郭暉

摘 要 基于紅外成像，利用信息融合技術(shù)設(shè)計一種節(jié)能系統(tǒng)，將紅外攝像頭采集的圖像經(jīng)去噪、二值化等處理后，對人員的特征圖像進行分析和識別，確定室內(nèi)人員的位置和數(shù)量，并運用三幀差法對拍攝的圖像進行處理可以得到清晰準確的物體運動圖像。通過單片機控制照明燈的開啟，從而實現(xiàn)對日光燈的智能控制，并實現(xiàn)綠色照明，能源的節(jié)約。

關(guān)鍵詞 紅外圖像；信息融合；圖像處理；智能控制

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0016-02

隨著社會經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，人類對資源的需求量越來越大，同時也伴隨著許多能源的浪費現(xiàn)象，尤其在一些大型場所，于是節(jié)能控制成為近年來的關(guān)注重點，而利用已有的視頻監(jiān)控設(shè)備進行節(jié)能控制是一個很好的技術(shù)手段，通常我們會利用監(jiān)控設(shè)備監(jiān)視所需節(jié)能空間的人員、光線、溫濕度的變化等信息，自動控制空調(diào)、照明及通風設(shè)備，在不影響正常使用的同時實現(xiàn)節(jié)能的目的。

基于上述原因本文設(shè)計出一種智能的照明控制系統(tǒng)，包括信息采集及控制系統(tǒng)設(shè)計、光學系統(tǒng)設(shè)計和機械安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計等三個部分。本系統(tǒng)通過檢測出室內(nèi)的人員數(shù)量、位置情況以及光照強度，對室內(nèi)燈光進行合理控制，從而實現(xiàn)照明控制智能化。

1 主動式紅外攝像頭的結(jié)構(gòu)和作原理

本系統(tǒng)采用的是主動式紅外攝像頭對室內(nèi)的圖像進行采集。主動式紅外攝像頭主要包括紅外探照燈、視頻采集卡、低照度CCD攝像機、PC機。通常情況下，首先通過紅外探照燈朝目標發(fā)出一束近紅外光，再由低照度CCD攝像機攝取照射到目標后反射回來的紅外光，送至視頻采集卡將該紅外光信號變成相應(yīng)的數(shù)字圖像，并用計算機將圖像顯示出來，從而實現(xiàn)將不可見的紅外線圖像轉(zhuǎn)換并增強為可見光像，該過程完成了光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。

本系統(tǒng)中的紅外攝像頭安放在室內(nèi)，因此攝像頭拍攝圖片時會受到室內(nèi)日光燈的影響。為了降低日光燈對紅外攝像頭拍攝圖像的影響，我們根據(jù)日光燈的光譜能量分布圖，對紅外攝像頭進行改裝，即在紅外攝像頭接收鏡頭前加裝了一個濾波片（這里選用的是高純高通透玻璃制成的紅外濾鏡，可見光截止，800 nm-840 nm高透），并遮擋了攝像頭的感應(yīng)裝置，經(jīng)過紅外濾光片進行光學濾波，這樣攝像頭就只能接收紅外光線，日光燈發(fā)出的可見光就不會影響到攝像頭拍攝的圖像了。在白天，紅外攝像頭內(nèi)部的濾光片會阻擋紅外線進入CCD，讓CCD只感應(yīng)可見光；夜晚時，攝像頭才會關(guān)閉濾光片，接收物體反射的紅外線，同時也受可見光的影響。

2 系統(tǒng)理論算法設(shè)計

2.1 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件是一個實時監(jiān)控，檢測和執(zhí)行開關(guān)控制的控制軟件。首先系統(tǒng)的光敏傳感器感應(yīng)周圍環(huán)境的光照強度，當光照強度暗下來之后才將該系統(tǒng)打開。然后紅外攝像頭采集教室內(nèi)的人員分布情況和人數(shù)，同時，溫度傳感器根據(jù)周圍的氣溫，將信息傳輸給處理控制單元，單片機經(jīng)過處理運算的結(jié)果來調(diào)節(jié)室內(nèi)人員的分布密度并打開人員上方的照明設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

