專利名稱：基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于全方位計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、空調(diào)節(jié)能技術(shù)在空調(diào)節(jié)電上的應(yīng)用，尤其是一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置。
背景技術(shù)：
“節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和獲取趨于自然條件的健康舒適的環(huán)境”是建筑節(jié)能永恒的主題，中央空調(diào)在為人們創(chuàng)造舒適工作生活環(huán)境的同時(shí)，不斷增長(zhǎng)的空調(diào)能耗已成為迫切需要解決的問題。
在現(xiàn)代建筑中，中央空調(diào)被認(rèn)為是最重要的項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)中央空調(diào)時(shí)考慮空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷情況，即考慮最不利使用工況，建筑物中所有需要服務(wù)的房間或場(chǎng)所同時(shí)使用空調(diào)，各種冷負(fù)荷或熱負(fù)荷相互疊加而成的綜合最大值。而空調(diào)實(shí)際運(yùn)行中，只有1％的運(yùn)行時(shí)間在設(shè)計(jì)工況，95％以上時(shí)間則處在部分負(fù)荷狀態(tài)，因而具有極大的節(jié)能潛力。
目前空調(diào)行業(yè)上被公認(rèn)的比較先進(jìn)的中央空調(diào)控制器是在控制儀上設(shè)定室內(nèi)回風(fēng)溫度或送風(fēng)溫度，信號(hào)采集系統(tǒng)中溫度傳感器檢測(cè)實(shí)際回風(fēng)溫度或送風(fēng)溫度，與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)溫度與設(shè)定溫度有差別時(shí)，中央控制單元進(jìn)行計(jì)算，并輸出信號(hào)給執(zhí)行系統(tǒng)，控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，從而調(diào)節(jié)送入室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度，直到室內(nèi)溫度接近設(shè)定溫度為止。隨著室內(nèi)溫度逐漸接近設(shè)定溫度，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也逐漸處于低速運(yùn)行，因而大幅度減少能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。這種控制方式有一個(gè)很大的弱點(diǎn)，由于室內(nèi)體積慣性和溫度調(diào)節(jié)器響應(yīng)固有延遲(測(cè)量回流管中的溫度)，當(dāng)溫度負(fù)荷發(fā)生變化后反映到回風(fēng)溫度時(shí)，控制器檢測(cè)到該負(fù)荷的變化到動(dòng)作以前存在著一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的滯后時(shí)間。因而出現(xiàn)了空調(diào)的控制對(duì)使用者來說不直接、不迅速、不舒適、不節(jié)能等問題。
圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺是一個(gè)不斷發(fā)展的新技術(shù)，原則上采用計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行觀測(cè)有四個(gè)目的，即預(yù)處理、最底層的特征提取、中級(jí)特征的辯識(shí)以及通過圖像對(duì)高級(jí)情景的解釋。一般來說，計(jì)算機(jī)視覺包括主要特征、圖像處理以及圖像理解。在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用是一個(gè)新的內(nèi)容，So.A.T.P.等人共發(fā)表有三篇論文。但是從論文內(nèi)容來看使用了多個(gè)攝像裝置安裝在室內(nèi)頂部的角落，以便檢測(cè)整個(gè)空調(diào)房間的空間。
基于一系列圖像的人員數(shù)量的計(jì)數(shù)機(jī)器在國(guó)外商業(yè)上已投入使用，市場(chǎng)分額比較大的有兩個(gè)系統(tǒng)，ALTAIS和Sentec，前者是一個(gè)跟蹤人員運(yùn)動(dòng)和人員流動(dòng)的程序，視頻攝像機(jī)垂直安裝在連續(xù)記錄人員流動(dòng)的檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，該攝像機(jī)連接到分析視頻數(shù)據(jù)的單元，每小時(shí)系統(tǒng)構(gòu)造一幅具有平均密度和速度的人員流動(dòng)的圖像；后者是一個(gè)人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的閉路電視，攝像機(jī)計(jì)算不同地方行人的數(shù)量。但是這兩個(gè)系統(tǒng)都有共同的缺點(diǎn)，在人流密集的場(chǎng)所容易出錯(cuò)，原因是存在著人體重疊情況，同時(shí)要檢測(cè)比較大范圍內(nèi)的人員的情況需要多個(gè)攝像機(jī)同時(shí)工作，因此存在著各攝像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)的融合問題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算非常困難。
近年發(fā)展起來的全方位視覺傳感器ODVS(OmniDirectional Vision Sensors)為實(shí)時(shí)獲取場(chǎng)景的全景圖像提供了一種新的解決方案。ODVS的特點(diǎn)是視野廣(360度)，能把一個(gè)半球視野中的信息壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大；獲取一個(gè)場(chǎng)景圖像時(shí)，ODVS在場(chǎng)景中的安放位置更加自由；檢測(cè)環(huán)境時(shí)ODVS不用瞄準(zhǔn)目標(biāo)；檢測(cè)和跟蹤檢測(cè)范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)物體時(shí)算法更加簡(jiǎn)單；可以獲得場(chǎng)景的實(shí)時(shí)圖像。因此基于ODVS的全方位視覺系統(tǒng)近幾年迅速發(fā)展，正成為計(jì)算機(jī)視覺研究中的重要領(lǐng)域，IEEE從2000年開始舉辦每年一次的全方位視覺的專門研討會(huì)(IEEE workshop on Omni-directional vision)。目前還沒有檢索到將全方位視覺傳感器運(yùn)用到HVAC的節(jié)能以及智能建筑方面的論文與專利。

發(fā)明內(nèi)容為了克服目前的技術(shù)對(duì)空調(diào)控制停留在一種簡(jiǎn)單溫度控制水平上，從對(duì)空調(diào)的控制對(duì)使用者來說不直接、不迅速、不舒適、不節(jié)能等存在的問題點(diǎn)著手，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)能準(zhǔn)確地檢測(cè)室內(nèi)人員的流動(dòng)情況及把握室內(nèi)的人數(shù)，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的按需供氣，提高根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行響應(yīng)速率的能力，減少額外能量(無人、人員稀少時(shí))的消耗的基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，包括微處理器，受控于所述微處理器的空氣阻尼器、風(fēng)機(jī)以及冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，所述的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置還包括安裝于室內(nèi)上部中央的全方位視覺傳感器，所述的全方位視覺傳感器與微處理器連接，所述的全方位視覺傳感器包括用以反射監(jiān)控領(lǐng)域中物體的外凸折反射鏡面、用以防止光折射和光飽和的黑色圓錐體、透明圓柱體、攝像頭，所述的外凸折反射鏡面位于透明圓柱體的上方，外凸折反射鏡面朝下，黑色圓錐體固定在折反射鏡面外凸部的中心，攝像頭對(duì)著外凸反射鏡面朝上，所述的攝像頭位于外凸反射鏡面的虛焦點(diǎn)位置；所述的微處理器包括圖像數(shù)據(jù)讀取模塊，用于讀取從全方位視覺傳感器傳過來的視頻圖像信息；圖像數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)模塊，用于將讀取的視頻圖像信息通過文件方式保存在存儲(chǔ)單元中；全方位視覺傳感器標(biāo)定模塊，用于對(duì)全方位視覺傳感器的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，建立空間的實(shí)物圖像與所獲得的視頻圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系；圖像展開處理模塊，用于將采集的圓形視頻圖像展開為全景柱狀圖；運(yùn)動(dòng)對(duì)象檢測(cè)模塊，用于將所獲得的當(dāng)前幀現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像與一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考圖像進(jìn)行差值運(yùn)算，圖像相減的計(jì)算公式如式(1)表示fd(X，t0，ti)＝f(X，ti)-f(X，t0) (1)上式中，fd(X，t0，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像；f(X，t0)是基準(zhǔn)參考圖像；并將當(dāng)前圖像中與相鄰K幀的圖像相減計(jì)算公式如(2)所示fd(X，ti-k，ti)＝f(X，ti)-f(X，ti-k)(2)上式中，fd(X，ti-k，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與相鄰K幀圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti-k)是相鄰K幀時(shí)的圖像；
