一种夜间照明控制及危险监测报警系统及方法

1.本发明属于领域，具体属一种夜间照明控制及危险监测报警系统及方法。


背景技术：

2.人体在夜间起床排尿的行为称为起夜，人们起夜上厕所时通常要先开灯，但人们在夜间刚苏醒时头脑往往并不清醒，很难准确找到灯具的开关位置。而且对于上了年龄的老人和儿童来说，其起夜次数要比成年人更频繁，老年人由于视力和身体活动不便，儿童由于年龄小的原因，在漆黑的夜晚做到准确开灯对于他们来说也并未一件易事，特别是当灯具开关位置离睡眠区域较远时，还有可能造成被桌椅绊倒磕到等安全事故的发生。再者，夜间起夜对灯光的需求和夜间活动时对灯光的需求也是不一样的，起夜时灯光亮度做到能保证人员能够看清路即可，正如英国莱斯特大学的研究人员发现的那样，起夜时突然开光线很强的灯，或在黑暗地方突然受到强光照射，都会影响敏感的生理时钟。因为突然的强光会对人眼睛和大脑造成刺激，使人体产生一种“光压力”，会影响人体正常代谢功能，包括正常的体内生理生化反应，甚至使人体的心跳、脉搏、血压异常，进行影响人员精神状态，影响人员的再次入睡，这对白天需要工作的人员和不易入睡的老年人来说是十分不友好的，而且不同年龄的人群夜间起夜时对灯光的亮度需求也是不同的。因此如果能够做到“智能开灯”、“按需供光”，不仅不会影响人员的夜间睡眠，还具有节能的潜力。
3.现有方法控制夜间起夜开灯的主要以智能感应灯为主，其原理是采用红外传感器进行人员识别，但此种识别方式精度不高容易造成误判，例如当房间内有宠物的存在时会造成灯具的错误启动，再者此类控制方法无法根据年龄区间对灯具的照度进行控制，不能很好的适应不同年龄段人员的灯光需求。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种夜间照明控制及危险监测报警系统及方法，利用图像处理技术判断人员的年龄段，同时通过识别人员的姿态和相对位置判断人员的就寝情况，将获得的信息传送到末端控制系统进行灯具的联动与工作模式控制，同时在夜间还可利用图像识别技术识别夜间摔倒危险做到及时报警。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种夜间照明控制及危险监测报警系统，包含数据采集系统、信息处理系统和末端控制系统，其中，所述数据采集系统用于实时获取房间内的视频信息和人员的语音指令信息并传输至信息处理系统；所述信息处理系统用于获取人员语音指令信息和视频信息中人员的年龄信息、安全情况信息并传输至末端控制系统；所述末端控制系统用于根据人员语音指令信息和人员的年龄信息智能控制末端灯具，根据安全情况信息进行人员图片的截取及语音预警。
6.进一步的，所述数据采集系统包括红外摄像模块和语音采集模块，其中，所述红外摄像模块和语音采集模块均设置在房间顶部用于实时获取房间内的视频信息，所述红外摄像模块将所述视频信息传输至信息处理系统；所述语音采集模块用于录取人员发出的语音
内容并将语音内容传输至信息处理系统。
7.进一步的，所述信息处理系统包括目标检测模块、姿态判别模块、语音指令处理模块和安全判别模块，其中，所述目标检测模块用于实时检测人员位置信息和人员年龄信息，根据人员年龄信息得到末端灯具的光强档位信息并将光强档位信息传输至末端控制系统；姿态判别模块用于识别人员的姿态信息，具体姿态包括躺姿和非躺姿，非躺姿包括坐姿和站姿；语音指令处理模块用于接收语音采集模块采集的语音内容并采用深度学习算法对语音内容进行处理进行末端控制；安全判别模块根据目标检测模块检测到的人员位置和姿态判别模块识别到的姿态信息得到人员的安全状态信息，并将安全状态信息传输至末端控制系统。
8.进一步的，所述目标检测模块对室内人员的面部区域进行提取，采用基于深度学习的open cv算法进行年龄估算，将人员年龄段划分为以下三类：儿童≤15岁、中青年16岁-60岁、老年＞61岁。
9.进一步的，所述姿态判别模块采用基于opencv的骨骼关键节点算法对判断室内人员的姿态。
10.进一步的，所述人员位置信息包括睡眠区域和非睡眠区域，所述安全判别模块判别人员的安全状态信息，具体如下：
11.(1)人处于睡眠区域，姿态为躺姿，人员处于安全状态；
