CN101682964A

CN101682964A - 照明控制系统和方法

Info

Publication number: CN101682964A
Application number: CN200980000025A
Authority: CN
Inventors: 张智恒; 温珊媚; 胡启钊; 卢明
Original assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Current assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: WO2010108326A1; CN101682964B

Abstract

本发明提供一种用来控制预定区域照明的照明控制系统。依照一个实施例，照明控制系统包括位于预定区域内的一个或多个光源，光源被设置以可调光强度；一个照相机，其被设置以摄取预定区域的一个图像；以及一个控制器，与一个或多个光源通信联系，并调整光源的光强度。控制器被设置以在一个闭控制环里运行，能够自动调整预定区域或环境的照明条件。错误警报检查过程检查暂时或局部事件以避免不必要的照明调整。

Description

照明控制系统和方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种照明控制系统和方法，特别涉及一种用于光强度控制和色度校正(hue correction)的主动照明控制系统。

发明背景

[0002]传统上，光源，如灯或许多灯，是被连接到灯开关而用于室内或其它空间照明。开关由用户控制打开和关闭光源。光源可能有一个固定的光强度或有一个由用户控制调整光强度的开关。

[0003]期望能在室内和其它现代建筑内提供一个优美舒适的照明环境，通过使用主动的、自动控制的和复杂的照明系统，而提供期望的照明条件，而又不需要大量的人力控制。所以，目前已经开发出许多自动照明控制系统。

[0004]一些照明控制系统的缺点是需要大量复杂的光传感器(lightsensor)，从而导致成本上升。另外，如果任何一个传感器发生阻滞或不能正常运作，整个控制系统将不能正常运作。这些系统通常也需要依照详细的规格说明来安装专业设备，这会需要大量的时间、精力和开支。

[0005]所以，需要一种照明控制系统，其能够克服现有照明控制系统的诸多缺点，同时能够提供主动照明控制系统的好处。

发明概述

[0006]依照本发明的一个实施例，披露了一种用来控制预定区域照明的照明控制系统。照明控制系统包括一个或多个位于预定区域内的光源，光源被设置以可调光强度；一个照相机，其被设置以摄取预定区域的图像；一个控制器，与一个或多个光源和照相机通信联系，控制器被设置以控制一个或多个光源，并调整光源的光强度，控制器还被设置以摄取预定区域的当前图像，控制器还被设置以初始化基准图像，并比较基准图像的目标区域和当前图像的目标区域以确定照明条件是否在一个预设可接受的范围内，如果照明条件超出预设可接受的范围执行错误警报检查；当照明条件超出预设可接受的范围时发出一个光控制信号，光控制信号包括用来调整照明系统的指令；并依照指令调整照明系统。

[0007]依照本发明的另一个实施例，披露了一种用来控制照明控制系统的方法，照明控制系统包括一个或多个用来摄取图像的照相机和一个包括一个或多个光源的照明系统，照明系统被设置以发送光到一个预定区域。此方法包括摄取和初始化一个基准图像；摄取预定区域的一个当前图像；比较基准图像的目标区域和当前图像的目标区域以确定照明条件是否在一个预设可接受的范围内，并且如果照明条件超出预定可接受的范围执行错误警报检查；当照明条件超出预设可接受的范围是发出一个光控制信号，光控制信号包括用来调整照明系统的指令；并依照指令调整照明系统。

[0008]依照本发明的另一个实施例，披露了一种用来控制预定区域的照明系统的方法。方法包括提供至少一个监控系统以摄取预定区域的至少一个图像；提供一个具有多个唯一可寻址光源的照明系统，每个光源有一个无线收发器(transceiver)，其被设置以传输和接收无线信号，并且每个光源有可调的光输出；提供一个控制系统，其被设置以分析图像数据，图像数据是由预定区域摄取的至少一个图像产生，然后使用图像数据来产生一个照明控制信号，照明控制信号包括用来调整至少一个光源的光输出的指令；并根据照明控制信号来调整至少一个光源。

