CN101755486B - 用于处理构造物中的光的方法以及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理构造物(诸如房间或者其中一部分、交通工具等等)中的光的方法，其中在构造物中设置了多个光源。各光源发射携带单独编码的光。在构造物的摄像机位置中设置摄像机，并且该摄像机记录光斑的图像。光斑可以是，例如地板被照亮的区域或者光源的直接光图像。从所记录的图像推导单独的编码，并且确定与相关联的光源相关的一个或者多个属性(例如光源位置或者光强度之类的)。通过具有多个光源、摄像机以及信号处理设备的照明系统来执行该方法。本发明的典型应用是光源调试以及实时的覆盖区测量。

Description

用于处理构造物中的光的方法以及照明系统

技术领域

本发明涉及一种用于处理具有多个光源的构造物(structure)中的光的方法，该多个光源发射携带有单独编码的光。

背景技术

提供这样一种照明系统愈加普遍：其中通过在从光源发射的光中嵌入某种单独的编码，使得光源可以被唯一地识别。对于很多采用光处理的不同种类的应用来说，光源被单独地编码并因此可被单独地识别这一事实是有用的，这些应用例如在国际申请WO2006/111934中所公开的通过测量被检测的光的强度或者其他属性来控制照明系统；或者在US6,865,347中所公开的用于确定由来自光源的光所达到的对象的位置；或者用于调试光源等等。然而，当在构造物中安装照明系统时，通常没有预定每个单独的光源被安装在什么地方。而是在光源被安装之后，执行用于确定每个相应的光源被放置在构造物中的什么地方的程序。当光源位置属性因此被确定时，确定其他属性也就成为可能。迄今为止，利用相当大量的人工贡献来执行与位置相关的确定工作，这些确定工作包括将所发射的光与光源特性相关联，因此具有耗时的缺点。另一方面，如果一些其他光源属性(诸如光强度)已经被确定，人工参与仍是相当多的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种方法以及系统，通过自动进行光源属性的确定来缓解上述现有技术的缺点。

这个目的是通过如权利要求1中所限定的根据本发明的用于光处理的方法，以及如权利要求15中所限定的根据本发明的照明系统得以实现的。

本发明基于这样的认识：通过在安装光源之后使用摄像机来记录从光源发射的光的图像，并且在所记录的图像中识别单独的编码，就可能获得对光源属性的快速的并且至少基本上是自动的确定。

因此，依照本发明的一个方面，提供了一种用于处理具有多个光源的构造物中的光的方法，该光源发射携带有单独编码的光。该方法包括：

在构造物中的摄像机位置中设置摄像机，在该摄像机位置中摄像机能够记录来自光源的所述发射光的光斑：

通过所述摄像机记录所述光斑的图像；

从所记录的图像推导所述单独的编码；以及

对于每个单独的编码确定与相关联的光源相关的至少一个属性。因此，通过该方法，由于摄像机被放置在摄像机位置中，并且由于能够从摄像机所记录的光推导出关于单独编码的信息，这就有利于使得自动地获得关于光源的所期望的信息成为可能。将摄像机放置在适当的位置(其是相对简单并且快捷的操作)实质上构成唯一的人工动作。

需要注意的是，术语“构造物”意味着被设置为携带有关注类型的光源的任何构造物，包括但不局限于建筑物、建筑物中的房间、交通工具、有顶的或者被限制的区域等等。

依照如在权利要求2中所限定的该方法的一个实施例，确定某种光源位置(诸如与构造物或摄像机相关的位置)，这对于多种应用是有利的。

依照如在权利要求3中所限定的该方法的一个实施例，位置对应于预定的安装位置。由于光源被任意地安装在安装位置中，预先不知道哪个光源被安装在哪个安装位置，但是通过本方法，这种确定工作是可执行的。通常在调试应用中采用这种光源位置的知识。

依照如在权利要求4中所限定的该方法的一个实施例，将光源位置替换为与摄像机的位置相关，其通常对于将在下面进一步描述的其他覆盖区(foot-print)测量应用是有用的。

依照如在权利要求5中所限定的该方法的一个实施例，至少一个属性包括光斑的被确定的光强度。因此，该方法包括在强度是重要属性的情况下的进一步的操作(诸如控制所发射的光)。

依照如在权利要求6中所限定的该方法的一个实施例，通过利用单独编码的调制信号对光进行调制来提供单独的编码，调制信号优选地是CDMA信号，如在权利要求7中所限定的那样。这种调制为使用高效的方法来识别光源提供了可能性。此外，如在权利要求8中所限定的那样，使调制信号同步是有利的。在一个实施例中，记录与所述调制信号同步。在一个实施例中，光源异步地操作。

