CN102422719A - 用于控制照明的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种借助于多个可控光源（16）控制空间中的照明氛围的方法。根据空间中诸如人之类的对象（20）的位置适应性调节来自光源（16）的光。控制包括捕获所述空间的至少一部分的图像。根据所述图像，从可控光源（16）中的选择的光源到所述空间中示于所述图像中的对应图像位置处的点的光是否被对象（20）遮断。这可能涉及其中对象投射阴影的图像位置或者显示背离光源（16）的对象上的表面的位置。根据其中检测到光被遮断的对应图像位置，检测指示遮断对象相对于可控光源（16）中的所述选择的光源的方向的信息。依照根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定的方向更新指示所述空间中对象（20）的位置的位置信息。根据更新的位置信息调节可控光源（16）的照明参数设置。

Description

用于控制照明的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于控制照明的方法、用于控制照明的系统、图像处理设备和计算机程序产品。

背景技术

从WO2007072285可获悉根据家具的位置控制房间中的照明。对家具位置的依赖性可能是照明系统中控制房间中的光强度空间分布和光谱特性（其将被称为“光氛围”）的一个因素。选择的光氛围可以借助于房间中的不同点处且具有可选择的强度和光谱含量的多个光源来实现。希望的光氛围的选择可以例如基于诸如观看电视、交谈、阅读等等之类的用户活动而执行。当例如用户观看显示屏幕时，可以根据显示的信息的内容分类（浪漫电影、动作片、视频游戏等等）进行不同的光氛围选择，或者可以基于呈现的视频帧使用视频内容分析或使用专用于内容的光脚本创建不同的光氛围。再者，用户可以通常通过从预设选项中选择而手工地控制氛围选择。

由于光氛围可能涉及许多个别的照明参数，因而希望的是可以在很大程度上自动地调节这些参数，而无需用户每次设置所有的参数。然而，这种自动选择带来了挑战，因为它取决于房间中家具的位置以及用户的位置和注意方向。家具和人可能遮挡光或者影响反射的光的光谱分布。而且，取决于用户的位置和注意方向，可能需要不同的照明参数。例如，可能需要根据相应光源是处于用户之前、用户之后还是在用户旁边而不同地控制照明参数。

为了考虑房间中的家具和人的影响，WO2007072285提供了使用附接到家具和人的衣服的RFID标签。通过这种方式，不同对象的位置和身份可以借助于RFID响应的三角测量而确定，并且结果可以用来适应性调节光源的控制。WO2007072285也描述了可以使用其他的传感器代替RFID标签，所述其他的传感器能够接收信号和发送信息，例如红外或超声换能器。然而，为了考虑所有的照明效应，该解决方案需要向所有的家具和人提供发射应答器的开销。作为一种可替换方案，可以考虑借助于图像处理技术测量对象和人的位置。体视术，或者更抽象地说对撞击到房间中的对象和人上的多条光线的标识可以用来测量位置。然而，这样的测量需要校准的装置，这在像住宅那样的非专业环境中可能是不切实际的。

发明内容

除了别的以外，希望的是提供一种用于控制光氛围的方法和系统，其能够自动地考虑人或其他对象的位置而无需诸如详细的校准之类的大量开销。

提供了一种依照权利要求1的方法。在这里，捕获由用来创建光氛围的光源照亮的空间的至少一部分的图像。图像处理器根据所述图像检测从可控光源中的选择的光源到所述空间中示于所述图像中的对应图像位置处的点的光是否被人或其他对象遮断。这些图像位置可能是该人或其他对象在其他多个对象上投下阴影的图像位置，或者例如背离可控光源的人或其他对象上的图像位置。在一个实施例中，对应图像位置仅仅选自预定的图像位置集合，例如被检测为显示人或其他对象的图像位置，或者在不存在人或其他对象的情况下被检测为由可控光源中的所述选择的光源照亮的图像位置，或者其中在不存在人或其他对象的情况下预测可控光源中的所述选择的光源支配照明的图像位置。

从其中检测到光被遮断的图像位置，处理器根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定指示遮断的人或其他对象相对于可控光源中的所述选择的光源的方向的信息。例如，从发现人或其他对象投射阴影的图像位置到光源中的所述选择的光源的图像位置的线可以用来确定该方向。作为另一个实例，人或其他对象上的被可控光源中的所述选择的光源照射和不被其照射的部分的分布可以用来确定该方向。

在一个实施例中，用于确定所述方向的可控光源根据以下确定从可用可控光源中自动地选择：来自该可控光源的光在用于确定所述信息的图像位置处被认为是遮断的。

获得的方向由处理器用来更新指示所述空间中的人或其他对象的位置的位置信息。更新可以例如包括缩减其中可能存在人或其他对象的房间中的区域的数量。更新可以例如从所有可能的初始位置的集合开始，或者从已经通过从早先的图像导出的更新、利用可控光源中的其他光源导出或者利用其他技术（例如图像中的人或其他对象的检测）导出的更新缩减的集合开始。

得到的位置信息用来自动地调节可控光源的照明参数设置。通过这种方式，有可能调节用来创建光氛围的所有可控光源的照明参数，其使用由于可控光源中的选择的光源引起的阴影效应的观察。可以通过这种方式控制甚至未用来确定位置信息的可控光源，如果它们与用来确定位置信息的光源具有已知的几何关系的话。在一个实施例中，照明的调节包括接收希望的光氛围的选择，其规定依赖于相对于人或其他对象的方向的光特性。不同的可选择光氛围可以具有不同的光强度和光谱含量分布，或者甚至这些分布的时间变化。然后，依照更新的位置信息自动地将选择的氛围转化成可控光源的照明参数的设置。