[0009]从以下的详细描述，其中本发明实施例是通过附图进行描述，对本领域技术人员而言，本发明的其它实施例将变得更加显而易见。将会认识到，本发明可以有其它不同的实施例，能够以各种方式修改其一些细节，而不会脱离本发明的精神和范围。

附图说明

[0010]图1是本发明一个实施例的一个预定区域的示范图像，显示了示例图像的示例格栅。

[0011]图2是本发明一个实施例图1所示预定区域的示例图像，显示了邻近区域和目标区域。

[0012]图3是本发明一个实施例的照明控制系统的模块图。

[0013]图4是本发明一个实施例的光控制过程的流程图。

[0014]图5是本发明一个实施例的图像初始化过程的流程图。

[0015]图6是本发明一个实施例的错误警报检查过程的流程图。

发明详述

[0016]在以下的描述里，通过描述并参照附图，显示了本发明的具体实施例。将会理解，在不脱离本发明的范围情况下对其结构和其它方面作出改变，而成为其它实施例的。再者，各种实施例和每个不同实施例的各个方面可以以任何合适的方式进行组合。所以，附图和详细描述实际上将被看作是描述性的而非限制性的。在每个附图内的相同元件将由相同的参照码表示。

[0017]本发明实施例通常涉及一种照明控制系统和用来控制一个预定区域照明的方法。依照一个实施例，照明控制系统包括一个照相机、一个照明系统、和一个控制器，其被设置以控制照明系统并自动调整预定区域或环境的照明条件。使用图像处理来比较摄取图像的目标区域和基准图像的目标区域。基准图像代表了预定区域的优选照明条件。例如，可以使用任何合适的图像处理方法，如一台有内存、中央处理单元、和其它需要的硬件和的软件的计算机，用来执行图像处理指令。

[0018]现参照图1，预定区域的图像10显示本发明一个实施例的一个示例图像的示例栅格。依照本发明的一个实施例，预定区域的图像10显示了图像10的示例数据格12。数据格被分割成多个块14，数据格12里的每个块14表示由照相机摄取的一部分预定区域。数据格12的每个块14内的数据被平均以便进一步处理。然后可以将数据与基准图像的代表数据进行比较。

[0019]根据本发明一个实施例，图2是图1所示预定区域的示例图像，显示了目标区域20和邻近区域30。在示例图像10里，目标区域20被看作数据格里的单个块。但是，依照本发明的另一个实施例，目标区域可能包括数据格12的一个或多个块。在本发明的一个实施例里，其中目标区域包括数据格12的两个或多个块，此两个或多个块互相接邻，从而目标区域在预定区域里有一个大概位置。再者，示例图像10可能包括两个或多个目标区域，如两个或多个不相邻数据块，位于预定区域图像里分开的位置上。

[0020]在示例图像10里，邻近区域30包括围住目标区域20的多个数据块。但是，依照本发明的另一个实施例，邻近区域可以仅包括一个数据块，其靠近预定区域的目标区域20。依照本发明的另一个实施例，邻近区域可以包括两个或多个数据块，其靠近预定区域的目标区域20。在图2的所述示例里，邻近区域30靠近目标区域20。但是，邻近区域不需要接触到或邻近目标区域20，但可以包括一些数据块，这些数据块是与目标区域20分开有一个预定距离的。

[0021]图3是本发明一个实施例的照明控制系统100的模块图。照明控制系统100包括至少一个照相机102、一个包括一个或多个光源的照明系统、和一个控制器106。照相机102可以是任何类型的照相机，如光学照相机、数码照相机、摄影机、光传感器、或用来摄取图像的任何类型的监控设备。为了善用现有资源，也可以使用已有的照相装置，如保安系统摄影机或安全系统。照明系统104可以包括任何期望数目的光源。在一个实施例里，如果使用不止一个光源，每个光源都是唯一可寻址的，从而可以单独控制它们以便更全面地控制照明环境。