依照如在权利要求11中所限定的该方法的一个实施例，光斑包括被光源照亮的区域和光源的输出端中的至少一个。换言之，有可能在不同的位置中定位摄像机，在该摄像机位置中摄像机记录来自被照亮区域(诸如被照亮的地板的区域)的间接光的图像，或者记录直接地来自光源(诸如当摄像机被倾斜地向上指向天花板的方向，并因此朝向光源的输出端时)的图像。此外，光源可以被安置在构造物的墙壁上。取决于摄像机的位置，其可以倾斜地向上、向下或者向侧面指向输出端或者光斑。

依照如在权利要求12中所限定的该方法的一个实施例，还包括向控制光源的主控制器发送光源数据。使用中央主控制器是有利的，这样就能够提供有大规模计算能力。

在一个实施例中，该方法还包括向控制光源的主控制器发送通过所述摄像机产生的光源数据，该光源数据包括与所述测量的光强度相关的强度数据。在另一个实施例中，该方法还包括将光源位置映射到所述安装位置的布局图。

依照如在权利要求15中所限定的本发明的另一个方面，提供一种照明系统，其被设置在具有预定安装位置的构造物中并且包括多个光源，这些光源被任意地安装在所述安装位置；摄像机；以及信号处理设备。每个光源被提供有光编码器，以用于使用单独的编码对从该光源发射的光单独地进行编码。摄像机被设置为记录从光源所发射的光斑的图像。信号处理设备被设置为从所记录的图像推导所述单独的编码，并且确定与相关联的光源相关的至少一个属性。举例来说，属性包括每个相应的光源被安装在安装位置中的哪一个。

该照明系统以及在另外的权利要求中所限定的该照明系统的实施例，能够执行上面已经描述的方法的操作，并展示出相似的优点。然而，还应当注意下述特征。

依照如在权利要求21中所限定的该照明系统的一个实施例，摄像机包括具有检测器元件矩阵的图像检测器，每个检测器元件产生所记录图像的一个像素。因此，可以逐像素地进行图像处理，这减少了其复杂性，并且使得能够利用常规的、相对简单的数据处理。

通过参考在下面描述的各个实施例，本发明的这些以及其他方面、特点和优点将得以呈现和说明。

附图说明

参考附图，本发明将被更加详细地说明，其中：

图1示出了照明系统的设置的范例；

图2是根据本发明的照明系统的一个实施例的示意性框图；

图3示出了构造物的布局图的示意性范例；

图4是根据本发明的用于处理光的方法的一个实施例的示意性流程图；

图5是照明系统的另一个实施例的示意性框图；以及

图6是用于处理光的方法的另一个实施例的示意性流程图。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，照明系统101包括：多个光源103，它们被安装在构造物的天花板105处，该构造物在这里是房间107；以及摄像机111，其被安装在房间107的角落处，在入口113的左侧并接近天花板105。摄像机111倾斜向下并具有广角镜头，从而记录光源103以地板109上的被照亮区域115(在这里是圆形)的形式产生的光斑。参见图3，光源103被安装在预定的安装位置303处，这些安装位置303例如是可以从房间的布局图301推导出的。光源103发射具有在其中嵌入单独编码的光。因此能够识别每个单独的光源103，并且将其特性与其所安装的安装位置303相关。摄像机111被放置在房间107的一个位置中，使得摄像机111能够看见所有光斑115，即关注的所有光斑。该摄像机位置已经被预先确定，或者通过在摄像机111中提供的位置确定设备(参见图2中的215)来确定。当预先确定时，优选地在布局图301上指出摄像机位置305。入口307也在布局图301上画出。摄像机位置的基本用途是，通过将图像数据与摄像机位置相关，使得能够将图像中的光源与正确的安装位置相关联。由于能够在被检测的各个光源103或者光斑115之间进行相互比较，所以不需要十分精确地确定摄像机位置，而通常知道大概的摄像机位置就足够了，当人们在从布局图读出或者以某种其他方式被告知的位置中放置摄像机时就获得了这个大概的摄像机位置。然而，在应当关注更精确的位置，或者为了例如避免“人为误差”的情况下，可以在摄像机111中提供并使用位置确定设备。