在一个实施例中，参数调节由关于所述方向的信息控制，该信息仅仅指示人或对象是否超出预定的角度，而与人或对象超出预定的角度多远无关。这使得关于房间中的光源和对象的位置的精确信息对于所述控制是不必要的。

尽管可以使用其中提供相对精确的方向测量、几乎精确定位人的位置的实施例，但是应当理解的是，这样的精度可能不是必要的。在一个实施例中，可以使用非常粗糙的测量，其提供不比以下更多的信息：人在可控光源中的所述选择的光源的左边或右边，因为来自人的阴影具有分别在图像中延伸到左边或右边的方向分量，和/或人在可控光源中的所述选择的光源之前或之后，因为所述阴影具有远离照相机或朝向照相机的方向分量。这种类型的信息可以用来减小人的位置可能位于其中的平面布置图中的区域。这样的减小本身可以提供用于照明控制目的的足够信息，或者它可以与针对可控光源中的其他选择的光源的结果结合以便提供足够的信息。

在一个实施例中，位置信息可以表示平面布置图的预定区域集合中人或其他对象的存在或不存在，这些区域在平面布置图中具有从可控光源的位置发散的边界线。当使用这样的区域时，容易应用关于来自所述光源中的选择的光源的方向的信息以更新位置信息。更新可以例如用来排除在不与观察的阴影一致的方向上的区域中人或其他对象的存在。

在一个实施例中，仅仅从显示所述空间的地板、天花板和/或墙壁的图像位置中选择对应图像位置。已知的图像分割技术可以用来事先标识这样的图像位置。

在一个实施例中，利用不同的照明参数设置获得的图像之间的差值用来检测显示其中光被人或其他对象遮断的所述空间中的点的像素位置。当选择的光氛围限定时间变化模式时，所述检测可以与该变化同步以便执行这样的检测而不仅仅出于检测的目的改变照明。

在一个实施例中，显示其中光被人或其他对象遮断的所述空间中的点的像素位置的检测通过将来自图像的像素值与对应像素位置的参考值进行比较而执行。该比较可以直接地执行或者通过将像素值除以参考值并且将该比值与预定阈值进行比较而执行。在另一实施例中，根据捕获图像时的可控光源的照明参数的设置计算参考值。这些参考值可以适于可控光源中的所述选择的光源。这使得甚至在不改变照明参数的情况下也可能获得更加可靠的检测。

所述方法可以使用这样的照明系统来实现，该照明系统包括图像处理电路，该图像处理电路具有用于接收来自图像传感器的图像的输入端以及用于将位置信息提供给控制电路的输出端，该处理电路被配置成在来自所述图像传感器的图像中检测从可控光源中的选择的光源到所述图像中的对应图像位置处显示的点的光是否临时被对象遮断，根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定指示遮断对象相对于可控光源中的所述选择的光源的方向的信息，并且依照根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定的方向更新位置信息。

附图说明

示例性实施例将使用以下附图加以描述

图1示出了一种照明系统

图2示出了一种照明配置

图3图解说明了人身上的阴影

图4图解说明了人投射的阴影

图5示出了一个用于基于阴影控制照明的过程

图6示出了一个平面布置图

图7示出了一个用于基于阴影控制照明的过程

图8示出了一个用于执行位置更新的过程。

具体实施方式

图1示出了一种照明系统，其包括照相机10、图像处理器12、控制电路14和多个可控光源16。图像处理器12具有耦合到照相机10的输入端以及耦合到控制电路14的通信接口。控制电路14具有耦合到可控光源16的控制输入端的输出端。可控光源16的部分或全部可以提供开/关控制、强度控制、方向控制和/或光谱含量控制。在一种操作设置中，可控光源16位于房间中的不同位置处。

在操作中，控制电路14控制可控光源16的设置，即控制电路14控制可控光源16的哪种组合接通以及可选地具有什么强度、光谱含量和/或方向分布。在一个实施例中，该设置可以至少对于一定时间间隔而言是时间无关的，但是可替换地，可以以预定的重复周期使用选择的可控光源16的具有时间上变化的强度和/或光谱含量变化模式的设置。

控制电路14被配置成根据图像处理器12提供的光氛围选择和位置信息选择所述设置。优选地，控制电路14具有用于接收光氛围选择的输入端，但是可替换地，可以提供单个预定的光氛围选择。用于接收光氛围选择的输入端可以包括被配置成允许用户选择多个可替换光氛围选择之一的用户接口。优选地，位置信息至少近似地指示了房间中的人的位置，但是可替换地或者此外，其他类型的对象的位置可以被确定并且用来控制照明。

此外，可以在房间中提供显示屏幕（未示出），其耦合到诸如电视接收器或媒体播放器（未示出）之类的视频源或者游戏计算机（计算机）或其他显示图像源。在这种情况下，视频源、游戏计算机等等可能具有耦合到用于接收依赖于视频内容指示、游戏状态等的光氛围选择的输入端的输出端。照相机10可以安装到显示屏幕上。

如所提到的，控制电路14可能需要根据关于房间中的人或其他对象的位置的信息选择可控光源16的设置。通过实例的方式，将描述用于确定人的位置的实施例。光氛围选择可以限定来自相对于人的不同角度的光强度和/或光谱含量和/或光强度和/或光谱含量的时间变化模式。因此，例如，一个光氛围选择可以规定来自人旁边的光强度比来自人之后和之前的更大，或者规定来自之后的带红色光比来自旁边的更多。另一个光氛围选择可以规定来自之下的光强度比来自之上的更大，或者规定来自前面的带绿色光比来自之上的更多。又一个光氛围选择可能需要这样的来自相对于人的特定角度范围的光强度，该光强度作为时间的函数在选择的时间点处为峰值。