[0022]在一个实施例里，控制器106可以是任何类型的电子控制设备，包括可编程逻辑，从照相机102接收一个图像，并传输信号到照明系统104以及从照明系统104接收信号。控制器106可以包括一个微控制器单元或一个微处理器，其被设置以处理信号和运行指令，其可能是存储在任何合适计算机可读存储媒介上的可编程逻辑或计算机可执行指令。通过使用有线或无线方法，信号可以在照明控制系统100的不同组件之间进行传输。信号也可以通过其它设备或系统可以直接或间接地传输。

[0023]在一个实施例里，控制器106发送照明控制信号到照明系统104。照明控制信号可以是任何标准照明控制通信协议的任何命令或指令，诸如DMX通信格式。照明控制信号可被用来改变对应光源的光强度、调光级、颜色或CCT(相关色温)。

[0024]依照一个实施例，控制器106可以是一台个人计算机或任何计算机系统，其被设置能够与照明控制系统100的组件通信联系，并能够执行所需的功能。一台示例计算机包括一个中央处理单元、一个或多个用来存储和执行计算机编程指令的存储器、端口或无线通信设备，如使用诸如蓝牙(Bluetooth)、红外线、Wi-Fi或Zigbee(一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术)的红外线或无线设备以便连接到其它设备、以及所需的总线和基础架构以便运行计算机。计算机可以是网络的一部分，或被设置作为一个独立系统。各种应用程序和逻辑指令可以在网络服务器上或本地计算机系统上运行。

[0025]图4是本发明一个实施例的照明控制过程的流程图。在步骤200，执行一个图像初始化过程，建立一个基准图像。图像初始化过程会参照图5而详细描述。在步骤202，使用照相机来摄取预定区域的一个当前图像。在步骤204，使用图像处理可以映射所摄取的照相机图像，从而可以比较所摄取的图像和基准图像。

[0026]在流程图里涉及的每个图像是指从照相机所摄取图像中产生的图像数据。图像数据可以是通过使用任何合适的程序如Photoshop或GIMP(GNU图像处理程序)或任何图像处理程序或软件、或通过使用任何硬件如DSP(数据信号处理器)或微处理器而产生的。这些数据可以是从图象中萃取出来的诸如RGB、CMYK、色度或灰度。在一个图像处理的示例实施例里，首先使用照相机摄取一个图像，然后将图像转换成格栅以做进一步处理。

[0027]在步骤204，比较当前图像和基准图像，建立一个比较值。在决策步骤206，当前图像(表示当前照明条件)与基准图像(表示期望的照明条件)相比，照明控制系统确定比较值是否在预设容差范围内。如果比较值在预定容差范围内，过程返回到步骤202，然后摄取另一个当前图像。在步骤206和步骤202到206的重复迭代之间有一个预设延迟，以便节约计算或电资源，或者可以持续重复这些步骤。如果比较值超出预设容差，这被看作是一个容差异常，系统进行错误警报检查，即步骤208。与期望的照明条件(其由基准图像建立和确定)比较，比较值超出容差显示照明条件处于预设的可接受的范围之外。但是，错误警报检查需要确定容差异常是由照明条件的真实改变所引起，而不是照明控制系统的失常运行或异常干扰而引起的。例如，照明系统暂时阻滞，目标区域被阻挡，或外面的光源被暂时阻挡。错误警报检查过程将参照图6而被详细描述。在决策步骤210，如果容差异常是由错误警报引起，那么过程返回到步骤202。如果容差异常不是错误警报，那么在照明条件上已经发生变化，控制器106采取调整照明的步骤，即步骤212。

[0028]在步骤212，如果摄取图像的目标区域具有比基准图像的目标区域更低的光强度或CCT值，控制器106将调整相应目标区域光源的光强度或CCT值。这种调整将产生与基准图像相同或类似的光强度。如果摄取图像的目标区域具有比基准图像的目标区域更高的光强度或CCT值，进行类似的调整操作。

