智能灯光控制系统及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及智能灯光控制领域， 特别是关于一种基于图像分析的智能灯光控制系 统及其方法。 【背景技术】
智能灯光控制一直是人类追求的一个目标。 在居室内， 通常有大灯、 廊灯、 台灯、 夜 灯等多种照明设备， 为了方便地控制这些照明设备， 人们发明了双控开关、 声控开关等多种 控制工具， 使得家里的墙面上随处可见灯的开关。 由于不同的应用需要， 如看书、 看电视等， 从视觉要求的角度出发， 对灯光的要求是不同的。 有时候离开房间时忘记了关灯， 可能使得 灯长时间处于亮着的状态， 浪费了电能， 也减少了灯具的使用寿命。在睡着时， 如果灯还开 着， 不仅浪费电， 对人体的休息也是不利的。如果能够设计一种智能的灯光控制系统， 可以 根据人的需要进行开灯、 关灯、 调整亮度、 切换灯具等功能， 不仅能够节电， 也可大大改善人 的生活品质。
目前， 存在许多通过改变电源电路、 灯光控制电路等实现智能灯的系统， 可是这种 系统多是在灯光的控制上增加人性化， 简化或优化了控制方法， 真正的控制还是人为操作 实现的， 并不是真正意义上的智能系统。 也有通过情景模式进行灯光控制的， 如中国专利第 03140255.0 号就揭示了一种通过情景模式进行灯光控制的系统， 但是这个系统需要人工选 择情景模式， 也没有实现真正的智能化。而中国专利申请第 200720045338.4 号提出以模拟 视频信号来调控灯光， 但是其具体控制策略、 智能分析等都是比较粗糙的， 并不能依据更细 化的具体情景给出具体的控制方法。【发明内容】
本发明的目的在于提供一种智能灯光控制系统， 其能够智能控制灯光， 实现智能 照明。
本发明的另一目的在于提供一种智能灯光控制方法， 以实现对灯光的智能控制。
为达成前述目的， 本发明一种智能灯光控制系统， 其包括图像采集单元、 人体检测 模块、 人体行为分析模块及照明控制模块 ； 其中
图像采集单元， 用于采集视频或图像 ；
人体检测模块， 对前述视频或图像进行检测， 判断该视频或图像中是否有人体存 在并输出信号， 所述照明控制模块依据人体检测模块的所述输出信号控制照明系统的启 闭；
人体行为分析模块， 对前述视频或图像进行分析判断以获得人体的行为信息并将 该行为信息输出， 所述照明控制模块根据该行为信息对灯具的亮度进行调整。
进一步地， 前述图像采集单元为摄像头， 其可以是广角的摄像头、 或者可以轮巡的 摄像头、 或者多个摄像头联合进行。
进一步地， 所述摄像头为红外 / 近红外的摄像头。进一步地， 所述人体检测模块通过大量人体和非人体图像训练人体分类器， 然后 将图像采集单元获取的图像分为多个不同尺度的窗口， 将每个窗口分别输入人体分类器， 根据分类器的输出判断此窗口是否人体， 然后将位置接近的人体窗口进行合并， 得到检测 到的人体区域。
进一步地， 所述人体行为分析模块选择多幅人体图像， 对图像中人体的行为进行 标定， 将标定后的图像进行特征提取， 并训练 AdaBoost 分类器， 对于图像采集单元获取的 图像， 将其中的人体区域图像输入 AdaBoost 分类器， 根据分类结果确定人体的行为。
进一步地， 在照明控制模块内预存根据眼科的研究结果建立行为 - 亮度的对照 表， 确定人体行为后， 根据行为 - 亮度对照表确定需要的亮度， 所述照明控制模块根据此亮 度对灯具进行亮度调整。
进一步地， 所述智能灯光控制系统进一步包括光敏探测器， 所述照明控制模块对 灯具进行亮度调整是将光敏探测器感应的亮度与通过人体行为分析结果得到的期望亮度 进行比较， 若光敏探测器感应的亮度与所述期望亮度的绝对差值小于预定阀值则调整完 成， 否则继续调整。
为达成前述另一目的， 本发明一种智能灯光控制方法， 其包括 ：
利用图像采集单元采集视频或图像 ；
对所采集的视频或图像进行人体检测， 判断图像中是否有人体存在， 若检测到人 体则启动照明系统 ； 若未检测到人体， 则关闭照明系统 ；