应当理解的是，实现这样的光氛围选择所需的到可控光源16的控制信号的分布取决于人20的位置。图2a-b通过显示具有人20和多个可控光源16、22、24的房间的顶视图而图解说明了这点。当人20位于一个位置处时处于人20侧向方向上的可控光源22可能在人20处于其他位置处位于该人之前或者该人20之后的方向上。在这种情况下，不同的可控光源24可能处于人20的侧向方向上。因此，当光氛围选择要求来自侧向方向的特定光强度和/或光谱含量时，取决于人20的位置，可能需要不同的可控光源22、24提供该光强度和/或光谱含量。控制电路14被配置成相应地适应性调节控制信号。

图像处理器12提供关于房间中的人的位置的信息。图像处理器12使用光和阴影，即个别光源的直接照射和不存在个别光源的直接照射的模式的检测。可以使用在人身上观察到的光和阴影和/或人在其他对象上投射的阴影。

在光源与人之间不存在障碍的情况下，光源直接照射人的仅仅一个侧面。粗略地说，人的一半将被直接照射。图3借助于房间的顶视图图解说明了来自照相机10的图像上的效果。当光源32在照相机10的左边时，在来自照相机10的图像中看到人30左侧的部分被直接照射。示出人身上直接照射的部分和未直接照射的部分的图像区域之间的比值根据该人的位置从左至右变化。此外，来自照射的部分的光强度朝着照射的部分与未照射的部分之间的边缘而减小。类似的效应对于之上和之下的相对位置成立。

此外，人投射阴影。这针对点光源46示于图4中。人40a从来自光源46的较大的光锥44遮挡出光锥42a。在来自照相机10的图像中，遮挡的锥形42a或者至少遮挡的锥形42a与较大的光锥44之间的边缘在其中它与房间中的对象相交的位置处可见。遮挡的锥形42a的方向取决于人的位置。一个实例被示出，其中不同位置处的人40a、40b产生不同方向的遮挡的锥形42a、42b。

在一个实施例中，图像处理器12被配置成使用个别光源的直接照射和由于人投射的阴影而不存在个别光源的直接照射的模式的检测以获得关于房间中的人的位置的信息以便用来控制可控光源16。

图5将用来描述这样做的方法。为了提供参考，首先描述假设完整的信息可用的方法。随后，将说明可以如何使得该信息的部分不必要。在第一步骤51中，将不存在任何人的情况下关于房间的信息输入到图像处理器12中。原则上，该信息可以对于来自照相机10的图像中的每个像素位置限定该像素位置处可见的对象点的三维坐标以及对于来自可控光源16中的对应光源的光的响应函数。这些响应函数可以具有简单的是/否值，指示相关的可控光源16是否照射对象点。可替换地，可以将响应函数表示为像素光强度与可控光源16的强度之间的比值，可选地表示为波长的函数或者表示为可控光源16的光谱分布控制参数的函数。作为另一个可替换方案，响应函数可以具有简单的是/否值，指示该比值是否超过预定的阈值。

在第二步骤52中，图像处理器12可以在人存在的同时输入第一和第二图像，其中在分别输入第一和第二图像时可控光源16中的选择的光源处于相互不同的控制设置，其他可控光源16对于这两幅图像具有相同的设置。在第三步骤53中，图像处理器12确定这些图像之间的差值以便隔离可控光源16中的所述选择的光源的影响。在第四步骤54中，图像处理器12标识没有隔离来自可控光源16中的所述选择的光源对其的影响的第一类型的像素位置，尽管这些像素位置在不存在人的情况下被记录以响应可控光源16中的所述选择的光源。此外，像素图像处理器12标识隔离了来自可控光源16中的所述选择的光源对其的影响的第二类型的位置，这些像素位置在不存在人的情况下被记录以响应可控光源16中的所述选择的光源。

对象点的三维坐标限定从可控光源16中的所述选择的光源到对象点的线。对于第一类型的像素位置而言，这些图像指示人存在于沿着相应线的某处。对于第二类型的像素位置而言，这些图像指示人不存在于沿着相应线的某处。在第五步骤55中，图像处理器12可以将此记录在房间模型的体元中。通过对于可控光源16中的多个不同选择的光源重复这样做，图像处理器12标识不位于其中没有人存在的线上以及位于至少一条其中人存在的线上的体元。图像处理器12可以将这些体元位置的平均位置或者这样的体元位置的聚类的位置提供给控制电路14以便控制可控光源16的参数。可以指出的是，可以通过这种方式控制用来确定所述位置的光源16中的所述选择的光源，但是此外也可以控制光源16中的其他光源。

此外，图像处理器可以检测其中人在来自照相机10的图像中可见的像素位置。用于执行这种检测的技术本身是已知的。结束于这些像素位置的光线路径可以用来限定沿着其存在人的另外的线以及沿着其不存在人的线，这可以用来在第五步骤55中构造体元模型。

可以放宽这种理想化方法的许多要求而不显著影响照明系统的性能质量。例如，像素位置的使用可以限于已知显示出基本上水平的表面（例如地板）的像素。可以在无需精确的校准的情况下容易地确定具有至少部分这些像素位置的组。因此，可以相当地简化所述方法的第一步骤，只要在第四步骤中使用这种像素位置组。作为另一个实例，像素位置的使用可以限于已知显示出基本上竖直的表面（例如墙壁）的像素位置组，或者这些像素位置可以限于分别显示出基本上水平和竖直的表面的对应组。组的数量可以限于不超过例如6（地板、四个墙壁和天花板）。

