基於計算機視覺的公共照明區域網控制方法與流程

2024-02-14 05:16:15

本發明涉及公共照明領域中組網後區域網之間的信號傳遞技術，特別涉及一種基於計算機視覺在公共照明的不同區域網之間進行關聯控制的方法。

背景技術：

低成本無線區域網技術在公共照明領域(例如但不限於道路的路燈照明)的關聯控制中起到不可替代的作用，但同時由於目前公知的低成本無線區域網技術(例如但不限於zigbee技術)自身存在無法遠距離傳輸及無法大規模組網的自身缺陷使得低成本無線區域網技術在公共照明領域無法大規模應用。

具體來說，由於低成本無線區域網組網能力有限，當照明裝置數量較多，即組網節點數量較多時，將分為多個無線區域網進行組網。以區域網中zigbee技術為分析示例，在信息與通信2015年s2期《zigbee大容量mesh組網技術研究》中提到，按照zigbee網絡層協議的標準，網絡內的各個節點的網絡地址用一個2位元組的數據來表示，即整個網絡內的節點數量可以達到65500個以上，但實際情況卻並非如此。

以美國德州儀器的zigbee晶片cc2530為例，cc2530片內的ram空間只有4k大小，除去os，zigbee協議棧，以及應用程式佔用的ram空間，留給存放路由表和鄰居表的空間已經所剩無幾。在cc2530對應的zigbee協議棧中，定義的nwk_max_device_list值為20，nwk_max_routers值為6，即一臺路由設備只能帶最多20個子設備，而且這20個子設備中最多只能有6個是路由設備。如此推算，用cc2530搭建一個zigbee網絡，所支持的路由節點數量不過幾十個，標籤也不過幾百個，這在智能家居控制的場合或許還能適用，但在需要支持上萬個網絡節點的工業級網絡中就不再適用。現在市面上推出的高性能的zigbee無線晶片，雖然在片上資源(如ram容量等)有所提升，但也不是解決問題的根本辦法。

已知的，有人提出採用如無線多跳自組網協議來進行信息傳遞以實現多個照明裝置之間的關聯控制，但實踐中出現如廣州工業大學曾小虎優秀論文《zigbee路由實現與通信性能測試研究》中提到網路路徑容量遞減及網絡丟包遞增的問題。除了上述問題，在大規模區域網組網通信中都將面臨帶寬限制的問題

為了解決以上問題，使低成本無線區域網技術在公共照明領域中能進行遠距離傳輸及大規模應用，本領域迫切需要提出一種能夠低成本、遠距離傳輸且能夠大規模應用於現有公共照明領域的控制方法。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是提供一種足以克服上述缺點的控制方法。

根據本發明的基於計算機視覺的公共照明區域網控制方法，其中該公共照明包括沿路徑布置的多個照明裝置，其中每個照明裝置均連接有無線通信單元和控制單元，通過使至少一個照明裝置的無線通信單元組網形成一個獨立的區域網，以將該公共照明分成彼此間獨立的多個區域網，其中至少一個區域網中設置有計算機視覺單元，該基於計算機視覺的公共照明區域網控制方法包括以下步驟：

步驟1：沿該路徑將公共照明的多個照明裝置組網，以形成彼此相鄰的、由至少一個照明裝置所組成的多個區域網，其中至少一個區域網帶有計算機視覺單元，該計算機視覺單元被構造為能夠檢測與其相鄰的區域網中的觸發事件；

步驟2：利用該計算機視覺單元檢測相鄰的區域網中的觸發事件，其中該觸發事件為相鄰的區域網中對應的路徑的表面上的照度變化或者是相鄰的區域網中照明裝置的照度變化；

步驟3：計算機視覺單元所接受的觸發事件處理後的信號傳遞給其所屬的區域網中的照明裝置的無線連接單元和控制單元，從而基於該觸發事件控制該區域網中的照明裝置的照度，從而實現了多個彼此獨立的區域網間的信號傳遞和關聯控制。

