一种智能灯具的控制方法和控制系统与流程

1.本发明涉及智能灯具控制技术领域，更具体地说，涉及一种智能灯具的控制方法和控制系统。


背景技术：

2.随着人民生活水平不断提高以及科技发展日新月异，传统灯具已渐渐不能满足人们对于各种功能以及个性化的需求。目前市场上的灯具往往只具有单一的功能，结构形式也十分固化。最近出现了一些更加智能的照明灯具，如手势感应灯具和语音控制灯具。
3.当前的手势感应灯具主要分为基于红外传感器，基于微波雷达两类，在一定程度上提供了一种更加智能的控制灯具的方式。在基于红外传感器的灯具中，红外手势感应模块发射调制过的红外线波，感应人手的控制动作，不同的控制动作会反馈不同的红外信号，红外手势感应模块将所反馈的红外信号转化为相应的电控信号，对灯具进行开、关、延迟关闭、调光等操作。而基于微波雷达的灯具通过发射调制过的微波信号，经过人手反射，由感应单元以可供传输的信号形式传输至控制单元，经过将感应信息与预设手势信息进行比对，根据比对结果控制灯具的照明方向或开、关。
4.由于语音控制和手势控制都可能会受到干扰，并且用户也会存在发音不准确和手势不标准的问题，因此及易出现识别不准确的情况，如果语音控制和手势控制仅有一个方式受到干扰可以采用另一种方式进行控制，若二者同时受到干扰则无法解决。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种智能灯具的控制方法和控制系统。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能灯具的控制方法，包括以下步骤：
7.1)、识别周围环境噪声，当环境噪声小于预设值时，判定为安静环境，则获取语音数据和\或手势数据，并执行步骤2)，当环境噪声大于预设值时，判定为噪音环境，并执行步骤3)；
8.2)、若获取到语音数据或手势数据，且识别出对应语音数据的指令或对应手势数据的指令，根据指令控制灯具；
9.若同时获取到用户的语音数据和手势数据，则先识别语音数据，若识别出与所述语音数据唯一对应的指令，则根据指令控制灯具；
10.若识别出所述语音数据对应的多个候选的指令，则识别手势数据，若识别出与所述手势数据对应的指令，根据该指令控制灯具；
11.若识别出所述手势数据同样对应多个候选的指令，则识别与所述语音数据和所述手势数据均对应的指令，并根据识别结果指令控制灯具；
12.3)、同时获取第一手势数据和第二手势数据，先识别第一手势数据，若识别出与所
述第一手势数据唯一对应的指令，则根据该指令控制灯具；
13.若识别出所述第一手势数据对应的多个候选的指令，则识别第二手势数据，若识别出与所述第二手势数据唯一对应的指令，则根据该指令控制灯具；
14.若识别出所述第二手势数据同样对应多个候选的指令，则识别与所述第一手势数据和所述第二手势数据均对应的指令，并根据识别结果指令控制灯具；
15.所述第一手势数据通过第一手势识别设备获取，所述第二手势数据通过第二手势识别设备获取。
16.优选的，识别所述手势数据时还识别用户的身份，若成功识别用户的身份，且用户的身份信息关联有多个特殊手势模型，则将获取的手势数据和与身份关联的多个特殊手势模型进行一一匹配，并向灯具发出与相匹配的特殊手势模型对应的指令；若未成功识别未能识别用户的身份，或用户的身份信息未关联特殊手势模型，则将获取的手势数据和与默认手势模型进行一一匹配，并向灯具发出与该默认手势模型对应的指令。
17.优选的，所述特殊手势模型的建立方法为：对手势进行训练数据采集，并将采集到的训练数据进行识别预处理，并提取手势的特征信息，然后将所述手势的特征信息进行识别，并对所述特征信息进行空间变换，在完成手势样本学习并生成模型后将手势模型与对应的身份信息关联。
18.优选的，获取的手势数据包括手部的角度变化或移动距离，若指令为调节型指令，则根据手势的角度变化幅度或移动距离大小确定调节值。
19.本发明还提供了一种智能灯具控制系统，用于执行前述的智能灯具控制方法，包括控制中心，所述控制中心连接有灯具控制模块、红外监测模块、雷达监测模块和语音识别模块，所述灯具控制模块连接有灯具终端，其中：
