一种具有人工智能的家居照明装置及其实现方法

摘要

本发明公开了一种具有人工智能的家居照明装置及其实现方法，由人脸采集系统、识别系统、控制系统和照明系统组成。所述人脸采集系统主要采集人脸图像，所述识别系统中设有用于识别用户人脸图像的训练模型，从而判定用户身份与表情情绪，所述控制系统主要控制照明系统的发光，所述照明系统由多种灯具发光输出的，可提供多色温的输出。本发明一方面能识别用户的身份，从而根据用户的用灯习惯，智能地开启相应的家居灯具；另一方面能识别用户的表情，从而判定用户的实时情绪，控制灯具输出对应的色温。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有人工智能的家居照明装置及其实现方法，采用级联分类器和神经网络识别人脸情绪，采用可视化人脸库进行用户识别，采用PWM技术调节不同位置的LED 以及其色温。

背景技术

家居照明因其适用场景广、每家每户的使用频率高等特点在相关的产品中能得到非常多样的应用。国内外各大科技公司相继开发了一套自己的智能家居平台，将家居照明融入到智能平台上。但普遍的功能大多还是以自动开关灯，以及手动调色温亮度的基础功能，比如说在日常环境下，室内客厅以及各卧室的灯光都处于光线和红外人体感应传感器的联合数据采集、控制下的节能模式。

LED光源作为新一代照明光源，由于绿色环保，高效节能，寿命长，可智能化的优点已被广泛使用在照明显示等各个行业。照明领域对光源性能的要求非常具体，如发光效率，光质量，发光角度等，其中光源的色温就是其中很重要的一个指标，不同的色温能让人产生不同的冷暖感，对人的工作效率、情绪、心理等具有一定的影响。

比如中午时的太阳色温较高,大约5000K～7000K，人类在长期的进化过程中,已经习惯于在白天高色温高照度的光照条件下打猎、捕鱼或田间劳作等生产活动,故 5000K-6000K的照明状态结合开心的情绪可以有效的辅助提高使用者的工作效率，行动效率等。又如清晨傍晚的太阳低照度照明给人带来了比较放松、温暖的感觉，此时照明的色温大约在2000K到4000K，故2300K左右色温的暖光能对难过的情绪起到一定的心理安抚作用。

一般家庭照明中，不同家庭成员居家往往有不同的开灯习惯，而能根据用户的使用习惯从而预测用户的控制灯的照明系统目前市场还是空白。因此，设计一种具有人脸识别功能的家居照明装置，根据人的面部情绪和预测使用习惯来控制全屋光源灯具控制，提供符合用户习惯的照明环境，是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有人工智能的家居照明装置及其实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有人工智能的家居照明装置，包括：

人脸采集系统，用于获取用户人脸部信息；

识别系统：用于接收人脸采集系统发送的采集信息，并对该人脸信息进行识别比对；

控制系统：用于接收识别系统发送的比对结果，并根据相应的结果向照明系统发送照明指令；

照明系统：与控制系统交互，用于接收控制系统发送的照明指令呈现出与所识别脸部信息相对应的照明状态。

作为本发明进一步的方案：所述人脸采集系统包括用于获取高清照片的高清图像采集模块。

作为本发明进一步的方案：所述控制系统与照明系统通过有线连接或无线组网连接。

作为本发明进一步的方案：所述识别系统包括能记录开启灯光顺序模块、用于获取照片中面部表情信息的分析情绪模块和用于存储预先设置的人脸信息的可视化人脸库。

作为本发明进一步的方案：所述控制系统包括用于与照明系统无线交互的无线收发模块。

作为本发明进一步的方案：所述照明系统包括多个用于家居照明的灯具，每一个灯具内部集成有多色温LED灯，多色温LED灯电性连接单片机一，单片机一电性连接蓄电池和 Zigbee模块二，单片机一包括色温模块和亮暗模块。

一种具有人工智能的家居照明系统的实现方法，包括以下步骤：

S1、通过所述高清图像采集模块获取周围环境图像信息传给识别系统，根据传入的图像信息识别是否存在人脸，若不存在人脸继续上述S1步骤；

S2、存在人脸时程序通过训练好的模型对既存人脸照片进行灰度化情绪识别；

S3、系统中将所述高清图像采集模块拍摄到的人脸照片信息通过转成Base64的格式上传到可视化人脸库，对已录入的用户库进行比对，从而判定其用户身份，从而控制家庭不同位置的灯具开关；

S4、根据S2步骤与S3步骤的结果进行检索相符合的指令，控制系统利用无线收发模块将指令广播到各终端执行指令，根据指令终端输出PWM波，通过改变引脚脉冲来达到控制色温的效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种“刷脸”控制全屋灯具的亮暗，能够自主捕捉人脸图像，能针对用户的人脸情绪而开启不同的照明环境，智能地“识人”从而控制家庭不同位置灯具的亮暗与色温。

本发明能根据用户的使用习惯的基础制定一个全屋家具灯具开关的方案，实现无需人工手动调节的功能，与现有家居照明技术相比，本发明能为用户提供更个性化的照明方案，实际使用上比现有家居照明更具智能化。