对所采集的视频或图像进行人体行为分析， 依据人体行为分析的结果， 对照明系 统的灯具进行亮度调整。
本发明的智能灯光控制系统， 通过摄像头拍摄图像分析人体行为， 确定需要的目 标亮度， 然后通过光敏探测器确定当前可见光亮度， 并对灯具进行亮度调整， 直到得到期望 的亮度。本发明不需要人工干预， 智能化程度高。 【附图说明】
图 1 为本发明实施例中智能灯光控制系统的结构框图。
图 2 为本发明实施例中智能灯光控制系统的方法流程图。
图 3 为本发明实施例中根据人体位置选择对应灯具的流程图。
图 4 为本发明实施例中灯具亮度确定流程图。
图 5 为本发明灯实施例中具亮度调整流程图。 【具体实施方式】
本发明的详细描述主要通过程序、 步骤、 逻辑块、 过程或其他象征性的描述来直接 或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明， 在接下来的描述中陈述了很 多特定细节。而在没有这些特定细节时， 本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员 使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。 换 句话说， 为避免混淆本发明的目的， 由于熟知的方法和程序已经容易理解， 因此它们并未被 详细描述。
此处所称的 “一个实施例” 或 “实施例” 是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、 结构或特性。在本说明书中不同地方出现的 “在一个实施例中” 并非均指同一 个实施例， 也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。 此外， 表示一个或多 个实施例的方法、 流程图或功能框图中的单元顺序并非固定的指代任何特定顺序， 也不构 成对本发明的限制。
本发明的智能灯光控制系统可以是家庭的灯光控制系统， 也可以是办公场所的灯 光控制系统， 或者其它场所的灯光控制系统， 下面以家庭中一个常见的房间为例对本发明 的灯光控制系统的结构进行详细说明， 在该实施例中假设房间内有位于屋顶中央的大灯、 位于床头两侧的床头灯、 位于书桌上的台灯以及位于墙角的夜灯， 除夜灯外的其它灯都具 有亮度可调的功能。 在其它实施例中， 灯的个数、 位置以及具体作用都可以根据实际情况进 行设置。
请参阅图 1 所示， 本发明的一个实施例中的智能灯光控制系统 1 包括采集图像的 图像采集单元 10、 对图像进行分析的图像分析单元 20 以及对照明灯具 ( 未图示 ) 进行控制 的照明控制模块 30， 其中图像分析单元 20 又包括人体检测模块 201、 人体位置分析模块 202 以及人体行为分析模块 203。图像采集单元 10 采集的图像信息传输给图像分析单元 20， 由 图像分析单元 20 对所述图像进行分析并将分析结果输出给照明控制模块 30。 前述图像采集单元 10 为摄像头， 通过摄像头进行室内图像的采集。无论人位于 室内的哪个位置 ( 柜子内等可以被完全遮挡的位置除外 )， 都应该能从图像中检测出来， 为 此， 应保证摄像头的拍摄范围能够覆盖室内的所有区域。这样的要求可以通过利用广角的 摄像头、 或者可以轮巡的摄像头、 或者多个摄像头联合进行。 对于轮巡摄像头或者多个摄像 头联合进行拍摄， 需要进行图像的拼接， 以保证室内的区域不重复。 拼接的方法可以采用图 像的小波域处理、 矩阵切换灯方法， 关于图像拼接的具体原理及方法是熟悉该领域的普通 技术人员应当知道的内容， 此处不再赘述。 另外， 为了在黑暗的环境中也能拍摄到需要的图 像， 可以采用红外 / 近红外的摄像头进行拍摄。
请参阅图 2 所示， 其显示智能灯光控制系统 1 的一种控制方法的流程图， 该控制方 法包括如下步骤 ：