12.(2)人处于睡眠区域，姿态为非躺姿，人员处于安全状态；
13.(3)人处于非睡眠区域，姿态为非躺姿，人员处于安全状态；
14.(4)人员处于非睡眠区域，姿态为躺姿，人员处于危险状态。
15.进一步的，所述末端控制系统包括光强调节模块、图像抓取模块和语音播报模块，其中，所述光强调节模块接收信息处理系统发出的光强档位信息，并根据得到的光强档位信息开启相应光强档位的灯光；所述图像抓取模块用于接收人员安全状态信息，在人员安全状态信息为“人员处于危险状态”时进行对应人员的图像抓取并将图像传输至家庭成员的手机上作为提醒；语音播报模块用于接收语音采集模块传递的人员指令并对人员指令进行回应，以及接收人员安全状态信息，当人员安全状态信息为“人员处于危险状态”时进行报警。
16.进一步的，所述光强调节模块共有五个档位，分别是关闭档位、光照强度为50lx-300lx的工作档位，光照强度为0lx-10lx的儿童模式档位、光照强度为2lx-4lx的夜间标准模式档位、光照强度为10lx-20lx的老人模式档位，人员年龄与光强调节模块的档位匹配。
17.本发明提供一种夜间照明控制及危险监测报警方法，具体步骤如下：
18.s1获取房间内的视频信息和人员的语音指令信息，根据视频信息得到室内人员的位置信息、姿态信息和年龄信息，对语音指令信息进行处理后对末端照明装置进行控制；
19.s2根据室内人员的年龄信息确定末端照明装置的档位信息，对末端照明装置进行档位控制；
20.s3根据室内人员的位置信息和姿态信息判定室内人员是否为起夜状态，所述起夜状态包括：人员离开睡眠区域进入非睡眠区域；人员从非睡眠区域进入厕所；人员从厕所进入非睡眠区域；人员从非睡眠区域进入睡眠区域；
21.s4当人员处于非睡眠区域且姿态为躺姿时，则认为人员处于危险状态，获取此时
处于危险状态人员的图片并进行语音报警。
22.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
23.本发明提供一种夜间照明控制及危险监测报警系统，利用数据采集系统识别房间内的视频信息，同时识别人员发出的各种指令，信息处理系统获取人员的年龄信息，末端控制系统人员语音指令信息和人员的年龄信息智能控制末端灯具为人员的起夜时营造舒适的灯光环境；同时信息处理系统还可以得到室内人员的安全情况信息做到及时发现和报警。
24.与传统人为开关灯模式相比，本发明的夜间照明控制及危险监测报警系统可智能控制末端灯具，更加的智能化，人性化；与现有的传感照明控制系统相比，本发明的夜间照明控制及危险监测报警系统通过红外摄像模块实时获取房间内的视频信息，并结合目标检测模块、姿态判别模块精准识别室内人员的位置和姿态，实现末端灯具的精准控制不会受到室内宠物影响传感器造成误判，并且本发明在实现智能照明的同时还可以兼顾判别人员在夜间的安全状态，可以做到及时提醒。
25.本发明的夜间照明控制及危险监测报警系统通过目标检测模块获取室内人员的年龄段，并根据年龄段调节光强调节模块的档位，将年龄段与光照强度相匹配，实现“按需供光”，在满足照明需求时最小程度的影响人员的睡眠。
附图说明
26.图1设备安装位置示意图；
27.图2人体骨骼关键点示意图；
28.图3照明模式调节装置；
29.图4房间区域划分俯视图；
30.图5夜间人员危险状态示意图；
31.附图中：1-语音采集模块，2-红外摄像头，3-末端灯具，4-照明模式调节装置，5-睡眠区域，6-非睡眠区域。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
33.如图1所示，本发明提供一种基于计算机视觉的夜间照明控制及危险监测报警系统，包含数据采集系统、信息处理系统和末端控制系统，其中:
34.1.数据采集系统
35.数据采集系统用于实时获取采集房间内的视频信息和人员的语音指令信息。
36.数据采集系统包括红外摄像模块和语音采集模块1，其中，红外摄像模块具体为红外摄像头2，其设置在房间顶部，要作用是实时拍摄采集卧室室内的视频信息，并通过家用wifi网络将视频流传输到信息处理系统，为信息处理系统提供数据；
37.语音采集模块1设置在房间顶部，其用于录取人员发出的语音内容，并通过家用wifi将人员的语音内容发送至信息处理系统的指令处理模块进行人员指令的识别与输出。