当图像处理器12仅仅使用在这样的已知取向的表面上的像素位置组上投射的阴影时，可以从其中阴影在图像中的这些像素位置上从人延伸的方向直接推断出从人到光源的方向。从几何上说，可以将建模的人看作用于该目的的竖直线，从而在通过该线和可控光源16中的所述选择的光源的阴影平面内投射阴影。于是，已知平坦表面上在像素位置组处可见的阴影是阴影平面与该已知平坦表面的交线。在来自照相机10的图像中，出现该交线的投影。给定照相机和已知平坦表面的相对几何结构，该投影一对一地与交线相关，并且据此阴影平面的方向遵循一对一关系。因此，阴影在图像中延伸的方向可以转化成来自光源16中的所述选择的光源的方向。在一个实施例中，这通过用确定来自选择的像素位置组的阴影的方向的步骤代替第五步骤55而被使用。

即使并不确切已知平坦表面相对于照相机的位置和/或取向，也可以获得关于人的位置的一些信息。例如，在由照相机限定的左右方向中，如果阴影在人的左边，那么将知道人在可控光源中的所述选择的光源的左边的某处。因此，第五步骤55可以用确定来自选择的像素位置组的阴影的方向范围的步骤代替。

此外，可以降低第一步骤51中对于有关可控光源的位置的信息的要求。

可选地，第五步骤55中的确定可以利用就图像坐标而言的可控光源16中的所述选择的光源的位置（当然，这些图像坐标可以代表实际图像之外的位置：这些坐标只不过限定更大的图像平面内的位置）。拟合过程可以用来选择通过可控光源16中的所述选择的光源的图像位置的线，其最佳地拟合来自所述组的被检测为位于阴影中的观察的像素位置，或者被检测为位于照射的像素与阴影像素之间的边缘处的像素位置。

根据这样计算的阴影方向，确定人的来自光源的空间方向。可以例如确定该方向到水平面上的投影。通过将此应用到可控光源16中的至少两个选择的光源，图像处理器12可以估计人的位置并且该估计的位置可以提供给控制电路14以便控制照明参数。可以指出的是，可以通过这种方式控制用来确定所述位置的光源16中的所述选择的光源，但是此外也可以控制光源16中的其他光源。由于真实的阴影在概念上由该方法约减为线，因此得到的位置必定只是一种近似，但是近似足够照明参数的控制。

在一个实施例中，仅仅使用人的位置的近似表示，或者仅仅将人的可能位置限制为平面布置图的部分或可能高度的部分的信息。为了控制照明系统，这样的近似表示具有得出关于照明参数的决策的足够精度就够了。例如，在一个实施例中，可以根据人相距照相机是否超出一定距离来控制照明参数，而不使用关于人超出该距离多远或者人在该距离之前多远的信息。类似地，在一个实施例中，可以根据人是否在来自光源的一定方向的左边或者根据人脸是否处于相距地板一定高度的上方来控制照明参数。一般而言，提供这样的实施例，其中控制电路16被配置成根据指示人或其他对象被检测为超出预定方向上的线、与超出多远无关的信息来控制照明参数。在该实施例中，图像处理器12在使用比选择人的位置或者作为位置函数的似然率中至少最可能的位置所需的信息更少的信息，根据从光源16中的选择的光源到选择的图像位置的光被遮断的检测导出该信息之后提供该信息。

为此目的，可能足够的是知道可控光源所在的来自人的角度范围（例如，在从-45度到+45度的范围内，在30-90度的范围内或者在60-120度的范围内等等）。如果需要人与该可控光源之间的距离，那么距离范围可能就足够了。在一个实施例中，足够导出这样的范围的近似表示通过将人的可能位置的空间划分成多个区域来实现。例如，可以使用就可控光源16的（可能不精确已知的）位置而言的导出的区域。

图6示出了将房间的平面布置图划分成这样的区域。区域之间的边界基于从不同可控光源16向其他可控光源16发散的线而选择。当这样的边界线之间存在大的角度时，可以添加来自可控光源16的不经过其他可控光源16的附加发散线，并且当角度为小时，可以省略一些边界线。关于阴影方向的信息可以容易地用来区别这样的区域集合。这提供了相对于光源的位置信息，即使光源的位置不精确已知。随后，图像处理器12可以将区域的指示提供给控制电路14以便控制照明参数。应当理解的是，平面布置图仅仅为了方便读者起见而作为图形示出。在实践中，处理器12和控制电路14可以借助于诸如边界线上的点的标识等等之类的等效信息而表示平面布置图。

可选地，图像处理器12也可以选择阴影到可控光源16中的所述选择的光源的最小距离。该最小阴影距离意味着人必定更靠近可控光源16中的所述选择的光源。这可以用来限制其中人可能存在的平面布置图的区域的数量。该最小距离可以例如通过选择图像中被检测为位于阴影中且最靠近可控光源16中的所述选择的光源的像素位置来选择。可替换地，可以选择这样的最小距离，其大于阴影中预定份额或预定数量的点的距离。这在抗噪中更加鲁棒。

应当指出的是，为了照明控制的目的，平面布置图中的可控光源16的位置甚至不必与光源16的准确校准的位置相应。同样地，利用平面布置图中的近似位置，可以为照明控制目的实现足够可靠的位置指示。在许多情况下，其中若干可控光源16出现在平面布置图中的相对顺序已知（即在左右或顶底方向上存在可控光源16之间的超过预定的偏移的情况下，它们在平面布置图中从左至右和从顶至底出现的顺序）就足够了。

