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一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7777310閱讀:636來源:國知局
一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),解決晚自修時燈具全部開啟的問題。硬件部分有:攝像頭、計算機、單片機控制電路、燈具。軟件部分包括教室分區(qū)域處理軟件和單片機控制燈具開關(guān)軟件。本系統(tǒng)的技術(shù)方案為:1)攝像頭采集教室全景圖發(fā)送到計算機;2)基于色度法進行灰度化處理獲取當(dāng)前幀和背景的灰度圖;3)采用背景差分法獲取差分圖像;4)基于形態(tài)學(xué)獲取僅保留運動目標(biāo)的二值圖;5)按實際需求把二值圖分為燈具相對應(yīng)若個區(qū)域并判斷各個區(qū)域有無學(xué)生存在;6)向單片機發(fā)送判斷數(shù)據(jù);7)單片機接收數(shù)據(jù)并控制燈具開關(guān)。該系統(tǒng)不僅可以滿足學(xué)生晚自修個人習(xí)慣需求,同時也能實現(xiàn)節(jié)約用電,推廣應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】—種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及到機器視覺技術(shù)和單片機控制技術(shù),尤其涉及一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)報道,很多學(xué)校的教室場所用電浪費現(xiàn)象普遍存在,尤其晚自修時段更為嚴(yán)重。在晚自修時,學(xué)生希望四周環(huán)境保持相對安靜,所以習(xí)慣于分散教室各個區(qū)域,但教室內(nèi)的燈具全部處于通路狀態(tài)。當(dāng)前為了節(jié)約用電,一是通過探測器檢測教室人數(shù)的多少,當(dāng)人數(shù)少于某個值時自動關(guān)閉燈具使學(xué)生離開該教室,達到集中教室自習(xí)的效果,但這樣無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣需求;二是在座位上安裝探測裝置,可以達到分區(qū)域控制的效果,但是教室改造成本較高。
[0003]當(dāng)前大多數(shù)教室安裝監(jiān)控攝像頭,只需把一路視頻信號分配到專門用于智能控制燈具開關(guān)的計算機上,利用日益興起的機器視覺技術(shù)處理攝像頭實時采集的教室全景圖像來判斷各個區(qū)域有無學(xué)生,利用單片機技術(shù)控制各個區(qū)域的燈具開關(guān)狀態(tài),從而不僅滿足學(xué)生晚自修個人習(xí)慣需求,也能節(jié)約用電,建設(shè)節(jié)約型校園,推廣應(yīng)用前景廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于滿足學(xué)生個人學(xué)習(xí)需求下,防止用電浪費,提出一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用日益興起的機器視覺技術(shù)處理攝像頭實時采集的教室場景圖像來判斷各個區(qū)域有無學(xué)生,利用單片機技術(shù)改變各個區(qū)域的燈具開關(guān)狀態(tài),實現(xiàn)區(qū)域有人就開燈,區(qū)域無人就關(guān)燈,不僅可以滿足學(xué)生晚自修個人習(xí)慣需求,同時也能實現(xiàn)節(jié)約用電,建設(shè)節(jié)約型校園,推廣應(yīng)用前景廣闊。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征在于,包括以下步驟:
[0006]I)攝像頭拍攝教室全景圖像;
[0007]2)圖像灰度化處理;
[0008]3)圖像差分化處理;
[0009]4)圖像二值化處理;
[0010]5)圖像分區(qū)域處理;
[0011]6) Matlab與單片機通信;
[0012]7)燈具開關(guān)控制。
[0013]所述步驟2)圖像灰度化處理的具體步驟為:首先分別對當(dāng)前幀圖像和背景圖像完成RGB彩色空間到HSI彩色空間的轉(zhuǎn)換;然后根據(jù)色度分量分別獲取當(dāng)前幀灰度圖像和背景灰度圖像,可減少光照變化對運動目標(biāo)檢測的影響。
[0014]所述步驟3)圖像差分化處理的具體步驟為:對所述步驟2)處理后的當(dāng)前幀灰度圖像和背景灰度圖像進行差分運算,根據(jù)差分的結(jié)果可判定圖像中是否有運動目標(biāo),獲取含有運動目標(biāo)的差分圖像。