2.2 圖像處理算法設(shè)計

本系統(tǒng)在處理圖像時采用的是三幀差分法。三幀差分法是對所記錄的數(shù)字圖像按連續(xù)的圖像幀進行兩兩相減，即第2幀與第1幀的圖像進行差分，第3幀與第2幀的圖像進行差分，由此得到2幅差分圖像都含有目標元素，通過對該2幅差分圖像的運算和分析，便可得到基于目標元素的特征圖像。三幀差分法的公式如下：

式中：It-1（x，y），It（x，y），It+1（x，y）為圖像序列當中連續(xù)三幀圖像。三幀差算法演示圖如圖2所示。

圖2 三幀差算法演示圖

3 實驗及討論

實驗時，選用的是自主改裝的紅外攝像頭，在地面選取三個不同的位置，依次將物體放在三個位置上并拍攝圖像處理。實驗分為三組，每組都選擇不同的三個地點進行拍攝，這樣降低了實驗誤差。

實驗結(jié)果如圖3所示。通過多次試驗，我們最終得到了清晰準確的物體運動圖像，并且背景圖像不會對實驗的結(jié)果有影響。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的圖像處理系統(tǒng)是可以達到對實際物體準確檢測、跟蹤的效果。

（a）第一幀圖像 （b）第二幀圖像 （c）第三幀圖像

（d）第一、二幀差分圖像 （e）第二、三幀差分圖像 （f）三幀差分圖像

圖3 實驗圖像處理結(jié)果

4 結(jié)論

本文基于紅外成像，利用信息融合技術(shù)設(shè)計一種節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以室內(nèi)照明為例對系統(tǒng)各個部分進行詳細的介紹。紅外攝像頭采集的圖像經(jīng)去噪、二值化等處理后，對人員的特征圖像進行分析和識別，確定室內(nèi)人員的位置和數(shù)量，并運用三幀差法對拍攝的圖像進行處理可以得到清晰準確的物體運動圖像。通過單片機控制照明燈的開啟，從而實現(xiàn)室內(nèi)日光燈的智能控制，實現(xiàn)綠色照明，能源的節(jié)約。

參考文獻

[1]馬紅玉.基于圖像處理技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)[J].科技信息，2007（7）：80-81.

[2]李震，鄒紹源，顏旭，洪添勝.基于機器視覺技術(shù)的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)[J].計算機工程與技術(shù)，2012（4）：1648-1652.

[3]付娜.紅外圖像的采集、增強與分割處理研究[D].大連理工大學，2005.

[4]朱秋煜，李琦銘，陳岳川.基于視差和幀差的圖割優(yōu)化運動目標分割算法[J].電視技術(shù)，2012（13）：135-139.endprint

摘 要 基于紅外成像，利用信息融合技術(shù)設(shè)計一種節(jié)能系統(tǒng)，將紅外攝像頭采集的圖像經(jīng)去噪、二值化等處理后，對人員的特征圖像進行分析和識別，確定室內(nèi)人員的位置和數(shù)量，并運用三幀差法對拍攝的圖像進行處理可以得到清晰準確的物體運動圖像。通過單片機控制照明燈的開啟，從而實現(xiàn)對日光燈的智能控制，并實現(xiàn)綠色照明，能源的節(jié)約。

關(guān)鍵詞 紅外圖像；信息融合；圖像處理；智能控制

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0016-02

隨著社會經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，人類對資源的需求量越來越大，同時也伴隨著許多能源的浪費現(xiàn)象，尤其在一些大型場所，于是節(jié)能控制成為近年來的關(guān)注重點，而利用已有的視頻監(jiān)控設(shè)備進行節(jié)能控制是一個很好的技術(shù)手段，通常我們會利用監(jiān)控設(shè)備監(jiān)視所需節(jié)能空間的人員、光線、溫濕度的變化等信息，自動控制空調(diào)、照明及通風設(shè)備，在不影響正常使用的同時實現(xiàn)節(jié)能的目的。

