一种基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统及方法

1.本发明涉及智能遮阳领域，具体涉及一种基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统及方法。


背景技术：

2.人一生约有90％的时间呆在室内，而室内环境能够极大地影响一个人的生理、心理和工作效率，因此营造一个舒适的室内环境就显得尤为重要。而自然采光和自然通风是室内环境的重要组成部分，所以营造一个良好的室内光环境和通风环境是很有必要的。研究表明，室内不良的光环境会造成视觉疲劳，损伤人的眼睛，同时也会对人的心理造成极大的负面影响，例如焦躁紧张、烦闷无力等；而在室内通风不好的情况下，室内的空气质量会变差，二氧化碳、甲醛等有害气体浓度会增加，从而导致室内人员出现胸闷、乏力、嗜睡甚至哮喘等不良症状，对人体健康危害极大。
3.良好的自然采光不仅可以最大限度地利用自然光代替人工照明，减少相应的照明能耗，还可以提高室内环境的视觉舒适度，改善人的心理状态。然而，自然光仍存在着一定的不确定性，不仅会根据地理位置、朝向与格局的不同而不同，还会随着昼夜、季节与气候的变化而变化。自然通风方式是利用压差作用，使室外新鲜空气自动进入室内，从而更新室内因生活过程而污染了的空气，既改善了室内空气品质，提高了室内环境的舒适度，又能满足室内人员心理上的健康需求。但自然通风受建筑周围环境和室外气候状况的影响十分明显。因此如何合理有效地利用自然光和室外空气便成为了首要解决的问题之一。
4.遮阳百叶可通过调节百叶片的升降和旋转，既能够合理控制太阳直射光进入室内，有效防止眩光，又可以保证室内的自然通风，达到遮阳与通风兼顾的效果，而且遮阳百叶具有操作简单、调节灵便等特点，只需要调节百叶片的升降高度或旋转角度，就能够灵便地调整室内的光线照度和通风量，为室内营造不同感觉的光线效果和吹风效果，增加了室内环境的灵动感；另外，多数百叶的材质都十分轻便，易于调节，且不易伸缩变形，因此在建筑遮阳中常常被采用。
5.目前常用的建筑室内遮阳百叶系统大多采用单一的手动、遥控或网络控制等控制方式，但这些控制方式均缺乏一定的灵活性与智能性，不能根据室内人员的需求做出及时准确的反馈，存在一定程度的延迟性和机械性，不能很好地满足人们对室内舒适度的要求。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统及方法，从而根据室内人员的各种手势自动控制百叶的升降和旋转角度，以此来及时快速的实现对室内照明和自然通风量的调控，满足人员对室内环境的需求变化，极大地减少了人员的操作负担，解放了双手，更加的智能化，给使用者提供方便。
7.本发明通过一下技术方案实现：
8.一种基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统，包括数据采集单元、信息处理单元、
信息判断单元和末端控制单元；
9.所述的数据采集单元，用于实时获取室内图像并发送给信息处理单元；
10.所述的信息处理单元，包括手势信息处理模块，所述的手势信息处理模块用于接收室内图像，并根据室内图像采用深度学习算法定位出室内人员手势活动的动作区域，对动作区域进行特征提取，获取手部运动参数并发送给信息判断单元；
11.所述的信息判断单元，包括分析模块和手势判别模块；所述的分析模块用于接收手部运动参数，并根据手部运动参数解析出手势信息，将手势信息发送给手势判别模块；所述的手势判别模块用于接收手势信息，并判断预设的手势信息中是否包含该手势信息，若包含该手势信息，则输出该手势信息给末端控制单元，若不包含该手势信息，则判定该手势信息无效，不输出该手势信息；
12.所述的末端控制单元，包括手势控制模块；所述的手势控制模块用于接收手势信息，并根据预先设置的操作逻辑将手势信息转化为控制指令，根据控制指令控制遮阳百叶升降和旋转。
13.优选的，所述的手部运动参数包括手部的运动方向、手部的运动角度和手部的运动距离。
