智慧視覺於照明控制之技術與應用

作者:

黃國唐、蔡雅惠、盧曉君、張耿豪、李韋辰

刊登日期:2020/04/30

摘要

本技術將可協助照明場域之光源適切地運用,有助於提供照明場域針對需加強或減弱之區域進行照度調控,可有效減少能源之浪費,並且透過智慧視覺系統之協助,能有效提供在需要照明區域之作業人員一個清楚且安全的輔助照明系統,進一步還能針對重點區域進行強調照明,以獲得更具彈性及靈活性之機能照明功能。

This technology will assist proper use of light source in the illumination field. The assistance provides an effective way to save energy for the area where the lightening needs to be particularly strengthened or weakened. In addition, with assistance through smart vision systems, a clear and safe auxiliary lighting system can be provided for those who need to work in the lighting area. Furthermore, accent lightings are available for some specific key areas, which add more flexibility for the lighting system.

前言

集邦諮詢LED研究中心(LEDinside)最新研究報告《2H19 全球 LED 照明市場報告-照明級封裝與照明產品趨勢》表示,2018年以來全球照明產業經受了嚴峻的內外部衝擊。根據LEDinside資料顯示,LED照明市場規模於2018-2023年複合成長率為6%,替換式照明已邁入飽和期,行業亟待新的增長引擎;根據外部環境市場,全球宏觀經濟疲弱,加上中美貿易衝突之下大量照明產品納入徵稅清單,加劇第三國套利以及轉口貿易的行為,其中墨西哥,韓國和越南成為最大贏家。通用照明市場日趨飽和,但細分市場仍具成長潛力,例如400W以上的大功率照明產品受到市場關注,應用場所包含體育場館、機場、碼頭、船舶、漁業照明等。[1]

為了使應用場域的照明能更有效率,結合智慧視覺技術可將應用場域的照度資訊回饋傳輸給燈光控制系統(如LED照明),使燈光控制系統可依回饋值調整燈光使場域照度得以適切分配,不須使用到全功率照明即可達到場域照度需求,且場域照度也可隨時依情境需求變化即時調整,可節省能源損耗,達到節能之功效。

智慧照明系統簡介

智慧照明(Smart Lighting)係指透過感測與控制技術隨著環境變化或情境需求進行自動適應或調整照明參數,進而符合使用者的需求並達到節能之照明技術。然而,不同的照明應用情境中,使用者對光的需求卻有著個體感受上的差異,造成此等差異的因素包含使用者的年齡、性別等生理特徵,以及所處環境的物理特性之影響,而人性化照明(Human-centric Lighting)技術則是結合智慧調變功能,並隨時依據環境特性和使用者特徵及需求以自動化之智慧照明管理控制,創造出最佳之照明環境,進而實現以人為本的照明理念。[2]

照明評價的標準為照度,而照度的定義為被照射物體每單位面積所接收到的光通量,其單位為勒克斯 (LUX),1勒克斯等於1流明/平方米。每一種不同使用目的之場所,均有其合適的照度來配合實際需要,例如:一般家庭書房的平均照明照度約為100 LUX,但閱讀時則需要600 LUX之照度,此時可用檯燈輔助局部照明,以達到所需之照度需求;適應需求的照度調控是極為重要的,因為照度太低時,容易導致人眼疲勞也易造成近視,照度太高則過分明亮刺眼,且亦會造成多餘電力的耗費。[3]

智慧照明系統是基於適應性照明及節能考量所建構,此系統需包含可控照明燈具、燈控模組、照明評價方法及照度回饋模組等,可控照明燈具需具備可獨立調整輸出功率之功能,燈控模組需能事先模擬建立場域的光照模型,以利於後續場域的照度調整,照明評價方法則需能穩定計算出場域的照度情形,並透過評價結果回饋模組將照度分析結果回饋至燈控模組以調整燈具的輸出情形,達到最適切之環境照明,更進一步達到節能之效果。

智慧視覺照明系統-以圖書館閱讀室為例

智慧視覺照明系統主要針對室內環境之最適照明控制做應用開發,場域例如:羽球館、圖書館、閱讀室、會議室…等環境,本文中將以圖書館閱讀室的照明控制為例做說明。依圖書館節能技術手冊中指出[4],公立圖書館能源損耗主要是以電能為主,其電能使用分佈如圖1所示,一般分為空調、照明、電梯、插座用電、送排風設備及給排水設備,其中以空調設備占47%最高,其次為照明占25%,因此改善其照明效率則將有效達到節能之效果。

圖 1 圖書館耗能分布圖 [4]

以圖書館中閱讀室為例,室內上方原先安裝為一般日光燈具,難以符合燈具調控需求,因此更換為可獨立控制的高亮度LED燈具,每組LED燈具可依控制端命令獨力輸出不同的功率及照明狀態,以達到照明調控之目的。

1.智慧視覺照明系統設計

智慧視覺照明系統主要針對影響照明品質因素中的照明均勻度以視覺模組來做評價,此系統除必須具備的LED燈具、PLC (Programmable Logic Controller)燈控模組外,另需包含視覺取像模組及照明評價處理用控制器等硬體,以及資訊回饋用通訊模式、照明均勻度分析、照明校正轉換及評價資訊回饋等處理軟體;後續將針對圖書館閱讀室應用場域說明智慧視覺照明系統中主要之硬體配置及軟體所需技術,包含視覺取像模組配置、閱讀室人員偵測方法等,細節分述如後。

(1)視覺取像模組配置

因需評估整個環境中之照度分佈情形,視覺取像模組需架設於高處,選用變焦網路攝影機,解析度為HDTV 1080p,適用於大範圍區域的高解析度影像監控,可透過網路遠端下達控制命令進行影像擷取、光圈調整、對焦等功能,很適合智慧視覺照明系統使用。

…本文未結束

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