基于上述原因本文設(shè)計出一種智能的照明控制系統(tǒng)，包括信息采集及控制系統(tǒng)設(shè)計、光學系統(tǒng)設(shè)計和機械安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計等三個部分。本系統(tǒng)通過檢測出室內(nèi)的人員數(shù)量、位置情況以及光照強度，對室內(nèi)燈光進行合理控制，從而實現(xiàn)照明控制智能化。

1 主動式紅外攝像頭的結(jié)構(gòu)和作原理

本系統(tǒng)采用的是主動式紅外攝像頭對室內(nèi)的圖像進行采集。主動式紅外攝像頭主要包括紅外探照燈、視頻采集卡、低照度CCD攝像機、PC機。通常情況下，首先通過紅外探照燈朝目標發(fā)出一束近紅外光，再由低照度CCD攝像機攝取照射到目標后反射回來的紅外光，送至視頻采集卡將該紅外光信號變成相應(yīng)的數(shù)字圖像，并用計算機將圖像顯示出來，從而實現(xiàn)將不可見的紅外線圖像轉(zhuǎn)換并增強為可見光像，該過程完成了光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。

本系統(tǒng)中的紅外攝像頭安放在室內(nèi)，因此攝像頭拍攝圖片時會受到室內(nèi)日光燈的影響。為了降低日光燈對紅外攝像頭拍攝圖像的影響，我們根據(jù)日光燈的光譜能量分布圖，對紅外攝像頭進行改裝，即在紅外攝像頭接收鏡頭前加裝了一個濾波片（這里選用的是高純高通透玻璃制成的紅外濾鏡，可見光截止，800 nm-840 nm高透），并遮擋了攝像頭的感應(yīng)裝置，經(jīng)過紅外濾光片進行光學濾波，這樣攝像頭就只能接收紅外光線，日光燈發(fā)出的可見光就不會影響到攝像頭拍攝的圖像了。在白天，紅外攝像頭內(nèi)部的濾光片會阻擋紅外線進入CCD，讓CCD只感應(yīng)可見光；夜晚時，攝像頭才會關(guān)閉濾光片，接收物體反射的紅外線，同時也受可見光的影響。

2 系統(tǒng)理論算法設(shè)計

2.1 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件是一個實時監(jiān)控，檢測和執(zhí)行開關(guān)控制的控制軟件。首先系統(tǒng)的光敏傳感器感應(yīng)周圍環(huán)境的光照強度，當光照強度暗下來之后才將該系統(tǒng)打開。然后紅外攝像頭采集教室內(nèi)的人員分布情況和人數(shù)，同時，溫度傳感器根據(jù)周圍的氣溫，將信息傳輸給處理控制單元，單片機經(jīng)過處理運算的結(jié)果來調(diào)節(jié)室內(nèi)人員的分布密度并打開人員上方的照明設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

2.2 圖像處理算法設(shè)計

本系統(tǒng)在處理圖像時采用的是三幀差分法。三幀差分法是對所記錄的數(shù)字圖像按連續(xù)的圖像幀進行兩兩相減，即第2幀與第1幀的圖像進行差分，第3幀與第2幀的圖像進行差分，由此得到2幅差分圖像都含有目標元素，通過對該2幅差分圖像的運算和分析，便可得到基于目標元素的特征圖像。三幀差分法的公式如下：

式中：It-1（x，y），It（x，y），It+1（x，y）為圖像序列當中連續(xù)三幀圖像。三幀差算法演示圖如圖2所示。

圖2 三幀差算法演示圖

3 實驗及討論

實驗時，選用的是自主改裝的紅外攝像頭，在地面選取三個不同的位置，依次將物體放在三個位置上并拍攝圖像處理。實驗分為三組，每組都選擇不同的三個地點進行拍攝，這樣降低了實驗誤差。

實驗結(jié)果如圖3所示。通過多次試驗，我們最終得到了清晰準確的物體運動圖像，并且背景圖像不會對實驗的結(jié)果有影響。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的圖像處理系統(tǒng)是可以達到對實際物體準確檢測、跟蹤的效果。