38.2.信息处理系统
39.信息处理系统包括目标检测模块(识别人员位置)、姿态判别模块(识别人员姿
态)、语音指令处理模块(识别判断人员的指令并进行末端系统控制)，安全判别模块(结合人员的位置与姿态判别人员夜间的安全情况)，其中：
40.2.1目标检测模块用于实时检测人员的位置并对室内人员的年龄进行判别，从而得光强档位信息。
41.如图4所示，本发明将室内房间划分为睡眠区域5和非睡眠区域6，目标检测模块采用yolov5目标检测算法，实时检测人员的在室情况和室内人员的位置信息；
42.目标检测模块对室内人员的面部区域进行提取，采用基于深度学习的open cv算法进行年龄估算，参考联合国世界卫生组织新的年龄分段，将人员年龄段划分为以下三类：儿童≤15岁、中青年16-60岁、老年61岁起，根据人员年龄段确定室内灯具开启时的光强档位信息。
43.2.2姿态判别模块用于识别人员在室内的姿态；
44.姿态判别模块采用基于opencv的骨骼关键节点算法对判断室内人员的姿态，具体姿态包括躺姿和非躺姿，非躺姿包括坐姿和站姿。
45.如图2所示，基于opencv的骨骼关键节点算法选取的人体特征骨骼关键节点数为19个，具体为：a-右眼，b-左眼，c-右耳，d-左耳，e-鼻子，f-脖子，g-右肩，h-左肩，i-右肘，j-左肘，k-右手腕，l-臀部中央，m-左手腕，n-右臀，o-左臀，p-右膝，q-左膝，r-右脚踝，s-左脚踝；
46.2.3语音指令处理模块用于指令的识别与发出
47.语音指令处理模块采用语义识别算法识别语音采集模块1采集到的人员的语音内容-，再采用深度学习算法对人员语音内容进行处理得出人员发出的指令信息。语音指令处理模块可进一步的通过识别到的人员的指令直接进行末端控制。
48.2.4安全判别模块
49.目标检测模块和姿态判别模块将夜间人员在室内的位置和人员的姿态传输至安全判别模块，安全判别模块根据人员的位置和人员姿态可以得出夜间人员的安全状态，具体的判别为：
50.(1)人处于睡眠区域，姿态为躺姿，人员处于安全状态；
51.(2)人处于睡眠区域，姿态为非躺姿，人员处于安全状态；
52.(3)人处于非睡眠区域，姿态为非躺姿，人员处于安全状态；
53.(4)人员处于非睡眠区域，姿态为非躺姿，人员处于危险状态。
54.安全判别模块将夜间人员的安全状态传输至末端控制系统；
55.3末端控制系统包括光强调节模块、图像抓取模块和语音播报模块
56.末端控制系统获取光强档位信息、人员定位信息和人员处于安全状态的状态信息，并对末端装置进行控制；
57.3.1光强调节模块
58.光强调节模块接收信息处理系统发出的光强档位信息，并根据得到的光强档位信息开启相应光强档位的灯光；
59.优选的，如表1所示，光强调节模块具体是指两个多档位控制器进行联动控制室内及卫生间内的灯具，光强调节模块共有五个档位，分别是关闭档位、工作档位(50-300lx，lx勒克斯是照度的单位)、儿童模式档位(0-10lx)、夜间标准模式档位(2-4lx)、老人模式档位
(光照强度为10-20lx)，其中工作档位指的是正常照明情况，不针对于起夜状态，不受年龄控制，但是又是不可缺少的，如白天或夜间工作时对灯光的需求等，手动照明模式调节装置4见附图3。
60.表1光强调节模块档位信息
61.起夜情况光强调节模块档位儿童起夜儿童模式档位(0-10lx)中青年起夜夜间标准模式档位(2-4lx)老年人起夜老人模式档位(光照强度为10-20lx)
62.3.2图像抓取模块
63.当人员安全状态信息为“人员处于危险状态”时，图像抓取模块获取室内人员定位信息，并对视频中对应人员的图像进行抓取，并将其通过家用wifi传输到家庭成员的手机上并作提醒。
64.3.3语音播报模块用于回应人员的指令和危险时报警；
65.信息处理系统接收语音采集模块1传递的人员指令，语音播报模块对人员指令做出的语音回应播报；
66.同时在家用场所，语音播报模块还可与家用wifi连接，作为智能音响使用，安全判别模块识别到人员在室内处于危险状态时，语音播报模块接收危险信息进行播报提醒。
67.4针对本发明的说明