20.所述灯具终端包括多个可调节亮度、色温和照射角度的灯具；
21.所述灯具控制模块，用于对灯具终端的亮度、色温以及角度进行调节控制；
22.所述红外监控模块为第一手势识别设备，用于获取第一手势数据，还用于采集环境图像信息与室内成员的身体数据信息，且其包括普通摄像单元、红外摄像单元与红外探测单元；
23.所述雷达监测模块为第二手势识别设备，用于获取第二手势数据，还用于采集室内成员的身体数据信息；
24.所述语音识别模块，用于识别用户的语音数据；
25.所述控制中心内设有数据库，所述数据内储存有用户的身份信息，和均与所述身份信息关联的手势模型及身体数据；
26.所述控制中心，用于获取所述红外监控模块和所述雷达监测模块采集的信息并进行分析处理，根据处理结果调整向灯具控制模块发出控制指令，灯具控制模块对灯具终端进行调节控制。
27.优选的，所述雷达检测模块在获取第二手势数据时还会获取用户的身体数据，控制中心将用户的身体数据与数据库中的身体数据匹配，确定用户的身份信息，在将获取的第二手势数据和与身份关联的多个特殊手势模型进行一一匹配。
28.优选的，所述控制中心还通讯连接有智能穿戴设备，所述智能穿戴设备上设置有启动语音识别、第一手势识别和第二手势识别的按钮，所述指令识别按钮仅设置一个，所述
启动的指令识别方式通过按钮的次数和间隔时间，分别对应不同的方式。
29.优选的，所述雷达监测模块实时发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号，从而获得目标手势3d点云数据，所述手势3d点云数据包括各点的三维坐标(x,y,z)；所述控制中心根据采集到的手势3d点云数据重新生成目标手势图像，并对所述目标手势图像进行识别预处理，然后提取所述目标手势图像的特征信息；对所述特征信息进行识别，从而获得目标手势动作。
30.优选的，所述智能灯具控制系统依据多个特定区域分为多个子系统，同时在多个特定区域设置有集中了所有的智能灯具控制系统的参数控制操作和多种一键模式状态选择控制按钮的控制面板；多个所述子系统均设置有报警灯，所述报警灯设置有不同级别的闪烁频率和次数；所述红外监控模块探测室内特定区域有成员存在时，启动特定区域的智能灯具控制系统的子系统和灯具终端；
31.所述控制中心通过所述雷达监测模块获取的数据判断室内成员是否跌倒，判定室内成员跌倒时，发出报警信号，在其他有人的子系统的报警灯立即闪烁提示；当判定室内成员都上床睡觉时，自动关闭窗帘，调节照明参数使卧室内照明环境满足睡眠的环境，此时关闭无人房间和子系统的灯具终端和所述雷达监测模块。
32.优选的，多个所述子系统均连接有环境传感器，当环境传感器探测到环境异常时，在有人在的所述特定区域子系统中的报警灯闪烁，闪烁频率根据探测到的异常级别而变化。
33.本发明的有益效果在于：本发明提供了一种家庭实际应用中实用可行的一种智能灯具控制系统的控制方法，同时可以实现手势控制和语音控制，方便不同使用习惯的人员，尤其是家中有老人或者小孩的时候，可以智能方便老人和小孩控制智能灯具控制系统，既满足了人们对高品质生活的追求，又实现自动识别和控制照明环境，达到节约了电能，又能实现智能控制照明；由于对于多人在房间中谈话时，声音控制会受到干扰，因此本发明在噪音环境下采用手势控制，语音控制相较于手势更为方便，因此在安静环境下优先识别语音；在安静环境下识别语音时识别出多个指令，则可以通过识别手势识别指令，反之亦然，当识别语音和识别手势时均识别出多个指令，则识别与语音数据和手势数据均对应的指令，并根据识别结果指令控制灯具；在噪音环境下识别手势通过第一手势识别设备和第二手势识别设备同时进行获取，在识别出第一手势数据对应多个指令时，则识别第二手势数据，若第一手势数据同样对应多个指令，则识别与第一手势数据和第二手势数据均对应的指令，并根据识别结果指令控制灯具；提高了语音识别和手势的成功率，用户发音和手势都不太标准也可以通过本发明的控制系统实施对灯光的语音控制。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