在另一实施例中，可以使用不同时间点处的多个位置确定。因此，可以跟踪人在房间中行进的路径，或者如果人停留在相同的区域中，那么可以组合来自不同时间点的位置信息以获得更加精确的位置估计。通过将较小的权重分配给指示快速的大尺度运动的测量，可以抑制误差的影响。在一个实施例中，利用在先时间点的图像获得的位置确定结果用来通过空间上展宽（例如卷积）针对在先时间确定的似然率而提供人在房间的不同区域中存在的初始似然率。然后，可以使用从当前时间的图像获得的方向信息缩小这些初始似然率。

在第二步骤52和第三步骤53中，使用具有相互不同的照明控制设置的第一和第二图像。不同的照明条件可以通过在其中捕获这些图像之一的短脉冲间隔之前和之后将可控光源切换到不同的状态并且切换回来而实现。优选地，使用使得脉冲对于用户不可见或者几乎不可见的脉冲持续时间。因此，可以临时接通关断的可控光源16，或者反之亦然。可替换地，可以改变强度和/或光谱含量。

为了实现该实施例，控制电路14可以被配置成施加这样的脉冲并且提供同步信号给图像处理器12以便选择图像。可替换地，图像处理器12可以选择时间点并且用信号告知控制电路14改变照明特性。图像处理器12或控制电路14可以选择向其施加这些脉冲的相继的可控光源16。在另一个实施例中，图像处理器可以根据图像检测脉冲的时间点。在这种情况下，无需附加的同步信号。

然而，在一些情况下，脉冲可能被用户体验为令人不愉快的。由于照相机的限制，可能必须向脉冲持续时间施加下限。

在一个实施例中，使用具有更加逐渐地变化的照明的光氛围选择，其例如具有以超过一秒的周期周期性地变化的照明特性，这些照明特性连续变化或者以小的步长变化，从而总的变化幅度需要多个步长，比如至少十个步长。在该实施例中，控制电路14可以向图像处理器12提供同步信号和变化的可控光源16的身份指示以及其光强度和其光谱含量。

此外，在另一个实施例中，可以以不同于第二步骤52和第三步骤53中使用的其他方式区分由可控光源照射的和未照射的像素位置。在一个实施例中，可以在人不在房间中或者至少不在必须确定的房间中的位置处时捕获第一和第二图像之一。然后，可以通过将该图像与人在该位置时捕获的图像进行比较来检测阴影中的像素位置。在这种情况下，甚至不必改变光源中的所述选择的光源的照明参数。

在另一个实施例中，图像处理器12被配置成针对某个可控光源仅仅根据被确定为在不存在人的情况下由可控光源16中的所述选择的光源照射时强烈地照亮的像素位置检测阴影中的点。可以例如通过检测不存在人的情况下像素位置处的像素值是否比响应于可控光源16中的其他光源更强烈地响应于可控光源16中的所述选择的光源而选择像素位置。

在一个实施例中，图像处理器12计算在不存在人的情况下对于所述照明参数设置下的可控光源16中的所述选择的光源的第一预测响应。此外，图像处理器12计算在不存在人的情况下对于所述照明参数设置下的可控光源16中的其他光源的第二预测响应。图像处理器12选择其中第一预测响应大于第二预测响应的像素位置，并且选择位于第一和第二预测响应之间的用于所述位置的阈值。随后，图像处理器12将像素位置处的实际响应与选择的阈值进行比较，在该响应低于阈值的情况下检测到阴影，并且在该响应高于阈值的情况下检测到照射。仅仅这些选择的像素位置的使用确保阴影被检测到。

在另一实施例中，图像处理器12可以选择对于其而言第一预测响应大于第二预测响应的颜色分量，或者这点成立的颜色分量的组合，并且图像处理器12可以将该颜色分量或颜色分量的组合用于所述比较。可以单独地对于不同的像素位置选择该颜色分量或颜色分量的组合以便实现最大数量的选择的像素位置，或者可以使用针对可控光源16中的所述选择的光源而选择的公共的颜色分量或颜色分量的组合。

图7示出了利用这些简化的过程的流程图。在第一步骤71中，提供关于像素位置的背景信息。背景信息可以指示要用于可控光源16中的对应光源的像素位置组。此外，背景信息可以限定房间的平面布置图中的区域。在第二步骤72中，图像处理器12在人可能存在于房间中时捕获来自照相机10的图像。

在第三步骤73中，图像处理器12选择在捕获图像时接通的可控光源16之一，并且将来自图像的用于可控光源16中的所述选择的光源的像素位置组中的像素位置处的像素强度值与阈值进行比较。可以使用相对于可控光源的当前强度和颜色分量而确定的相对阈值。可替换地，可以使用预设的阈值。强度可以例如是总体强度、颜色分量或颜色分量的组合的强度。来自所述组的强度低于阈值的像素位置被假定位于阴影中。

在一个实施例中，来自可控光源16集合的可控光源的任意选择可以用来获得可控光源16中的所述选择的光源，所述过程的步骤针对其他选择重复进行。在另一个实施例中，可控光源16中的所述选择的光源的选择可以限制为具有这样的像素位置组的一个或多个光源，其中至少在当前的照明参数设置下，在不存在人的情况下，这样的光源对于光照的贡献支配所有其他光源的贡献。至少当某个光源的贡献高于所有其他贡献的总和时，就说出现了这样的支配。