14.进一步的，所述预设的手势信息包括：向上抬手、向下抬手、向前挥手和向后挥手。
15.进一步的，所述预设的操作逻辑为：向上抬手对应遮阳百叶升的控制指令，向下抬手对应遮阳百叶降的控制指令，向前挥手对应遮阳百叶开度变小的控制指令，向后挥手对应遮阳百叶开度变大的控制指令。
16.进一步的，遮阳百叶升或降的高度根据手部的运动距离确定，遮阳百叶开度变化的幅度根据手部的运动角度确定。
17.优选的，所述的信息处理单元还包括人员检测模块；所述的人员检测模块用于接收室内图像，并根据室内图像采用目标检测算法检测室内是否有人员存在，若室内有人员存在，则信息判断单元、人工智能单元和末端控制单元启动；若室内没有人员存在，则信息判断单元、人工智能单元和末端控制单元关闭。
18.优选的，还包括人工智能单元，所述的人工智能单元包括语音播报模块和自然语义识别模块；
19.所述的手势判别模块接收到的手势信息是预设信息中存在的手势信息，但手部运动速率超过1m/s，或运动幅度小于10
°
，或运动距离小于20cm时，则判定手势信息为非常规手势信息，会触发人工智能单元启动；
20.所述的语音播报模块，用于对室内人员进行手势信息的提问，自然语义识别模块用于识别室内人员的答复内容，手势判别模块将答复内容与手势判别模块接收到的手势信息比较，判断手势判别模块接收到的手势信息是否准确，若准确，则输出该手势信息给末端控制单元；若不准确，则数据采集单元重新采集室内图像，从而获取新的手势信息。
21.优选的，所述的人工智能单元包括自然语义识别模块；末端控制单元还包括语音控制模块；
22.所述的自然语义识别模块，用于接收室内人员的语音指令，并采用语义识别算法识别出控制遮阳百叶的语音指令，将语音指令发送给末端控制单元的语音控制模块；
23.所述的语音控制模块，用于接收所述的自然语义识别模块输出的语音指令，并根
据语音指令对遮阳百叶进行调控。
24.优选的，末端控制单元还包括遥控模块；
25.所述的遥控模块，用于接收按键控制器发送的调控遮阳百叶的信号，并根据信号控制遮阳百叶升降和旋转。
26.一种基于手势识别的智能遮阳百叶控制方法，基于所述的基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统，包括：
27.实时采集室内图像；
28.根据室内图像，定位出手势活动的动作区域，对动作区域进行特征提取，获取手部运动参数；
29.将手部运动参数解析为手势信息，将该手势信息与预设手势信息进行对比，若预设的手势信息中包含该手势信息，则根据与该手势信息对应的预设的操作逻辑对遮阳百叶做出对应的调整；若预设的手势信息中不包含该手势信息，则判定该手势信息无效。
30.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
31.本发明提供一种基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统，旨在根据室内人员的在室情况以及手部的运动方向、运动距离和运动角度等信息自动调控遮阳百叶，从而改善室内的光照环境和通风环境，有利于营造舒适的室内环境。本发明采用了手势识别的控制方式，极大地减少了人员的操作负担，解放了双手，更加的智能化，给使用者提供方便。
32.进一步的，通过人员检测模块对室内人员在室情况进行判断，当信息处理单元检测到室内有人员存在时，系统启动；当检测到室内没有人员时，系统将处于关闭状态，可避免能源浪费。
33.进一步的，本发明还采用了人工智能单元，利用语音播报模块通过提问的方式确定手部姿势的准确性，减少系统误判，从而增强系统运行的准确性。
34.进一步的，本发明还采用了自然语义识别模块，可以采用输入语音指令的方式来控制遮阳百叶的升降及旋转，避免单一控制方式突然失控的问题，增强了系统整体的工作性能，同时多种控制方式也能满足不同人的操作偏好。
35.进一步的，本发明还采用了遥控模块，可以采用按键指令的方式来控制遮阳百叶的升降及旋转，避免单一控制方式突然失控的问题，增强了系统整体的工作性能，同时多种控制方式也能满足不同人的操作偏好。