通过适当的图像处理，就能够记录房间107的图像，并且更具体地说是记录被照亮的区域115的图像，以便检测每个区域115的光的单独编码，并将检测到的编码(即光源103)与安装位置303相关。这将在下面进一步解释。虽然在WO2006/095317中说明了这种确定的位置与布局图的关联性，但是方法完全不同，其中在构造物中放置三个参考节点，并且使用三角测量来执行光源的位置确定。另外，该三角测量完全是通过RF信号来执行的。

参考图2的框图，照明系统201的一个实施例包括多个光源203、摄像机205以及主控制器207。主控制器(MC)207包括信号处理器(SP)209、控制单元(CTRL)211以及同步单元(SYNC)213。在该实施例中，照明系统被完全地同步，也就是说光源203和摄像机205都被连接到同步单元213并通过同步单元213来同步，该同步单元213是基准频率发生器。更具体而言，每个光源203包括光编码器204，其与同步单元213相连接。此外，在该实施例中，光编码器204是调制信号发生器，其通过CDMA调制对光进行调制。因此，所发射的光携带有CDMA编码，并且同步单元213同步所有光源203的CDMA调制。此外，控制单元211被连接到光源203以用于在例如强度和/或颜色等方面控制它们的光输出。摄像机205包括图像检测器217，该检测器又包括检测器元件219的矩阵，每个检测器元件219产生所记录图像的一个像素。摄像机205的图像信号输出端被连接到信号处理器209。为了确保摄像机205被正确地放置，或者为了获得摄像机205的更精确的位置，其被提供有位置确定设备215，诸如GPS或者一些其他适当的设备。

现在将参考图4的流程图描述照明系统的操作，即用于处理光的方法的一个实施例。假设光源103被任意地安装在天花板的预定安装位置处，而安装位置又是依照布局图301所设置的。首先，在步骤401，摄像机111被放置在房间107的摄像机位置中，该摄像机位置305在布局图上被标出。然后，在步骤403，将摄像机111的位置与安装位置303相关。实际上，由于摄像机位置305以及安装位置303是预定的，所以摄像机111相对于安装位置303的位置是已知的。在这种情况中，从入口113、307来看，摄像机被放置在房间107的左角。另外，摄像机111被放置成接近房间107的天花板105并且稍稍向下倾斜，从而使得被所发射的光照亮的地板109的区域115在摄像机111的视野之内。

然后，在步骤405，摄像机111以对应于(或者适配于)CDMA调制的调制频率的频率记录被照亮区域115的图像。因此摄像机111能够产生捕捉到不同的被照亮区域115的不同的CDMA编码的图像。由此得到的图像(或者更具体地是产生的图像信号)被馈送到主控制器207，并且更准确地是被馈送到信号处理器209，在步骤407，信号处理器209从图像信号推导出单独的编码。在该实施例中，推导编码的操作基于逐个像素的处理，其中每个检测器元件219产生总体图像信号的子信号。因此，来自检测器元件219的子信号携带有关于单独编码的信息，并且检测器元件219在矩阵中的位置(也因此是在图像中的位置)与房间的位置相联系。具体而言，矩阵上不同光斑的相互位置被转换成布局图301上的相互位置。以此为基础，在步骤409，主控制器207则通过将单独的编码与安装位置303相关联，来确定每个相应的光源103、203实际上被安装在哪个安装位置303处。

这种对于哪些光源被实际放置在安装位置处的确定被认为是调试。本发明的范围还进一步包括光处理。在很多应用中，诸如在构造物中创造特定氛围的应用中，或者在需要精确的光控制的应用中，主控制器207用于控制光源103、203以便产生确定的光效果。然后将确定光源103、203的光强度(或者一些其他适当的属性)的步骤添加到调试中。然后主控制器不仅知道了每个光源的位置，而且还知道了其在数量上的贡献。这种对所发射的光的分析被称为覆盖区测量。由于该信息，主控制器207能够针对输出功率、色点、或类似的方面对光源103、203单独地进行控制。然后图像的记录被用于光源的反馈控制。能够以一种提供了实时覆盖区测量的速率记录并且分析图像。另一方面，对于单纯的调试，频率可以显著地降低。