如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)≥閾值成立時(shí)，判定為運(yùn)動(dòng)對(duì)象；如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)＜閾值，判定靜止對(duì)象，并用式(3)來更新替換基準(zhǔn)參考圖像f(X,t0)⇐f(X,ti-k)---(3)]]>如fd(X，t0，ti)＜閾值，判定為靜止對(duì)象；連通區(qū)域計(jì)算模塊，用于對(duì)當(dāng)前圖像進(jìn)行標(biāo)記，像素灰度為0的小區(qū)表示此小區(qū)無活動(dòng)物體，像素灰度為1則表示此小區(qū)有活動(dòng)物體，計(jì)算當(dāng)前圖像中的像素是否與當(dāng)前像素周圍相鄰的某一個(gè)點(diǎn)的像素相等，如灰度相等判斷為具有連通性，將所有具有連通性的像素作為一個(gè)連通區(qū)域；然后再根據(jù)所求得的連通區(qū)域來計(jì)算其面積和重心；所述的對(duì)象目標(biāo)的重心通過計(jì)算所得到的連通區(qū)域面積Si以及該連通區(qū)域的X、Y軸方向的累積像素值計(jì)算得到，計(jì)算公式由式(37)計(jì)算得到，Xcg(i)=Σx,y∈SixSi;]]>Ycg(i)=Σx,y∈SiySi---(37);]]>室內(nèi)人員數(shù)以及空間位置估計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)在空調(diào)室內(nèi)的人員的數(shù)目以及分布情況，對(duì)所述標(biāo)記過的連通區(qū)域求出其面積Si，有下面判斷規(guī)則若Si＜閾值1，則該變化區(qū)域?yàn)樵肼朁c(diǎn)；若Si＞閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榇竺娣e的變化，設(shè)定區(qū)域大小影響因子Fs為0.2～0.5之間；若閾值1＜Si＜閾值2，則該變化區(qū)域可疑為有人，設(shè)定區(qū)域大小影響因子Fs為1；再將人體模型簡(jiǎn)化矩形模型，首先求每個(gè)連通區(qū)域的平均寬度和高度，平均寬度wi用在高度hi方向的分成4等份的寬度均值，并以該平均寬度wi和高度hi作一個(gè)矩形，然后用公式(33)計(jì)算某個(gè)連通區(qū)域與該連通區(qū)域的矩形的面積比，ϵareai=Siwi*hi---(33)]]>
計(jì)算所得的εareai值在0.5～0.9之間，εareai值小于0.5時(shí)就不認(rèn)為是有人，否則判定為有人；阻尼器設(shè)定模塊，用于根據(jù)上述得到的室內(nèi)人員數(shù)目，計(jì)算所述的通風(fēng)率，參見式(35)，v=10*G(Ci-C0)*ϵ---(35)]]>式中，v為通風(fēng)速率，單位L/s；G為室內(nèi)排放量(相當(dāng)于室內(nèi)的人員數(shù))，單位olf；Ci為期望的室內(nèi)空氣質(zhì)量，單位dicipol；C0為室外空氣質(zhì)量，單位dicipol；ε為通風(fēng)效率；根據(jù)通風(fēng)率控制阻尼器的開度；風(fēng)機(jī)以及冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定模塊，用于將所獲得的空調(diào)室內(nèi)人員的數(shù)目、分布情況以及季節(jié)外界溫度的信息，計(jì)算出所需要的室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度，根據(jù)室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度。
進(jìn)一步，所述的微處理器還包括背景維護(hù)模塊，所述的背景維護(hù)模塊包括背景亮度計(jì)算單元，用于計(jì)算平均背景亮度Yb計(jì)算公式如式(25)所示Y-b=Σx=0W-1Σy=0H-1Yn(x,y)(1-Mn(x,y))Σx=0W-1Σy=0H-1(1-Mn(x,y))---(25)]]>式(25)中，Yn(x，y)為當(dāng)前幀各像素的亮度，Mn(x，y)為當(dāng)前幀的掩模表，所述的掩模表是用一個(gè)與視頻幀尺寸相同的數(shù)組M來記錄各像素點(diǎn)是否有運(yùn)動(dòng)變化，參見式(27) Yb0為判定為運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)前一幀的背景亮度，Yb1為判定為運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)第一幀的背景亮度，兩幀平均亮度的變化為ΔY＝Y(jié)b1-Yb0 (26)如果ΔY大于上限值，則認(rèn)為發(fā)生了開燈事件；如果ΔY小于某個(gè)下限值，則認(rèn)為發(fā)生了關(guān)燈事件；如ΔY介于上限值和下限值之間，則認(rèn)為光線自然變化；背景自適應(yīng)單元，用于當(dāng)光線自然變化時(shí)，按照下式(22)進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)Xmix，bn+1(i)＝(1-λ)Xmix，bn(i)+λXmix，cn(i) (22)式中Xmix，cn(i)為當(dāng)前幀RGB向量，Xmix，bn(i)為當(dāng)前幀背景RGB向量，Xmix，bn+1(i)為下一幀背景預(yù)測(cè)RGB向量，λ為背景更新的速度；λ＝0，使用固定不變的背景(初始背景)；λ＝1，使用當(dāng)前幀作為背景；0＜λ＜1，背景由前一時(shí)刻的背景與當(dāng)前幀混合而成；當(dāng)光線由開關(guān)燈引起的，背景像素按照當(dāng)前幀重置，參見式(23)Xmix，bn+1(i)＝Xmix，cn(i)(23)。
再進(jìn)一步，所述的微處理器還包括噪聲剔除模塊，用于將每一個(gè)像素值用其局部鄰域內(nèi)所有值的均值置換，如公式(16)所示h[i，j]＝(1/M)∑f[k，1] (32)上式(32)中，M是鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)總數(shù)。
更進(jìn)一步，所述的圖像展開處理模塊，用于根據(jù)圓形全方位圖像上的一個(gè)點(diǎn)(x*，y*)和矩形柱狀全景圖上的一個(gè)點(diǎn)(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立(x*，y*)與(x**，y**)的映射矩陣，式(21)所示P**(x**，y**)←M×P*(x*，y*) (21)上式中，M是映射矩陣，P*(x*，y*)是圓形全方位圖像上的像素矩陣，P**(x**，y**)是矩形柱狀全景圖上的像素矩陣。
進(jìn)一步，所述的微處理器還包括色彩空間轉(zhuǎn)化模塊，用于將RGB顏色空間到Y(jié)CrCb顏色空間的轉(zhuǎn)換，其公式(28)給出，Y＝0.29990*R+0.5870*G+0.1140*B (28)。
Cr＝0.5000*R-0.4187*G-0.0813*B+128Cb＝-0.1787*R-0.3313*G+0.5000*B+128本發(fā)明的工作原理是采用了計(jì)算機(jī)全方位視覺傳感器對(duì)空調(diào)室內(nèi)進(jìn)行攝像，然后從所拍攝的圖像中識(shí)別出室內(nèi)人員情況，然后根據(jù)所識(shí)別出來的結(jié)果去直接調(diào)整氣源容量以及調(diào)節(jié)新鮮空氣閥的大小，使室內(nèi)的人員更舒適、空調(diào)系統(tǒng)更節(jié)能。上述所拍攝的圖像是一個(gè)立體的三維圖像，在圖像識(shí)別前首先要進(jìn)行圖像的標(biāo)定，所述的標(biāo)定就是要實(shí)現(xiàn)在圖像幀中的一個(gè)確定的點(diǎn)按照坐標(biāo)系映射到具有大小空間任何點(diǎn)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，將全方位視覺傳感器安裝在室內(nèi)空間的中央頂部就能檢測(cè)室內(nèi)所有部位的情況，而且不存在死角，同時(shí)室內(nèi)空間上的一個(gè)點(diǎn)與圖像幀中的點(diǎn)成映射關(guān)系，通過這種映射關(guān)系可以計(jì)算出室內(nèi)有沒有人，有多少人，這些人的位置在什么地方。
首先是ODVS攝像裝置的光學(xué)部分的制造技術(shù)方案，ODVS攝像裝置主要由垂直向下的折反射鏡和面向上的攝像頭所構(gòu)成。具體構(gòu)成是由聚光透鏡以及CCD(CMOS)構(gòu)成的攝像單元固定在由透明樹脂或者玻璃制的圓筒體的下部，圓筒體的上部固定有一個(gè)向下的大曲率的折反射鏡，在折反射鏡和聚光透鏡之間有一根直徑逐漸變小的黑色圓錐狀體，該圓錐狀體固定在折反射鏡的中部，黑色圓錐狀體的目的是為了防止過剩的光射入而導(dǎo)致在圓筒體內(nèi)部的光飽和以及通過圓筒體壁產(chǎn)生的光反射現(xiàn)象。圖1是表示本發(fā)明的全方位成像裝置的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖。
折反射全景成像系統(tǒng)能用針孔成像模型進(jìn)行成像分析，但要獲得透視全景圖像必須對(duì)采集的實(shí)景圖像逆投影，因而計(jì)算量大，特別是用在對(duì)監(jiān)測(cè)多目標(biāo)，必須滿足實(shí)時(shí)性的要求。
為了確保所檢測(cè)的場(chǎng)景中物點(diǎn)的水平坐標(biāo)與相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)成線性關(guān)系即在水平場(chǎng)景無畸變，作為人員檢測(cè)功能的全方位視覺裝置安裝在空調(diào)室內(nèi)中間離地面高度3米左右之處，檢測(cè)著在水平方向上的人員情況，因此在設(shè)計(jì)全方位視覺裝置的折反射鏡面時(shí)要保證在水平方向上的不變形。
設(shè)計(jì)中首先選用CCD(CMOS)器件和成像透鏡構(gòu)成攝像頭，在對(duì)攝像頭內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)上初步估算系統(tǒng)外形尺寸，然后根據(jù)高度方向的視場(chǎng)確定反射鏡面形參數(shù)。
如圖1所示，攝像頭的投影中心C在水平場(chǎng)景上方距離水平場(chǎng)景h處，反射鏡的頂點(diǎn)在投影中心上方，距離投影中心zo處。本發(fā)明中以攝像頭投影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，反射鏡的面形用z(X)函數(shù)表示。在像平面內(nèi)距離像中心點(diǎn)ρ的像素q接受了來自水平場(chǎng)景O點(diǎn)(距離Z軸d)，在反射鏡M點(diǎn)反射的光線。水平場(chǎng)景無畸變要求場(chǎng)景物點(diǎn)的水平坐標(biāo)與相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)成線性關(guān)系；d(ρ)＝αρ(1)