步骤 21 ： 首先图像采集单元 10 对室内的图像进行视频或图像采集， 并将采集到的 视频或图像信息传输给图像分析单元 20。
步骤 22 ： 图像分析单元 20 的人体检测模块 201 对当前帧的视频或图像的进行人 体检测。其中在本发明的一个实施例中， 人体检测采用基于 Adaboost 的方法， 首先通过大 量人体和非人体图像训练人体分类器， 然后将获取的当前帧图像分为多个不同尺度的窗 口， 将每个窗口分别输入所述经过训练的人体分类器， 根据分类器的输出判断此窗口是否 有人体， 然后将位置接近的人体窗口进行合并， 得到检测到的人体区域。进一步地， 在人体 检测的基础上， 人体检测模块 201 还可以对当前视频或图像进行人体跟踪。而人体跟踪有 基于 Mean Shift 的方法、 基于统计模型的方法、 基于块匹配的方法等。关于如何进行人体 跟踪的各种方法， 是本领域的技术人员应当知道的技术， 本说明书不再对各种方法的具体 过程一一详细解释说明。人体跟踪的目的是减少计算量， 提高人体检测的准确度。通过人 体检测和人体跟踪可以确定图像中是否存在人体， 存在多少个人体， 人体位于图像中哪个 地方等信息， 利用这些信息可以进行后续的人体位置分析或者人体行为分析等操作。
步骤 23 ： 如果人体检测模块 201 的检测结果显示拍摄的图像中不存在人体， 则认
为该房间中没有人， 此时人体检测模块 201 输出未检测到人体的检测结果给照明控制模块 30， 则照明控制模块 30 关闭所有灯具。
步骤 24 ： 如果人体检测模块 201 检测到拍摄的图像中存在人体， 则启动照明系统。
前述步骤 24 中， 一旦检测到室内有人就会启动室内的照明系统， 而为了进一步实 现对照明系统的精确控制节省电能， 在前述步骤 23 检测到室内有人的时候还可以进一步 对图像中的人体进行人体所处位置的分析 ( 步骤 25) 或者人体行为的分析 ( 步骤 26)， 然后 根据人体所处的位置或者人体的行为来精确调节照明系统 ( 步骤 27)。
请继续参阅图 2 所示， 步骤 25 确定人体位置的目的是确定应用的灯具。根据人体 位置确定需要调整哪个位置的灯具， 可以根据事先确定的区域对应关系确定对应的灯具， 这样可以精确控制启动的具体照明灯具， 例如在书桌附近就利用书桌上的台灯， 如果在床 上就用床头的台灯等。 也可以利用就近的原则， 人体离哪个灯具最近就利用哪个灯具， 这样 不需要事先确定区域和灯具的对应关系， 适应性更强一些。 室内可能有不只一个人， 此时可 能需要应用一个也可能需要应用多个灯具。
关于具体如何确定人体位于房间的哪个位置的方法， 请参阅图 3 所示。对于家庭 居室， 布置好房间后， 通常不会经常进行大的调整， 因此， 本发明的一个实施例中采用相对 于人体为前景、 室内为背景的分析方法。其包括如下步骤 ： 步骤 251 ： 通过背景建模的方法， 先采集几帧室内图像进行背景建模。这里， 可以 认为室内不止有一种背景， 进行常见的一两种背景建模。
步骤 252 ： 背景建模后可以进行室内主要区域的标定， 如书桌区域、 床区域等， 确 定人体在不同区域时使用的主要灯具。
步骤 253 ： 人体位置分析模块 202 获得当前帧图像。
步骤 254 ： 将当前帧图像与背景相减得到前景， 然后排除前景中非人的区域 ( 例如 前景中出现的非背景的动物、 玩具或者推车等 ) 得到前景中的人体区域，
步骤 255 ： 将前景中的人体区域与背景进行比较， 确定人体所在的区域位置并确 定对应的灯具。
由于视觉是受灯光影响最大的， 因此， 灯具的选择应该根据眼睛所在的区域也就 是人头所在的区域进行选择， 因此， 在确定人体位置后可以进一步地检测人头， 根据人头位 置确定选择的灯具。关于人头的检测同样可以采用基于 Adaboost 的方法， 具体可以参考前 述人体检测的方法， 此处不再详细说明。
人体位置分析模块 202 分析出人体的具体位置之后将分析结果输出给照明控制 模块 30， 由照明控制模块 30 选中相应的灯具并点亮该灯具。