35.图1是本发明较佳实施例的智能灯具控制方法的流程图；
36.图2是本发明较佳实施例的智能灯具控制系统的结构图。
具体实施方式
37.为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
38.下面结合附图，对本发明实施例提供的智能灯具控制系统的具体实施方式进行详细地说明。
39.本发明实施例提供了一种智能灯具的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
40.1)、识别周围环境噪声，当环境噪声小于预设值时，判定为安静环境，则获取语音数据和\或手势数据(通过雷达检测模块或红外监测模块获得)，并执行步骤2)，当环境噪声大于预设值时，判定为噪音环境，并执行步骤3)；噪音环境一般为多人在房间中谈话或者装修时，此时声音控制会受到干扰，因此不识别语音数据；
41.2)、若获取到语音数据或手势数据，且识别出对应语音数据的指令或对应手势数据的指令，根据指令控制灯具；
42.若同时获取到用户的语音数据和手势数据，则先识别语音数据，若识别出与语音数据唯一对应的指令，则根据指令控制灯具；语音控制相较于手势更为方便，因此在安静环境下优先识别语音
43.若识别出语音数据对应的多个候选的指令，则识别手势数据，若识别出与手势数据对应的指令，根据该指令控制灯具；
44.若识别出手势数据同样对应多个候选的指令，则识别与语音数据和手势数据均对应的指令，并根据识别结果指令控制灯具；
45.3)、同时获取第一手势数据和第二手势数据，先识别第一手势数据，若识别出与第一手势数据唯一对应的指令，则根据该指令控制灯具；
46.若识别出第一手势数据对应的多个候选的指令，则识别第二手势数据，若识别出与第二手势数据唯一对应的指令，则根据该指令控制灯具；
47.若识别出第二手势数据同样对应多个候选的指令，则识别与第一手势数据和第二手势数据均对应的指令，并根据识别结果指令控制灯具；
48.所述第一手势数据通过第一手势识别设备获取，所述第二手势数据通过第二手势识别设备获取。
49.本发明优选的，设定调节亮度的手势为第一手势，调节色温的手势为第二手势，调节角度的手势为第三手势，第一手势为仅伸出食指，第二手势为伸出食指和中指，第三手势为伸出中指、无名指和小拇指，(即常规表示数字一二三的手势，具有简单好记的优点)，三个手势均为手指向右为调高，手指向左为调低；
50.由于用户口音等原因，有时在进行语音识别时，仅能识别出个别词语，如用户的语音表述为“把灯亮度调低”，语音识别是仅识别出了“调低”，无法确定调低的是灯具的亮度、色温还是角度，此时将获取的手势数据进行识别，由于用户在做出手势的时候可能出现不精确的情况，如手势表示为第一手势，但手指朝上，因此无法确定是将灯具的亮度调高还是调低，此时可以将二者结合，手势识别的指令为调节亮度，语音识别出的指令为降低，结合可得用户需求为将灯的亮度调低；因此本发明提高了语音识别和手势的成功率，用户发音
和手势都不太标准也可以通过本发明的控制系统实施对灯光的语音控制。
51.识别手势数据时还识别用户的身份，若成功识别用户的身份，且用户的身份信息关联有多个特殊手势模型，则将获取的手势数据和与身份关联的多个特殊手势模型进行一一匹配，并向灯具发出与相匹配的特殊手势模型对应的指令；若未成功识别未能识别用户的身份，或用户的身份信息未关联特殊手势模型，则将获取的手势数据和与默认手势模型进行一一匹配，并向灯具发出与该默认手势模型对应的指令；因此家庭成员可以根据自身的喜好选择不同控制方式，通过自定义的方式选择不同手势对灯光进行控制，对于手部有疾病的家庭成员，也可以选择对于自身更为舒适的手势。