（a）第一幀圖像 （b）第二幀圖像 （c）第三幀圖像

（d）第一、二幀差分圖像 （e）第二、三幀差分圖像 （f）三幀差分圖像

圖3 實驗圖像處理結(jié)果

4 結(jié)論

本文基于紅外成像，利用信息融合技術(shù)設(shè)計一種節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以室內(nèi)照明為例對系統(tǒng)各個部分進行詳細的介紹。紅外攝像頭采集的圖像經(jīng)去噪、二值化等處理后，對人員的特征圖像進行分析和識別，確定室內(nèi)人員的位置和數(shù)量，并運用三幀差法對拍攝的圖像進行處理可以得到清晰準確的物體運動圖像。通過單片機控制照明燈的開啟，從而實現(xiàn)室內(nèi)日光燈的智能控制，實現(xiàn)綠色照明，能源的節(jié)約。

參考文獻

[1]馬紅玉.基于圖像處理技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)[J].科技信息，2007（7）：80-81.

[2]李震，鄒紹源，顏旭，洪添勝.基于機器視覺技術(shù)的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)[J].計算機工程與技術(shù)，2012（4）：1648-1652.

[3]付娜.紅外圖像的采集、增強與分割處理研究[D].大連理工大學，2005.

[4]朱秋煜，李琦銘，陳岳川.基于視差和幀差的圖割優(yōu)化運動目標分割算法[J].電視技術(shù)，2012（13）：135-139.endprint

摘 要 基于紅外成像，利用信息融合技術(shù)設(shè)計一種節(jié)能系統(tǒng)，將紅外攝像頭采集的圖像經(jīng)去噪、二值化等處理后，對人員的特征圖像進行分析和識別，確定室內(nèi)人員的位置和數(shù)量，并運用三幀差法對拍攝的圖像進行處理可以得到清晰準確的物體運動圖像。通過單片機控制照明燈的開啟，從而實現(xiàn)對日光燈的智能控制，并實現(xiàn)綠色照明，能源的節(jié)約。

關(guān)鍵詞 紅外圖像；信息融合；圖像處理；智能控制

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0016-02

隨著社會經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，人類對資源的需求量越來越大，同時也伴隨著許多能源的浪費現(xiàn)象，尤其在一些大型場所，于是節(jié)能控制成為近年來的關(guān)注重點，而利用已有的視頻監(jiān)控設(shè)備進行節(jié)能控制是一個很好的技術(shù)手段，通常我們會利用監(jiān)控設(shè)備監(jiān)視所需節(jié)能空間的人員、光線、溫濕度的變化等信息，自動控制空調(diào)、照明及通風設(shè)備，在不影響正常使用的同時實現(xiàn)節(jié)能的目的。

基于上述原因本文設(shè)計出一種智能的照明控制系統(tǒng)，包括信息采集及控制系統(tǒng)設(shè)計、光學系統(tǒng)設(shè)計和機械安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計等三個部分。本系統(tǒng)通過檢測出室內(nèi)的人員數(shù)量、位置情況以及光照強度，對室內(nèi)燈光進行合理控制，從而實現(xiàn)照明控制智能化。

1 主動式紅外攝像頭的結(jié)構(gòu)和作原理

本系統(tǒng)采用的是主動式紅外攝像頭對室內(nèi)的圖像進行采集。主動式紅外攝像頭主要包括紅外探照燈、視頻采集卡、低照度CCD攝像機、PC機。通常情況下，首先通過紅外探照燈朝目標發(fā)出一束近紅外光，再由低照度CCD攝像機攝取照射到目標后反射回來的紅外光，送至視頻采集卡將該紅外光信號變成相應(yīng)的數(shù)字圖像，并用計算機將圖像顯示出來，從而實現(xiàn)將不可見的紅外線圖像轉(zhuǎn)換并增強為可見光像，該過程完成了光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。