式(1)中ρ是與反射鏡的面形中心點(diǎn)的距離，α為成像系統(tǒng)的放大率。
設(shè)反射鏡在M點(diǎn)的法線與Z軸的夾角為γ，入射光線與Z軸的夾角為Φ，反射光線與Z軸的夾角為θ。則tg(x)=d(x)-xz(x)-h---(2)]]>tgγ=dz(x)dx---(3)]]>tg(2γ)=2dz(x)dx1-d2z(x)dx2---(4)]]> 由反射定律2γ＝φ-θ∴tg(2γ)=tg(φ-θ)=tgφ-tgθ1+tgφtgθ---(6)]]>由式(2)、(4)、(5)和(6)得到微分方程(7)d2z(x)dx2+2kdz(x)dx-1=0---(7)]]>式中；k=z(x)[z(x)-h]+x[d(x)-x]z(x)[d(x)-x]+x[z(x)-h]---(8)]]>由式(7)得到微分方程(9)dz(x)dx+k-k2+1=0---(9)]]>由式(1)、(5)得到式(10)d(x)=afxz(x)---(10)]]>由式(8)、(9)、(10)和初始條件，解微分方程可以得到反射鏡面形的數(shù)字解。系統(tǒng)外形尺寸主要指反射鏡離攝像頭的距離Ho和反射鏡的口徑D。折反射全景系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)應(yīng)用要求選擇合適的攝像頭，標(biāo)定出Rmin，透鏡的焦距f確定反射鏡離攝像頭的距離Ho，由(1)式計(jì)算出反射鏡的口徑Do。
系統(tǒng)參數(shù)的確定根據(jù)應(yīng)用所要求的高度方向的視場(chǎng)確定系統(tǒng)參數(shù)af。由式(1)、(2)和(5)得到式(11)，這里作了一些簡(jiǎn)化，將z(x)≈z0，主要考慮對(duì)于鏡面的高度變化相對(duì)于鏡面與攝像頭的位置變化比較??；tgφ=(af-z0)ρfz0-h---(11)]]>在像平面以像中心點(diǎn)為圓心的最大圓周處ρ=Rmin→ωmax=Rminf]]>對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)為φmax。則可以得到式(12)；ρf=(z0-h)tgφmaxωmax+z0---(12)]]>成像模擬采用與實(shí)際光線相反的方向進(jìn)行。設(shè)光源在攝像頭投影中心，在像平面內(nèi)等間距的選取像素點(diǎn)，通過這些像素點(diǎn)的光線，經(jīng)反射鏡反射后與水平面相交，若交點(diǎn)是等間距的，則說明反射鏡具有水平場(chǎng)景無畸變的性質(zhì)。成像模擬一方面可以評(píng)價(jià)反射鏡的成像性質(zhì)，另一方面可以準(zhǔn)確地計(jì)算出反射鏡的口徑和厚度。
進(jìn)一步說明本發(fā)明在實(shí)施過程中涉及到標(biāo)定與目標(biāo)識(shí)別等幾個(gè)關(guān)鍵問題(1)如何標(biāo)定全方位視覺傳感器的成像平面內(nèi)的像素距離與實(shí)際三維空間距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并在該基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行分類。因?yàn)槿轿灰曈X攝像機(jī)成像平面是二維的，以像素為計(jì)量單位，為了便于人員的跟蹤，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的正確分類是完全必要的。
(2)如何進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，跟蹤等價(jià)于在連續(xù)的圖像幀間創(chuàng)建基于形狀、色彩等有關(guān)特征的對(duì)應(yīng)匹配問題，本發(fā)明中將活動(dòng)中人物的屬性信息結(jié)合起來，提供一種有效的、魯棒性高的、實(shí)時(shí)性好的目標(biāo)跟蹤方法。這種跟蹤方法實(shí)際上是基于模型的、基于活動(dòng)輪廓的、以及基于顏色特征的等跟蹤方法的一種綜合。
全方位視覺攝像機(jī)視場(chǎng)距離的標(biāo)定涉及成像幾何的理論，將客觀世界的三維場(chǎng)景投射到攝像機(jī)的二維象平面，需要建立攝像機(jī)的模型來描述。這些成像變換涉及不同坐標(biāo)系之間的變換。在攝像機(jī)的成像系統(tǒng)中，涉及到的有以下4個(gè)坐標(biāo)系；(1)現(xiàn)實(shí)世界坐標(biāo)系XYZ；(2)以攝像機(jī)為中心制定的坐標(biāo)系x^y^z^；(3)像平面坐標(biāo)系，在攝像機(jī)內(nèi)所形成的像平面坐標(biāo)系x*y*o*；(4)計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系，計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字圖像所用的坐標(biāo)系MN，以像素為單位。
根據(jù)以上幾個(gè)坐標(biāo)系不同的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就可以得到所需要的全方位攝像機(jī)成像模型，換算出二維圖像到三維場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明中采用折反射全方位成像系統(tǒng)的近似透視成像分析方法將攝像機(jī)內(nèi)所形成的像平面坐標(biāo)二維圖像換算到三維場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)關(guān)系，圖3為一般的透視成像模型，d為人體高，ρ為人體的像高，t為人體的距離，F(xiàn)為人體的像距(等效焦距)?？梢缘玫绞?13)d=tFρ---(13)]]>在上述水平場(chǎng)景無的折反射全方位成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要求場(chǎng)景物點(diǎn)的水平坐標(biāo)與相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)成線性關(guān)系，如式(1)表示；比較式(13)，(1)，可以看出水平場(chǎng)景無變形的折反射全方位成像系統(tǒng)對(duì)水平場(chǎng)景的成像為透視成像。因此就水平場(chǎng)景成像而言，可以將水平場(chǎng)景無變形的折反射全方位成像系統(tǒng)視為透視相機(jī)，α為成像系統(tǒng)的放大率。設(shè)該虛擬透視相機(jī)的投影中心為C點(diǎn)(見附圖3)，其等效焦距為F。比較式(13)，(1)式可以得到式(14)；α=tF;t=h---(14)]]>由式(12)、(14)得到式(15)F=fhωmax(z0-h)tgφmax+z0ωmax0---(15)]]>根據(jù)上述全方位攝像機(jī)成像模型進(jìn)行系統(tǒng)成像模擬，由攝像頭投影中心發(fā)出的經(jīng)過像素平面內(nèi)等間距像素點(diǎn)的光線族反射后，在距離投影中心3m的水平面上的交點(diǎn)基本上是等間距的，如附圖4所示。因此根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理本專利中將水平地面的坐標(biāo)與相應(yīng)全方位像點(diǎn)的坐標(biāo)之間的關(guān)系簡(jiǎn)化為線性關(guān)系，也就是說通過反射鏡面的設(shè)計(jì)將現(xiàn)實(shí)世界坐標(biāo)系XYZ到像平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化可以用放大率α為比例的線形關(guān)系。下面是從像平面坐標(biāo)系到計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字圖像所用的坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，計(jì)算機(jī)中使用的圖像坐標(biāo)單位是存儲(chǔ)器中離散像素的個(gè)數(shù)，所以對(duì)實(shí)際像平面的坐標(biāo)還需取整轉(zhuǎn)換才能映射到計(jì)算機(jī)的成像平面，其變換表達(dá)式為由式(16)給出；M=Om-x*Sx;N=On-y*Sy;---(16)]]>式中Om、On分別為象平面的原點(diǎn)在計(jì)算機(jī)圖像平面上所映射的點(diǎn)像素所在的行數(shù)和列數(shù)；Sx、Sy分別為在x和y方向上的尺度因子。Sx、Sy的確定是通過在攝像頭與反射鏡面之間距離Z處放置標(biāo)定板，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定得到Sx、Sy的數(shù)值，單位是(pixel)；Om、On。的確定是根據(jù)所選擇的攝像頭分辨率像素，單位是(pixel)。
來說明360°全方位進(jìn)行攝像的原理，空間上的一個(gè)點(diǎn)A(x1，y1，z1)經(jīng)折反射鏡面1反射到透鏡4上對(duì)應(yīng)有一個(gè)投影點(diǎn)P1(x*1，y*1)，通過透鏡4的光線變成平行光投射到CCD攝像單元5，微處理器6通過視頻接口讀入該環(huán)狀圖像，采用軟件對(duì)該環(huán)狀圖像進(jìn)行展開得到全方位的圖像。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、準(zhǔn)確地檢測(cè)室內(nèi)人員的流動(dòng)情況及把握室內(nèi)的人數(shù)，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的按需供氣，提高根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行響應(yīng)速率的能力，減少額外能量(無人、人員稀少時(shí))的消耗；2、節(jié)能效果好。


圖1是全方位視覺光學(xué)原理圖；圖2是一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制方法與裝置的全方位計(jì)算機(jī)視覺裝置硬件結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是全方位視覺裝置與一般的透視成像模型等價(jià)的透視投影成像模型示意圖；圖4是全方位視覺裝置在水平方向上圖像無形變模擬示意圖；圖5是基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制方法與裝置的原理圖；圖6是基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制方法與裝置的模塊框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