更具体而言，用于确定发射光的属性(诸如强度)的覆盖区测量通常是从所谓的暗室校准(darkroomcalibration)开始的，其中测量每个单独的光源的覆盖区。在现有技术中，通过提供黑暗环境、然后接通一个光源、测量其覆盖区、再断开该光源、接通下一个光源等来完成暗室校准。在本方法中，无需断开任何光源或者提供任何黑暗环境。与之相反，由于能够从由摄像机所摄取的图像推导单独的编码，就能够在所有光源都接通以及在白天的情况下测量单独的覆盖区。此外，与调试形成对比，覆盖区测量不需要关于光源位置本身的知识，即每个光源被放置在哪个安装位置。可是对于一些覆盖区测量的应用，知道这些位置可能是有帮助的。因此，如在图6的流程图中所示，在本方法的一个实施例中，暗室校准类型的覆盖区测量包括下列步骤。首先，在步骤601，摄像机被设置在摄像机位置中，该位置是预定的或者基于光斑确定的。然后，在步骤603，摄像机记录地板上的覆盖区的图像，这些覆盖区是由从光源发射的光产生的。图像记录的速率优选地为高，使得能够实时地进行测量。在步骤605，通过信号处理器从被记录的图像推导出嵌入在被记录的光中的标识符，即单独的编码。接下来，在步骤607，确定与标识符中的相应的一个标识符相关联的每个光源相对于摄像机位置的位置。最后，在步骤609，通过在所记录的图像上进一步进行图像处理或者信号处理，确定每个光源的光属性。由于有标识符，就能够确定来自每个单一光源的单独的贡献。该光属性通常是光强度。为了进一步使用(诸如在房间中或者在房间的一部分中产生所期望的光氛围)，将光源的光属性发送到主控制器。可替换地，取决于在哪里提供处理能力，将图像数据(即被记录的图像)直接发送到执行所有信号处理的主控制器。由于主控制器现在知道摄像机的位置以及光源相对于该摄像机的位置，则该主控制器能够计算如何来设置不同的光源以便获得所期望的光氛围。通过向主控制器产生反馈数据，则连续的覆盖区测量可以应用于光源控制。

如在图5中示出的，在一个可替换实施例中，照明系统以异步方式操作。以前，有时候需要及时地区分来自各个不同光源的光的发射，以便能够每次检测从单一的光源所发射的光。然而，通过使用单独的编码，不需要各灯的及时同步，而是光源可以以异步模式进行工作。也就是说，光源嵌入了单独的编码，而各编码是异步的。在一个可替换实施例中，该照明系统以这样的方式操作：在调试期间记录图像的频率被降低，而在覆盖区测量期间则以全速率运行。

如图5所示，在照明系统501的一个可替换实施例中，在摄像机505中提供信号处理器509。主控制器507然后接收经处理的图像数据，通过控制单元511进一步作用于该主控制器以便控制光源503。

代替以被照亮区域的形式来记录光斑，可以将摄像机放置在地板上并且向上指向以便记录来自光源的直接光，如在图1中117处由虚线所示出的那样。然后光斑由光源103的输出端所构成。

不使用先进的CDMA编码(虽然这种编码是有利的)，而是能够使用许多不同类型的编码，只要通过照明系统的摄像机和图像处理设备可以检测并且推导这些编码。因此，例如可以将非常简单或者低频率的编码添加到光中。虽然附图示出的是有线连接(这应当被象征性地解释)，但也可以是无线连接。

如上所述，在光源处产生单独的编码，但可替换地，也可以由主控制器产生并将其馈送到光源。例如，这可以通过将主控制器和光源相互联接的RF网络来实现，例如在US6,969,954中所公开的那样，其描述了安装一个照明系统，其中光源以及控制器属于RF网络。在这种情况中，可以从网络获取编码，或者从网络地址推导出编码。

该光源的单独编码的另一个可替换实施例是，为光源提供随机产生其自己编码的内在能力。这种类型的编码生成对于上述在构造物中创造一种氛围的监视应用特别有用。

不管(或者除了)上面所叙述的关于及时地区分来自光源的发射，在一个可替换实施例中采用时分多址(TDMA)技术。光源于是被调制，从而使得它们在不重叠的时间间隔中发光。这简化了所记录的覆盖区的图像处理，这是因为每次只有单一的覆盖区被记录。通过当所有光源被断开时单独测量背景光可以进一步改进该实施例。从覆盖区测量中减去背景光的贡献。单独的编码还用于对光源进行识别。

如上所述，描述了在所附权利要求书中限定的根据本发明的用于处理光的方法以及照明系统的各个实施例。这些应当仅仅看作是非限定性的范例。本领域技术人员可以理解，在本发明的范围内可以有很多修改以及可替换的实施例。

