基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统和方法。包括电连接的灯具和控制系统，室内红外热图像处理及照明决策模块分别和红外阵列传感器模块、摄像模块、可调控LED照明模块和异常高温报警模块连接，可调控LED照明模块和灯具连接；温度数据采集得室内红外热图像；划分多个照明区域，室内红外热图像判断报警；采集室内可见光图像，处理获得亮度分布图、照度分布图和照明区域的照度值，结合各灯具对不同照明区域影响的权重系数，调控灯具实现节律照明。本发明专利技术实现教室内是否有人及异常高温的监视，控制启动和报警，能够实现节能及安全监控的目的、较好的照明均匀性，能够减缓视觉疲劳，更好地满足教室健康照明需求。照明需求。照明需求。

【技术实现步骤摘要】
基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及节能健康照明控制及图像处理
的一种灯光照明控制系统和方法，尤其涉及一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统和方法。

技术介绍

[0002]光的视觉效应主要影响视觉功能和与视觉相关的作业效率，是健康照明中最需要考虑的基本因素。除视觉影响外，光照还会对人脑产生非视觉效应，影响与情绪高度相关的激素分泌，进而影响人的情绪、精神状态、部分行为和生理机能。人类用电照明经历了从白炽灯到荧光灯以及LED灯的两次转变，电能转换光能的效率得到了极大提升，巧合的是使用光源的变化与近视眼患病率的两个增长高峰重合，究其原因，照明光源的光谱分布变化是重要影响因素。
[0003]研究发现相同光刺激在一天中的不同时段将产生优劣不同的生理反应，人对光照的需求存在清晨、正午及黄昏效应，并受天气类型、季节等因素的影响，人体所需最佳光照并非一成不变，由此提出了动态照明研究的必要性。此外，还发现照明光的照度和均匀度的不足会提高视力不良率，改善照度和均一度后可以降低视力不良率。目前存在着教室空无一人却灯火通明的情况，造成能源浪费；由于照度单点采集，灯具缺乏独立控制措施，灯光控制采用恒定照度的模式，教室内不同位置的照度值相差很大，光源的不合适光谱分布、照度值、照度均匀性及灯光控制模式可能引起人体节律紊乱，存在引起视觉疲劳，导致近视发生和近视度数增长的风险。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统和方法，相比于常规教室照明系统，能够通过检测教室室内红外热图像，进而判断室内是否有人，确定是否启动照明及异常高温(火警)报警控制；通过检测教室内照度分布图并结合时间及地理位置信息，能够对教室内作为照明光源的全光谱LED进行独立控制，通过控制光源色温及照度分布图来模拟太阳光的规律变化，实现教室动态照明的目的。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一、一种使用基于红外阵列传感器和摄像头的节能教室灯光控制系统包括灯具，布置在教室室内的屋顶；
[0007]包括控制系统，和灯具电连接；
[0008]所述的控制系统包含了具有红外和摄像头的传感部分和控制部分，传感部分经控制部分和灯具电连接。
[0009]所述的控制系统包括以下模块：红外阵列传感器模块、摄像模块、室内红外热图像处理及照明决策模块、可调控LED照明模块和异常高温报警模块；
[0010]红外阵列传感器模块：和室内红外热图像分析及照明决策模块电连接，采用红外
阵列传感器进行教室室内的温度数据采集，将温度数据传送到室内红外热图像分析及照明决策模块；
[0011]摄像模块：和室内红外热图像分析及照明决策模块电连接，采用摄像头拍摄室内可见光图像，将室内可见光图像传送到室内红外热图像分析及照明决策模块；
[0012]室内红外热图像分析及照明决策模块：
[0013]对来自红外阵列传感器模块的温度数据进行处理获得室内红外热图像，分析室内是否有人及是否存在异常高温，产生报警信号到异常高温报警模块；
[0014]对来自摄像头的室内可见光图像计算出亮度分布图，再计算出照度分布，根据照度分布处理获得各灯具的色温亮度控制参数；
[0015]可调控LED照明模块：和灯具、室内红外热图像分析及照明决策模块电连接，接收来自室内红外热图像分析及照明决策模块的色温亮度控制参数控制灯具发光，调控灯具发出的照明光，实现节律照明；
[0016]异常高温报警模块：和室内红外热图像分析及照明决策模块电连接，接收来自室内红外热图像分析及照明决策模块的报警信号进行报警。
[0017]将教室的室内区域划分为M
×
N个照明区域，各个照明区域均匀布置灯具，每个照明区域布置一个灯具。
[0018]所述室内红外热图像分析及照明决策模块中，根据室内红外热图像进行温度判断，当室内红外热图像处理信号中的温度值高于预先设定的异常高温阈值时，发出报警信号到异常高温报警模块。
[0019]二、一种使用基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制方法
[0020]步骤一：采用红外阵列传感器模块的红外阵列传感器进行温度数据采集，根据采集的温度数据组建得到室内红外热图像；
[0021]步骤二：将室内区域划分为多个照明区域，根据预设的人体温度范围和异常高温阈值，分析室内红外热图像，并判断各个照明区域的灯具是否进行照明和是否进行报警；
[0022]步骤三：采用摄像模块的摄像头进行室内可见光图像的拍摄采集，从室内可见光图像中提取各像素的灰度信息，通过图像处理方法处理获得对应的亮度分布图，进而获得室内环境的照度分布图作为环境光照度分布图以及各个照明区域的照度值；