[0015]所述步驟4)圖像二值化處理的具體步驟為:先對所述步驟3)處理后的差分圖像采用Otsu法進行動態(tài)閾值分割獲取含有噪聲的二值圖像;然后利用膨脹腐蝕姊妹算法可連接鄰近離散區(qū)域并盡可能保持原有的面積;最后利用面積法濾除噪聲提取僅保留運動目標(biāo)的二值圖像。
[0016]所述步驟5)分區(qū)域處理的具體步驟為:根據(jù)燈具的個數(shù)、位置和分區(qū)域照度要求把教室分為若干個區(qū)域,達到每盞燈具滿足對應(yīng)區(qū)域的照度要求;并把這種物理分區(qū)映射到圖像中的像素分區(qū),然后判斷在所述步驟4)處理后的二值圖像中各個區(qū)域有無運動目標(biāo),即判斷哪些區(qū)域有學(xué)生存在。
[0017]所述步驟6)Matlab與單片機通信的具體步驟為:在Matlab環(huán)境下,將所述步驟
5)處理后的學(xué)生分布區(qū)域情況的數(shù)據(jù)通過串口方式由計算機向單片機發(fā)送。
[0018]所述步驟7)燈具開關(guān)控制的具體步驟為:單片機接收計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)并控制燈具開關(guān)。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明針對現(xiàn)有監(jiān)控教室進行簡易改造,改造成本低,同時也適用于新建教室,可以將其嵌入到監(jiān)控系統(tǒng),組建新型的監(jiān)控節(jié)能教室。本發(fā)明的應(yīng)用更符合學(xué)生晚自修個人學(xué)習(xí)習(xí)慣,也能節(jié)約用電,建設(shè)節(jié)約型校園,能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益,推廣應(yīng)用前景廣闊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本專利硬件連接示意圖;
[0021]圖2為本專利系統(tǒng)控制流程圖;
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本專利加以詳細說明。本發(fā)明針對教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)具有以下特點:①RGB彩色圖像;②教室分區(qū)域;③燈具分別控制。
[0023]基于學(xué)生個人晚自修的需求和節(jié)約用電的要求,本專利提出一種教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)由7步實現(xiàn):1)攝像頭拍攝教室全景圖像;2)基于色度法分別對當(dāng)前幀圖像和背景圖像進行灰度化處理獲取當(dāng)前幀灰度圖像和背景灰度圖像;3)對當(dāng)前幀與背景的灰度圖像進行差分運算獲取差分圖像;4)基于Otsu法、膨脹腐蝕算法及面積法獲取僅保留運動目標(biāo)的二值圖像;5)按教室燈具的個數(shù)、位置及照明強度要求把二值圖像分為燈具相對應(yīng)若個區(qū)域,并分別判斷各個區(qū)域是否存在運動目標(biāo)即判斷有無學(xué)生存在;6)利用Matlab與單片機通信技術(shù)向單片機發(fā)送各個區(qū)域有無學(xué)生存在的數(shù)據(jù);7)單片機接收計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)并控制燈具開關(guān)。
[0024]本專利的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要有:攝像頭、計算機、單片機控制電路、燈具,其硬件連接如圖1所示。軟件部分主要包括教室區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計軟件和燈具智能控制軟件,前者由上位機計算機完成算法,后者由下位機單片機完成控制,其系統(tǒng)控制流程如圖2所示,其主要包括以下步驟:
[0025]1.攝像頭采集教室全景圖像,通過數(shù)據(jù)線將圖像發(fā)送到計算機;
[0026]2.圖像灰度化處理:首先分別對當(dāng)前幀圖像和背景圖像完成RGB彩色空間到HSI彩色空間的轉(zhuǎn)換;然后根據(jù)色度分量分別獲取當(dāng)前幀灰度圖像和背景灰度圖像,可減少光照變化對運動目標(biāo)檢測的影響。
[0027]3.圖像差分化處理:當(dāng)前幀灰度圖像和背景灰度圖像進行差分運算,根據(jù)差分的結(jié)果可判定圖像中是否有運動目標(biāo),獲取含有運動目標(biāo)的差分圖像。
[0028]4.圖像二值化處理:對差分圖像采用Otsu法進行動態(tài)閾值分割獲取含有噪聲的二值圖像;然后利用膨脹腐蝕姊妹算法可連接鄰近離散區(qū)域并盡可能保持原有的面積;最后利用面積法濾除噪聲提取僅保留運動目標(biāo)的二值圖像。