在第四步骤74中，图像处理器12根据所述像素位置组中被检测为位于阴影中的像素位置导出阴影的方向。这可以例如通过选择图像中最佳地拟合阴影中的像素位置的通过光源中的所述选择的光源的图像位置的线来进行。可选地，图像处理器12也可以选择阴影到可控光源16中的所述选择的光源的最小距离。如果在所述组中没有检测到阴影像素位置，那么该过程可以返回到第三步骤73以选择可控光源中的另一个光源。可以使用任意数量的光源，但是出于某些目的，使用单个光源的测量可能就足够了。

在第五步骤75中，图像处理器12使用导出的方向以更新平面布置图中的区域的状态值，将与该方向不一致的区域标记为不包含人。如图6中所示，区域可以由从可控光源16的位置发散的边界线限定。当图像处理器12导出了来自可控光源16中的所述选择的光源的方向时，可以将与导出的方向相差超过预定的阈值的方向之间的区域标记为与人的位置不一致。作为替代，可以根据该方向适应性调节不同区域的似然率值。初始时，将区域标记为一致和不一致的或者似然率值可以设置为预定的值（相等的值或者考虑障碍的值），或者可以基于先前的时间点处的位置确定例如通过展宽在这样的时间点处标记为一致的区域集合而设置初始标记或似然率值。阴影到可控光源16中的所述选择的光源的最小距离也可以用来将更大的距离处的区域标记为不一致的。

尽管已经示出了其中使用足以将人的位置限制为一个扇区的相对精确的方向测量的实施例，但是应当理解的是，这不是必需的。可以使用非常粗糙的测量，其提供不比以下更多的信息：人在可控光源中的所述选择的光源的左边或右边，因为来自人的阴影具有分别在图像中延伸到左边或右边的方向分量，和/或人在可控光源中的所述选择的光源之前或之后，因为所述阴影具有远离照相机或朝向照相机的方向分量。这种类型的信息可以用来减小人的位置可能位于其中的平面布置图中的区域。这样的减小本身可以提供用于照明控制目的的足够信息，或者它可以与针对可控光源中的其他选择的光源的结果结合以便提供足够的信息。

在第六步骤76中，图像处理器12可选地向后分支以便从第三步骤73重复选择可控光源16中的另一个光源。这可以针对所有激活的可控光源16重复或者针对可控光源16的选择重复。通过使用多个激活的可控光源16，可以将不与人的位置不一致的区域缩减到单个区域或者有限数量的区域。在第七步骤77中，图像处理器12将关于剩余的区域或者区域中的代表性位置的信息提供给控制电路14以便在照明参数的选择中使用。

尽管该流程图示出了若干基本方面，但是应当理解的是，它留下不同的可替换实施例待解决。例如，可以添加这样的步骤，其中图像处理器12检测图像中的人的位置并且使用该检测的位置更新关于使用该位置的平面布置图的区域中存在人的可能性的信息。这可以通过使用平面布置图中从照相机的位置发散的区域之间的边界线来进行。代替具有发散线的平面布置图的是，可以使用具有片块（tile）的平面布置图，其中可以将发散线之间的区域映射为片块。检测图像中的人的技术本身是已知的。可以例如使用多幅相继捕获的图像，使用运动检测来找到人。

作为另一个实例，代替将区域标记为不一致或者非不一致的是，图像处理器12可以保持不同的区域中存在人的似然率值，图像处理器12使用导出的方向更新这些似然率值。这降低了错误测量的影响。标记为不一致或非不一致或者似然率值可以在第二步骤72中在每次处理新图像时被初始化为缺省值，或者可以从先前的图像导出初始设置。

可以固定用于可控光源16的像素位置组的选择，或者可以在捕获图像时使用所描述的像素位置的响应函数使其适于照明参数的设置。在另一实施例中，可以作为时间的函数而改变照明参数，并且可以捕获和比较多幅图像以便检测阴影中的位置。

图像处理器12可以被配置成事先收集背景信息以供所述过程中使用。这可以通过随着时间的推移针对不同的照明参数设置利用照相机捕获图像来进行。据此可以收集关于光源的位置的信息，例如它们在图像中的坐标。此外，可以针对像素位置收集对于可控光源的响应的响应函数。诸如分割之类的图像处理技术可以用来标识诸如地板、家具等等之类的对象的位置。

对于许多照明控制应用而言，知道人的位置就足够了。照明控制也可能取决于人所观看的方向。可以根据灯是否处于观看方向上或者处于人之后而不同地控制灯。对于其中人必须观看电视的应用而言，该方向可以无需进一步的测量地推断。在另一实施例中，图像识别技术可以用来检测观看方向并且图像处理器12可以被配置成将结果用信号告知照明控制电路14。

尽管前面的实施例使用人投射的阴影，但是在另一个实施例中，图像处理器12被配置成检测人身上的阴影。这样的阴影主要因为人身上的表面背离可控光源16而出现。更特别地，人身上的阴影涉及个别可控光源16对人的直接照射和不存在直接照射。从人到可控光源16和照相机10的方向决定了显示人的像素位置中有多少示出人的这样直接照射的部分和未直接照射的部分。

图8示出了使用人身上的阴影确定人的位置的过程的流程图。该流程图的目的是确定从光源中的选择的光源到人的方向。从概念上说，该方向通过使用投影到平面布置图上的由人、照相机和可控光源形成的三角形中的角度来获得。这些角度之一从图像中的人的位置得出，并且另一个从人身上可见的阴影确定。

在第一步骤81中，捕获来自照相机10的至少一幅图像。在第二步骤82中，图像处理器12检测显示人或者人的一部分（例如脸）的像素位置集合。执行这样的检测的技术本身是已知的。根据图像中的人的检测的位置，方向图像处理器12可以确定从照相机10到人的线在平面布置图上的投影的角度。给定平面布置图中从照相机10到可控光源16中的选择的光源的预定已知角度，前述三角形的角度之一，从照相机到人和光源的线之间的角度由此得出。