[0029]在调整照明之后，系统返回到步骤202，摄取另一个当前图像，重复过程直到所摄取的图像数据与期望的照明条件相比较，在预设可接受的范围内。所以，照明控制系统是在一个闭控制环里运行，重复检查照明条件，依照本发明的一个实施例，若有必要，可以多次重复调整过程。

[0030]图5是本发明一个实施例的图像初始化过程的流程图。对任何预定区域或位置，图像初始化充当一个校准过程。在图像初始化过程期间，基准图像是由用户确定或由控制系统自动确定，依照一定的参数和偏好可以编程计算出一个基准图像。基准图像反映出预定区域的优选照明条件。照明条件可以包括诸如光强度、对比度、色度、CCT和颜色控制。图像初始化也包括确定目标区域并将目标区域关联到光源的步骤，光源将影响目标区域的照明条件。例如，如果目标区域包括多个光源，将要确定每个光源如何影响目标区域，从而每个光源如何影响所摄取图像的数据。

[0031]现参见图5，在步骤300，设定预定区域和/或目标区域的光强度。在步骤302，照相机摄取预设区域的一个图像。在步骤304，所摄取的图像被映射到图像数据，如数据格栅。在步骤306，图像的每个部分被平均化以产生数据进行处理。在步骤308，图像数据被关联到光源，从而光源变化通常将导致图像数据上的可预测的变化。

[0032]图6是本发明一个实施例的错误警报检查过程的流程图。如图4所述，当比较值超出预设容差时，显示可能需要进行照明调整，启动错误警报检查过程。在确定错误警报之后，系统返回到图4所述的过程。

[0033]图6的流程图被分割成包括步骤400到410的步骤1和包括步骤412到422的步骤2。每个步骤被设置以检查可能是错误报警的不同条件。所以，如果存在这些条件，那么实际的照明条件没有改变，从而不需要调整照明。步骤1被设置以检查一个临时阻滞情况、阻挡一个或多个光源、阻挡外部光线、照相机的干扰或任何其它临时情况。通过检查一个邻近区域或一个靠近目标区域的情况，步骤2检查已经改变所监控目标区域的情况，不一定是整个照明环境。每个步骤可以单独使用或组合使用。无论是单个步骤1或步骤2或者两个步骤，都可以与其它步骤一起使用来检查其它错误警报情况。

[0034]在步骤400，控制系统等待一个预定时间量然后重新检查比较值。这个时间量可以是任何期望的数值，如秒或分、或其它更小的时间单位以便快速处理。但是，时间单位需结合步骤410，其需要一定量的时间才发现错误警报。在步骤402，在预定的时间量过去之后，系统将重新摄取预定区域的一个图像。如果临时情况导致容差异常，有可能在一定量的时间之后临时情况会消失。在步骤404，使用图像处理，比较重新摄取的图像和基准图像以重新计算比较值。在决策步骤406，控制系统在预定时间量之后确定比较值是否仍然超出预设容差。如果没有超出，过程行进到步骤408，发出一个错误警报信号。无论什么情况产生的容差异常消失后，照明环境实际上没有发生改变。如果超出，在决策步骤410，计数器递增，系统确定计数器是否已经超出预定数量的错误警报检查。如果没有超出，系统返回到步骤400。如果超出，控制系统行进到错误警报检查过程的步骤2。

[0035]在步骤412，检查目标区域的邻近区域。在步骤414，比较摄取图像的邻近区域和基准图像的邻近区域以计算一个邻近区域的比较值。在决策步骤416，系统确定邻近区域的比较值是否超出预设的容差。如果没有超出，系统发出错误警报信号，并返回到图4的控制系统过程，即步骤418。错误警报信号显示邻近区域的照明条件在预设容差范围内，所以当前的照明条件没有改变。如果邻近区域的比较值超出预设容差，那么计数器递增，系统确定计数器是否已经超出一定数量的错误警报检查，即步骤420。如果没有超出，系统返回到步骤412，如果超出，不是错误报警，系统产生一个光控制信号，并返回到图4的调整照明的过程，即步骤422。