52.通过雷达检测模块，可以对用户的身体情况进行识别，具体方法为：对原始雷达数据进行快速傅里叶变换，利用动目标显示算法滤除静态目标回波，得到包含人体呼吸和心跳运动信息的体征点相位信号，再对相位信号进行滤波处理，得到被测对象的呼吸信号波形和心跳信号波形，再从呼吸信号波形和心跳信号波形中得到呼吸率和心率；对呼吸信号波形和心跳信号波形进行时域和频域的数据处理，提取生命体征特征信息，将生命体征特征信息与数据库中的数据进行对比，确定用户的身份信息。
53.特殊手势模型的建立方法为：对手势进行训练数据采集，并将采集到的训练数据进行识别预处理，并提取手势的特征信息，然后将手势的特征信息进行识别，并对特征信息进行空间变换，在完成手势样本学习并生成模型后将手势模型与对应的身份信息关联。
54.手势的识别方法包括：提取所述手势数据中的手势信息，其中，所述手势信息包括伸出手指的数量、手指方向和手背方向中的两种以上；根据所述手势信息查找比对预存的手势模型，得到匹配手势模型，包括：分别对所述伸出手指的数量、手指方向和手背方向进行标识设定，得到当前手势数据的伸出手指的数量标识、手指方向标识和手背方向标识；将所述伸出手指的数量标识、手指方向标识和手背方向标识按照预设顺序进行组合，得到手势信息标识；将手势信息标识与预存的手势模型中的手势信息标识进行比对，得到相匹配的所述匹配手势模型；其中，将每种所述手势信息作为一个手势信息查找比对层，采用分层的方式逐层根据不同的手势信息进行所述匹配手势模型的查找；根据所述匹配手势模型对应的指令对控制灯具。
55.由于用户不能知晓灯光的亮度、色温或灯光角度大小变化会得到什么效果，控制指令直接指向某个特定亮度、色温或灯光角度值会导致用户需要多次调节才会找到合适的值，对此，本发明采用了以下方式解决：识别语音数据或手势数据，若识别出的指令为调节型指令(调节灯光亮度、色温和角度的为调节型指令，打开和关闭灯具的指令为控制型指令)，则识别用户手部的角度变化或移动距离，并根据大小确定调节值，本发明对于手势移动距离的识别是实时的，并且在用户手部停止移动10秒后或用户手势改变后确定用户最终调节值，因此用户可以在调节时停止手部移动观察实际效果，若不满意可以继续调节，调节完成后改变手势则代表确定结果；
56.由于不同身高的臂展不同，对于手势调节的调节距离要求不同，因此可以通过雷达检测模块确定用户的身高，身高为1.5-1.8，手势调节的最大识别距离为40cm-60cm，身高为1.2-1.5，手势调节的最大识别距离为20cm-40cm，一般成年人，优选的最大识别距离为50cm，即50cm可以将灯光的亮度、色温和角度从一个极值调节到另一个极值，如将亮度调节范围设置为1-100，每移动0.5cm则降低或增加1亮度；通过雷达检测模块还可以检测用户的
心跳和呼吸，通过心跳和呼吸频率，可以判断用户是否为老人，考虑到老人身体相对较差，手臂大幅度移动较为困难，因此若用户为老人，则可以将手势的最大识别距离设置为30cm-50cm。
57.与身份信息关联的还有口音模型，口音模型的建立方法为：获取口音语音样本，并对口音语音样本进行音素标注，对应得到音素状态序列；提取口音语音样本对应的第一声学特征；将第一声学特征和音素状态序列输入预置训练模型进行训练，得到口音语音识别模型；
58.若识别语音数据时识别出多个指令，则进行身份识别，若成功识别身份，且该身份关联有口音模型，则提取语音数据的第二声学特征；将第二声学特征输入所述口音语音识别模型进行识别，输出所述口音语音对应的音素状态序列，根据音素状态序列识别语音数据。
59.一种智能灯具控制系统，用于执行前述的智能灯具控制方法，如图2所示，包括控制中心，控制中心连接有灯具控制模块、红外监测模块、雷达监测模块和语音识别模块，灯具控制模块连接有灯具终端，其中：
60.灯具终端包括多个可调节亮度、色温和照射角度的灯具；
61.灯具控制模块，用于对灯具终端的亮度、色温以及角度进行调节控制；
62.红外监控模块为第一手势识别设备，用于获取第一手势数据，并将第一手势数据传输至控制中心，还用于采集环境图像信息与室内成员的身体数据信息，且其包括普通摄像单元、红外摄像单元与红外探测单元；
