基于道路目标检测的路灯节能自动控制系统及方法与流程

本发明涉及计算机视觉领域中的利用目标检测进行自动控制的技术，具体涉及一种基于道路目标检测的路灯节能自动控制系统及方法。

背景技术：

路灯，指给道路提供照明功能的灯具，泛指交通照明中路面照明范围内的灯具，它是由灯具，电器，光源，灯杆，灯臂，法兰盘，基础预埋件组成的一个整体。

最初时的路灯在每根电线杆上装闸刀开关，仍需工人每天开启关闭。数年后，改用若干路灯合用一个开关，这种形式的路灯在全国各城市中一直沿用到20世纪50年代。不久后，光敏传感器大范围应用到日常生活中，也同样被用在了路灯的自动控制上。

时至今日，大部分路灯仍旧采用光控的方式，即环境光强在阈值以下，路灯开启，反之关闭。但随着城市的快速发展，路灯使用所带来的能耗问题也日益凸显，尤其在行人车辆稀少的路段，路灯的持续开启带来不必要的能源浪费。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于道路目标检测的路灯节能自动控制系统及方法，解决传统路灯持续开启带来能源浪费的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

基于道路目标检测的路灯节能自动控制系统，包括路灯、上位机、路灯控制模块及路灯上搭载的相机；

所述路灯上搭载的相机采集拍摄区域范围内的图像，并传送给上位机；

所述上位机利用目标检测模块对相机采集的图像进行处理，识别当前是否有行人或车辆进/出拍摄区域，根据识别结果向路灯控制模块发送开灯/关灯的控制指令；

所述路灯控制模块在接收到上位机发送的开灯/关灯的控制指令后，对指令进行解析并按照指令内容控制路灯的开启/关闭。

作为进一步优化，所述路灯控制模块与上位机之间采用串口通信。

作为进一步优化，相机的拍摄区域范围大于该区域对应路灯的照明范围，且相邻的相机的拍摄区域有部分重合。

作为进一步优化，所述路灯上搭载的相机以一定的帧率不断采集拍摄区域范围内的图像。

作为进一步优化，所述上位机还用于通过标志位来记录路灯的状态，在向路灯控制模块发送开灯/关灯的控制指令时，在指令中携带对路灯的目标状态的标志位。

作为进一步优化，所述路灯控制模块采用51系列单片机。

此外，本发明的另一目的还在于提出一种基于道路目标检测的路灯节能自动控制方法，其包括以下步骤：

A、路灯上搭载的相机采集拍摄区域范围内的图像，并传送给上位机；

B、上位机利用目标检测模块对相机采集的图像进行处理，识别当前是否有行人或车辆进/出拍摄区域，根据识别结果向路灯控制模块发送开灯/关灯的控制指令；

C、路灯控制模块在接收到上位机发送的开灯/关灯的控制指令后，对指令进行解析并按照指令内容控制路灯的开启/关闭。

作为进一步优化，步骤B中，所述上位机利用目标检测模块对相机采集的图像进行处理，识别当前是否有行人或车辆进/出拍摄区域的方法是：

针对行人的识别：

目标检测模块选取相机拍摄的图像序列建立背景模型，根据当前帧的图像与背景模型进行比较，从而区分运动目标和背景，以此来判断是否有行人进入/离开拍摄区域，在判断结束后更新背景模型；

针对车辆的识别：

目标检测模块选取相机拍摄的图像序列建立背景模型，比较当前帧与背景模型的图像灰度值，若当前帧的图像灰度值明显高于背景模型的图像灰度值(可以通过设置阈值，判断二者的图像灰度值之差是否大于阈值的方式来判断)，若明显高于，则判定有车辆进入拍摄区域，若明显低于背景的图像灰度值，则判定车辆驶出拍摄区域。

本发明的有益效果是：

在行人车辆稀少的路段或使用时间集中的路段，路灯的亮灭完全由有无行人或车辆出入决定，人来灯亮，人走灯灭，相比光控方式路灯开启的时间减少，节约了能源；此外，由于整个控制过程完全无需人为干预，达到了“智能”的目的。

附图说明

图1为本发明基于道路目标检测的路灯节能自动控制系统结构框图；

图2为路灯照明范围与相机拍摄范围关系示意图；

图3为上位机中目标检测模块图像处理示意图；

图2中，A表示相机拍摄范围，B表示路灯照明范围，C表示相机，D表示路灯。

具体实施方式

本发明旨在提出一种基于道路目标检测的路灯节能自动控制系统及方法，解决传统路灯持续开启带来能源浪费的问题。其方案核心为：首先路灯搭载的相机不断采集道路图像信息，判断有无行人或车辆行为；若有行人或车辆进入相应区域，则开启对应的路灯；行人或车辆离开后，关闭路灯。

如图1所示，本发明中的基于道路目标检测的路灯节能自动控制系统，包括路灯、上位机、路灯控制模块及路灯上搭载的相机；

所述路灯上搭载的相机采集拍摄区域范围内的图像，并传送给上位机；

所述上位机利用目标检测模块对相机采集的图像进行处理，识别当前是否有行人或车辆进/出拍摄区域，根据识别结果向路灯控制模块发送开灯/关灯的控制指令；

所述路灯控制模块在接收到上位机发送的开灯/关灯的控制指令后，对指令进行解析并按照指令内容控制路灯的开启/关闭。

在具体实现上，上位机采用PC机，路灯控制模块采用价格低廉且使用简单的51系列单片机，通过串口和USB实现与上位机的通信。用C51编程实现波特率同步，串口信号接收与解析(即判断路灯开启或关闭信号)，再通过任一IO口输出对路灯的控制信号。图像采集的区域(相机拍摄区域)略大于其对应路灯的照明区域，且每个相机覆盖的区域一定有重合部分，来保证同一移动目标在行进过程中没有照明盲区，如图2所示。

上位机在收到相机拍摄的图像后的处理流程为：

如图3所示，选取相机拍摄的图像序列建立背景模型，根据当前帧的图像与背景模型进行比较，从而区分运动目标和背景，以此来判断是否有行人进入/离开拍摄区域，在判断结束后更新背景模型，以适应光线变化对运动物体检测的影响。

对于车辆出入的判断，由于夜晚车辆往往会开启车灯，车灯亮度和照射范围均可使拍摄照片的亮度特征发生显著的变化，所以通过比较当前帧与背景的图像灰度值，如果当前帧灰度值明显高于背景，则可判断为车辆将要经过；如果当前帧灰度值明显低于背景，则说明车辆离开拍照区域，可像串口发送“关灯”信号。

上位机可以通过标志位来记录路灯的状态，在向路灯控制模块发送开灯/关灯的控制指令时，在指令中携带对路灯的目标状态的标志位，如：以标志位“0”表示开灯，以标志位“1”表示关灯，当识别出拍摄区域内有行人经过时，通过串口向路灯控制模块发送携带标志位为“0”的控制指令，路灯控制模块解析该指令识别出为开灯指令，则向路灯输出开灯命令。