMV)。此熱舒適度指標(PMV)之計算需要四個環境因子與兩個人為因子之數值，方可計算之。四個環境因子包括：環境溫度、相對濕度、平均輻射溫度、平均風速；兩個人為因子包括：衣著量與活動量。使用熱舒適度指標可客觀判定環境是否處於舒適狀態，而非由空調管理人員依個人感受，主觀決定空調控制參數。

熱舒適度指標意義：

為使人員活動空間達到舒適效果，最簡單的方式就是使空間各處達到舒適條件；然而，在較大的空間中，如賣場，若可以僅針對人員所在的位置提供舒適空調，而非使整體空間達到舒適(包括無人區域)，則可減少能源的使用，提供空調的使用效率。

在下列先前的專利技術中有提及類似的概念：I262281、200905143；但以上專利並未將空間區分出有人區域及無人區域，而是在整體空間輸出相同的空調條件來達到整體空間之舒適感。環境舒適度係指人對熱環境的感受，因此舒適度空調控制應以有人區域為優先，以使人舒適為目的。

又在先前專利技術中有提及類似的概念：201111930；該專利中空調狀態之控制由使用者操作界面手動控制之，缺少環境舒適度計算，推導最適空調操作溫度、濕度、風速，進而自動控制之概念。使用舒適度指標計算方式，可客觀協助管理人員決定操作溫度、濕度、風速，而非憑管理人員個人感受設定之。

本發明之目的即在於提供一種結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法，係為人員活動空間提供舒適之空調環境。

本發明之次一目的即在於提供一種結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法，係僅針對人員所在位置提供舒適空調，進而提升空調效率。

可達成上述發明目的之結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法，係由攝影機監測人員活動空間，經過影像截取裝置轉換攝影機訊號為數位資訊後，由影像分析模組分析影像截取裝置輸出之數位影像資料，計算人員數量與所在區域。受監測之空間事先依空間大小、出風口位置、空調設備可改變之風向、攝影涵蓋範圍等因素，切為數個子區域，並依各區人數給予一權重值，做為空調風向控制依據。

同時系統持續收集環境因子感測器裝置用以感測舒適度計算所須之環境因子數據，包括：環境溫度、相對濕度、平均輻射溫度、平均風速，並配合使用者輸入介面收集舒適度計算所需之人為因子數據，包括：衣著量與活動量，經由舒適度監控模組分析前述數據後，計算即時舒適度指標(PMV)。衣著量輸入介面中區分為兩種選擇模式，包括：衣著選擇模式、季節選擇模式。衣著量選擇模式下之選項包括：短袖薄T-shirt、長袖薄T-shirt、毛衣、外套；季節選擇模式下之選項包括：春、夏、秋、冬四季。活動量輸入介面之選項包括：開會辦公(坐姿)、逛街、烹調料理、工廠作業、健身運動等選項。

另外，使用者介面提供期望舒適度輸入介面，供使用者輸入期望之舒適條件。期望舒適度輸入介面選項包括三種等級：最適等級、一般等級、節能等級。

在比較即時舒適度與期望舒適度後，若即時舒適度未滿足期望舒適度時，本系統之舒適度計算模組，將計算達成期望舒適度所需之操作溫度、濕度、風速與風向，透過空調控制模組對空調設備進行調控，各區空調風向停留時間，依權重決定之，進而達成依人員所在位置為中心的一種結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法。

一種結合影像辨識之空調舒適度控制系統，其中包括：複數組環境因子感測器，每一組該環境因子感測器係包括：一黑球溫度感測器、一乾球溫度感測器、一相對濕度感測器、一風速感測器；一人機介面，該人機介面係提供輸入畫面供使用者依其自身衣著量與活動量於衣著量輸入介面與活動量輸入介面中輸入，另外，亦提供期望舒適度輸入介面，供使用者選擇舒適等級；複數個攝影設備，每一該攝影設備拍攝人員活動空間之部份區域，整體活動空間由至少一個的該攝影設備涵蓋之；複數個影像截取裝置，每一該攝影設備必須連接至一個該影像截取裝置，該影像截取裝置係將攝該影設備所拍攝之影像轉為數位訊號，供影像分析模組分析之；一個舒適度控制系統，該舒適度控制系統係包含一個環境偵測模組、一個影像分析模組、一個舒適度計算模組、一個空調控制模組；複數個空調設備，該空調設備係包含有溫度設定值、濕度設定值、風速設定值、風向設定值等，供空調控制模組設定之。

