TWI786959B - 應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關一種應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統及其方法，其包括路燈、供電單元、供電控制模組、影像監視裝置及資訊處理單元。以影像監視裝置對道路進行影像擷取而成像為監視影像，監視影像的1/2~1/4的上半部影像為朝向天空的天空狀態影像。資訊處理單元包含可對天空狀態影像進行影像辨識處理的影像辨識模組，以辨識出道路即時的天空亮度狀態資訊；當天空亮度狀態資訊為天空亮度充足時，資訊處理單元則對供電控制模組輸出關閉供電的控制訊號，使供電單元關閉對複數路燈的供電；當天空亮度狀態資訊為天空亮度不足時，資訊處理單元則對供電控制模組輸出供電的控制訊號，使供電單元對複數路燈進行供電，俾能藉由影像辨識來精確辨識天空亮度狀態而提升路燈光源啟閉控制的精確度，因而有效節省電能的耗費支出。
Description
本發明係有關一種應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統及其方法，尤指一種可以藉由影像辨識來精確辨識天空狀態而提升路燈光源啟閉精確度的路燈管理技術。
按，為提升夜間的用路安全，一般道路每隔一段距離便會設置一盞或是一組路燈，而路燈的主要功能就是在於照亮道路，於此，即可於夜間讓通過道路的人車均能夠清楚地辨識道路的狀況，以避免因視線不佳所致的交通意外危險情事產生。再者，為取代極為耗費電能且照明效果較差的白熾燈泡或是水銀燈，而且基於高亮度的照明需求，一般習知路燈大多已經採用高功率與大尺寸的發光二極體作為發光元件，這也意謂著路燈亮度的提升與更為節省電能。
此外，隨著整合雲端網路科技的快速創新發展之下，使得路燈不再只有照明的單一功能而已，而是提升成為具備連網及數據收集的重要載體，利用路燈高密度佈點的特性，將環境感測、行動網路、追蹤定位及人車流量數據與雲端運算技術整合，再透過監視與遠端伺服系統即可監控燈具設備運作狀態。
依據所知，雖然有些習知路燈管理系統已經進化為智慧化路
燈管理系統，其包括對路燈的節能控制、路燈狀態監控以及自動維修通報等功能；惟，該習知路燈管理系統的路燈啟、閉管理控制仍是透過人力來操控路燈的電氣控制箱；或是以定時控制器；或是以光偵測器與訊號處理的組合技術來實現。以定時控制器來控制路燈的啟、閉管理，則會因季節日出時間的差異而導致會有路燈的啟、閉管理時機精確度較差的情事產生。以光偵測器與訊號處理的組合技術來控制路燈的啟、閉管理，則會因硬體成本增加的情事產生，因此，如何開發一種可以有效提升路燈光源啟閉精確度及降低硬體建置成本的路燈管理技術實已成為相關技術領域之產學業者所亟欲解決與挑戰的重要技術課題。
依據所知，直至目前，尚無一種利用影像辨識來精確辨識天空亮度狀態而提升路燈光源啟閉精確度的論文或是專利的技術內容被公開或是被提出；有鑑於此，經本發明人等不斷努力研發之下，終於研發出一種利用影像辨識精確辨識天空狀態而提升路燈光源啟閉精確度的本發明。
本發明主要目的在於提供一種應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統及其方法，主要是藉由影像辨識技術來精確辨識天空亮度狀態而提升路燈光源啟閉控制的精確度，因而具有節省電能的耗費支出以及降低硬體建置成本等特點。達成本發明主要目的之技術手段，係包括路燈、供電單元、供電控制模組、影像監視裝置及資訊處理單元。以影像監視裝置對道路進行影像擷取而成像為監視影像，監視影像的1/2~1/4的上半部影像為朝向天空的天空狀態影像。資訊處理單元包含可對天空狀態
影像進行影像辨識處理的影像辨識模組，以辨識出道路即時的天空亮度狀態資訊；當天空亮度狀態資訊為天空亮度充足時，資訊處理單元則對供電控制模組輸出關閉供電的控制訊號，使供電單元關閉對複數路燈的供電；當天空亮度狀態資訊為天空亮度不足時，資訊處理單元則對供電控制模組輸出供電的控制訊號，使供電單元對複數路燈進行供電。
10:路燈
20:供電單元
30:供電控制模組
40:影像監視裝置
50:資訊處理單元
51:影像辨識模組
