一种基于多源信息的教室智能识别控制系统及方法

本发明涉及智能识别控制，尤其涉及一种基于多源信息的教室智能识别控制系统及方法。

背景技术：

1、目前大学教室中普遍采用开放模式，在非上课教室，学生可以自由选择教室，并自由选择座位落座学习，所有教室的所有灯具一般均处于开启状态，对于人员较少的教室或者空教室的灯具将浪费大量电能，因此如何对教室中的灯光进行智能控制，使得教室内的人员能够获得舒适的阅读照度，又能够节约电能，成为智慧教室需要解决的问题。然而，教室环境常处于变化之中，教室内的人员进进出出也是处于不断的变动中的，如何能够准确地识别教室内的动态变化情况，是难以解决的问题。

2、文献cn212961211u提出一种全自动恒照度led教室照明系统，包括安装板和照度传感器，所述安装板底部的两侧均固定连接有u型框，所述u型框内壁的顶部固定连接有电机箱，所述电机箱内壁的底部固定连接有电机，本实用新型涉及led技术领域。该全自动恒照度led教室照明系统通过照度传感器的设置，将采集检测到的照度信号，反馈给控制系统，使发光系统的电流或电压调整到适当参数，就能够使照度基本恒定，从而避免本照明系统过于刺眼，保护学生和老师的眼睛，又通过螺纹杆和电机等装置的设置，在阶梯教室未坐满时，电机带动led灯具运动，使得led灯具前移，将照明集中的在前处，保证亮度的同时避免浪费，达到了节约资源的目的。该技术方案可以保证亮度的同时避免浪费，达到了节约资源的目的，但是其需要对教室中的灯具整体结构进行重新安装和改造，工程量大，成本高。

3、文献cn207235183u提出了一种教室照明灯智能控制装置，每个课桌上均设置有光传感器，第一压力传感器的输出端和光传感器的输出端均与设置在教室本体内的控制器相连，控制器的输出端分别与各个第一照明灯相连，构成第一照明灯感应控制开关结构，入户门的两侧分别设置有相对应的红外发射管和红外接收管，红外接收管的输出端与控制器的输入端相连，构成用于监测进入教室人数的红外对管结构，本实用新型可根据实际情况进行照明灯的使用，并且防止了在光照充足或无人情况下照明灯依旧点亮的情况，大大降低了能耗，有效解决教室照明灯合理利用的问题，使用方便，效果好。在该技术方案中，每个课桌设有光传感器，每个课椅上设置压力传感器。但是大学教室中，座椅数量一般较多，在每个桌椅上均设置一套光传感器和压力传感器成本高，并且该技术方案中，根据教室内的人数来选择开启与压力传感器直线距离最短的照明灯。该照明灯可能是位于该座位后侧的照明灯，学生坐下后，可能会由于头部或者身体的阴影导致光传感器所在位置亮度足够，书本位置亮度不够的情况。

4、针对上述技术问题，本发明提出一种基于多源信息的教室智能识别控制系统及方法，能够准确识别教室内的人员分布情况，并且，基于多源传感器信息来识别桌面光照强度，能够得教室内的人员能够获得舒适的阅读照度，又能够节约电能，并且不需要对现有灯具结构进行重新安装，无需在每个座位安装光传感器和压力传感器，并且避免身体阴影导致的亮度不足的问题。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于多源信息的教室智能识别控制系统及方法。