該環境因子感測器係透過有線網路、無線網路或序列埠連線方式連接至該環境偵測模組，供該環境偵測模組讀取感測器數據，該每一攝影裝置機所攝之影像切割為複數個之子區域，其中該每一子區域於系統內部對應一個識別碼，該每一子區域有對應之風向設定，該期望舒適度輸入介面係提供三種舒適等級供使用者選擇，其包括最適等級、一般等級、以及節能等級，該衣著量輸入介面係提供兩種選擇模式，其包括衣著選擇選項、以及季節選擇選項。

其中該衣著選擇選項，係包括短袖薄襯衫、長袖薄襯衫、毛衣、或外套，該季節選擇選項，係包括春、夏、秋、冬四個季節。

該活動量輸入介面係包括辦公開會(坐姿)、逛街、烹調料理、工廠作業、或健身運動，該攝影設備之影像係經由該影像截取裝置轉換為數位訊號，供影像分析模組分析出人員位置與人員數量，該空調控制模組係透過網路或通訊埠方式連接空調設備，用以設定空調設備各參數，該空調控制模組係依各區域人員多寡計算各區域權重，並依權重調整空調風向。

一種結合影像辨識空調舒適度控制方法，其方法包括下列步驟：1.使用者設定期望之舒適度等級；2.該使用者設定符合當時季節狀態之衣著量與活動量；3.該系統持續收集該環境因子感測器之數據，其中包括：環境溫度、相對濕度、平均輻射溫度、風速；4.該舒適度計算模組係為計算即時之舒適度指標；5.該舒適度計算模組係比較即時舒適度與使用者輸入之期望舒適度；6.若該即時舒適度滿足該使用者輸入之該期望舒適度時，則空調控制參數(風速與風向)則維持不變，若該即時舒適度不符合該期望舒適度時，則計算此環境下之最適溫度與最適濕度，並由該空調控制模組設定於空調設備上；7.該影像分析模組持續收集攝影機所攝之影像，進行各區域人員數量與權重計算；8.該系統持續比較各區域人員數量權重是否變更，若有變更，則透過該空調控制模組依權重改變風向與風速，將最適空調輸送至對應之區域，若權重無變更，則空調之風向與風速維持不變。

本發明所提供之結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法，與其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：

1.　本發明之結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法，係該受監控之空間因使用攝影設備所攝之影像分析人員位置與數量，相較於一般紅外線人員感測器，更能在大範圍區域中掌握人員數量與位置，因而可減少廣佈移動感測器之成本與代價。

2.　本發明之結合影像辨識之空調舒適度控制系統與方法，係因空調設備以人員所處區域作為輸送舒適空調之主要位置，進而減少將空調輸送至無人區域所造成的浪費。

請參閱附件一，為本發明結合影像辨識之空調舒適度控制系統之活動空間與攝影機架設之示意圖。附件一為示意圖，攝影機數量不限兩部，依監測空間大小與影像涵蓋範圍決定之。

請參閱附件二，為本發明結合影像辨識空調舒適度控制系統之拍攝影像切割示意圖，活動空間依空間大小、影像涵蓋範圍與空調出風位置與可控制之風向將空間切割數個子區域，經由空調設備之風向改變，可將空調輸出至不同區域。附件二為示意圖，不限3*3的九個子區域。

請參閱圖一，為本發明結合影像辨識之空調舒適度控制系統架構圖，由圖中可知，本發明結合影像辨識空調舒適度控制系統主要包括：

多組環境因子感測器1，一組環境因子感測器包括：一個黑球溫度感測器101、一個乾球溫度感測器102、一個相對濕度感測器103、一個風速感測器104等，各感測器之即時資料由環境偵測模組401收集之。

一個人機介面2，該人機介面2提供輸入畫面供使用者依其自身衣著量與活動量輸入於衣著量輸入介面201與活動量輸入介面202中；衣著量輸入介面201中區分為兩種選擇模式，包括：衣著選擇模式、季節選擇模式。衣著量選擇模式下之選項包括：短袖薄襯衫、長袖薄襯衫、毛衣、外套；季節選擇模式下之選項包括：春、夏、秋、冬四個季節；活動量輸入介面202之選項包括：開會辦公(坐姿)、逛街、烹調料理、工廠作業、健身運動等選項；