[0029]5.分區(qū)域處理:根據(jù)燈具的個數(shù)、位置和分區(qū)域照度要求把教室分為若干個區(qū)域,達到每盞燈具滿足對應(yīng)區(qū)域的照度要求;并把這種物理分區(qū)映射到圖像中的像素分區(qū),然后判斷各個區(qū)域有無運動目標(biāo),即判斷哪些區(qū)域有學(xué)生存在。
[0030]6.Matlab與單片機通信:在Matlab環(huán)境下,將計算機獲取學(xué)生分布區(qū)域情況的數(shù)據(jù)通過串口方式向單片機發(fā)送。
[0031]7.燈具開關(guān)控制:單片機接收計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)并控制燈具開關(guān)。
【權(quán)利要求】
1.一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),包括硬件和軟件兩部分。硬件部分主要有:攝像頭、計算機、單片機控制電路、燈具。軟件部分主要包括教室分區(qū)域處理軟件和單片機控制燈具開關(guān)軟件,前者由上位機計算機完成算法,后者由下位機單片機完成控制。其特征在于,包括以下主要步驟: 1)攝像頭拍攝教室全景圖像; 2)圖像灰度化處理; 3)圖像差分化處理; 4)圖像二值化處理; 5)圖像分區(qū)域處理; 6)Matlab與單片機通信; 7)燈具開關(guān)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征是,所述步驟2)圖像灰度化處理的具體步驟為:首先分別對當(dāng)前幀圖像和背景圖像完成RGB彩色空間到HSI彩色空間的轉(zhuǎn)換;然后根據(jù)色度分量分別獲取當(dāng)前幀灰度圖像和背景灰度圖像,可減少光照變化對運動目標(biāo)檢測的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征是,所述步驟3)圖像差分化處理的具體步驟為:對所述步驟2)處理后的當(dāng)前幀灰度圖像和背景灰度圖像進行差分運算,根據(jù)差分的結(jié)果可判定圖像中是否有運動目標(biāo),獲取含有運動目標(biāo)的差分圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征是,所述步驟4)圖像二值化處理的具體步驟為:先對所述步驟3)處理后的差分圖像采用Otsu法進行動態(tài)閾值分割獲取含有噪聲的二值圖像;然后利用膨脹腐蝕姊妹算法可連接鄰近離散區(qū)域并盡可能保持原有的面積;最后利用面積法濾除噪聲提取僅保留運動目標(biāo)的二值圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征是,所述步驟5)分區(qū)域處理的具體步驟為:根據(jù)燈具的個數(shù)、位置和分區(qū)域照度要求把教室分為若干個區(qū)域,達到每盞燈具滿足對應(yīng)區(qū)域的照度要求;并把這種物理分區(qū)映射到圖像中的像素分區(qū),然后判斷在所述步驟4)處理后的二值圖像中各個區(qū)域有無運動目標(biāo),即判斷哪些區(qū)域有學(xué)生存在。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征是,所述步驟6)Matlab與單片機通信的具體步驟為:在Matlab環(huán)境下,將所述步驟5)處理后的學(xué)生分布區(qū)域情況的數(shù)據(jù)通過串口方式由計算機向單片機發(fā)送。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征是,所述步驟7)燈具開關(guān)控制的具體步驟為:單片機接收計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)并控制燈具開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對大學(xué)晚自修的教室分區(qū)域智能照明系統(tǒng),其特征是,所述系統(tǒng)部分設(shè)備可以借用教室的監(jiān)控系統(tǒng)來實施,也可以將本發(fā)明嵌入到新教室監(jiān)控系統(tǒng)來實施。
【文檔編號】H04N7/18GK103716955SQ201310593688
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月16日
【發(fā)明者】梁佩佩, 沈?qū)殗? 靳春芳, 馬桂殿, 宦小玉, 劉璇, 王青 申請人:鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校
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