結(jié)合圖1并參照?qǐng)D6，本實(shí)施例的全方位攝像時(shí)全方位視覺傳感器19通過USB接口20連接到空調(diào)節(jié)能控制裝置的微處理器18中，所述的微處理器18經(jīng)圖像數(shù)據(jù)讀入模塊21讀入圖像數(shù)據(jù)，在初始化時(shí)為了得到無人時(shí)的室內(nèi)環(huán)境圖像，需要將該圖像存入圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊22中以便后面的圖像識(shí)別及處理，同時(shí)為了識(shí)別運(yùn)動(dòng)和變化圖像中物體或者人體的大小，需要對(duì)空間坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定得到全方位圖像系統(tǒng)的9個(gè)基本參數(shù)進(jìn)行圖像識(shí)別及處理，然后將辯識(shí)的結(jié)果傳給溫度控制單元，溫度控制單元對(duì)熱負(fù)荷的變化進(jìn)行計(jì)算，然后通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度；同時(shí)辯識(shí)的結(jié)果傳給新風(fēng)調(diào)節(jié)單元，新風(fēng)調(diào)節(jié)單元根據(jù)室內(nèi)的人員數(shù)估算出室內(nèi)所需要的空氣質(zhì)量以及速率，然后通過調(diào)節(jié)AHU中的空氣阻尼器來控制新風(fēng)量的大小。
作為捕捉空調(diào)室內(nèi)人員數(shù)信息的全方位視覺傳感器是基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制方法與裝置中的關(guān)鍵部件，所述的全方位視覺傳感器(ODVS)的光學(xué)部分的制造技術(shù)方案，ODVS攝像裝置主要由垂直向下的折反射鏡和面向上的攝像頭所構(gòu)成。具體構(gòu)成是由聚光透鏡以及CCD(CMOS)構(gòu)成的攝像單元固定在由透明樹脂或者玻璃制的圓筒體的下部，圓筒體的上部固定有一個(gè)向下的大曲率的折反射鏡，在折反射鏡和聚光透鏡之間有一根直徑逐漸變小的黑色圓錐狀體，該圓錐狀體固定在折反射鏡的中部，黑色圓錐狀體的目的是為了防止過剩的光射入而導(dǎo)致在圓筒體內(nèi)部的光飽和以及通過圓筒體壁產(chǎn)生的光反射現(xiàn)象。圖1是表示本發(fā)明的全方位成像裝置的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖。
折反射全景成像系統(tǒng)能用針孔成像模型進(jìn)行成像分析，但要獲得透視全景圖像必須對(duì)采集的實(shí)景圖像逆投影，因而計(jì)算量大，特別是用在對(duì)監(jiān)測(cè)多目標(biāo)，必須滿足實(shí)時(shí)性的要求。
為了確保所檢測(cè)的場(chǎng)景中物點(diǎn)的水平坐標(biāo)與相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)成線性關(guān)系即在水平場(chǎng)景無畸變，作為人員檢測(cè)功能的全方位視覺裝置安裝在空調(diào)室內(nèi)中間離地面高度3米左右之處，檢測(cè)著在水平方向上的人員情況，因此在設(shè)計(jì)全方位視覺裝置的折反射鏡面時(shí)要保證在水平方向上的不變形。
設(shè)計(jì)中首先選用CCD(CMOS)器件和成像透鏡構(gòu)成攝像頭，在對(duì)攝像頭內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)上初步估算系統(tǒng)外形尺寸，然后根據(jù)高度方向的視場(chǎng)確定反射鏡面形參數(shù)。
如圖1所示，攝像頭的投影中心C在水平場(chǎng)景上方距離水平場(chǎng)景h處，反射鏡的頂點(diǎn)在投影中心上方，距離投影中心zo處。本發(fā)明中以攝像頭投影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，反射鏡的面形用z(X)函數(shù)表示。在像平面內(nèi)距離像中心點(diǎn)ρ的像素q接受了來自水平場(chǎng)景O點(diǎn)(距離Z軸d)，在反射鏡M點(diǎn)反射的光線。水平場(chǎng)景無畸變要求場(chǎng)景物點(diǎn)的水平坐標(biāo)與相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)成線性關(guān)系；d(ρ)＝αρ (1)式(1)中ρ是與反射鏡的面形中心點(diǎn)的距離，α為成像系統(tǒng)的放大率。
設(shè)反射鏡在M點(diǎn)的法線與Z軸的夾角為γ，入射光線與Z軸的夾角為Φ，反射光線與Z軸的夾角為θ。則tg(x)=d(x)-xz(x)-h---(2)]]>tgγ=dz(x)dx---(3)]]>tg(2γ)=2dz(x)dx1-d2z(x)dx2---(4)]]> 由反射定律2γ＝φ-θ∴tg(2γ)=tg(φ-θ)=tgφ-tgθ1+tgφtgθ---(6)]]>由式(2)、(4)、(5)和(6)得到微分方程(7)d2z(x)dx2+2kdz(x)dx-1=0---(7)]]>式中；k=z(x)[z(x)-h]+x[d(x)-x]z(x)[d(x)-x]+x[z(x)-h]---(8)]]>由式(7)得到微分方程(9)
dz(x)dx+k-k2+1=0---(9)]]>由式(1)、(5)得到式(10)d(x)=afxz(x)---(10)]]>由式(8)、(9)、(10)和初始條件，解微分方程可以得到反射鏡面形的數(shù)字解。系統(tǒng)外形尺寸主要指反射鏡離攝像頭的距離Ho和反射鏡的口徑D。折反射全景系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)應(yīng)用要求選擇合適的攝像頭，標(biāo)定出Rmin，透鏡的焦距f確定反射鏡離攝像頭的距離Ho，由(1)式計(jì)算出反射鏡的口徑Do。
系統(tǒng)參數(shù)的確定根據(jù)應(yīng)用所要求的高度方向的視場(chǎng)確定系統(tǒng)參數(shù)af。由式(1)、(2)和(5)得到式(11)，這里作了一些簡(jiǎn)化，將z(x)≈z0，主要考慮對(duì)于鏡面的高度變化相對(duì)于鏡面與攝像頭的位置變化比較?。籺gφ=(af-z0)ρfz0-h---(11)]]>在像平面以像中心點(diǎn)為圓心的最大圓周處ρ=Rmin→ωmax=Rminf]]>對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)為φmax。則可以得到式(12)；ρf=(z0-h)tgφmaxωmax+z0---(12)]]>成像模擬采用與實(shí)際光線相反的方向進(jìn)行。設(shè)光源在攝像頭投影中心，在像平面內(nèi)等間距的選取像素點(diǎn)，通過這些像素點(diǎn)的光線，經(jīng)反射鏡反射后與水平面相交，若交點(diǎn)是等間距的，則說明反射鏡具有水平場(chǎng)景無畸變的性質(zhì)。成像模擬一方面可以評(píng)價(jià)反射鏡的成像性質(zhì)，另一方面可以準(zhǔn)確地計(jì)算出反射鏡的口徑和厚度。
進(jìn)一步說明本發(fā)明在實(shí)施過程中涉及到標(biāo)定與目標(biāo)識(shí)別等幾個(gè)關(guān)鍵問題(1)如何標(biāo)定全方位視覺傳感器的成像平面內(nèi)的像素距離與實(shí)際三維空間距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并在該基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行分類。因?yàn)槿轿灰曈X攝像機(jī)成像平面是二維的，以像素為計(jì)量單位，為了便于人員的跟蹤，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的正確分類是完全必要的。
(2)如何進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，跟蹤等價(jià)于在連續(xù)的圖像幀間創(chuàng)建基于形狀、色彩等有關(guān)特征的對(duì)應(yīng)匹配問題，本發(fā)明中將活動(dòng)中人物的屬性信息結(jié)合起來，提供一種有效的、魯棒性高的、實(shí)時(shí)性好的目標(biāo)跟蹤方法。這種跟蹤方法實(shí)際上是基于模型的、基于活動(dòng)輪廓的、以及基于顏色特征的等跟蹤方法的一種綜合。
全方位視覺攝像機(jī)視場(chǎng)距離的標(biāo)定涉及成像幾何的理論，將客觀世界的三維場(chǎng)景投射到攝像機(jī)的二維象平面，需要建立攝像機(jī)的模型來描述。這些成像變換涉及不同坐標(biāo)系之間的變換。在攝像機(jī)的成像系統(tǒng)中，涉及到的有以下4個(gè)坐標(biāo)系；(1)現(xiàn)實(shí)世界坐標(biāo)系XYZ；(2)以攝像機(jī)為中心制定的坐標(biāo)系x^y^z^；(3)像平面坐標(biāo)系，在攝像機(jī)內(nèi)所形成的像平面坐標(biāo)系x*y*o*；(4)計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系，計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字圖像所用的坐標(biāo)系MN，以像素為單位。
根據(jù)以上幾個(gè)坐標(biāo)系不同的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就可以得到所需要的全方位攝像機(jī)成像模型，換算出二維圖像到三維場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明中采用折反射全方位成像系統(tǒng)的近似透視成像分析方法將攝像機(jī)內(nèi)所形成的像平面坐標(biāo)二維圖像換算到三維場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)關(guān)系，圖3為一般的透視成像模型，d為人體高，ρ為人體的像高，t為人體的距離，F(xiàn)為人體的像距(等效焦距)?？梢缘玫绞?13)d=tFρ---(13)]]>在上述水平場(chǎng)景無的折反射全方位成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要求場(chǎng)景物點(diǎn)的水平坐標(biāo)與相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)成線性關(guān)系，如式(1)表示；比較式(13)，(1)，可以看出水平場(chǎng)景無變形的折反射全方位成像系統(tǒng)對(duì)水平場(chǎng)景的成像為透視成像。因此就水平場(chǎng)景成像而言，可以將水平場(chǎng)景無變形的折反射全方位成像系統(tǒng)視為透視相機(jī)，α為成像系統(tǒng)的放大率。設(shè)該虛擬透視相機(jī)的投影中心為C點(diǎn)(見附圖3)，其等效焦距為F。比較式(13)，(1)式可以得到式(14)；α=tF;t=h---(14)]]>