在第三步骤83中，图像处理器12针对可控光源16中的所述选择的光源确定该集合中的像素位置处的人的光照数据。当在本文中使用时，可控光源16的光照数据描述该可控光源16是否对某像素位置处的光照产生贡献以及可选地多强烈地产生贡献。在一个实施例中，光照数据的确定仅仅涉及对于显示人的每个像素确定人的照射的部分在对应像素位置处是否可见（以及可选地是否没有一个足够肯定）。在另一个实施例中，可以确定光照强度。前面描述的用于检测人投射的阴影的技术可用于此。

在一个实施例中，可以计算利用可控光源16中的所述选择的光源的相互不同的参数设置获得的图像之间的差值以便确定光照强度。可选地，可以将该差值除以这些参数设置之差的大小以便获得规格化的光照强度。作为另一选项，这可以进一步除以在所述像素处可见的人的部分的响应函数以便获得进一步规格化的光照强度。这样的响应函数可以例如通过以下方式确定：应用本身已知的图像识别技术以便将显示人的图像部分分割成具有相似响应函数的片段（例如皮肤片段、头发片段）并且使用平均响应函数或响应函数模型以便提供针对所述像素位置的响应函数。通过这种方式，可以获得很大程度上与反射特性无关的规格化光照强度。

该实施例以及任何这些选项可以适用于总体强度或者像素位置处颜色分量的强度或这样的强度的组合的光照强度。可选地，可以将光照强度与阈值进行比较以便确定指示该像素位置是否表现出直接照射的光照数据。这也可以针对总体强度、针对颜色分量的强度或这样的强度的组合进行。

当光源16中的所述选择的光源由于其邻近或者由于其颜色含量的唯一性的原因而支配人身上的照明时，代替使用利用不同的参数设置而获得的图像的是，这可能足以区分照射的部分和未照射的部分。在使用该特性的一个实施例中，光照数据的确定包括检测可控光源中的所述选择的光源是否支配图像中的人的光照并且从该图像而不是从差值确定近似的光照数据。该支配可以根据例如检测的人的图像位置到光源的位置的距离，或者在人的光照的颜色是光源特有的情况下根据该颜色检测。

当使用图像值而不是差值时，可以利用可控光源16中的所述选择的光源的照明强度和响应函数对结果规格化和/或将其与阈值进行比较。像在投射的阴影的情况中一样，人身上的位置的响应函数可以用来设置阈值。在一个实施例中，可以通过将光照（总体的或者颜色分量的）与阈值进行比较就人的图像位置是否被检测为处于可控光源16中的所述选择的光源的图像位置的预定距离内而做出检测。

在第四步骤84中，图像处理器12计算人（或者人的选择的部分，例如脸）上的像素位置组的光照数据的统计量。根据该小部分图像，确定前述三角形人-照相机-光源中的角度的第二角度。根据该小部分图像，处理器12计算从人到照相机和可控光源16中的所述选择的光源的方向之间的角度。具有包含针对统计量的不同值的方向值的条目的查找表可以用来将统计量转化成方向值。据此可以确定三角形人-照相机-光源的第三角度，即从光源到人和照相机的线之间的角度。给定平面布置图中的从照相机10到可控光源16中的选择的光源的预定已知角度，据此得出人的来自可控光源中的所述选择的光源的方向。

所述过程可以像从图7的第五步骤75那样通过使用第二方向更新位置信息而从第四步骤84继续，可选地针对可控光源16中的其他选择的光源重复该过程并且使用得到的位置信息调节照明参数的设置。

统计量可以是被检测为被照射的人（或者人的部分，例如脸）上的像素位置的份额（人或人的部分上的照射的位置与位置总数之比）。代替份额的是，关于光照程度的其他统计信息可以用作表的条目。可以使用矩（x和y的多项式由光照数据加权的平均，例如（<x>，<y>. <x²> <xy>等等）。可以例如使用作为显示人的图像部分中的水平位置的函数的一系列平均光照强度值（在竖直方向上平均）。指示相对于人的边缘的从直接照射到阴影的过渡的这种系列中的边缘位置可以被确定并且用来查找所述方向。

使用查找表以便将这样的统计量转换成方向信息仅仅是一个实施例的一个实例。查找表代表将直接照射的份额与到光源的方向相关的人的模型。在一个实施例中，图像处理器12可以被配置成在学习阶段中通过测量人相对于光源的已知角度下的统计量的值确定查找表的值。可替换地，可以在表中使用基于模型的值。代替查找表的是，可以使用其他查找技术，例如表示统计量与角度之间的关系的函数。

在另一个实例中，可以使用将显示人的像素位置分割成直接照射和未直接照射的片段。在这种情况下，照射的片段的数量可以用来查找角度。

在另一实施例中，图像处理器12可以被配置成捕获来自照相机10的一系列相继的图像并且确定作为时间的函数的份额、统计信息或片段数量的变化。根据这些变化，图像处理器12可以确定人的深度的变化方向以便更新平面布置图中的人的位置。

尽管给出了确定平面布置图中的位置的实例，但是应当理解的是，类似的技术可以用于确定竖直位置。在比人更高和更低的位置处投射的阴影可用于此，或者可以使用人身上更高和更低的阴影。

在照明氛围控制的应用中，用来创建照明氛围的可控光源也用于位置确定的双重用途使得创建具有强大的控制可能性和小的开销的照明系统成为可能。然而，尽管描述了控制照明氛围的应用，但是应当认识到的是，得到的位置估计也可以用于其他目的。例如，位置信息可以用来控制一组音频源以便创建与检测的位置相应的立体声图像。