68.本发明的主要针对对象为夜间对象，红外摄像机的工作模式切换会受室内灯光的影响。为此在此规定当目标检测模块检测到人员处于睡眠区域，姿态判别模块检测到人员的姿态为“躺姿”，末端灯具3第一次关闭时判定人员进入睡眠阶段，整个系统处于夜间工作模式，在此后至第二天的早上七点之间的时间内灯具的开关灯具的开关均由系统智能控制。
69.本发明提供一种夜间照明控制及危险监测报警方法具体如下：
70.数据采集系统与信息处理系统在每天的19：00自动开启，数据采集系统实时采集卧室室内的视频信息，并将视频信息通过家用wifi传给信息处理系统。
71.信息处理系统与末端控制系统之间通过家用wifi进行指令的传递，当本发明夜间照明控制及危险监测报警系统处于夜间工作模式时，信息处理系统通过家用wifi发射指令控制末端控制系统开启。
72.数据采集系统与信息处理系统开启后，数据采集系统的红外摄像头2将实时拍摄的视频信息通过家用wifi传输至信息处理系统，信息处理系统的姿态判别模块采用骨骼关键点算法用于检测人员的姿态；
73.若信息处理系统的姿态判别模块检测到人员的姿态为躺姿，则信息处理系统的目标检测模块进一步采用yolov5算法判别人员的位置，若判别出人员处于睡眠区域，则信息处理系统通过家用wifi发送指令至控制末端控制系统控制灯具保持关闭。
74.若目标检测模块判别出人员处于非睡眠区域6则目标检测模块对人员定位，信息处理系统将定位信息发送至末端控制系统，末端控制系统的图像抓取模块根据定位信息对人员“摔倒”的图像信息进行截取，并通过家用wifi发送至家庭成员的手机上，同时语音播报模块发出报警声音进行提醒其他家庭成员；当姿态判别模块判别人员为非躺姿状态且目
标检测模块检测人员处于睡眠区域，即定义为起夜状态，目标检测模块采用基于深度学习的open cv算法估算处于非躺姿人员的年龄段，信息处理系统将人员的年龄段信息通过家用wifi发送至末端控制系统的光强调节模块，光强调节模块开启与年龄段信息所匹配的灯光模式，满足人员在起夜时的灯光需求。
75.具体的，将起夜状态分为以下阶段，具体包括：人员离开睡眠区域5进入非睡眠区域6；人员从非睡眠区域6进入厕所；人员从厕所进入非睡眠区域6；人员从非睡眠区域6进入睡眠区域5；
76.起夜阶段，当处于人员离开睡眠区域5进入非睡眠区域6的阶段时，信息处理系统的目标检测模块与姿态判别模块实时对视频信息进行处理，若姿态判别模块识别到人员的姿态为“躺姿”，则安全判别模块判断为人员可能摔倒处于危险状态，此时目标检测模块对人员定位并将定位信息发送至末端控制系统，末端控制系统的图像抓取模块将定位信息匹配的人员“摔倒”的图像信息进行截取，并通过家用wifi发送至家庭成员的手机上，同时语音播报模块发出报警声音进行提醒其他家庭成员。
77.当处于人员从非睡眠区域6进入厕所阶段时，也即卧室室内没人时，信息处理系统通过家用wifi发送指令至末端控制系统将灯具关闭，起到省电节能的效果。
78.当处于人员从厕所进入非睡眠区域6阶段时，也即目标检测模块检测到室内再次出现人员，则信息处理系统通过家用wifi发送指令至末端控制系统，光强调节模块根据人员年龄将灯光调节到合适的模式，同时目标检测模块与姿态判别模块也同时对视频信息进行实时处理，如图5所示，若姿态判别模块识别到人员的姿态为“躺姿”，则安全判别模块判断为人员可能摔倒处于危险状态，此时目标检测模块对人员定位并将定位信息发送至末端控制系统，末端控制系统的图像抓取模块将定位信息匹配的人员“摔倒”的图像信息进行截取，并通过家用wifi发送至家庭成员的手机上，同时语音播报模块发出报警声音进行提醒其他家庭成员。
79.当处于人员从非睡眠区域6进入睡眠区域5阶段时，即目标检测模块检测到人员处于睡眠区域5且姿态判别模块检测到姿态为“躺姿”时，目标检测模块和姿态判别模块将检测信息发送至末端控制系统，光强调节模块控制灯具关闭。
80.优选的，本发明的语音采集模块1可以采集人员的语音，语音指令处理模块对语音信息处理后通过家用wifi将指令传输至控制末端控制系统，末端控制系统控制末端灯具3的开启和关闭，在进行语音灯光控制时人员需加上工作模式关键词，如“开启儿童照明模式”，为了不影响其他人的睡眠情况，该种控制方式更适用于单人在室情况。