基于动态目标跟踪技术和PLC Bus的智能照明控制系统

1 引言

随着现代控制技术的不断发展，照明控制的智能化要求也越来越高。采用智能照明控制系统不仅能为照明提供多种艺术效果，更能带来节约能源和降低运行费用的好处。

在图书馆、大型商场、室内运动场、长廊等大型照明场合，很多时候其区域可划分为有人区域和无人区域，如果所有区域的照明亮度都相同，则在无人区域的照明根本没有作用，为无效照明。如果智能照明控制系统能对人员位置进行检测，动态地确定出有人区域和无人区域，则可以对有人区域实行正常的较高亮度照明，而对无人区域则降低照度或者关闭灯具。随着人体的移动，系统动态地调整有效照明区域，以达到减少无效照明，在保证良好照明效果的同时节约能源的目的。

人体位置的正确判断是实现智能照明的首要前提，目前有人提出了利用红外与激光探测、射频卡结合身份识别、地板压力传感器等技术手段来确定人体位置的方法。但是这些方法在照明区域较大的场合应用时，存在无合适的传感器安 装位置、布线复杂等问题，因此实施起来有一定困难，可靠性也难以进一步提高。实际上目前上述大型照明场合中安装视频监控探头非常普及，如果能充分利用这些 视频监控图像，结合数字图像技术，从视频监控图像中提取人体图像，判断人体位置，则可以实现真正的智能化照明。本文采用数字视频图像目标定位与跟踪技术和PLC-Bus 技术构建智能照明控制系统，直接从视频图像中确定人体位置，而且灯具开闭控制信号直接通过电力线传输，不需要另外布线。因此能有效地克服传感器安装及布线方面的诸多困难问题，达到照度的自动调节、灯具的自动开关以及局部区域照明的良好控制效果，并且其可靠性也很高。

2 智能照明控制系统组成

整个系统的组成如图1 所示，从功能上来划分，由三部分构成： 图像采集模块、图像处理模块和照明控制模块。

图1 智能照明控制系统的组成

2.1 图像采集模块

图像采集模块主要由摄像头和光学玻璃镜头组成。其中，摄像头采用一体电感韩国现代HV7131R， 它是目前主流产品中效果较好的一种。HV7131R 采用0.3？？m的CMOS 工艺，有效像素为30 万，功耗低于90mW， 具有曝光控制、增益控制和白平衡处理等功能，最大帧率30fps@VGA.通过标准的I2C 接口设置HV7131R的内部寄存器，可以调节图像的电感器原理曝光时间、分辨率、帧率、RGB 增益、镜像等，输出10 位的RGB 原始数据。

光学玻璃镜头采用远摄镜头，视角为20°，焦距可达几米至几十米。摄像头的架设应该尽量保证能够观测到整个监视区域，因此，在摄像头的安装位置和角度调 节过程中，一般使监视区域设置在从图像底端开始。并且为了避免在提取人体图像时发生严重的粘连现象，摄像头要有尽量大的俯视角差模电感度。

2.2 图像处理模块

该模块由DSP 和数据缓存器组成。DSP 主要采用TI 公司的TMS320LF2407.DSP 主要完成的功能有： 加电自主、完成初始化，通过I2C 接口设置摄像头的寄存器，对由图像采集模块获得的照明区监控图像进行预处理、完成对图像中的人体边缘提取、人体位置判断计电感器厂家算以及作出照明控制决策等功能。

2.3 照明控制模块与PLC Bus 技术

照明控电感器厂家制模块采用分布式控制方式，实现整个监视区域照明灯具的分散控制和集中管理。上位DSP根据图像分析结果作出照明设备控制决策，下位照明控制器接受上位机的通讯指令，控制相应灯具的开关，并具备调光功能。上位DSP 发出的控制指令通过PLC Bus 传给下位照明控制器执行。

PLC Bus 技术是近年来由荷兰ATS 电力线通信有限公司（ ATS.， CO） 研发出来的一种新的电力载波通讯技术。采用该技术的最大优点是控制信号通过电力线传送，因此不需要额外布置控制线，节省大量线材消耗，控制系统安装方便，易于维护。

PLC Bus 系统主要由三部分组成，即发射器、接收器和系统配套设备。发射器的主要作用是通过电力线发射PLC Bus 控制信号给接收器，通过对接收器的控制，从而达到间接控制灯及电器设备的目的。接收器的主要作用是接收来自电力线的PLC Bus 控制信号，并执行相关控制命令，从而达到灯及电器控制的目的。系统配套设备包括信号转换器、三相耦合器、吸波器等，主要是为了配合发射器及接收器设备辅助 实现控制目的。

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