圖1係本發明具體架構的實施示意圖。
圖2係本發明電路架構的功能方塊示意圖。
圖3係本發明擷取第一種外界環境之影像的具體實施示意圖。
圖4係本發明對第一種外界環境的影像處理實施示意圖。
圖5係本發明擷取第二種外界環境之影像的具體實施示意圖。
圖6係本發明對第二種外界環境的影像處理實施示意圖。
為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明如下：
請配合參看圖1~6所示為達成本發明主要目的之具體實施例，係包括複數路燈10、至少一供電單元20、至少一供電控制模組30、一影像監視裝置40及一資訊處理單元50等技術要件。該複數路燈10係設於一道路上。該供電單元20用以對複數路燈10供電。該供電控制模組30用以控制供電單元20對複數路燈10的供電時機。該影像監視裝置40
設於道路上，用以對該道路進行影像擷取而成像為監視影像，該監視影像的1/2~1/4的上半部影像為朝向天空的天空狀態影像。該資訊處理單元50係包含可對天空狀態影像進行影像辨識處理的影像辨識模組51，用以辨識出該道路即時的天空亮度狀態資訊。
於具體的運作實施例中，當天空亮度狀態資訊為天空亮度充足時，該資訊處理單元50則對供電控制模組30輸出關閉供電的控制訊號，使供電單元20關閉對複數路燈10的供電；反之，當天空亮度狀態資訊為天空亮度不足時，該資訊處理單元50則對供電控制模組30輸出供電的控制訊號，使供電單元20對複數路燈10進行供電。
具體的，該影像辨識模組51進行影像辨識處理時，則包含下列步驟：
(a)步驟，擷取監視影像1/2~1/4的上半部影像為天空狀態影像；較佳為1/3的天空狀態影像，如圖3、5所示。
(b)步驟，將天空狀態影像切割為等分面積大小的複數個區塊影像，如圖2、4所示。
(c)步驟，計算每一區塊影像之色彩空間的平均值，並依據各平均值而將各區塊影像分類為分別對應於複數個狀態資訊中至少包括有亮白或昏暗其中一種的狀態資訊，再依據全部之複數個區塊影像的狀態資訊的分佈狀態來判斷當前的天空狀態為天空亮度充足；或是天空亮度不足的天空亮度狀態資訊。其中，當判斷為亮白的狀態資訊的分佈狀態佔全部之複數個區塊影像的狀態資訊的至少三分之一或以上時，則判斷當前的天空狀態為天空亮度充足的天空亮度狀態資訊；其中，當判斷
為昏暗的狀態資訊的分佈狀態佔全部之複數個區塊影像的狀態資訊的至少四分之三或以上時，則判斷當前的天空狀態為天空亮度不足的天空亮度狀態資訊。
簡言之，當亮白天空m1、灰色天空m2、白雲m3、藍色或淺藍色天空m5a等狀態資訊所佔比例最大而昏暗天空m6狀態資訊所佔比例最小甚至為零時，則可判定當前的天空狀態為白天；反之，當昏暗天空m6狀態資訊所佔比例最大而亮白天空m1、灰色天空m2、白雲m3、藍色或淺藍色天空m5a等狀態資訊所佔比例最小甚至為零時，則可判定當前的天空狀態為昏暗。
請參看圖3所示的實施例，所擷取之上半部影像即為圈選範圍A部分，圖3所示為天氣晴朗的白天天候的監控影像，圖4(a)所示為將圈選範圍A劃分為複數影像區塊，圖4(b)所示則為與複數影像區塊對應之如亮白天空m1、灰色天空m2、白雲m3、藍色天空m5、淺藍色天空m5a及昏暗天空m6等多種狀態資訊。
請參看圖5所示的實施例，所擷取之上半部影像即為圈選範圍A部分，圖5所示為黑夜天候的監控影像，圖6(a)所示為將圈選範圍A劃分為複數影像區塊，圖6(b)所示則為與複數影像區塊對應的昏暗天空m6狀態資訊。
再者，本發明於上述(c)步驟中，係計算每一區塊影像之色彩空間的標準差，當其中至少一區塊影像的標準差大於預設閾值時，則判定該至少一區塊影像非為天空；當其中至少一區塊影像的標準差小於預設閾值時，則判定該至少一區塊影像為天空，並將判定為天空的各區塊影
像進行一種均值聚類演算法的計算，並依據各平均值而將各區塊影像分類為對應於該複數個狀態資訊之其中一種狀態資訊。具體的，該狀態資訊可以是白天天空m1、灰色天空m2、白雲m3、黑雲m4、藍色或淺藍色天空m5a或是昏暗天空m6等。
更具體的，上述均值聚類演算法係為一種模糊C均值聚類演算法(Fuzzy C-Means)。