由式(12)、(14)得到式(15)F=fhωmax(z0-h)tgφmax+z0ωmax0---(15)]]>根據(jù)上述全方位攝像機(jī)成像模型進(jìn)行系統(tǒng)成像模擬，由攝像頭投影中心發(fā)出的經(jīng)過像素平面內(nèi)等間距像素點(diǎn)的光線族反射后，在距離投影中心3m的水平面上的交點(diǎn)基本上是等間距的，如附圖4所示。因此根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理本專利中將水平地面的坐標(biāo)與相應(yīng)全方位像點(diǎn)的坐標(biāo)之間的關(guān)系簡(jiǎn)化為線性關(guān)系，也就是說通過反射鏡面的設(shè)計(jì)將現(xiàn)實(shí)世界坐標(biāo)系XYZ到像平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化可以用放大率α為比例的線形關(guān)系。下面是從像平面坐標(biāo)系到計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字圖像所用的坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，計(jì)算機(jī)中使用的圖像坐標(biāo)單位是存儲(chǔ)器中離散像素的個(gè)數(shù)，所以對(duì)實(shí)際像平面的坐標(biāo)還需取整轉(zhuǎn)換才能映射到計(jì)算機(jī)的成像平面，其變換表達(dá)式為由式(16)給出；M=Om-x*Sx;N=On-y*Sy---(16)]]>式中Om、On分別為象平面的原點(diǎn)在計(jì)算機(jī)圖像平面上所映射的點(diǎn)像素所在的行數(shù)和列數(shù)；Sx、Sy分別為在x和y方向上的尺度因子。Sx、Sy的確定是通過在攝像頭與反射鏡面之間距離Z處放置標(biāo)定板，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定得到Sx、Sy的數(shù)值，單位是(pixel)；Om、On。的確定是根據(jù)所選擇的攝像頭分辨率像素，單位是(pixel)。
進(jìn)一步，來說明360°全方位進(jìn)行攝像的原理，空間上的一個(gè)點(diǎn)A(x1，y1，z1)經(jīng)折反射1鏡面反射到透鏡4上對(duì)應(yīng)有一個(gè)投影點(diǎn)P1(x*1，y*1)，通過透鏡4的光線變成平行光投射到CCD攝像單元5，微處理器6通過視頻接口讀入該環(huán)狀圖像，采用軟件對(duì)該環(huán)狀圖像進(jìn)行展開得到全方位的圖像。
進(jìn)一步，在展開方法上本專利中采用了一種快速的近似展開算法，能夠?qū)r(shí)間消耗和對(duì)各種參數(shù)的要求降到最小，同時(shí)盡可能的保持有用的信息。展開規(guī)則有三條，(1)X*軸為起始位置，按逆時(shí)針方式展開；(2)左圖中X*軸與內(nèi)徑r的交點(diǎn)O，對(duì)應(yīng)到右圖中左下角的原點(diǎn)O(0，0)；
(3)展開后的右圖的寬度等于左圖中虛線所示的圓的周長(zhǎng)。其中虛線圓為左圖內(nèi)外徑的同心圓，且其半徑r1＝(r+R)/2。
設(shè)圓形圖的圓心O*坐標(biāo)(x*0，y*0)，展開的矩形圖左下角原點(diǎn)坐標(biāo)O**(0，0)，矩形圖中任意一點(diǎn)P**＝(x**，y**)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)在圓形圖中的坐標(biāo)為(x*，y*).下面我們需要求的是(x*，y*)和(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)幾何關(guān)系可以得到如下公式β＝tan-1(y*/x*)(17)r1＝(r+R)/2 (18)令虛線圓的半徑r1＝(r+R)/2，目的是為了讓展開后的圖看起來形變均勻一些。
x*＝y(tǒng)*/(tan(2x**/(R+r)))(19)y*＝(y**+r)cosβ (20)從式(19)、(20)可以得到圓形全方位圖像上的一個(gè)點(diǎn)(x*，y*)和矩形全景圖上的一個(gè)點(diǎn)(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該方法實(shí)質(zhì)上是做了一個(gè)圖像插值的過程。展開后，虛線上方的圖像是橫向壓縮過的，虛線下方的圖像是橫向拉伸過的，而在虛線本身上的點(diǎn)則保持不變。
為了滿足實(shí)時(shí)計(jì)算需要同樣可根據(jù)圓形全方位圖像上的一個(gè)點(diǎn)(x*，y*)和矩形全景圖上的一個(gè)點(diǎn)(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立(x*，y*)與(x**，y**)的映射矩陣。由于這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過映射矩陣方法能把轉(zhuǎn)變成不變形的全景圖像。通過M映射矩陣可以建立起式(21)關(guān)系。
P**(x**，y**)←M×P*(x*，y*) (21)根據(jù)式(21)，對(duì)于成像平面上的每個(gè)像素P*(x*，y*)在全方位圖像上有一個(gè)點(diǎn)P**(x**，y**)對(duì)應(yīng)，建立了M映射矩陣后，實(shí)時(shí)圖像處理的任務(wù)可以得到簡(jiǎn)化。
作為一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能裝置在取得全方位視頻信息之后，接下來必須進(jìn)行背景消除、目標(biāo)提取、目標(biāo)跟蹤、等圖像辯識(shí)處理計(jì)算工作，該計(jì)算工作在圖像辯識(shí)處理模塊24中進(jìn)行。
所述的背景消除首先要解決的問題是亮度變化的問題，如對(duì)于室內(nèi)人員流動(dòng)的檢測(cè)會(huì)由于開燈、關(guān)燈操作所造成的光照強(qiáng)度的突變，因此在背景消除中采用的背景模型要適應(yīng)上述的這些變化。
對(duì)于視頻檢測(cè)，由于全方位場(chǎng)景視野比較大，人體在整幅圖像中所占的比例比較小，因此人物的運(yùn)動(dòng)可以看作近似剛體運(yùn)動(dòng)；另外，視頻檢測(cè)的場(chǎng)景固定，可以認(rèn)為具有相對(duì)比較固定范圍的背景，因此可以采用背景減算法的快速分割算法來實(shí)時(shí)檢測(cè)和跟蹤視頻檢測(cè)中的運(yùn)動(dòng)人物或物體；背景消除是基于背景減算法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的關(guān)鍵，它直接影響檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)對(duì)象的完整性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明中采用了背景自適應(yīng)法，其核心思想是對(duì)每一個(gè)背景像素使用1組矢量；RGB變化的當(dāng)前混合值(Xmix，bi)來表示合法背景像素的允許取值(i為幀號(hào))，并采用IIR濾波對(duì)其進(jìn)行如下更新。
(1)當(dāng)光線自然變化(不是開關(guān)燈引起的)，并且無異常對(duì)象存在時(shí)，1組向量(分別為RGB)進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)Xmix，bn+1(i)＝(1-λ)Xmix，bn(i)+λXmix，cn(i) (22)式中Xmix，cn(i)為當(dāng)前幀RGB向量，Xmix，bn(i)為當(dāng)前幀背景RGB向量，Xmix，bn+1(i)為下一幀背景預(yù)測(cè)RGB向量，λ為背景更新的速度λ＝0，使用固定不變的背景(初始背景)；λ＝1，使用當(dāng)前幀作為背景；0＜λ＜1，背景由前一時(shí)刻的背景與當(dāng)前幀混合而成。
(2)當(dāng)光線有突變時(shí)(由開關(guān)燈引起的)，1組向量按當(dāng)前幀重置Xmix，bn+1(i)＝Xmix，cn(i) (23)(3)當(dāng)有對(duì)象進(jìn)入檢測(cè)范圍時(shí)，背景保持不變。為避免將運(yùn)動(dòng)對(duì)象的部分像素學(xué)習(xí)為背景像素，采用Xmix，bn+1(i)＝Xmix，bn(i) (24)上式中的Xmix，bn+1(i)(i＝1，2，3)分別表示R，G，B3個(gè)分量，為簡(jiǎn)化起見，上述公式略去了每個(gè)像素的坐標(biāo)(x，y)部分。
對(duì)于背景亮度的變化可用來判定檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)對(duì)象是否因開關(guān)燈而引起的，開關(guān)燈事件等這些背景亮度的變化不應(yīng)使系統(tǒng)判斷為有大量的人員存在所引起的，因而進(jìn)行背景亮度分析有助于降低系統(tǒng)的誤識(shí)別率。背景亮度使用平均背景亮度Yb來度量，計(jì)算公式由式(25)給出，
Y-b=Σx=0W-1Σy=0H-1Yn(x,y)(1-Mn(x,y))Σx=0W-1Σy=0H-1(1-Mn(x,y))---(25)]]>式(25)中，Y n(x，y)為當(dāng)前幀各像素的亮度，Mn(x，y)為當(dāng)前幀的掩模表。用Yb0表示發(fā)現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)前一幀的背景亮度，Yb1表示檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)第一幀的背景亮度，兩幀平均亮度的變化為ΔY＝Y(jié)b1-Yb0(26)如果ΔY大于某個(gè)值則認(rèn)為發(fā)生了開燈事件，如果ΔY小于某個(gè)負(fù)值則認(rèn)為發(fā)生了關(guān)燈事件。根據(jù)上述判斷結(jié)果用式(23)對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行重置。
所述的掩模表，是用一個(gè)與視頻幀尺寸相同的數(shù)組M來記錄各像素點(diǎn)是否有運(yùn)動(dòng)變化，這個(gè)數(shù)組稱為掩模映射表(Mask Map) 數(shù)組M是運(yùn)動(dòng)對(duì)象的二值圖像，不但可用來掩模視頻幀從而分割出運(yùn)動(dòng)對(duì)象，還可用于運(yùn)動(dòng)對(duì)象的跟蹤、分析和分類。