请继续参阅图 2 所示， 步骤 26 进行人体行为分析的目的是确定灯具的亮度。居室 内常见的人体行为有读书写字、 打扫、 睡觉、 发呆等， 对于不同的行为， 对于灯光强度的要求 是不同的。
关于如何确定人体行为并相应进行灯光强度调整的方法请参阅图 4 所示， 其包括 如下步骤 ：
步骤 261 ： 人体行为分析模块接收人体检测模块分析出的人体区域图像信息。
步骤 262 ： 由于不同的行为具有不同的特点， 可以训练人体行为分类器进行人体 行为的分类。具体做法是， 选择多幅人体图像， 对其行为进行标定， 将标定后的图像进行特
征提取， 并训练 AdaBoost 分类器。 对于输入图像， 将其中的人体图像输入 AdaBoost 分类器， 根据分类结果确定人体的行为。
步骤 263 ： 因为每种行为对应的最佳亮度是有研究结果的， 可以根据眼科的研究 结果建立行为 - 亮度的对照表。
步骤 264 ： 确定人体行为后， 人体行为分析模块 203 的分析结果输出给照明控制模 块 30， 由照明控制模块 30 根据行为 - 亮度对照表确定需要的亮度， 根据此亮度对灯具进行 调整。
照明控制模块 30 的主要目标是根据选择的灯具和确定的亮度进行调整。进行亮 度调整的前提是需要知道当前亮度， 常用的检测亮度的方法是利用光敏检测器， 为此， 在室 内每个功能区设置一个光敏探测器， 由于人眼智能感应可见光范围的光， 为了保证亮度调 整的准确性， 要求光敏探测器只能感应可见光范围的光。
图 5 为灯具亮度调整的流程图， 其中 Ic 为光敏检测器检测到的当前亮度， It 是由 行为 - 亮度对照表得到的目标亮度。如果满足下式， 说明当前亮度与期望亮度非常接近， 亮 度调整完成， 否则， 亮度调整还没有完成， 其中 Eth 为预设的阈值。
|Ic-It| ＜ Eth (1) 如果上式不满足， 且 Ic ＜ It， 说明检测到的亮度小于期望亮度， 需要增加亮度， 然 后再进行比较 ； 如果 Ic ＞ It， 说明检测到的亮度小于期望亮度， 需要减小亮度， 再进行比较。 重复上面的循环， 直到 (1) 式满足， 停止亮度调整。
灯具亮度的改变属于已有的技术， 可以通过分压电阻、 分流等方式改变灯具亮度， 这里不再详细说明。 在亮度的调整中， 为了提高调整速度， 并且不使眼睛因为亮度变化过快 产生不适的感觉， 可以采用分级调整的方法。
在本发明的实施例中， 可以单独进行人体位置分析， 选择对应的灯具， 由控制照明 模块点亮相应灯具。也可以单独进行人体行为分析， 由控制照明模块调整整个照明系统的 亮度。 也可以是先进行人体位置分析确定对应的灯具， 然后进行人体行为分析， 在室内每个 功能区设置一个光敏探测器， 确定人体所在位置后， 只启动该区域的光敏探测器， 然后根据 人体行为通过比较具体位置的光敏探测器的亮度与期望亮度， 由控制照明模块调整相应灯 具的亮度。
因此， 当只需要对人体所处的位置进行灯光控制时， 图像分析单元 20 可以包括人 体检测模块 201 及人体位置分析模块 202， 但不包括人体行为分析模块 203 ； 当只需要根据 人体行为进行灯光控制时， 图像分析单元 20 可以包括人体检测模块 201 及人体行为分析模 块 203， 但不包括人体位置分析模块 202。
所述的智能灯光控制系统， 通过摄像头拍摄图像分析人体的位置和 / 或人体行 为， 确定需要的开启的灯具和 / 或该灯具的目标亮度， 并控制该灯具的启闭， 还可以进一步 通过光敏探测器确定当前可见光亮度， 并将该灯具的亮度调整到目标亮度。本发明不需要 人工干预， 智能化程度高。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是， 熟悉该领域的 技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。 相应地， 本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。