[0023]步骤四：由照度分布图和照明区域的照度值结合各灯具对不同照明区域影响的权重系数，调控不同照明区域的灯具输出的光谱进行节律照明。
[0024]所述步骤二中，通过以下子步骤来实现：
[0025]2.1、在室内区域中均匀布置灯具，按照灯具的数量M
×
N把教室划分为M
×
N个照明区域，使得每个照明区域布置一个灯具，其中M和N分别为教室长方向和宽方向的LED灯具数；
[0026]2.2、根据照明区域的分布和位置，将室内红外热图像也划分为M
×
N个区域；
[0027]2.3、根据预设的人体温度范围T0～T1分析室内红外热图像，T0＜T1，T0、T1分别表示第一、第二温度阈值，进行以下判断控制：若室内红外热图像中存在人体温度范围内的图像区域时，则判定该图像区域有人，在该图像区域位置对应的照明区域的灯具启动照明；否则判定该图像区域无人，在该图像区域位置对应的照明区域的灯具关闭；
[0028]2.4、根据预设的异常高温阈值T2分析室内红外热图像，T1＜T2，T2表示第三温度
阈值，进行以下判断控制：若室内红外热图像中存在高于异常高温阈值T2的区域时，则判定室内存在异常高温物品，产生报警信号触发报警装置进行报警。
[0029]所述步骤三，在室内红外热图像分析及照明决策模块中通过以下子步骤来实现：
[0030]3.1、从摄像头探测到的室内可见光图像中直接提取灰度信息并进行数字图像滤波处理，获得灰度图像D，D＝{D(i,j)}，其中D(i,j)表示灰度图像中第i行第j列像素的灰度值，i＝1,2,
…
,I，j＝1,2,
…
,J，I和J为图像中横纵坐标的像素数；
[0031]3.2、根据灰度图像D(i,j)计算出对应的亮度分布图像B＝f(D,G,T)，B＝{B(i,j)}，其中B(i,j)表示亮度分布图像中第i行第j列像素的亮度值，G为相机增益，T为曝光时间，f()表示第一变换函数；
[0032]根据灰度图像计算出对应的亮度分布图像的另一种方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统，其特征在于，包括灯具，布置在教室室内的屋顶；包括控制系统(6)，和灯具电连接；所述的控制系统(6)包含了具有红外和摄像头的传感部分和控制部分，传感部分经控制部分和灯具电连接。2.根据权利要求1所述的一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统，其特征在于，所述的控制系统(6)包括以下模块：红外阵列传感器模块(2)、摄像模块(3)、室内红外热图像处理及照明决策模块(1)、可调控LED照明模块(4)和异常高温报警模块(5)；红外阵列传感器模块(2)：和室内红外热图像分析及照明决策模块(1)电连接，采用红外阵列传感器进行教室室内的温度数据采集，将温度数据传送到室内红外热图像分析及照明决策模块(1)；摄像模块(3)：和室内红外热图像分析及照明决策模块(1)电连接，采用摄像头拍摄室内可见光图像，将室内可见光图像传送到室内红外热图像分析及照明决策模块(1)；室内红外热图像分析及照明决策模块(1)：对来自红外阵列传感器模块(2)的温度数据进行处理获得室内红外热图像，分析室内是否有人及是否存在异常高温，产生报警信号到异常高温报警模块(5)；对来自摄像头的室内可见光图像计算出亮度分布图，再计算出照度分布，根据照度分布处理获得各灯具的色温亮度控制参数；可调控LED照明模块(4)：和灯具、室内红外热图像分析及照明决策模块(1)电连接，接收来自室内红外热图像分析及照明决策模块(1)的色温亮度控制参数控制灯具发光，调控灯具发出的照明光，实现节律照明；异常高温报警模块(5)：和室内红外热图像分析及照明决策模块(1)电连接，接收来自室内红外热图像分析及照明决策模块(1)的报警信号进行报警。3.根据权利要求1所述的一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统，其特征在于，将教室的室内区域划分为M
×
N个照明区域，各个照明区域均匀布置灯具，每个照明区域布置一个灯具。4.根据权利要求1所述的一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制系统，其特征在于，所述室内红外热图像分析及照明决策模块(1)中，根据室内红外热图像进行温度判断，当室内红外热图像处理信号中的温度值高于预先设定的异常高温阈值时，发出报警信号到异常高温报警模块(5)。5.一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：步骤一：进行温度数据采集，根据采集的温度数据组建得到室内红外热图像；步骤二：将室内区域划分为多个照明区域，根据预设的人体温度范围和异常高温阈值，分析室内红外热图像，并判断各个照明区域的灯具是否进行照明和是否进行报警；步骤三：进行室内可见光图像的拍摄采集，从室内可见光图像中提取各像素的灰度信息，通过图像处理方法处理获得对应的亮度分布图，进而获得照度分布图以及各个照明区域的照度值；步骤四：由照度分布图和照明区域的照度值结合各灯具对不同照明区域影响的权重系
数，调控不同照明区域的灯具输出的光谱进行节律照明。6.根据权利要求5所述的一种基于红外阵列传感器和摄像头的教室灯光控制方法，其特征在于：所述步骤二中，通过以下子步骤来实现：2.1、在室内区域中均匀布置灯具，按照灯具的数量M
×
N把教室划分为M
×
N个照明区域，使得每个照明区域布置一个灯具；2.2、根据照明区域的分布，将室内红外热...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻春敖，林远芳，吕玮阁，蒋凌颖，林磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：