[发明专利]场景式教室智能照明系统、控制装置及控制方法

说明书

本发明提供场景式教室智能照明系统、控制装置及优化和控制方法，主机单元基于光色传感单元、图像采集单元和人体检测单元分别获取教室各区域的色温值与照度值、场景图像和人体位置信号，基于经训练的场景检测器、根据图像特征及人员位置特征识别当前照明场景，通过建立调光照明分布表和光色评分函数，对可调光灯组中LED串驱动电流的各种组合进行评价，通过多目标优化算法对驱动电流值的组合进行寻优，最后将寻优结果传送给驱动器进行调光。本发明的光色评分函数能根据教室内的不同学习活动场景进行调整，使得优化出的照明条件能满足不同学习场景如自修、投影、讨论、课间休息等的要求，提高了照明控制的针对性，为教室学习提供了更人性化的照明环境。

技术领域

本发明专利属于智能照明领域，具体涉及场景式教室智能照明系统、控制装置及控制方法。

背景技术

学校是学习的场所，照明要充分考虑阅读、写字时所需要的足够照度，要选择合适的光源并设计和/或组合出舒适自然的照明环境。教室，是学生每天待时间最长的一个场所，不合适的灯光不仅影响着学生的学习，还有可能会导致学生近视。以前，教室里的照明一般只要求够亮，不容易坏就行。如今，随着社会进步和照明技术的发展，采光达标已经是教室照明的最低要求，更进一步要考虑到的是视力保护、节能环保和用户感受等指标。

目前，不管是中小学还是高校，现有教室多是预先设计好的。在照明系统实际运行过程中，仅能通过简单的几个开关对灯进行控制。这些灯的布置一般是按课桌面的照度要求进行优化设计的，假定的应用也是教室各主要区域全亮或全灭。

随着智能照明技术的出现与发展，独立、调光的灯控手段已经非常容易获取和实现。因此，近年来，在多地的教室照明设计规范中均有规定，要求有条件的学校宜结合天然采光选用智能照明控制系统来实现恒照度控制和调光控制。

另外一方面，智能的灯控需要考虑不同照明条件的照明效果。影响人视觉的环境照明因素有很多方面，其中比较重要的有：照度水平、照度分布、颜色显现、光影光色等，而这些因素对作业的影响是不同的。人眼有两个功能，一是感光功能，即光线经眼的光学系统抵达眼底在视网膜上形成物象；二是视觉信号处理功能，即视网膜将物象的光能转换并加工成神经冲动，经由神经节细胞将冲动传入人眼，从而产生视觉和非视觉效应。人眼视网膜上的第三类感光细胞即本征感光视网膜神经结细胞被发现后，已被证明它可以通过对进入人眼的可见光辐射产生一系列化学生物反应来控制人的生理节律、生物钟和人眼瞳孔大小，从而对人的生理、心理等产生影响。近年来，研究结果表明环境照明不仅会对人员的各项生理参数，例如血压、心率、褪黑激素等产生影响，同时对人员的学习效率和视功能也具有显著的影响。

目前，针对教室照明，已经出现很多自动控制的方案。在这些已有的教室照明方案中，有的关注夜间人工光源照明时课桌的照度分布，如专利号为2016110057838的中国发明专利申请，通过多次对不同角度的配光设计，使得黑板灯照度分布均匀。在灯控方面，专利号为2017109662294的中国发明专利申请，用摄像仪检测人数，并根据各分区人数的不同来调节照度；而专利号为2014107085532的中国发明专利申请，在多媒体教室灯中根据投影仪是否使用来进行灯光和窗帘的控制。这些控制方案都针对不同应用的需求特点对某个目标如照度进行智能灯控，但教室照明是一个复杂的系统，照明本身又与人的心理、生理活动紧密相关。根据教室学习不同活动对照明的多方面要求，需要一个综合考虑照度、冷暖色温、节能等多种指标的智能调控系统。

发明内容

针对现有教室照明中不同照明条件对学习的影响问题，本发明的目的在于，提供一种场景式教室智能照明系统、控制装置及优化和控制方法，离线状态下，通过样本采集获得教室内可调光灯组不同驱动电流组合下各测试点的色温与照度，建立调光照明分布表，在线应用时，基于教室图像和人体传感器信号识别出教室内当前活动模式如自修、投影、板书教学、讨论、课间休息等，针对不同活动的特点调整色温、照度的光色评分函数，基于色温、照度、照度均匀度和节能4个因素的评分值，多目标优化算法对可调光灯组各LED串的驱动电流值进行寻优，寻优结果被传送给驱动器后改变灯组出光，实现适合教室内各种学习活动的智能照明。