附图说明

图1为本发明的具有人工智能的家居照明系统实现方法的处理示意图。

图2为本发明的具有人工智能的家居照明系统实现方法的流程图。

图3为本发明的具有人工智能的家居照明系统中的照明模块示意图。

图4为本发明的具有人工智能的家居照明系统的实物装置示意图。

图5为本发明的具有人工智能的家居照明系统的实际搭配的示意图。

图6为本发明的具有人工智能的家居照明系统的预测精度示意图。

其中：人脸采集系统11、识别系统12、控制系统13、照明系统14、高清图像采集模块21、情绪识别系统22、灯光顺序模块23、分析情绪模块24、可视化人脸库25、无线收发模块26、照明模块27、无线收发模块二31、开关模块32、照明器件33、色温模块34、亮暗模块35、保护外壳41、Zigbee模块一42、单片机一43、壳盖44、多色温LED灯45、蓄电池46、单片机二47、Zigbee模块二48。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明的具有人工智能的家居照明系统实现方法的处理示意图，包括人脸采集系统11、识别系统12、控制系统13和照明系统14，所述识别系统12经控制系统13与照明系统14电性连接或无线组网连接。

图2所示为本发明的具有人工智能的家居照明系统实现方法的流程图，包括高清图像采集模块21、情绪识别系统22、记录开启灯光顺序模块23、分析情绪模块24、可视化人脸库25、无线收发模块26和照明模块27；

高清图像采集模块21的输出端连接情绪识别系统22的输入端，所述情绪识别系统22 的输出端分别连接记录开启灯光顺序模块23、分析情绪模块24和可视化人脸库25，所述记录开启灯光顺序模块23、分析情绪模块24和可视化人脸库25通过无线收发模块26与照明模块27交互，所述无线收发模块26为Zigbee无线收发模块。

如图3所示为本发明的具有人工智能的家居照明系统中的照明模块示意图；

无线收发模块26包括无线收发模块一和设置在照明系统14中的无线收发模块二31, 无线收发模块二21电性连接开关模块32，开关模块32电性连接照明器件33，照明器件33电性连接色温模块34和亮暗模块35。

如图4所示为本发明的具有人工智能的家居照明系统的实物装置示意图，图中的……代表多盏3盏以上家用灯具，每一个灯具包括保护外壳41和设置在其上端口的壳盖44以及设置在保护外壳41内部的Zigbee模块一42、单片机一43、多色温LED灯45、蓄电池46、单片机二47、Zigbee模块二48。所述Zigbee模块一42与单片机一43电性连接，所述多色温LED灯45经所述单片机二47接收所述Zigbee模块二48所接收的信号，所述蓄电池46可替换成220V交流电源，达到供电作用即可，所述摄像头模块49与单片机一 43USB连接。

其中高清图像采集模块21可搭配识别系统12进行人脸抓拍，并把人脸图像截取下保存至已设置路径下。

所述识别系统12内包括情绪识别系统22，记录开启灯光顺序模块23，分析情绪模块 24，可视化人脸库25。在单片机一43中烧入上述模块与系统，以单片机一43为核心进行算法的处理和计算，识别系统22能精准识别到人脸，情绪识别系统22将截取的人脸图像进行灰度化处理，同时利用已训练好的识别模型对人脸图像中人脸进行情绪预测，识别系统运行已经编写好的程序，神经网络模型加载、人脸识别模型加载。模型将预测此人脸为哪种情绪的可能性最大，若识别的表情为happy、angry则灯光表现为5500～6000k的色温，识别表情为neutral、surprised时为4000k的色温，识别表情为disgust、sad、fear时为3000k左右的色温。

并且，系统将路径下的人脸图像以BASE64的格式传输到可视化人脸库25进行比对，用户只需使用手机自行将用户的照片上传到可视化人脸库25即为加入此用户组中，此功能能检测出被拍对象是否为家庭成员或用户。系统中已录入根据相对应用户习惯的照明方案，若为家庭男成员或女成员都有各自不同的照明顺序，此用户每次的开关灯具的顺序都将记录在内，系统将预测此用户的用灯习惯而点亮家庭不同对应的灯具；若被拍对象不为家庭用户，则全部家庭灯具都打开。

所述控制系统(13)包括设置的Zigbee模块，根据上述不同情绪以及用户条件下，根据已设置好的判断结果利用Zigbee模块广播控制指令，根据分析结果对灯光的色温、顺序，将指令以字符格式广播到无线收发模块二31。

所述照明系统14包括无线收发模块二31、开关模块32、照明器件33、色温模块34和亮暗模块35。所述无线收发模块二31即在照明系统中内设相同的Zigbee模块二48，以接收由Zigbee模块广播的信号指令。当接收到指令后，由开关模块32进行分析后，控制照明器件33中的单片机二47，所述单片机二47包括色温模块34和亮暗模块35，以调节所述可调色温LED45的色温和亮暗顺序，以达到调节室内照明环境的目的；

图5为实际搭配的示意图，可以将本申请中记载的方案应用到灯1(吸顶灯)、灯2(水晶灯)、灯3(吊灯)、灯4(落地灯)，这样就能进一步提高这些灯的实际体验感；

图6为本装置实际识别时候的精度统计，其中包含了生气(angry)、厌恶(disgust)、害怕(fear)、开心(happy)、伤心(sad)、惊讶(surprised)、正常状态(neutral)，这些表情都可以被本装置识别，从中可以看出对开心、正常状态和伤心的识别度最高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。