附图说明
36.图1为本发明基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统组成图；
37.图2为本发明基于手势识别的智能遮阳百叶控制流程图；
38.图3为本发明设备安装示意图；
39.图4为本发明手势信息示意图。
40.图中：1-办公区域，2-普通摄像头，3-语音播报设备，4-遮阳百叶。
具体实施方式
41.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行描述，这些描述只是进一步解释本发明的特征和优点，并非用于限制本发明的权利要求。
42.如图1，本发明基于手势识别的智能遮阳百叶控制系统，具体包括数据采集单元、信息处理单元、信息判断单元、人工智能单元和末端控制单元。
43.所述的数据采集单元主要包括普通摄像头，其主要作用是实时获取室内图像，为信息处理单元提供足够的数据。
44.所述的信息处理单元主要包括人员检测模块和手势信息处理模块。所述的人员检测模块主要用于接收所述数据采集单元所采集的室内图像，并根据图像解析出室内人员的在室情况。为了获取人员的在室情况，可以采用目标检测算法，具体采用tinyyolov3算法对室内图像进行检测，当人员检测模块检测到室内有人员存在时，信息判断单元、人工智能单元和末端控制单元启动；当检测到室内没有人员时，信息判断单元、人工智能单元和末端控制单元将处于关闭状态。
45.进一步的，tinyyolov3算法用于检测每一帧图像中的室内人员，预测包括人员的边界框和每个边界框的置信度，以此来获取室内人员在图像中的位置。
46.iou是用来评价预测框和真实框的评价指标，它可以反映出预测框和真实框的相似度，如公式(1)所示。
[0047][0048]
对于候选框聚类的距离度量，使用公式(2)计算：
[0049]
distince(box，centroid)＝1-iou(box，centroid)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0050]
其中，box表示真实框的集合，centroid表示边界框的族中心集合，iou(box，centroid)表示真实框与边界框中心的交集与并集的比值。iou值越大，代表两者相关度越高，即两者越相近。
[0051]
所述的手势信息处理模块主要用于接收所述数据采集单元采集的室内图像，并采用深度学习算法，具体采用fast-rcnn算法，定位出动态手势活动的动作区域，对动作区域进行特征提取，从而获取手部运动参数。其中所述的手部运动参数包括手部的运动方向、手部的运动角度和手部的运动距离。
[0052]
所述的信息判断单元主要包括分析模块和手势判别模块。其中分析模块用于接收所述信息处理单元所获取的手部运动参数，从而根据手部运动参数解析出对应的手势信息。分析模块通过手部的运动方向、运动角度和手部的运动距离可以确定出手部的运动轨迹。例如：若手部的运动方向为向上，而手部的运动角度为0
°
，运动距离为5cm，则分析模块解析出手势信息为向上抬手5cm；若手部的运动方向为向前，运动角度为60
°
，运动距离为0cm，则分析模块解析出手势信息为向前旋转60
°
。所述的手势判别模块主要用于接收所述的分析模块解析出的手势信息，并判断预设手势信息中是否存在该手势信息，若手势判别模块判定预设手势信息中存在接收到的该手势信息，则将继续输出该手势信息给末端控制单元；若手势判别模块判定预设手势信息中不存在该接收到的手势信息时，例如向前平移或向后平移，则判定该手势信息无效，不输出该手势信息。若手势判别模块判定接收到的手势信息是预设信息中存在的手势信息，但手部运动速率超过1m/s，或运动幅度小于10
°
，或运动距离小于20cm时，判定手势信息为非常规手势信息，则将会激发人工智能单元中的语音播报模块。
[0053]
所述的人工智能单元包括语音播报模块和自然语义识别模块。所述的语音播报模