[0036]比较值可以是一个数值或多个数值，取决于所比较的数据。例如，如果比较两个或多个目标区域，可以使用两个或多个比较值，一个比较值对应一个目标区域。但是，也可以处理两个或多个比较值来确定一个合并的比较值。

[0037]照明控制系统过程可以被用来监控和调整任何期望的照明条件，包括诸如光强度、色度、对比度和颜色。在光调整过程期间，照明控制系统可以分析摄取的图像数据，并使用图像数据来产生照明控制信号。照明控制信号包括如何调整照明系统的指令。在一个实施例里，在分析所摄取的图像数据时，照明控制系统确定超出预设可接受范围的图像的一个或多个目标区域，并调整照明系统的一些个别光源，会影响在此一个或多个离散区域的照明变化。

[0038]依照一个实施例，每个由照相机摄取的图像是一个空中图像(aerial image)。但是，可以使用从任何一个角度(vantage point)摄取的图像。具体来说，保安或其它监控照相机通常放在架高位置上，其能够摄取一个位置的远景全貌图。这些视图可能特别适用于本发明的实施例。依照一个实施例，可以使用两个或多个照相机摄取较多预定区域的照明环境数据。这两个或多个照相机的视图可以合并而产生一组图像数据。

[0039]本发明实施例的一个优点是照明控制系统能够更准确和稳定地控制照明，因为使用了错误警报检查。利用错误警报检查，可以避免由于一些反常情况而产生的不恰当照明控制。

[0040]本发明实施例的一个优点是可以提供更一致的照明。在照明控制系统里使用图像处理能够产生更好的一致性。另外，本发明实施例不限于具体类型的装置或专业摄影光学传感器。相反，本发明实施例也可以使用传统照相机和照相机系统所摄取的图像。

[0041]虽然已经特别参照所述实施例显示和描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围情况下，可以对其格式和细节作出改变。例如，尽管已经描述了利用单个照相机和所摄取的单个图像进行分析的本发明实施例，但本发明实施例同样可以使用多个照相机和多个由一个或多个照相机所摄取的图像。再者，尽管一些数值和标准被描述为预设定的，但这些数值和标准也可以是可变的，由用户进行调整或根据照明条件的变化或期望的系统性能自动调整。

[0042]所以，以上描述意在提供本发明的示例实施例，而本发明范围并不受在此所提供的具体实施例的限制。

Claims

1.一种照明控制系统，用来控制一个预定区域的照明，此照明控制系统包括：

一个或多个位于预定区域内的光源，该光源被设置可调光强度；

一个照相机，被设置摄取预定区域的图像；

一个控制器，与一个或多个光源和照相机通信联系，控制器被设置以控制一个或多个光源，并调整光源的光强度，控制器还被设置以摄取一个预定区域的当前图像，控制器还被设置以初始化一个基准图像，并比较基准图象的目标区域和当前图象的目标区域以确定照明条件是否在一个预设可接受的范围内，并且如果照明条件超出预设可接受的范围就执行错误警报检查；当照明条件超出预设可接受的范围时发出一个光控制信号，光控制信号包括用来调整照明系统的指令；然后依照指令调整照明系统。

2.根据权利要求1所述的照明控制系统，其中控制器执行一个闭控制环的步骤，其中依照基准图像重复检查并调整照明条件。

3.根据权利要求1所述的照明控制系统，其中至少一个或多个光源被设置与控制器进行无线通信。

4.根据权利要求1所述的照明控制系统，其中摄取并初始化一个基准图像过程包括设定预定区域的照明；摄取预定区域的图像；处理预定区域的图像并将图像关联到预定区域的一个或多个光源所产生的光。