另外，人機介面2中，亦提供期望舒適度輸入介面203，供使用者選擇舒適等級。期望舒適度輸入介面203選項包括三種等級：最適等級、一般等級、節能等級。

多個攝影設備3，該攝影設備3拍攝人員活動空間，攝影設備視其影像所涵蓋範圍與系統需要而為一個或複數個。攝影設備3所輸出之影像經由影像分析模組402分析之。

一個舒適度控制系統4，該舒適度控制系統4包含一個環境偵測模組401、一個影像分析模組402、一個舒適度計算模組403、一個空調控制模組404。環境偵測模組401收集環境因子感測器1之各式感測器即時資訊，並將資訊傳入舒適度計算模組403作為計算舒適度指標所需之參數。活動空間事先依出風口位置及可控制之風向分割為數個子區域，而影像分析模組402分析各影像截取裝置所輸出之數位影像，分析出人員所在之區域與數量(如圖一所示)，作為空調控制模組決定風向設定504之依據。舒適度計算模組403收集黑球溫度感測器101、乾球溫度感測器102、相對濕度感測器103、風速感測器103、衣著量201與活動量202之數據，分析計算出即時環境舒適度，同時比對使用者於期望舒適度輸入介面203所輸入之期望舒適度，若即時環境舒適度未達期望舒適度時，則舒適度計算模組403分析產生一組最適溫度、最適濕度、最適風速，作為空調控制模組404設定空調設備之依據。空調控制模組404依舒適度計算模組403傳入之最適溫度、最適濕度、最適風速加以設定空調設備之溫度設定501、濕度設定502與風速設定503，同時也依影像分析模組402所分析的人員位置與數量後，標示各子區域權重，空調控制模組404則依權重設定空調設備之風向設定504。

多個空調設備5，該空調設備5包含有溫度設定501、濕度設定502、風速設定503、風向設定504等，供空調控制模組404設定之。

多個影像截取裝置6，該影像截取裝置5與攝影設備3連結，將所攝之影像輸出為數位訊號供影像分析模組402分析使用。

請參閱圖二，為本發明結合影像辨識之空調舒適度控制方法之流程圖。控制方法說明如下：

首先，由使用者(即為空調管理人員)設定期望之舒適度等級(步驟701)、符合當時季節狀態之衣著量與活動量(步驟702)，配合持續收集環境因子感測器之數據後(步驟703，包括：環境溫度、相對濕度、平均輻射溫度、風速)，由舒適度計算模組計算即時舒適度(步驟704)。

當計算出即時舒適度後，舒適度計算模組與使用者輸入之期望舒適度進行比較(步驟706)。若即時舒適度滿足使用者輸入之期望舒適度時，則空調控制參數(風速與風向)則維持不變(步驟707)；若即時舒適度不符合期望舒適度時，則計算此環境下的最適溫度與最適濕度(步驟708)，並由空調控制模組設定於空調設備上(步驟709)。

另一方面影像分析模組持續收集攝影機所攝之影像，進行各區域人員數量與權重計算(步驟705)。系統持續比較各區域人員數量權重是否變更(步驟710)，若有變更，則透過空調控制模組依權重改變風向與風速，將最適空調輸送至對應之區域(步驟711)；若權重無變更，則空調之風向與風速維持不變(步驟712)。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請　貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