块只有检测到在手势信息为非常规手势信息时才会启动，主要用于通过提问的方式确定所获取手势信息的准确性，如若准确，则继续输出该手势信息；如若不准确，则数据采集单元将重新采集手势信息，从而获取新的手势信息；或者室内人员也可以采用输入语音指令的方式，利用语音指令控制遮阳百叶的升降和旋转。
[0054]
所述的自然语义识别模块用于接收室内人员的语音指令，并采用语义识别算法识别人员发出的升降或旋转遮阳百叶的语音指令，根据不同的语音指令对遮阳百叶窗做出不同的控制。
[0055]
所述的末端控制单元包括手势控制模块、语音控制模块和遥控模块。所述的手势控制模块用于接收所述信息判断单元输出的手势信息，并根据预先设置的操作逻辑将手势信息转化为对应的控制指令，从而实现控制遮阳百叶升降和旋转的作用。所述的语音控制模块用于接收所述的自然语义识别模块输出的语音指令，并根据不同的语音指令对遮阳百叶实现不同的调控。所述的遥控模块主要用于接收按键控制器向末端控制单元传递的调控遮阳百叶的信号，并根据信号控制遮阳百叶升降和旋转。
[0056]
如图4，所述的手势信息优选采用以下几种：向上抬手、向下抬手、向前挥手和向后挥手。优选的操作逻辑为：根据以上不同的手势信息，遮阳百叶做出的动作分别是升、降、开度变小和开度变大。所述遮阳百叶升降的高度根据手势的运动距离确定，所述遮阳百叶开度的幅度根据手势的运动角度确定。使用者也可以根据自身习惯选用其他的控制逻辑。
[0057]
如图3，普通摄像头2安装在房间顶部，距离室内人员的办公区域1最佳拍摄距离为0.8-3.5米，以摄像头能清晰的拍摄到人员上部躯体的场景为宜；优选的，语音播报设备3选用音响，音响优选放置于桌面上，以室内人员能够清晰准确的听到播报的语音信息且不影响人员工作为准。
[0058]
如图2，本发明控制方法为：
[0059]
安装在室内房间顶部的普通摄像头实时采集室内图像。
[0060]
人员检测模块根据室内图像利用yolov3算法获取室内人员信息，当人员检测模块检测到室内没有人员时，系统自动关闭；当检测到室内有人员存在时，系统启动。
[0061]
系统启动后，手势信息处理模块根据普通摄像头拍摄的室内图像，采用faster-rcnn算法，定位出动态手势活动的区域，对动作区域进行特征提取，从而获取手部运动参数。
[0062]
当分析模块接收到手部运动参数后，根据手部运动参数将其解析为对应的手势信息，输出给手势判别模块。手势判别模块将接收到的手势信息与预先设置的手势信息进行对比，若预先设置的手势信息中包含该手势信息，则继续输出该手势信息到末端控制单元的手势控制模块，手势控制模块根据预先设置的操作逻辑对遮阳百叶做出对应的调整；若预先设置的手势信息中不包含该手势信息，则判定该手势信息无效，不输出该手势信息。若手势判别模块判定接收到的手势信息是预设信息中存在的手势信息，但手部运动速率超过1m/s，或运动幅度小于10
°
，或运动距离小于20cm时，判定手势信息为非常规手势信息，则将会激发人工智能单元中的语音播报模块。语音播报模块将进行提问，室内人员做出回答后，自然语义识别模块根据语义识别算法识别语音信息，若信息准确，则继续输出手势信息到末端控制单元；若不准确，则数据采集单元将重新采集室内图像，从而获取新的手势信息；或者室内人员也可以采用输入语音指令的方式，语音控制模块根据接收到的语音指令控制
遮阳百叶的升降和旋转。
[0063]
末端控制单元还包括遥控模块，因此也可以通过按键控制器调整遮阳百叶。
[0064]
本发明采用了手势识别的控制方式，极大地减少了人员的操作负担，解放了双手，更加的智能化，给使用者提供方便。同时本发明还采用了人工智能单元，利用语音播报模块通过提问的方式确定手部姿势的准确性，减少系统误判，从而增强系统运行的准确性。另外，本发明还采用了自然语义识别模块和遥控模块，可以采用输入语音指令或按键指令的方式来控制遮阳百叶的升降及旋转，避免单一控制方式突然失控的问题，增强了系统整体的工作性能。同时多种控制方式也能满足不同人的操作偏好。
[0065]
其他情形的工作流程与上述流程一致，不再一一赘述。