必須陳明的是，上述標準差是一組數值自平均值分散開來的程度的一種測量觀念。至於一個較大的標準差，則是代表大部分的數值和其平均值之間差異較大；一個較小的標準差，代表這些數值較接近平均值。例如，兩組數的集合A{0,5,9,14}與B{5,6,8,9}其平均值都是7，但B集合具有較小的標準差。再者，色相(H)是色彩的基本屬性，即是平常所說的顏色名稱，如紅色、黃色等，取0-100%(一般是以0~256的數值來表示)的數值。飽和度(S)是指色彩的純度，越高色彩越純，低則逐漸變灰，取0-100%(一般是以0~256的數值來表示)的數值。明度(V)，取0-100%(一般是以0~256的數值來表示)。
此外，具體的，於上述(c)步驟之前更包含一色彩空間轉換步驟，用以將RGB色彩空間的監視影像轉換為HSV色彩空間，並計算每一區塊影像之HSV色彩空間的平均值。
更具體的，上述平均值係為HSV色彩空間的色相、飽和度以及明度的平均值。
繼而，承上所述，當色相、飽和度及明度之各平均值分別介於(0,0,0~41；可轉換為2進制碼；或16進制碼)時，則可判定該區塊影
像為黑夜天空m6之狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各平均值分別介於(0,0,50~86)時，則可判定該區塊影像為灰色天空m2之狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於0,0,0~41時，則判定該區塊影像為暗黑之該狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於0,0,50~86時，則判定該區塊影像為複數個狀態資訊其中的一灰色天空之狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於0,0,50~86時，則判定該區塊影像為該複數個狀態資訊其中的一白雲天空之狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於160~180,50~93,75~100時，則判定該區塊影像為該複數個狀態資訊其中的一藍色天空或淺藍色天空之狀態資訊。
因此，經由上述具體實施例的詳細說明後，本發明確實可以藉由影像辨識來精確辨識天空亮度狀態而提升路燈光源啟閉控制的精確度，進而有效節省電能的耗費支出。
以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。
10:路燈
40:影像監視裝置
50:資訊處理單元
Claims (8)
- 一種應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統，其包括：複數路燈，其設於至少一道路上；至少一供電單元，其用以對該複數路燈供電；至少一供電控制模組，其用以控制該至少一供電單元對該複數路燈的供電時機；至少一影像監視裝置，其設於該至少一道路上，用以對該至少一道路進行影像擷取而成像為監視影像，該監視影像的1/2~1/4的上半部影像為朝向天空的天空狀態影像；及一資訊處理單元，其包含可對該天空狀態影像進行影像辨識處理的影像辨識模組，用以辨識出該道路即時的天空亮度狀態資訊；當該天空亮度狀態資訊為天空亮度充足時，該資訊處理單元則對該供電控制模組輸出關閉供電的控制訊號，使該至少一供電單元關閉對該複數路燈的供電；當該天空亮度狀態資訊為天空亮度不足時，該資訊處理單元則對該供電控制模組輸出供電的控制訊號，使該至少一供電單元對該複數路燈進行供電；其中，該影像辨識模組進行影像辨識處理時，包含下列步驟：(a)步驟，擷取該監視影像1/2~1/4的上半部影像為該天空狀態影像；(b)步驟，將該天空狀態影像切割為等分面積大小的複數個區塊影像；(c)步驟，計算每一該區塊影像之色彩空間的平均值，並依據各該平均值而將各該區塊影像分類為分別對應於複數個狀態資訊中至少包括有亮白或昏暗其中一種的狀態資訊，再依據全部之該複數個區塊影像的該狀態資訊的分佈狀態來判斷當前的天空狀態為天空亮度充足；或天空亮度 不足的天空亮度狀態資訊。