应当注意，对于本申请来说，并且特别是关于所附权利要求书，词语“包括”并不排除其他元件或者步骤，词语“一”或者“一个”并不排除多个，其本身对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (21)

1.一种用于处理具有多个光源（103、203、503）的构造物中的光的方法，其中各光源发射携带有单独编码的光，其特征在于：

在构造物中的摄像机位置（305）中设置摄像机（111、205、505），在该摄像机位置中摄像机能够记录来自各光源所发射的光的光斑；

通过所述摄像机（111、205、505）记录所述光斑的图像；

从所记录的图像推导所述单独的编码；以及

为每个单独的编码确定与和每个单独的编码相关联的光源（103、203、503）相关的至少一个属性，

其中所述至少一个属性包括光源位置，

其中构造物具有预定的安装位置（303），其中光源（103、203、503）被任意安装在安装位置（303）处，并且其中所述光源位置是该光源（103、203、503）被安装的安装位置（303）。

2.根据权利要求1所述的用于处理光的方法，其中所述光源位置是相对于所述摄像机位置（305）的相对位置。

3.根据权利要求1所述的用于处理光的方法，其中至少一个光属性包括所述光斑的确定的光强度。

4.根据权利要求1至2中任一项权利要求所述的用于处理光的方法，其中通过用单独编码的调制信号对光进行调制来提供所述单独的编码。

5.根据权利要求4所述的用于处理光的方法，其中所述调制信号是CDMA信号。

6.根据权利要求4所述的用于处理光的方法，其中所述调制信号是同步的。

7.根据权利要求6所述的用于处理光的方法，其中所述记录与所述调制信号是同步的。

8.根据权利要求1至2中任一项权利要求所述的用于处理光的方法，其中所述光源异步地操作。

9.根据权利要求1至2中任一项权利要求所述的用于处理光的方法，其中所述光斑包括被光源照亮的区域和光源的输出端的至少其中之一。

10.根据权利要求1至2中任一项权利要求所述的用于处理光的方法，还包括：

向控制各光源（103、203）的主控制器（207、507）发送通过所述摄像机（111、205、505）产生的光源数据，该光源数据包括与所述单独的编码相关的图像数据。

11.根据权利要求3所述的用于处理光的方法，还包括：

向控制各光源（103、203）的主控制器（207、507）发送通过所述摄像机（111、205、505）产生的光源数据，该光源数据包括与所述测量的光强度相关的强度数据。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将光源位置映射到所述安装位置的布局图。

13.一种照明系统（101、201），其被设置在构造物（107）中并且包括：

多个光源（103、203、503）；以及信号处理设备（209、509），其特征在于：

还包括摄像机（111、205、505），其中给所述光源（103、203、503）中的每一个提供光编码器（204），以用于使用单独的编码对从该光源发射的光单独地进行编码；其中所述摄像机（111、205、505）被设置为记录从各光源（103、203、503）所发射的光斑的图像；并且其中所述信号处理设备（209、509）被设置为从所记录的图像推导所述单独的编码并且确定与和单独的编码相关联的光源（103、203、503）相关的至少一个属性，

其中所述至少一个属性包括光源位置，

其中构造物具有预定的安装位置（303），其中光源（103、203、503）被任意安装在安装位置（303）处，并且其中所述光源位置是该光源（103、203、503）被安装的安装位置（303）。

14.根据权利要求13所述的照明系统，还包括主控制器（207，507），其被设置为控制所述光源（103、203、503）。

15.根据权利要求13所述的照明系统，其中在摄像机（111、205、505）处提供所述信号处理设备（209、509）。

16.根据权利要求14所述的照明系统，其中在主控制器（207、507）处提供所述信号处理设备（209、509）。

17.根据权利要求13至16中任一项权利要求所述的照明系统，其中所述至少一个属性包括所述光斑的光的强度。

18.根据权利要求13至16中任一项权利要求所述的照明系统，其中所述摄像机（111、205、505）包括位置确定设备（215）。

19.根据权利要求13至16中任一项权利要求所述的照明系统，其中所述摄像机（111、205、505）包括图像检测器（217），该图像检测器（217）包括检测器元件（219）的矩阵，每个检测器元件（219）产生所记录图像的一个像素。

20.根据权利要求13至16中任一项权利要求所述的照明系统，其中所述光编码器（204）是调制器，其被设置为用调制信号对光进行调制。

21.根据权利要求20所述的照明系统，其中光源（103、203、503）的调制信号是同步的，并且其中在摄像机（111、205、505）中图像的记录也是相应同步的。