5.根据权利要求1所述的照明控制系统，其中使用两个或多个照相机，控制器还被设置从每个照相机获取一个图像，并使用两个或多个当前图像的数据。

6.根据权利要求1所述的照明控制系统，其中错误警报检查至少是一个包括第一警报检查和第二警报检查的两步骤过程，其中在调整一个或多个光源之前要满足第一警报检查和第二警报检查。

7.根据权利要求1所述的照明控制系统，其中控制器还被设置产生一个比较值，其基于比较基准图像的目标区域和当前图像的目标区域，并检查比较值和一个预设容差。

8.根据权利要求1所述的照明控制系统，其中照相机是一台保安照相机。

9.一种照明控制系统的控制方法，照明控制系统包括一个或多个摄取图像的照相机以及一个包括一个或多个光源的照明系统，照明系统被设置以发送光到一个预定区域，此方法包括：

摄取并初始化一个基准图像；

摄取预定区域的一个当前图像；

比较基准图像的目标区域和当前图像的目标区域，以确定照明条件是否在一个预设可接受的范围内，如果照明条件超出预设可接受的范围，执行错误警报检查；

当照明条件超出预设可接受的范围时，发出一个光控制信号，光控制信号包括用来调整照明系统的指令；和

依照指令调整照明系统。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤：根据比较基准图像的目标区域和当前图像的目标区域，产生一个比较值，并检查比较值和一个预设容差。

11.根据权利要求9所述的方法，其中错误警报检查至少是一个包括第一警报检查和第二警报检查的两步骤过程，其中在调整一个或多个光源之前，要满足第一警报检查和第二警报检查。

12.根据权利要求9所述的方法，其中摄取并初始化一个基准图像包括：

设定预定区域内的照明；

摄取预定区域的一个图像；和

处理预定区域的图像以便将图像关联到预定区域内一个或多个光源所产生的光。

13.根据权利要求9所述的方法，其中执行错误警报检查包括：

等待一个预设的时间量；

重新摄取一个当前图像；

比较重新摄取的当前图像的目标区域和基准图像的目标区域，以确定照明条件是否在一个预设可接受的范围内；和

检查计数器以确定是否已经执行预定数量的检查。

14.根据权利要求13所述的方法，其中执行错误警报检查包括：

比较重新获取图像的邻近区域和基准图像的邻近区域以确定照明条件是否在一个预设可接受的范围内；和

检查计数器以确定是否已经执行预定数量的检查。

15.根据权利要求9所述的方法，其中执行错误警报检查包括：

比较重新摄取图像的邻近区域和基准图像的邻近区域以确定照明条件是否在一个预设可接受的范围内；和

检查计数器以确定是否已经执行预定数量的检查。

16.根据权利要求9所述的方法，还包括：

摄取预定区域的第二当前图像；和

处理当前图像和第二当前图像而产生图像数据。

17.一种控制预定区域的照明系统的方法，此方法包括：

提供至少一个监控设备以摄取预定区域的至少一个图像；

提供一个具有多个唯一可寻址光源的照明系统，每个光源有一个无线收发器，其被设置以传输和接收无线信号，并且每个光源有可调的光输出；

提供一个控制系统，其被设置以分析图像数据，图像数据是从摄取的至少一个预定区域的图像产生，并使用图像数据来产生一个照明控制信号，照明控制信号包括用来调整至少一个光源的光输出的指令；和

依照照明控制信号调整至少一个光源。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：根据比较基准图像的目标区域和当前图像的目标区域，产生一个比较值，并检查比较值和一个预设容差。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括执行错误警报检查的步骤，其中照明控制信号是在完成错误警报检查之后产生。

20.根据权利要求19所述的方法，其中错误警报检查至少是一个包括第一警报检查和第二警报检查的两步骤过程，其中在调整一个或多个光源之前要满足第一警报检查和第二警报检查。