公式(25)中的背景亮度是從RGB顏色空間到Y(jié)CrCb顏色空間的轉(zhuǎn)換得到的，其公式(28)給出，Y＝0.29990*R+0.5870*G+0.1140*B (28)Cr＝0.5000*R-0.4187*G-0.0813*B+128Cb＝-0.1787*R-0.3313*G+0.5000*B+128所述的目標(biāo)提取是通過背景減算法來得到前景目標(biāo)對(duì)象的，所述的背景減算法也稱為差分方法，是一種常用于檢測(cè)圖像變化和運(yùn)動(dòng)物體的圖像處理方法。根據(jù)三維空間與圖像像素的對(duì)應(yīng)性關(guān)系把有光源點(diǎn)存在的那些像素部分檢測(cè)出來，首先要有一個(gè)比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考圖像，并將該基準(zhǔn)參考圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器里，并通過上述的背景自適應(yīng)法對(duì)基準(zhǔn)參考圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，通過實(shí)時(shí)拍攝到圖像與該基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減，相減的結(jié)果發(fā)生變化的區(qū)域亮度增強(qiáng)，圖像相減的計(jì)算公式如式(29)表示，fd(X，t0，ti)＝f(X，ti)-f(X，t0) (29)
式中fd(X，t0，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像，相當(dāng)于式(22)中的Xmix，cn(i)；f(X，t0)是基準(zhǔn)參考圖像，相當(dāng)于式(22)中的Xmix，bn(i)。
由于視頻檢測(cè)中的全方位視覺傳感器都是固定的，而背景中的靜止對(duì)象有時(shí)可能被移動(dòng)，基于背景減算法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象所得到的運(yùn)動(dòng)像素可能包含對(duì)象移動(dòng)留下的空穴。由于空穴在隨后的視頻幀中不會(huì)移動(dòng)，因此可用相鄰K幀差法來消除空穴，本發(fā)明中采用相鄰K幀差法判定某個(gè)像素是否是背景對(duì)象留下的空穴。為此需要進(jìn)行式(30)的計(jì)算，fd(X，ti-k，ti)＝f(X，ti)-f(X，ti-k)(30)靜止對(duì)象的移動(dòng)一般都可以考慮在時(shí)間分的單位上，當(dāng)fd(X，t0，ti)≥閾值和fd(X，ti-k，ti)≥閾值都成立時(shí)，被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)對(duì)象；如果fd(X，t0，ti)≥閾值而fd(X，ti-k，ti)＜閾值，本發(fā)明中認(rèn)為是背景中的靜止對(duì)象被移動(dòng)后所產(chǎn)生的空穴，為了消除空穴用式(31)來更新替換基準(zhǔn)參考圖像，f(X,t0)⇐f(X,ti-k)---(31)]]>實(shí)際圖像信號(hào)中包含有噪聲，而且一般都表現(xiàn)為高頻信號(hào)，因此在識(shí)別過程中要剔除由噪聲所產(chǎn)生的圖像邊緣點(diǎn)。
所述的剔除由噪聲所產(chǎn)生的圖像邊緣點(diǎn)，在本發(fā)明中使用四鄰域遍歷的方法，它用濾波掩膜確定的鄰域內(nèi)像素的平均灰度值去替代圖像每個(gè)像素點(diǎn)的值，即每一個(gè)像素值用其局部鄰域內(nèi)所有值的均值置換，如公式(32)所示h[i，j]＝(1/M)∑f[k，1] (32)式中，M是鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)總數(shù)，本發(fā)明中取為4。
像素間的連通性是確定區(qū)域的一個(gè)重要概念。在二維圖像中，假設(shè)目標(biāo)像素周圍有m(m＜＝8)個(gè)相鄰的像素，如果該像素灰度與這m個(gè)像素中某一個(gè)點(diǎn)A的灰度相等，那么稱該像素與點(diǎn)A具有連通性。常用的連通性有4連通和8連通。4連通一般選取目標(biāo)像素的上、下、左、右四個(gè)點(diǎn)。8連通則選取目標(biāo)像素在二維空間中所有的相鄰像素。將所有具有連通性的像素作為一個(gè)區(qū)域則構(gòu)成了一個(gè)連通區(qū)域。
所述的連通區(qū)域計(jì)算主要解決在圖像處理過程中，一幅二值圖像，其背景和目標(biāo)分別具有灰度值0和1。對(duì)這樣的二值圖像，要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)算每一目標(biāo)的特征以進(jìn)行識(shí)別，在多目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要有一種快速而節(jié)省內(nèi)存的連通區(qū)域標(biāo)記算法。我們將像素為0的小區(qū)表示此小區(qū)無監(jiān)控對(duì)象，若為1則表示此小區(qū)有監(jiān)控對(duì)象。所以可以采用連通成分標(biāo)記法進(jìn)行缺陷區(qū)域的合并。連通標(biāo)記算法可以找到圖像中的所有連通成分，并對(duì)同一連通成分中的所有點(diǎn)分配同一標(biāo)記。圖5為連通標(biāo)記原理圖。下面是連通區(qū)域算法，1)從左到右、從上到下掃描圖像；2)如果像素點(diǎn)為1，則·如果上面點(diǎn)和左面點(diǎn)有一個(gè)標(biāo)記，則復(fù)制這一標(biāo)記。
·如果兩點(diǎn)有相同的標(biāo)記，復(fù)制這一標(biāo)記。
·如果兩點(diǎn)有不同的標(biāo)記，則復(fù)制上點(diǎn)的標(biāo)記且將兩個(gè)標(biāo)記輸入等價(jià)表中作為等價(jià)標(biāo)記。
·否則給這個(gè)象素點(diǎn)分配新的標(biāo)記并將這一標(biāo)記輸入等價(jià)表。
3)如果需考慮更多的點(diǎn)則回到第2步。
4)在等價(jià)表的每一等價(jià)集中找到最低的標(biāo)記。
5)掃描圖像，用等價(jià)表中的最低標(biāo)記取代每一標(biāo)記。
所述的目標(biāo)跟蹤需要幀間分割以及屬性判斷來實(shí)現(xiàn)的，所述的幀間分割重要問題是(1)盡量利用上一幀的分割結(jié)果來指導(dǎo)當(dāng)前幀的分割，從而提高效率，(2)實(shí)現(xiàn)同一運(yùn)動(dòng)物體在不同幀中的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，算法必須維護(hù)一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來保存上一幀的分割結(jié)果和目前的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
在本發(fā)明中采用區(qū)域大小屬性判斷和形狀屬性判斷兩種屬性來判斷所取得的前景跟蹤目標(biāo)是否是人；所述的區(qū)域大小屬性判斷是對(duì)上述標(biāo)記過的每個(gè)連通區(qū)域求出其面積Si，有下面判斷規(guī)則若Si＜閾值1，則該變化區(qū)域?yàn)樵肼朁c(diǎn)；若Si＞閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榇竺娣e的變化，首先考慮到是由于光的照射而產(chǎn)生的變化，但是也不能排除人會(huì)攜帶著一些物品，因此這時(shí)設(shè)定區(qū)域大小影響因子Fs為0.2～0.5之間；若閾值1＜Si＜閾值2，則該變化區(qū)域可疑為有人，這時(shí)設(shè)定區(qū)域大小影響因子Fs為1。
閾值1和閾值2的取值范圍的大小是根據(jù)從上往下看(俯視)一個(gè)成年人的平均截面積在0.12m2左右，然后通過全方位視覺系統(tǒng)的標(biāo)定結(jié)果來決定閾值1和閾值2的大小，即像素值的大小。
所述的形狀屬性判斷是對(duì)上述標(biāo)記過的每個(gè)連通區(qū)域求出其面積Si求其形狀特征屬性再與參考圖像在幾何關(guān)系上達(dá)到匹配，匹配的標(biāo)準(zhǔn)是使兩幅圖像的相似性達(dá)到最大；為了簡(jiǎn)化計(jì)算提高實(shí)時(shí)處理能力，本發(fā)明中具體的做法是將人體模型簡(jiǎn)化矩形模型，首先求每個(gè)連通區(qū)域的(水平方向的長(zhǎng)度)平均寬度和(垂直方向的長(zhǎng)度)高度，平均寬度wi用在高度hi方向的分成4等份的寬度均值，并以該平均寬度wi和高度hi作一個(gè)矩形，然后用公式(33)計(jì)算某個(gè)連通區(qū)域與該連通區(qū)域的矩形的面積比，ϵareai=Siwi*hi---(33)]]>計(jì)算所得的εareai值在0.5～0.9之間，接著用公式(34)進(jìn)行下面的矩形的寬度wi與高度hi的比的計(jì)算，εareai值小于0.5時(shí)就將該連通區(qū)域排除(不認(rèn)為是有人)，ϵratei=wihi---(34)]]>計(jì)算所得到的εratei值根據(jù)空間位置關(guān)系，劃分若干個(gè)區(qū)域半徑，每個(gè)區(qū)越半徑中有其判斷指標(biāo)，比如在10m～12m的區(qū)域半徑范圍內(nèi)，εratei值在0.15～0.4之間，設(shè)定形狀屬性影響因子Fsh為1。
符合或者基本符合區(qū)域大小屬性和形狀屬性的運(yùn)動(dòng)對(duì)象我們將其作為是在室內(nèi)的人員，統(tǒng)計(jì)這些人員的數(shù)量就可以對(duì)室內(nèi)的空調(diào)的空氣質(zhì)量以及熱交換的量進(jìn)行控制。
表1為通過傳感器控制空調(diào)的期望節(jié)能潛力，從表中可以看到在把握了室內(nèi)人員的數(shù)量情況下，空調(diào)的節(jié)能潛力是非常大的。
表1室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)室內(nèi)人員的舒適度具有很大的影響。為了降低能量消耗(冬天是加熱能量，夏天是制冷能量)，室內(nèi)空氣的置換應(yīng)保持在最小限量。室內(nèi)空氣質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)測(cè)量是室內(nèi)人員的容量，這種估計(jì)方法是按照Fanger方法。Fanger定義散發(fā)單位為“olf”，1個(gè)“olf”表示一個(gè)普通人排放的臭氣和二氧化碳，相對(duì)應(yīng)的排放速率為1個(gè)dicipol。表2表示了Fanger的空氣質(zhì)量分類。
表2在圖6中室內(nèi)人員數(shù)以及空間位置估計(jì)模塊6中進(jìn)行室內(nèi)人員的統(tǒng)計(jì)處理，在該模塊中將符合或者基本符合區(qū)域大小屬性和形狀屬性的運(yùn)動(dòng)對(duì)象我們將其作為是在室內(nèi)的人員，統(tǒng)計(jì)這些人員的數(shù)量就可以對(duì)室內(nèi)的空調(diào)的空氣質(zhì)量以及熱交換的量進(jìn)行控制。
