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基于图像处理技术的智能照明控制

2017-10-30 来源:我爱物联网

基于图像处理技术的智能照明控制

  摘 要: 本文简述了智能照明控制的基本理论和方法, 基于一种高效、节能以及施工方便的智能照明思想, 提出了利用图像处理技术来自动检测照度和是否有人走动, 并以之来控制照明的方法。

  1  前言

  智能照明控制是在“以人为本”作为前提的条件下, 对照明器具实行自动控制(包括: 照度的自动调节、灯的自动开关以及局部区域照度的控制)的行为。它应该符合两个相对独立的要求:

  (1)给人提供一个舒适的工作环境, 以保证工作人员具有较高的工作效率;

  (2) 通过合理的管理以节约能源和降低运行费用。具体说来, 上班时间, 智能照明控制系统自动调节光照度于最合适的水平。在天晴时, 灯光自动调暗; 在天阴时, 灯光自动调亮。

  同时, 利用红外及微波传感器探测是否有人工作,当无人工作时, 自动转入“夜间”工作状态。其原理框图如图1 所示。为了使工作人员有一个舒适的工作环境, 使用调光电子镇流器调光, 以减少工作人员长期工作而引起眼睛的疲劳感。随着时间的推移, 灯具的老化和房间墙面反射率不断衰减而引起照度下降, 而设计时的照度值高于标准照度值。这样, 在使用初期时, 既浪费能源, 又缩短灯具的寿命。为了保持照度维持基本不变而节约能源, 因此,可以通过智能控制来实现。但是, 该智能照明控制在工程施工中工作量大, 要求安装较多的传感器,特别是光传感器要分布在不同的地方。本文设计了一种基于图像处理技术的智能照明控制系统, 以解决上述问题。

  

  2  基于图像处理技术的智能照明控制系统

  图像处理技术是始于20 世纪50 年代, 1964 年美国喷射推进实验使用计算机对太空船送回的大批月球照片处理后得到了清晰逼真的图像。70 年代初, 由于大量的研究和应用, 图像处理技术已形成较完善的学科体系。数字图像信息可看成是一个二维数组f ( i , j) , 对图像各象素进行处理时, 输入图像F 上某象素的灰度值为f ( i , j) , 进行某种P 处理, 得到输出图像上该象素的灰度值为g ( i ,j) , 即:

  g ( i , j) = p ( f ( i , j) )因此, 如果将某一区域内的光照度大小的分布, 通过CCD 传感器变成一幅图像的象素灰度值, 那么,就可以将该区域的光照度大小的分布输出为一个待处理的二维数组f ( i , j) , 满足如下关系:

  f ( i , j) = p ( z ( x , y) )式中, z ( x , y) 为区域内的光照度分布函数;f ( i , j) 为该区域内的象素灰度值形成的数组元素;p ( z) 为变换关系。

  假设该数组的元素为: aij , 表示某矩形区域单位面积的照度值。并假设该数组为: m ×n (即m行n 列) 。f ( i , j) 称为照度矩阵:

  

  可知: 该区域的平均照度为:

  

  当该区域的平均照度值处在所要求的照度值范围内时, 执行机构维持现状不变; 否则该区域的平均照度值不满足设计要求, 通过执行机构将该区域的照度值加大或减小, 以满足设计需要。

  基于图像处理技术的智能照明控制系统的框图如图2 所示。其工作原理是:

  

  

  CCD 传感器将某一区域的照度值传送给图像处理控制器, 控制器将获取的数据进行运算。即计算区域的平均照度, 根据使用要求判别某象素值或某局部区域象素平均值是否在要求的域值内, 如果是在要求的域值内, 则认为照度合适; 反之, 说明照度过大或过小。控制器根据需要控制执行机构进行调光, 达到合适的照度要求为止。判断是否有人走动的方法是: 将过道(人走动所经过的) 区域的图像分割出来, 该区域的象素值在没有人走动时基本不变或变化很小。当有人走动时, 该区域的象素值变化较大。假设t0 时刻没有人走动时, 该区域象素值分布为f t0 ( x , y) , 经过δt (如: 1 S ) 时间后,该区域的象素值分布为f t1 ( x , y) , 计算差值: δf( x , y) = f t1 ( x , y) - f t0 ( x , y) 。如果δf ( x ,y) 内各象素值的绝对值之和较大, 可以认为是有人在走动; 如果δf ( x , y) 内各象素值的绝对值之和较小或为零时, 则可认为没有人走动。从而控制灯光的有无。图像处理控制器的原理框图如图3 所示。

  显然, 处理器处理象素的速度要尽可能地快。

  因此, 为了提高处理速度, 在进行图像处理计算时,不是一个一个象素的处理, 而是采用先将图像进行分割成更小块的图像进行处理的方法进行。由于DSP 技术在数字图像的处理方面有其独特的优势,所以采用DSP 技术进行数字图像的滤波以改善图像的信噪比。此外, 相邻象素之间具有一定的相关性,利用图像相邻象素之间的相关系数来提取亮域和暗域之间的边界。提高控制的准确度, 大大地延长了灯具的使用寿命。

  基于图像处理技术的智能照明系统由于采用了CCD 摄相传感, 在工程布线以及传感安装上, 大大降低了工作量, 可靠性高。采用光传感器必须要求在各控制点安装传感器, 布线极为复杂, 可靠性不高。