本系統(tǒng)中的紅外攝像頭安放在室內(nèi)，因此攝像頭拍攝圖片時會受到室內(nèi)日光燈的影響。為了降低日光燈對紅外攝像頭拍攝圖像的影響，我們根據(jù)日光燈的光譜能量分布圖，對紅外攝像頭進行改裝，即在紅外攝像頭接收鏡頭前加裝了一個濾波片（這里選用的是高純高通透玻璃制成的紅外濾鏡，可見光截止，800 nm-840 nm高透），并遮擋了攝像頭的感應(yīng)裝置，經(jīng)過紅外濾光片進行光學濾波，這樣攝像頭就只能接收紅外光線，日光燈發(fā)出的可見光就不會影響到攝像頭拍攝的圖像了。在白天，紅外攝像頭內(nèi)部的濾光片會阻擋紅外線進入CCD，讓CCD只感應(yīng)可見光；夜晚時，攝像頭才會關(guān)閉濾光片，接收物體反射的紅外線，同時也受可見光的影響。

2 系統(tǒng)理論算法設(shè)計

2.1 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件是一個實時監(jiān)控，檢測和執(zhí)行開關(guān)控制的控制軟件。首先系統(tǒng)的光敏傳感器感應(yīng)周圍環(huán)境的光照強度，當光照強度暗下來之后才將該系統(tǒng)打開。然后紅外攝像頭采集教室內(nèi)的人員分布情況和人數(shù)，同時，溫度傳感器根據(jù)周圍的氣溫，將信息傳輸給處理控制單元，單片機經(jīng)過處理運算的結(jié)果來調(diào)節(jié)室內(nèi)人員的分布密度并打開人員上方的照明設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

2.2 圖像處理算法設(shè)計

本系統(tǒng)在處理圖像時采用的是三幀差分法。三幀差分法是對所記錄的數(shù)字圖像按連續(xù)的圖像幀進行兩兩相減，即第2幀與第1幀的圖像進行差分，第3幀與第2幀的圖像進行差分，由此得到2幅差分圖像都含有目標元素，通過對該2幅差分圖像的運算和分析，便可得到基于目標元素的特征圖像。三幀差分法的公式如下：

式中：It-1（x，y），It（x，y），It+1（x，y）為圖像序列當中連續(xù)三幀圖像。三幀差算法演示圖如圖2所示。

圖2 三幀差算法演示圖

3 實驗及討論

實驗時，選用的是自主改裝的紅外攝像頭，在地面選取三個不同的位置，依次將物體放在三個位置上并拍攝圖像處理。實驗分為三組，每組都選擇不同的三個地點進行拍攝，這樣降低了實驗誤差。

實驗結(jié)果如圖3所示。通過多次試驗，我們最終得到了清晰準確的物體運動圖像，并且背景圖像不會對實驗的結(jié)果有影響。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的圖像處理系統(tǒng)是可以達到對實際物體準確檢測、跟蹤的效果。

（a）第一幀圖像 （b）第二幀圖像 （c）第三幀圖像

（d）第一、二幀差分圖像 （e）第二、三幀差分圖像 （f）三幀差分圖像

圖3 實驗圖像處理結(jié)果

4 結(jié)論

本文基于紅外成像，利用信息融合技術(shù)設(shè)計一種節(jié)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以室內(nèi)照明為例對系統(tǒng)各個部分進行詳細的介紹。紅外攝像頭采集的圖像經(jīng)去噪、二值化等處理后，對人員的特征圖像進行分析和識別，確定室內(nèi)人員的位置和數(shù)量，并運用三幀差法對拍攝的圖像進行處理可以得到清晰準確的物體運動圖像。通過單片機控制照明燈的開啟，從而實現(xiàn)室內(nèi)日光燈的智能控制，實現(xiàn)綠色照明，能源的節(jié)約。

參考文獻

[1]馬紅玉.基于圖像處理技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)[J].科技信息，2007（7）：80-81.

[2]李震，鄒紹源，顏旭，洪添勝.基于機器視覺技術(shù)的教室照明節(jié)能控制系統(tǒng)[J].計算機工程與技術(shù)，2012（4）：1648-1652.

[3]付娜.紅外圖像的采集、增強與分割處理研究[D].大連理工大學，2005.

[4]朱秋煜，李琦銘，陳岳川.基于視差和幀差的圖割優(yōu)化運動目標分割算法[J].電視技術(shù)，2012（13）：135-139.endprint