在上述室內(nèi)人員數(shù)以及空間位置估計(jì)模塊6計(jì)算所獲得了空調(diào)室內(nèi)人員數(shù)目以后，通過所需通風(fēng)率計(jì)算模塊7估算出室內(nèi)的空氣質(zhì)量，然后用式(35)計(jì)算所需要的實(shí)際通風(fēng)速率，v=10*G(Ci-C0)*ϵ---(35)]]>式中，v為通風(fēng)速率，單位L/s；G為室內(nèi)排放量(相當(dāng)于室內(nèi)的人員數(shù))，單位olf；Ci為期望的室內(nèi)空氣質(zhì)量，單位dicipol；C0為室外空氣質(zhì)量，單位dicipol；ε為通風(fēng)效率。
式(35)中包含了外部空氣污染情況，對(duì)于具有較高空氣質(zhì)量的城市設(shè)定為0.1dicipol，普通城市設(shè)定為0.2dicipol以及污染區(qū)域的空氣質(zhì)量為0.3dicipol。
計(jì)算所得的實(shí)際通風(fēng)速率是調(diào)節(jié)空氣阻尼器開口大小的依據(jù)，在圖6的空氣阻尼器開度設(shè)定模塊11中根據(jù)計(jì)算所得的實(shí)際通風(fēng)速率換算成對(duì)應(yīng)的空氣阻尼器開度大小，使得戶外新鮮空氣的流動(dòng)可通過調(diào)節(jié)空氣阻尼器來控制進(jìn)入到室內(nèi)的量。
根據(jù)空調(diào)的使用季節(jié)情況，對(duì)于夏季室內(nèi)人員是一個(gè)熱負(fù)荷，而對(duì)于冬季室內(nèi)人員作為一個(gè)熱源，在本發(fā)明中通過所需室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度計(jì)算模塊8根據(jù)上述室內(nèi)人員數(shù)以及空間位置估計(jì)模塊6計(jì)算所獲得的空調(diào)室內(nèi)人員數(shù)目，來計(jì)算人體與環(huán)境的熱交換從而為送入室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度提供依據(jù)，本專利中只考慮夏季空調(diào)的情況，人體與環(huán)境的熱交換可以由式(36)表示，Qsk+Qres＝(C+R+Esk)+(Cres+Eres)(36)式中，Qsk呼吸的總散熱量；Qres通過皮膚的總散熱量；C人體體表與環(huán)境的輻射換熱；R人體體表與環(huán)境的對(duì)流換熱；Esk通過皮膚的蒸發(fā)散熱量；Cres呼吸對(duì)流散熱量；Eres呼吸蒸發(fā)散熱量。單位W/m2。
一旦室內(nèi)溫度被控制在某一個(gè)范圍內(nèi)的話，人體與環(huán)境的熱交換可以作為一個(gè)定值，如果我們僅僅考慮由室內(nèi)人員的變動(dòng)所引起的熱負(fù)荷變化的話，就能夠通過實(shí)時(shí)檢測(cè)到的人員數(shù)(人員的變動(dòng)數(shù))與該定值相乘得到熱負(fù)荷的變化，使空調(diào)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨空調(diào)負(fù)荷的變化迅速變化，通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度等手段調(diào)節(jié)送入室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度，提高空氣系統(tǒng)的響應(yīng)速率，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。
冷媒閥開度設(shè)定模塊10是用來設(shè)定冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度的大小，實(shí)時(shí)檢測(cè)到的人員數(shù)越多設(shè)定冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度就要越大，如果發(fā)現(xiàn)空調(diào)室內(nèi)無人的情況加上該中央空調(diào)是完全用于室內(nèi)人員舒適度的話就可以考慮將冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度維持在一個(gè)非常小的開度或者是完全關(guān)閉冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
圖6中風(fēng)機(jī)風(fēng)速設(shè)定模塊9是用來設(shè)定風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)檢測(cè)到的人員數(shù)越多所設(shè)定風(fēng)機(jī)風(fēng)速就要越大，如果發(fā)現(xiàn)空調(diào)室內(nèi)無人的情況加上該中央空調(diào)是完全用于室內(nèi)人員舒適度的話就可以考慮將風(fēng)機(jī)風(fēng)速維持在一個(gè)非常小的轉(zhuǎn)速或者是完全停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。
總之采用全方位計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)可以估計(jì)停留在空調(diào)室內(nèi)人員的數(shù)目，也可以辯識(shí)出在幾秒內(nèi)的任何突然變化，一旦檢測(cè)到這些變化就能及時(shí)通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度、通過調(diào)節(jié)AHU中的空氣阻尼器來控制新風(fēng)量的大小達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的質(zhì)量。
冷媒閥開度設(shè)定模塊10、風(fēng)機(jī)風(fēng)速設(shè)定模塊9以及空氣阻尼器開度設(shè)定模塊11的輸出都為代表著一定量的數(shù)字，這些數(shù)字通過D/A轉(zhuǎn)換器13轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)來驅(qū)動(dòng)控制空氣阻尼器16、風(fēng)機(jī)15以及冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥14。
上述的實(shí)施例1所產(chǎn)生的發(fā)明效果是，能更大程度地發(fā)揮空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力，真正實(shí)現(xiàn)按需供熱(供冷)，使空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最小，同時(shí)也能起到減少污染作用，節(jié)約一度電，就相當(dāng)于節(jié)約0.4公斤標(biāo)準(zhǔn)煤和4升的凈水，還可減少大約0.27公斤的粉塵、0.8-2.5公斤的二氧化碳和0.037公斤的二氧化硫等排放。
權(quán)利要求
1.一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，包括微處理器，受控于所述微處理器的空氣阻尼器、風(fēng)機(jī)以及冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其特征在于所述的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置還包括安裝于室內(nèi)上部中央的全方位視覺傳感器，所述的全方位視覺傳感器與微處理器連接，所述的全方位視覺傳感器包括用以反射監(jiān)控領(lǐng)域中物體的外凸折反射鏡面、用以防止光折射和光飽和的黑色圓錐體、透明圓柱體、攝像頭，所述的外凸折反射鏡面位于透明圓柱體的上方，外凸折反射鏡面朝下，黑色圓錐體固定在折反射鏡面外凸部的中心，攝像頭對(duì)著外凸反射鏡面朝上，所述的攝像頭位于外凸反射鏡面的虛焦點(diǎn)位置；所述的微處理器包括圖像數(shù)據(jù)讀取模塊，用于讀取從全方位視覺傳感器傳過來的視頻圖像信息；圖像數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)模塊，用于將讀取的視頻圖像信息通過文件方式保存在存儲(chǔ)單元中；全方位視覺傳感器標(biāo)定模塊，用于對(duì)全方位視覺傳感器的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，建立空間的實(shí)物圖像與所獲得的視頻圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系；圖像展開處理模塊，用于將采集的圓形視頻圖像展開為全景柱狀圖；運(yùn)動(dòng)對(duì)象檢測(cè)模塊，用于將所獲得的當(dāng)前幀現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像與一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考圖像進(jìn)行差值運(yùn)算，圖像相減的計(jì)算公式如式(1)表示fd(X，t0，ti)＝f(X，ti)-f(X，t0)(1)上式中，fd(X，t0，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像；f(X，t0)是基準(zhǔn)參考圖像；并將當(dāng)前圖像中與相鄰K幀的圖像相減計(jì)算公式如(2)所示fd(X，ti-k，ti)＝f(X，ti)-f(X，ti-k)(2)上式中，fd(X，ti-k，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與相鄰K幀圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti-k)是相鄰K幀時(shí)的圖像；如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)≥閾值成立時(shí)，判定為運(yùn)動(dòng)對(duì)象；如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)＜閾值，判定靜止對(duì)象，并用式(3)來更新替換基準(zhǔn)參考圖像f(X,t0)⇐f(X,ti-k)---(3)]]>如fd(X，t0，ti)＜閾值，判定為靜止對(duì)象；連通區(qū)域計(jì)算模塊，用于對(duì)當(dāng)前圖像進(jìn)行標(biāo)記，像素灰度為0的小區(qū)表示此小區(qū)無活動(dòng)物體，像素灰度為1則表示此小區(qū)有活動(dòng)物體，計(jì)算當(dāng)前圖像中的像素是否與當(dāng)前像素周圍相鄰的某一個(gè)點(diǎn)的像素相等，如灰度相等判斷為具有連通性，將所有具有連通性的像素作為一個(gè)連通區(qū)域；然后再根據(jù)所求得