  基于图像处理的程序流程图如图4 所示。初始化系统后, 经过采集图像数据, 将采集来的数据进行计算: 先进行图像分割, 然后进行图像特征提取,区分亮区和暗区, 计算平均照度。判别照度值是否符合要求: 如果照度值符合要求, 重复采样图像数据; 如果照度值不符合要求, 就输出控制信号来调节灯的亮度, 之后, 重复采样图像数据, 进行下一个循环。

  

  3  结论

  将图像处理技术应用于智能照明控制为智能照明控制设计提供了一条有效的途径。本文在理论上进行了探讨, 并在图像处理上做了一些基础工作。

  对于智能照明的照度与象素之间的关系以及更简洁的算法还有待今后进一步研究。


在校生研发智能家庭控制系统获百万投资

  用一部智能手机,就能识别敲门的是访客还是小偷,同时它还能控制家中的各种电器。昨天,南京邮电大学第十三届“创新杯”学术科技作品竞赛在仙林校区开幕。比赛中,大学生们基于手机安卓系统开发了各色软件。通过这些软件,智能家庭生活不再是构想:用户只要点点手机就能将小偷拒之门外,同时,还能对家中的电器进行远程控制。

手机与防盗门“联网”

周末的早上本想睡个懒觉,可怎想一阵急促的门铃声让你不得不穿戴整齐,下床开门,是不是很窝火?先别气,南邮大通信与信息工程学院的大三男生魏剑锋带领他的团队开发了一套手机版“智能家庭系统”,能让你躺在床上就能知道门外的访客是谁。据介绍,这套软件将手机与家中的防盗门相连。只要访客按下门铃,用户的手机上就立刻弹出提示:“是否查看视屏?”当用户确认查看时,通过安装在防盗门上的摄像头,用户就能看到门外访客的面孔。如果来访者是家人或朋友,用户只要点击手机屏幕,就能让防盗门自动打开。魏剑锋说:“这同时也能防范一些不法之徒。”他告诉记者,由于使用了WIFI无线网路连接技术,用户在使用时不需要支付任何费用。

“请开灯。”“OK,I’vegotit.(好的,收到。)”当魏剑锋对着手机发出这一道指令时,手机里一个女声立刻做出了回应,两秒钟后,一旁的台灯自动打开。原来,研发团队通过编写软件,将声音指令存入手机,并与台灯开关相连接。魏剑锋告诉记者,与台灯的成功连接证明了“智能家庭系统”也能让手机控制其他更复杂的家用电器。他向记者描述了未来家庭生活的场景:一部巴掌大的智能手机成为服务周到的保姆,点点屏幕或说出一道指令,它就能帮助用户控制家中的所有电器。


智能控制系统为甘肃风电场解决隐患

  去年11月3日,我国首个千万千瓦级风电基地一期项目在甘肃酒泉竣工,甘肃河西750千伏输变电工程也于当日投运。一年多来,该工程为甘肃酒泉风电送出电量62.6亿千瓦时。

  刚一走进酒泉超高压公司酒泉变电站,便听到高压线发出的“嗡嗡”声。酒泉变电站是河西走廊750千伏大型枢纽变电站之一,在主控室里,酒泉超高压公司副总经理樊建成指着电脑屏幕上的一套操作系统对记者说,电网安全稳定的应用,解决了局部线路过载的问题,同时也根除了酒泉千万千瓦级风电基地新建风电场“不可控、不可调”的隐患。

  茫茫戈壁上,风机叶片迎风缓缓转动。记者随后来到华电玉门黑崖子风电场。黑崖子风电场总装机96兆瓦,截至今年10月31日,已安全发电1.23亿千瓦时。“风力发电有不稳定的特点。早上风大的时候,出力达到了8万千瓦,你们刚进门的时候降到了只有5000千瓦。”黑崖子风电场场长郭进学在主控室跟记者说了短短几句话的工夫,一阵风吹过,电脑控制系统显示,华电玉门黑崖子风电场的瞬时出力很快从2000千瓦上升到了2万千瓦。“我们风电场已经应用了风能实时监测、短期和超短期预测系统、无功补偿系统,使风电场能更好地追风发电。”

  在离风电场办公区不远的几台风机内,几名工作人员正在安装低电压穿越装置。“无风的时候,这些装置可以保障风组能够不间断并网运行,防止脱网事故发生。”郭进学形象地比喻,“这些装置相当于汽车的‘减震器’。”

  11月5日,记者来到位于兰州的甘肃电力调度通信中心,这里距离酒泉风电基地近1000公里,但能监测到每一台风电机组的实时数据。“甘肃省电力公司组织科研攻关,投资640多万元建设了智能控制系统。”工作人员告诉记者,随着这些系统的投运,远在兰州也能随时掌握每个风电场的发电状态,便于调度指挥。

  甘肃省电力公司风电技术中心主任汪宁渤不无骄傲地对记者说,河西750千伏输变电工程这条“硬通道”安全平稳运行的背后,离不开提高风电送出关键技术研究这一“软支撑”。甘肃省电力公司正在为大规模风电基地集中开发、远距离输送积累经验。

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