1‧‧‧環境因子感測器

101‧‧‧黑球溫度感測器

102‧‧‧乾球溫度感測器

103‧‧‧相對濕度感測器

104‧‧‧風速感測器

2‧‧‧人機介面

201‧‧‧衣著量輸入介面

202‧‧‧活動量輸入介面

203‧‧‧期望舒適度輸入介面

3‧‧‧攝影設備

4‧‧‧舒適度控制系統

401‧‧‧環境偵測模組

402‧‧‧影像分析模組

403‧‧‧舒適度計算模組

404‧‧‧空調控制模組

5‧‧‧空調設備

501‧‧‧溫度設定

502‧‧‧濕度設定

503‧‧‧風速設定

504‧‧‧風向設定

6‧‧‧攝影截取裝置

701^~ 712‧‧‧流程步驟

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：

圖一為本發明之結合影像辨識之空調舒適度控制系統架構圖。

圖二為本發明之結合影像辨識之空調舒適度控制方法流程圖。

【圖式簡單說明】

圖式一為本發明之結合影像辨識空調舒適度控制系統與方法之活動空間與攝影機架設之示意圖；圖式二為本發明之結合影像辨識空調舒適度控制系統與方法之攝影影像切割示意圖；

1．．．環境因子感測器

101．．．黑球溫度感測器

102．．．乾球溫度感測器

103．．．相對濕度感測器

104．．．風速感測器

2．．．人機介面

201．．．衣著量輸入介面

202．．．活動量輸入介面

203．．．期望舒適度輸入介面

3．．．攝影設備

4．．．舒適度控制系統

401．．．環境偵測模組

402．．．影像分析模組

403．．．舒適度計算模組

404．．．空調控制模組

5．．．空調設備

501．．．溫度設定

502．．．濕度設定

503．．．風速設定

504．．．風向設定

6．．．攝影截取裝置

Claims (11)

1. 一種結合影像辨識之空調舒適度控制系統，其中包括：複數組環境因子感測器，每一組該環境因子感測器係包括：一黑球溫度感測器、一乾球溫度感測器、一相對濕度感測器、一風速感測器；一人機介面，該人機介面係提供輸入畫面供使用者依其自身衣著量與活動量於衣著量輸入介面與活動量輸入介面中輸入，另外，亦提供期望舒適度輸入介面，供使用者選擇舒適等級；複數個攝影設備，每一該攝影設備拍攝人員活動空間之部份區域，整體活動空間由至少一個的該攝影設備涵蓋之；複數個影像截取裝置，每一該攝影設備必須連接至一個該影像截取裝置，該影像截取裝置係將攝該影設備所拍攝之影像轉為數位訊號，供影像分析模組分析之；一個舒適度控制系統，該舒適度控制系統係包含一個環境偵測模組、一個影像分析模組、一個舒適度計算模組、一個空調控制模組；複數個空調設備，該空調設備係包含有溫度設定值、濕度設定值、風速設定值、風向設定值等，供空調控制模組設定之，該空調控制模組更依各區域人員多寡計算各區域權重，並依權重調整空調風向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該環境因子感測器係透過有線網路、無線 網路或序列埠連線方式連接至該環境偵測模組，供該環境偵測模組讀取感測器數據。
3. 如申請專利範圍第1項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該每一攝影裝置機所攝之影像切割為複數個之子區域，其中該每一子區域於系統內部對應一個識別碼，該每一子區域有對應之風向設定。
4. 如申請專利範圍第1項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該期望舒適度輸入介面係提供三種舒適等級供使用者選擇，其包括最適等級、一般等級、以及節能等級。
5. 如申請專利範圍第1項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該衣著量輸入介面係提供兩種選擇模式，其包括衣著選擇選項、以及季節選擇選項。
6. 如申請專利範圍第5項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該衣著選擇選項，係包括短袖薄襯衫、長袖薄襯衫、毛衣、或外套。
7. 如申請專利範圍第5項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該季節選擇選項，係包括春、夏、秋、冬四個季節。
8. 如申請專利範圍第1項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該活動量輸入介面係包括辦公開會(坐姿)、逛街、烹調料理、工廠作業、或健身運動。
9. 如申請專利範圍第1項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該攝影設備之影像係經由該影像截取裝置轉換為數位訊號，供影像分析模組分析出人員位置與人員 數量。
10. 如申請專利範圍第1項所述之結合影像辨識空調舒適度控制系統，其中該空調控制模組係透過網路或通訊埠方式連接空調設備，用以設定空調設備各參數。
11. 一種結合影像辨識空調舒適度控制方法，其方法包括下列步驟：(1)使用者設定期望之舒適度等級；(2)該使用者設定符合當時季節狀態之衣著量與活動量；(3)該系統持續收集該環境因子感測器之數據，其中包括：環境溫度、相對濕度、平均輻射溫度、風速；(4)該舒適度計算模組係為計算即時之舒適度指標；(5)該舒適度計算模組係比較即時舒適度與使用者輸入之期望舒適度；(6)若該即時舒適度滿足該使用者輸入之該期望舒適度時，則空調控制參數(風速與風向)則維持不變，若該即時舒適度不符合該期望舒適度時，則計算此環境下之最適溫度與最適濕度，並由該空調控制模組設定於空調設備上；(7)該影像分析模組持續收集攝影機所攝之影像，進行各區域人員數量與權重計算；(8)該系統持續比較各區域人員數量權重是否變更，若有變更，則透過該空調控制模組依權重改變風向與風速，將最適空調輸送至對應之區域，若權重無變更，則空調之風向與風速維持不變。