的連通區(qū)域來計(jì)算其面積和重心；所述的對(duì)象目標(biāo)的重心通過計(jì)算所得到的連通區(qū)域面積Si以及該連通區(qū)域的X、Y軸方向的累積像素值計(jì)算得到，計(jì)算公式由式(37)計(jì)算得到，Xcg(i)=Σx,y∈SixSi;Ycg(i)=Σx,y∈SiySi---(37);]]>室內(nèi)人員數(shù)以及空間位置估計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)在空調(diào)室內(nèi)的人員的數(shù)目以及分布情況，對(duì)所述標(biāo)記過的連通區(qū)域求出其面積Si，有下面判斷規(guī)則若Si＜閾值1，則該變化區(qū)域?yàn)樵肼朁c(diǎn)；若Si＞閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榇竺娣e的變化，設(shè)定區(qū)域大小影響因子Fs為0.2～0.5之間；若閾值1＜Si＜閾值2，則該變化區(qū)域可疑為有人，設(shè)定區(qū)域大小影響因子Fs為1；再將人體模型簡(jiǎn)化矩形模型，首先求每個(gè)連通區(qū)域的平均寬度和高度，平均寬度wi用在高度hi方向的分成4等份的寬度均值，并以該平均寬度wi和高度hi作一個(gè)矩形，然后用公式(33)計(jì)算某個(gè)連通區(qū)域與該連通區(qū)域的矩形的面積比，ϵareai=Siwi*hi---(33)]]>計(jì)算所得的εareai值在0.5～0.9之間，εareai值小于0.5時(shí)就不認(rèn)為是有人，否則判定為有人；阻尼器設(shè)定模塊，用于根據(jù)上述得到的室內(nèi)人員數(shù)目，計(jì)算所述的通風(fēng)率，參見式(35)v=10*G(Ci-C0)*ϵ---(35)]]>式中，v為通風(fēng)速率，單位L/s；G為室內(nèi)排放量(相當(dāng)于室內(nèi)的人員數(shù))，單位olf；Ci為期望的室內(nèi)空氣質(zhì)量，單位dicipol；C0為室外空氣質(zhì)量，單位dicipol；ε為通風(fēng)效率；根據(jù)通風(fēng)率控制阻尼器的開度；風(fēng)機(jī)以及冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)定模塊，用于將所獲得的空調(diào)室內(nèi)人員的數(shù)目、分布情況以及季節(jié)外界溫度的信息，計(jì)算出所需要的室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度，根據(jù)室內(nèi)空氣風(fēng)量和送風(fēng)溫度控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，其特征在于所述的折反射鏡面水平方向上無形變要求場(chǎng)景物點(diǎn)的水平坐標(biāo)與相應(yīng)像點(diǎn)的坐標(biāo)成線性關(guān)系；d(ρ)＝αρ(1)式(1)中ρ是與反射鏡的面形中心點(diǎn)的距離，α為成像系統(tǒng)的放大率。設(shè)反射鏡在M點(diǎn)的法線與Z軸的夾角為γ，入射光線與Z軸的夾角為Φ，反射光線與Z軸的夾角為θ。則tg(x)=d(x)-xz(x)-h---(2)]]>tgγ=dz(x)dx---(3)]]>tg(2γ)=2dz(x)dx1-d2z(x)dx2---(4)]]> 由反射定律2γ＝φ-θ∴tg(2γ)=tg(φ-θ)=tgφ-tgθ1+tgφtgθ]]>(6)由式(2)、(4)、(5)和(6)得到微分方程(7)d2z(x)dx2+2kdz(x)dx-1=0---(7)]]>式k=z(x)[z(x)-h+x[d(x)-x]z(x)[d(x)-x]+x[z(x)-h]]]>中；(8)由式(7)得到微分方程(9)dz(x)dx+k-k2+1=0---(9)]]>由式(1)、(5)得到式(10)d(x)=afxz(x)---(10)]]>由式(8)、(9)、(10)和初始條件，解微分方程可以得到反射鏡面形的數(shù)字解。折反射全景系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)應(yīng)用要求選擇合適的攝像頭，標(biāo)定出Rmin，透鏡的焦距f確定反射鏡離攝像頭的距離Ho，由(1)式計(jì)算出反射鏡的口徑Do。系統(tǒng)參數(shù)的確定根據(jù)應(yīng)用所要求的高度方向的視場(chǎng)確定系統(tǒng)參數(shù)af。由式(1)、(2)和(5)得到式(11)，這里作了一些簡(jiǎn)化，將z(x)≈z0，主要考慮對(duì)于鏡面的高度變化相對(duì)于鏡面與攝像頭的位置變化比較??；tgφ=(af-z0)ρfz0-h---(11)]]>在像平面以像中心點(diǎn)為圓心的最大圓周處ρ=Rmin→]]>ωmax=Rminf]]>對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)為φmax。則可以得到式(12)；ρf=(z0-h)tgφmaxωmax+z0---(12)]]>
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，其特征在于所述的微處理器還包括背景維護(hù)模塊，所述的背景維護(hù)模塊包括背景亮度計(jì)算單元，用于計(jì)算平均背景亮度Yb計(jì)算公式如式(25)所示Y‾b=Σx=0W-1Σy=0H-1Yn(x,y)(1-Mn(x,y))Σx=0W-1Σy=0H-1(1-Mn(x,y))---(25)]]>式(25)中，Yn(x，y)為當(dāng)前幀各像素的亮度，Mn(x，y)為當(dāng)前幀的掩模表，所述的掩模表是用一個(gè)與視頻幀尺寸相同的數(shù)組M來記錄各像素點(diǎn)是否有運(yùn)動(dòng)變化，參見式(27) Yb0為判定為運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)前一幀的背景亮度，Yb1為判定為運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)第一幀的背景亮度，兩幀平均亮度的變化為ΔY＝Y(jié)b1-Yb0 (26)如果ΔY大于上限值，則認(rèn)為發(fā)生了開燈事件；如果ΔY小于某個(gè)下限值，則認(rèn)為發(fā)生了關(guān)燈事件；如ΔY介于上限值和下限值之間，則認(rèn)為光線自然變化；背景自適應(yīng)單元，用于當(dāng)光線自然變化時(shí)，按照下式(22)進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)Xmix，bn+1(i)＝(1-λ)Xmix，bn(i)+λXmix，cn(i)(22)式中Xmix，cn(i)為當(dāng)前幀RGB向量，Xmix，bn(i)為當(dāng)前幀背景RGB向量，Xmix，bn+1(i)為下一幀背景預(yù)測(cè)RGB向量，λ為背景更新的速度；λ＝0，使用固定不變的背景(初始背景)；λ＝1，使用當(dāng)前幀作為背景；0＜λ＜1，背景由前一時(shí)刻的背景與當(dāng)前幀混合而成；當(dāng)光線由開關(guān)燈引起的，背景像素按照當(dāng)前幀重置，參見式(23)Xmix，bn+1(i)＝Xmix，bn(i)(23)。
4.如權(quán)利要求3所述的基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，其特征在于所述的微處理器還包括噪聲剔除模塊，用于將每一個(gè)像素值用其局部鄰域內(nèi)所有值的均值置換，如公式(16)所示h[i，j]＝(1/M)∑f[k，1] (32)上式(32)中，M是鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)總數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，其特征在于所述的圖像展開處理模塊，用于根據(jù)圓形全方位圖像上的一個(gè)點(diǎn)(x*，y*)和矩形柱狀全景圖上的一個(gè)點(diǎn)(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立(x*，y*)與(x**，y**)的映射矩陣，式(21)所示P**(x**，y**)←M×P*(x*，y*) (21)上式中，M是映射矩陣，P*(x*，y*)是圓形全方位圖像上的像素矩陣，P**(x**，y**)是矩形柱狀全景圖上的像素矩陣。
6.如權(quán)利要求5所述的基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，其特征在于所述的微處理器還包括色彩空間轉(zhuǎn)化模塊，用于將RGB顏色空間到Y(jié)CrCb顏色空間的轉(zhuǎn)換，其公式(28)給出，Y＝0.29990*R+0.5870*G+0.1140*BCr＝0.5000*R-0.4187*G-0.0813*B+128 (28)。Cb＝-0.1787*R-0.3313*G+0.5000*B+128
全文摘要
一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的中央空調(diào)節(jié)能控制裝置，包括微處理器，受控于所述微處理器的空氣阻尼器、風(fēng)機(jī)以及冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，借助于全方位計(jì)算機(jī)視覺傳感器，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)能準(zhǔn)確地檢測(cè)室內(nèi)人員的流動(dòng)情況及把握室內(nèi)的人數(shù)，并根據(jù)人員數(shù)目來確定空氣阻尼器、風(fēng)機(jī)以及冷媒電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的大小，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的按需供氣，提高根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行響應(yīng)速率的能力，減少額外能量(無人、人員稀少時(shí))的消耗。使中央空調(diào)能根據(jù)需要來調(diào)節(jié)氣源的質(zhì)量，將空調(diào)的節(jié)能和響應(yīng)控制達(dá)到最優(yōu)。主要適用于電能源消耗比較大的商業(yè)、辦公大樓等空調(diào)用戶進(jìn)行節(jié)能控制與管理，從而能幫助空調(diào)使用者舒適、節(jié)能和健康地使用空調(diào)。
文檔編號(hào)G06T7/00GK1851338SQ20061005163
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者湯一平, 李雯, 尤思思, 金順敬, 葉永杰, 顧小凱 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)