- 如請求項1所述之應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統，其中，當判斷為亮白的該狀態資訊的分佈狀態佔全部之該複數個區塊影像的該狀態資訊的至少三分之一或以上時，則判斷當前的天空狀態為天空亮度充足的天空亮度狀態資訊；其中，當判斷為昏暗的該狀態資訊的分佈狀態佔全部之該複數個區塊影像的該狀態資訊的至少四分之三或以上時，則判斷當前的天空狀態為天空亮度不足的天空亮度狀態資訊。
- 如請求項1所述之應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統，其中，於(c)步驟中，計算每一該區塊影像之色彩空間的標準差，當其中至少一該區塊影像的該標準差大於一預設閾值時，則判定該至少一區塊影像非為天空；當其中至少一該區塊影像的該標準差小於該預設閾值時，則判定該至少一區塊影像為天空，並將判定為天空的各該區塊影像進行一種均值聚類演算法的計算，並依據各該平均值而將各該區塊影像分類為對應於該複數個狀態資訊之其中一種該狀態資訊。
- 如請求項3所述之應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統，其中，該均值聚類演算法係為模糊C均值聚類演算法(Fuzzy C-Means)。
- 如請求項1所述之應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統，其中，於(c)步驟之前更包含一色彩空間轉換步驟，用以將RGB色彩空間之該監視影像轉換為HSV色彩空間，並計算每一該區塊影像之該HSV色彩空間的平均值。
- 如請求項5所述之應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統，其中，該平均值係選自HSV色彩空間的色相、飽和度以及明度的至少一種平均 值。
- 如請求項6所述之應用影像辨識天空狀態的路燈管理系統，其中，當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於0,0,0~41時，則判定該區塊影像為暗黑之該狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於0,0,50~86時，則判定該區塊影像為該複數個狀態資訊其中的一灰色天空之狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於0,0,50~86時，則判定該區塊影像為該複數個狀態資訊其中的一白雲天空之狀態資訊；當色相、飽和度及明度之各該平均值分別介於160~180,50~93,75~100時，則判定該區塊影像為該複數個狀態資訊其中的一藍色天空或淺藍色天空之狀態資訊。
- 一種應用影像辨識天空狀態的路燈管理方法，其包括：提供設於至少一道路的複數路燈、至少一供電單元、至少一供電控制模組、至少一影像監視裝置及一資訊處理單元；以該至少一供電單元對該複數路燈供電；以至少一供電控制模組控制該至少一供電單元對該複數路燈的供電時機；將該至少一影像監視裝置設於該至少一道路上，用以對該至少一道路進行影像擷取而成像為監視影像，該監視影像的1/2~1/4的上半部影像為朝向天空的天空狀態影像；及該資訊處理單元包含可對該天空狀態影像進行影像辨識處理的影像辨識模組，用以辨識出該道路即時的天空亮度狀態資訊；當該天空亮度狀態資訊為天空亮度充足時，該資訊處理單元則對該供電控制模組輸出關 閉供電的控制訊號，使該至少一供電單元關閉對該複數路燈的供電；當該天空亮度狀態資訊為天空亮度不足時，該資訊處理單元則對該供電控制模組輸出供電的控制訊號，使該至少一供電單元對該複數路燈進行供電；其中，該影像辨識模組進行影像辨識處理時，包含下列步驟：(a)步驟，擷取該監視影像1/2~1/4的上半部影像為該天空狀態影像；(b)步驟，將該天空狀態影像切割為等分面積大小的複數個區塊影像；(c)步驟，計算每一該區塊影像之色彩空間的平均值，並依據各該平均值而將各該區塊影像分類為分別對應於複數個狀態資訊中至少包括有亮白或昏暗其中一種的狀態資訊，再依據全部之該複數個區塊影像的該狀態資訊的分佈狀態來判斷當前的天空狀態為天空亮度充足；或天空亮度不足的天空亮度狀態資訊。
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