图像处理器12可以是可编程计算机电路，通过向其提供使得其执行所描述的功能的程序而被配置。作为替换，可以使用具有被配置成这样做的电路的专用处理器。控制电路14也可以实现为可编程计算机电路，通过向其提供使得其执行所描述的功能的程序或者借助于专用电路而被配置。在一个实施例中，图像处理器12和控制电路14可以在单个计算机中实现。图像处理器12和控制电路14可以在某个计算机或者也执行诸如游戏控制、视频解码等等之类的其他功能的计算机中实现。

尽管已经描述了其中确定关于人的位置的信息的实施例，但是应当理解的是，类似的技术可以应用于确定其他类型的对象的位置。优选地，利用可以在图像中容易地识别的对象。

本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列出的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中列出特定技术措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。计算机程序可以存储/分布于适当的介质上，例如存储/分布于与其他硬件一起提供或者作为其他硬件的一部分而提供的固态介质或者光学存储介质上，但是也可以以其他的形式分发，例如通过因特网或者其他有线或无线电信系统分发。权利要求中的任何附图标记都不应当被视为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种借助于多个可控光源（16）控制空间的照明的方法，其中所述控制依赖于空间中的对象（20）相对于可控光源（16）的位置，该方法包括

- 接收所述空间的至少一部分的图像；

- 根据所述图像检测从可控光源（16）中的选择的光源到所述空间中示于所述图像中的对应图像位置处的点的光是否被对象（20）遮断；

- 根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定指示遮断对象相对于可控光源（16）中的所述选择的光源的方向的信息；

- 依照根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定的方向更新指示所述空间中对象（20）的位置的位置信息；

- 允许根据更新的位置信息调节可控光源（16）的照明参数设置。

2.依照权利要求1的方法，包括

- 检测图像中的对象（20）的位置，以及

- 使用对象（20）的检测的位置以及根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定的方向的组合更新位置信息。

3.依照权利要求1的方法，包括

- 计算表示通过与可控光源（16）中的所述选择的光源的位置相应的图像位置到其中检测到光被遮断的对应图像位置的线的方向的信息，以及

- 根据表示所述线的方向的信息确定指示遮断对象（20）相对于可控光源中的所述选择的光源的方向的信息。

4.依照权利要求1的方法，包括检测图像中显示对象（20）的图像位置以及仅仅从显示对象（20）的图像位置中选择所述对应图像位置。

5.依照权利要求4的方法，包括计算所述对应图像位置的统计量以及根据所述统计量确定所述方向。

6.依照权利要求1的方法，包括借助于平面布置图的预定区域集合中存在或不存在对象（20）的信息表示所述位置信息，所述区域在平面布置图中具有从可控光源的位置发散的边界线。

7.依照权利要求1的方法，其中所述调节包括接收规定依赖于相对于对象（20）的方向的光特性的希望的光氛围的选择，以及依照接收的光氛围的选择根据更新的位置设置可控光源（16）的照明参数。

8.依照权利要求1的方法，其中所述调节包括根据使用可控光源中的所述选择的光源而获得的位置信息设置可控光源（16）中的另外的光源的照明参数。

9.依照权利要求1的方法，其中所述检测包括将来自图像的像素值与所述对应图像位置的参考值进行比较。

10.依照权利要求9的方法，包括根据可控光源（16）中的所述选择的光源确定参考值。

11.依照权利要求9的方法，包括

- 改变可控光源（16）中的所述选择的光源的照明参数，

- 捕获另外的图像，可控光源（16）中的所述选择的光源分别在捕获所述图像和所述另外的图像时具有相互不同的照明参数；

- 计算所述图像与所述另外的图像中的图像值之间的差值；以及

- 通过将对应图像位置的差值与参考值进行比较而执行所述检测。

12.依照权利要求1的方法，包括根据以下确定选择可控光源（16）中的所述选择的光源：至少在不存在对象（20）对光的遮断的情况下，在对应像素位置处该选择的光源对照明的贡献是否支配可控光源中的其他光源的贡献。

13.一种照明系统，包括

- 控制电路（14），其具有用于控制多个可控光源（16）的强度和/或光谱含量的输出端，该控制电路（14）被配置成根据指示对象相对于可控光源（14）的位置的位置信息调节所述强度和/或光谱含量；

- 图像处理电路（12），其具有用于接收来自图像传感器（10）的图像的输入端以及用于将位置信息提供给控制电路（14）的输出端，该处理电路被配置成在来自所述图像传感器（10）的图像中检测从可控光源（16）中的选择的光源到示于所述图像中的对应图像位置处的点的光是否临时被对象（20）遮断，根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定指示遮断对象（20）相对于可控光源（16）中的所述选择的光源的方向的信息，并且依照根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定的方向更新位置信息。

14.一种图像处理设备（12），包括用于接收来自图像传感器（10）的图像的输入单元以及用于输出指示对象相对于可控光源（14）的位置的位置信息的输出单元，该设备被配置成

在来自所述图像传感器（10）的图像中检测从可控光源（16）中的选择的光源到示于所述图像中的对应图像位置处的点的光是否临时被对象（20）遮断，根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定指示遮断对象（20）相对于可控光源（16）中的所述选择的光源的方向的信息，并且依照根据其中检测到光被遮断的对应图像位置确定的方向更新位置信息。

15.一种计算机程序产品，包括具有用于可控计算机的指令的程序，其在由可编程计算机执行时执行权利要求1-12中任何一项的步骤。

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