63.雷达监测模块为第二手势识别设备，用于获取第二手势数据，并将第二手势数据传输至控制中心，还用于采集室内成员的身体数据信息；
64.语音识别模块，用于识别用户的语音数据，并将语音数据传输至控制中心；
65.控制中心内设有数据库，数据内储存有用户的身份信息，和均与身份信息关联的手势模型及生命体征特征数据；
66.控制中心，用于获取语音识别模块、红外监控模块和雷达监测模块采集的信息并进行分析处理，根据处理结果调整向灯具控制模块发出控制指令，灯具控制模块对灯具终端进行调节控制。
67.雷达检测模块在获取第二手势数据时还会获取用户的生命体征特征信息，控制中心将用户的生命体征特征信息与数据库中的数据匹配，确定用户的身份信息，在将获取的第二手势数据和与身份关联的多个特殊手势模型进行一一匹配。
68.雷达监测模块实时发射微波雷达信号，并接收经手部反射后的雷达回波信号，从而获得目标手势3d点云数据，手势3d点云数据包括各点的三维坐标(x,y,z)；控制中心根据采集到的手势3d点云数据重新生成目标手势图像，并对目标手势图像进行识别预处理，然后提取目标手势图像的特征信息；对特征信息进行识别，从而获得目标手势动作。
69.雷达监测模块可以采集室内成员呼吸和心跳，以获取其身体健康状态，红外监控模块可以采集室内成员的体温；雷达监测模块采用微波雷达系统，微波雷达采用毫米波传感器检测人体，可以识别在屋里的人员数量，控制中心据此调解屋内亮度。
70.智能灯具控制系统依据多个特定区域分为多个子系统(特定区域为家庭成员主要的活动场所，例如书桌旁，床头，餐桌旁，会客茶几旁等)，子系统为各个房间的照明系统；同
时在多个特定区域设置有集中了所有的智能灯具控制系统的参数控制操作和多种一键模式状态选择控制按钮的控制面板；例如：卧室照明，客厅照明，厨房照明，厕所照明等；
71.红外监控模块探测室内特定区域有成员存在时，启动特定区域的子系统；雷达监测模块可以用于智能跌倒识别，智能跌倒识别与检测报警系统配合家里的智能灯具控制系统使用；雷达监测模块包括微波雷达系统，可以探测室内成员所处的状态，也可以探测室内成员是否跌倒，当判定室内成员跌倒时发出报警信号，若检测到有其他人，则在有其他人的房间灯光立即闪烁提示，毫米波雷达的智能跌倒识别检测目标可以设定为特定目标，例如老人或其他有重大疾病的家庭成员。
72.微波雷达系统布置在各个子系统中，可以探测并计算出到家中成员的数量及通过对家庭成员的身高、胖瘦等信息进行记忆学习，从而判定出家庭成员的所在的各个房间，从而系统在适合的子系统中配置适合的亮度，色温等参数；例如：老人在看书中需要特别的照明参数，老年人的视力一般来说都有不同程度的退化，多数老年人的眼睛有散光的症状。而不同散光程度的老年人在阅读时对光源的亮度有着不同的需求。所以，将光源亮度与阅读舒适度相结合显得尤为必要；系统设定的照明参数有时还需要老人根据自身喜好进行调节，通过声控或者手势控制，也可以通过智能设备调节。
73.多个子系统均连接有环境传感器，当环境传感器探测到环境异常时，在有人在的特定区域子系统中的报警灯闪烁，闪烁频率根据探测到的异常级别而变化。
74.控制中心还连接有智能穿戴设备，智能穿戴设备上设置有启动指令和第一手势指令和第二手势指令识别按钮，指令识别按钮仅设置一个，启动的指令识别方式通过按钮的次数和间隔时间，分别对应不同的方式。
75.本发明还提供了一种智能灯具控制系统的控制面板，集中了所有的智能灯具控制系统的参数控制操作和多种一件模式状态选择控制，控制输入集中在一个主控面板上，可以通过有线或者无线连接远端，通过智能设备的界面控制，包括参数设置，状态控制，开关控制等。
76.出于简单操纵的需求，主控模版放置在室内方便操作的位置，一键模式出厂存在预设好的照明参数，但用户也可以自由设定参数并储存在一键模式内，使用一键模式，方便家人对设置好的适合自己的各个预设照明状态一键控制调节，非常方便，不用再每次都调节各个照明参数。
77.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。