2、技术方案：

3、第一方面，本发明提出一种基于多源信息的教室智能识别控制系统，包括监控主机，门禁系统，照明系统，光传感系统，视频监控系统；

4、所述门禁系统用于检测教室的人员进出信息；所述照明系统用于教室灯光照明；

5、优选地，所述光传感系统包括若干第一光强传感器和若干第二光强传感器，所述第一光强传感器用于检测室内灯具的第一光强数据；

6、所述第二光强传感器设置于教室窗外玻璃内侧，用于检测室外自然光的第二光强数据；

7、所述视频监控系统包括若干摄像头，分别对教室的不同区域进行分区监控；

8、所述监控主机根据门禁系统的触发信号启动识别任务，根据视频监控系统的分区监控信息识别教室中的人员分布信息；

9、所述监控主机还用于根据人员分布信息以及第一光强数据、第二光强数据来计算目标桌面光强，并控制照明系统中的灯具启闭。

10、优选地，所述监控主机还包括人员分布分析模块，用于根据视频监控系统的图像信息分析教室内的人员分布信息；

11、人员分布分析模块包括分区模块、图像分析模块、融合模块；具体地，

12、所述分区模块用于根据摄像头的位置将教室划分为若干分区；

13、所述图像分析模块用于对分区内的视频监控图像信息进行识别，获得每个分区内的人员分布信息；

14、所述融合模块用于根据每个分区内的人员分布信息融合为教室的人员分布信息。

15、优选地，所述监控主机还包括桌面光强分析模块，用于分析有人员使用的桌子的桌面的目标桌面光强；

16、所述桌面光强分析模块根据第一光强数据、第二光强数据、目标桌面的位置以及与灯具和窗户的距离来计算目标桌面光强。

17、优选地，所述门禁系统包括入场信息检测模块和出场信息检测模块；

18、所述入场信息检测模块用于检测人员进入教室的入场信息；

19、所述出场信息检测模块用于检测人员离开教室的出场信息。

20、优选地，所述监控主机还包括照明控制模块，所述照明控制模块用于根据桌面光强分析模块计算的目标桌面光强来控制照明系统的灯具启闭。

21、优选地，所述监控主机还包括触发模块，触发模块包括第一触发模块、第二触发模块、第三触发模块；

22、所述第一触发模块用于在监控主机收到入场信息后，延时第一预设时间后，触发人员分布分析模块分析教室内的人员分布信息；

23、所述第二触发模块用于在监控主机收到出场信息后，触发出场人员对应分区的灯光关闭；并在延时第二预设时间后，触发人员分布分析模块分析教室内的人员分布信息；

24、所述第三触发模块用于在人员分布信息出现变化后触发桌面光强分析模块和照明控制模块。

25、第二方面，本发明还提供了一种基于多源信息的教室智能识别控制方法，优选地，该方法包括：

26、s1、根据摄像头的位置将教室划分为若干分区，每个分区对应一个摄像头；

27、s2、根据教室灯具分布信息将教室的座位划分为若干座位分区；

28、s3、门禁系统检测教室的入场信息和出场信息，并发送至监控主机；

29、s4、若监控主机收到出场信息，则进入步骤s5；若监控主机收到入场信息，则进入步骤s6；

30、s5、控制出场人员对应座位分区的灯具关闭，进入步骤s7；

31、s6、判断入场人员是否落座，如果已经落座则进入步骤s7；

32、s7、根据监控图像分析教室内的人员分布信息；

33、s8、监控主机控制照明系统中的灯具；

34、s9、计算目标桌面光强并调节照明系统的灯具。

35、优选地，所述步骤s6包括：

36、s6、判断入场人员是否落座，包括：监控主机接收摄像头定时发送的监控图像，对比相邻两次的监控图像，根据监控图像中人体与桌面的高度差判断进入教室的人员是否落座，如果未落座则继续接收监控图像，如果已经落座则进入步骤s7；

37、所述步骤s7包括：

38、s71、监控主机接收多个摄像头拍摄的每个分区的监控图像；

39、s72、监控主机通过图像分析软件对每个分区的监控图像进行畸变处理后进行识别，获得每个分区内的人员分布信息；

40、s73、经过融合处理获取整个教室内的人员分布信息。

41、优选地，步骤s8包括：

42、s81、监控主机对有人员落座的座位编号进行分析，如果存在相邻座位有人落座，则将该相邻座位记录为座位集合，将座位集合中位置为最前排中间位置的座位编号作为该座位集合的集合编号，将集合编号和相邻座位无人落座的座位编号存储至存储器中；

43、s82、根据存储器中的集合编号和座位编号查找相对应的分区编号和灯具编号，向照明系统发送指令，开启对应灯具编号的灯具。

44、优选地，步骤s9包括：

45、s91、光传感器系统将检测到的编号为k灯具第一光强数据ek和自然光的第二光强数据e0发送至监控主机；

46、s92、逐个计算得到存储器中集合编号中每个座位编号以及相邻座位中无人落座的独立座位编号的目标桌面光强e：

47、s93、判断每个目标桌面光强e是否大于等于阅读光强阈值，若是则进入待机返回步骤s3；若否，则进入步骤s94；

48、s94、监控主机向照明系统发送控制指令，开启该座位所在分区的相邻分区的灯具，并返回步骤s91重新计算目标桌面光强；

49、s95、当全部目标桌面光强e均大于阅读光强阈值时或全部灯具均已开启时，进入待机状态返回步骤s3。

50、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

51、1、本发明基于桌面光照强度进行计算和控制灯具，提高了教室内人员的舒适度。在计算桌面光照强度时，充分考虑到灯具光强与窗外自然光强度，使得对桌面照度的控制更加准确。

52、2、本发明设置灯具光传感器设置于每个灯具内部，相比于在每个桌面设置传感器而言，由于大学教室中，座位桌面数量较多，而灯具数量相对较少，可以减少传感器数量节约成本，并且避免了人员身体或者头部阴影导致的光传感器所在位置亮度高，书本所在位置亮度低的问题。将光传感器设置在灯具内部，仅检测该灯具的光强，避免其他灯具光照影响，由于每个灯具随着使用时间越长，光强衰减各不相同，在每个灯具内设置光传感器可以检测每个灯具的光强，使得控制更加精准。本发明将自然光传感器设置在教室玻璃内侧，即已经考虑了窗户对自然光强的衰减。

53、3、本发明使用教室内的多个摄像头进行分区监控，更加准确地识别教室内的人员分布情况。因为对于面积较大的教室，如果仅采用一个摄像头，则对其监控图像进行识别时，距离摄像头距离较远的位置图像产生畸变过大，容易导致识别不准确，为了提高对于教室人员分布识别的准确度，将教室分为若干个区域，利用各分区内的摄像头对各个区域进行图像拍摄，由此减小图像畸变对于人员分布识别准确度的影响。

54、4、本发明教室座位根据灯具位置进行分区，使得每个座位都会位于一个灯具对应的区域内，并且该区域内的所有座位所对应的灯具，是对应该座位的前方最近的灯具，这样，在学生落座该座位时，将首先开启该座位对应的灯具，即开启了该学生前方最近的灯具，保证灯具距离学生位置较近，并且保证学生身体阴影不会影响桌面的关照强度。