優選地，所述計算機視覺單元為圖像傳感器、紅外對射傳感器、紅外傳感器或光照度探測器。

優選地，在所述步驟2中，所述路徑的表面上的照度變化是通過測量區域網內照明裝置的垂點所在的一定範圍進行區域提取來實現。

優選地，在所述步驟2中，所述照明裝置的照度變化是通過測量區域網內照明裝置所在的一定範圍進行區域提取來實現。

優選地，其中，對圖像進行區域提取後將對所採集的圖像進行閾值化處理，並將照度達到一定閾值的情況作為獨立無線區域網之間信號傳遞的觸發事件。

優選地，其中，路徑選自以下的任一種：公路、鐵路、隧道、地鐵隧道、有軌電車或城市高架鐵路。

優選地，其中，路徑選自以下的任一種：船舶的航道或飛機的航路。

由上可知，根據本發明的方法，可以將信息傳遞至第一獨立區域網內並根據第二獨立區域網中的照度情況對第一獨立區域網中的照度進行適應性的控制。從而能夠僅利用計算機視覺單元為中繼手段來低成本、遠距離傳輸且能夠大規模地應用於現有公共照明領域。

應當理解，前述大體的描述和後續詳盡的描述均為示例性說明和解釋，並不應當用作對本發明所要求保護內容的限制。

附圖說明

以下結合附圖來描述本發明的實施例。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的或相似的部件，其中：

圖1是應用根據本發明的控制方法的公共照明裝置的示意圖；

圖2是根據本發明的方法中的各自組網形成的多個區域網的示意圖；

圖3是根據本發明的方法中觸發事件為地面照度變化的示意圖；

圖4是根據本發明的方法中觸發事件為照明裝置照度變化的示意圖；

圖5是根據本發明的方法的步驟流程圖。

附圖標記說明

10公共照明系統；20道路；

a第一獨立區域網；b第二獨立區域網；c第三獨立區域網；

第一照明裝置a1；第二照明裝置m；第三照明裝置n；

第一地面垂點u；第二地面垂點w；最大視距點p。

具體實施方式

通過參考示範性實施例，本發明的目的和功能以及用於實現這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發明並不受限於以下所公開的示範性實施例；可以通過不同形式來對其加以實現。說明書的實質僅僅是幫助相關領域技術人員綜合理解本發明的具體細節。

在下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。在附圖中，相同的附圖標記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟，除非另有說明。

下面通過具體的實施例對本發明所提供的一種依靠計算機視覺進行信號傳遞的方法進行詳細的說明，在下文中對於提到相關專業術語(例如：閾值化、組網節點、照度值，或者灰度值)應當是本領域技術人員所能夠理解的。根據本發明所提供的一種基於計算機視覺的公共照明區域網控制方法，以下作為示例的實施例中其中公共照明的路徑為道路的照明。但本領域技術人員能夠想到，在本文中，路徑還可以包括公路、鐵路、隧道、地鐵隧道、有軌電車、城市高架鐵路等其它具體的道路交通。這種情況下，照明裝置可以是路燈，隧道壁燈等。

但是本發明不限於以下道路的實施例，根據實際情況可以應用於其他例如船舶的航道、飛機(例如空中巴士)的航路等水上或空中領域需要照明的目標的路徑。這種情況下，照明裝置可以是船舶航道上的照明裝置或樓體等建築物上的空中照明系統。

下面將結合附圖1～5對根據本發明所提供的一種依靠計算機視覺進行信號傳遞的方法的各個步驟進行詳細的說明，其中根據本發明的方法的各個步驟的流程圖在圖5中被示出，具體方法包括：

s101、沿道路將公共照明的多個照明裝置組網。

如圖1～3所示，示出了將根據本發明的道路的公共照明中的多個照明裝置組網的示意圖。如圖1所示，在例如為位於道路20的一側沿道路20布置包含多個照明裝置例如但不限於a1,m,n的公共照明10。在根據本發明的示意圖中示出了為6個照明裝置，但本領域技術人員知曉這只是示意性的，照明裝置的數目可以遠遠大於6個。當然，在一些替代性的實施例中可以在道路20兩側布置多個照明裝置10,在另一些實施例中可以在道路20中間布置多個照明裝置10。然而，在保證照明的前提下，優選地按照本實施例的方式在道路20一側布置多個照明裝置10，每個照明裝置10至少與一個無線通信單元連接，在整數個照明裝置10之間(例如2個)通過無線通信單元進行組網形成獨立於其它區域網的獨立的區域網。根據本發明並不限於道路，根據實際情況可以應用於任何需要照明的目標的移動路徑。

結合圖2-3，描述了如何將多個照明裝置10組網成多個獨立的區域網。在圖3中示出了三維坐標系o，其中xoy平面對應於道路的路面，z方向為空間上的高度方向。在坐標系o中，示意性地示出了三個相鄰的照明裝置：第一照明裝置a1、第二照明裝置m和第三照明裝置n。如上所述，每一個照明裝置用於給作為坐標系xoy平面的道路的路面進行照明。每個照明裝置本身與其自身的無線通信單元和控制單元相連接，其中該無線控制單元用於在由多個照明裝置所組成的獨立區域網之間實現網內多個照明裝置之間的通信和信號傳遞，控制單元則根據相應的控制信號來調節照明裝置的照度。

組成區域網的方式具體來說，例如使第二照明裝置m和第三照明裝置n兩者通過與其各自相連的無線通信單元組網構成如圖2中第二獨立區域網b。在少量的照明裝置之間利用無線通信單元組成獨立區域網的方法是本領域已知的，在此不再贅述。同時，獨立的第一照明裝置a1則通過與自身相連的無線通信單元組成獨立的第一獨立區域網a。為了實現第一獨立區域網a和第二獨立區域網b之間的信號傳遞從而實現這些獨立區域網中的照明裝置的關聯控制，在本發明中利用將計算機視覺單元與第一獨立區域網a的中無線通信單元連接來實現多個獨立區域網之間的相互通信。在本文中，該計算機視覺單元可以為攝像頭、圖像傳感器、紅外對射傳感器、紅外傳感器或光照度探測器，其中優選為攝像頭。

s102、觸發事件為識別地面照度變化。

在實施本發明的該步驟時，需要將某一信號(例如第二獨立區域網中的照明或亮度情況傳遞到第一獨立區域網，以實現整個公共照明10的關聯控制)從第二獨立區域網b傳遞到第一獨立區域網a。在本步驟中，需要傳遞或者作為關聯控制的參量為地面照度的變化。由於地面照度取決於照明裝置本身的亮度，並且與道路上用戶的體驗直接關聯，因此監測地面照度的變化具有現實意義。本步驟中的原理如下所述，其中如圖3所示，作為第一照明裝置a1與yox平面的垂線交於垂點o，第二照明裝置m與yox平面的垂線交於垂點u，第三照明裝置n與yox平面的垂線交於垂點w。此時與第一獨立區域網a中的無線通信單元連接的計算機視覺單元(例如可以在第一照明裝置a1位置處)探測到x軸最大距離為最大視距點p處。通過選擇合適的計算機視覺單元的視距以使得垂點u或w中至少有一點在以op為半徑做圓的範圍內，下面將詳細介紹計算機視覺單元對垂點u或w的照度值(或灰度值)變化進行判斷：

s1、區域提取。對包含垂點u或w的一定範圍進行區域提取，由於多個獨立的照明裝置之間的間距是已知的或者具有相應的強制標準(例如多個路燈之間的間距是強制具有標準且是已知的)，因此可以垂點u或w所在的區域範圍對於本領域技術人員是已知的，因此可以進行設定以對區域進行提取。本領域技術人員知曉，經由該區域提取的步驟將有利於降低計算機視覺單元處理圖像數據的總量，以此降低應用成本，同時對該特定區域的提取能有效降低幹擾事件。

s2、閾值化處理。對圖像進行區域提取後將對所採集的圖像進行閾值化處理，具體來說，將照度達到一定閾值的情況作為獨立無線區域網之間信號傳遞的觸發事件。以二進位閾值化處理為例說明，對8位灰度圖進行閾值化處理時，預先設定好特定的閾值量，閾值化操作只需要將大於該閾值量的灰度值設定為255，將小於等於該閾值量的灰度值設定為0，當圖像中灰度值出現為255時作為獨立無線區域網之間信號傳遞的觸發事件。本領域技術人員知曉，該閾值化處理不限於二進位閾值化處理，也可為反二進位閾值化處理、截斷閾值化處理、自適應閾值化處理等。

s104、獨立區域網之間信息傳遞和關聯控制。本領域技術人員知曉，來自第二獨立區域網b中的地面照度信號已經為第一獨立區域網a中的計算機視覺單元所採集。在地面照度出於預設的閾值時，表明在第二獨立區域網b中的地面照度是達到實際要求時，此時經由計算機視覺單元將第二獨立區域網b中的地面照度變大作為所獲得觸發事件與第一獨立區域網a中的無線通信單元進行通信並送入控制單元進行控制，從而將信息傳遞至第一獨立區域網a內並根據第二獨立區域網b中的照度情況對第一獨立區域網a中的照度進行適應性的控制，例如增強第一照明裝置a1的照度。

與步驟s102可替換地，步驟s103、觸發事件為識別照明裝置照度變化。

在實施本發明的該步驟時，需要將某一信號(例如第二獨立區域網中的照明或亮度情況傳遞到第一獨立區域網，以實現整個公共照明10的關聯控制)從第二獨立區域網b傳遞到第一獨立區域網a。在本步驟中，需要傳遞或者作為關聯控制的參量為照明裝置照度的變化。由於照明裝置照度是道路或者環境中所有照度的來源，因此監測照明裝置的照度的變化具有現實意義。本步驟中的原理如下所述，其中如圖4所示，由於在第一獨立區域網a中與無線通信單元連接的計算機視覺單元存在一定的廣角，即該計算機視覺單元在對xoz平面進行探測的同時，由於如上所述照明裝置之間的間距已知，可以通過設定計算機視覺單元的視距來滿足探測到第二照明裝置m或第三照明裝置n點中的至少一點，下面將詳細介紹計算機視覺單元對第二照明裝置m或第三照明裝置n點的照度值(或灰度值)變化進行判斷：

s1、區域提取。對包含m或n點的一定範圍進行區域提取。由於多個獨立的照明裝置之間的間距是已知的或者具有相應的強制標準(例如多個路燈之間的間距是強制具有標準且是已知的)，因此可以照明裝置m或n所在的區域範圍對於本領域技術人員是已知的，因此可以進行設定以對區域進行提取。本領域技術人員知曉，經由該區域提取的步驟將有利於降低計算機視覺單元處理圖像數據的總量，以此降低應用成本，同時對該特定區域的提取能有效降低幹擾事件。

s2、閾值化。對圖像進行區域提取後將對所採集的圖像進行閾值化處理，具體來說，將照度未達到一定閾值的情況作為獨立無線區域網之間信號傳遞的觸發事件。以反二進位閾值化處理為例說明，對8位灰度圖進行閾值化處理時，預先設定好特定的閾值量，閾值化操作只需要將大於該閾值量的灰度值設定為255，將小於等於該閾值量的灰度值設定為0，當圖像中灰度值出現為255時作為獨立無線區域網之間信號傳遞的觸發事件。本領域技術人員知曉，該閾值化處理不限於二進位閾值化處理，也可為反二進位閾值化處理、截斷閾值化處理、自適應閾值化處理等。

s104、獨立區域網之間信息傳遞和關聯控制。本領域技術人員知曉，來自第二獨立區域網b中的照明裝置m或n本身的照度信號已經為第一獨立區域網a中的計算機視覺單元所採集。在照明裝置照度低於預設的閾值時，表明在第二獨立區域網b中的照明裝置的照度是未達到實際要求時，此時經由計算機視覺單元將第二獨立區域網b中的照明裝置照度變大作為所獲得觸發事件與第一獨立區域網a中的無線通信單元進行通信並送入控制單元進行控制，從而將信息傳遞至第一獨立區域網a內並根據第二獨立區域網b中的照度情況對第一獨立區域網a中的照度進行適應性的控制，例如增強第一照明裝置a1的照度。

在已描述若干實施例的情況下，可在不脫離本發明的精神的情況下使用各種修改、替代構造及等效物。因此，以上描述不限制本發明的範圍。結合這裡披露的本發明的說明和實踐，本發明的其他實施例對於本領域技術人員都是易於想到和理解的。說明和實施例僅被認為是示例性的，本發明的真正範圍和主旨均由權利要求所限定。