CN102484927B

CN102484927B - 用于增强物体外观的照明系统及其方法

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Publication number: CN102484927B
Application number: CN201080040442.9A
Authority: CN
Inventors: G.德哈安
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: EP2476296A1; CN102484927A; WO2011030267A1; RU2012114101A; US20120154636A1; JP5694332B2; EP2476296B1; US8896752B2; KR20120067355A; CA2773696A1; BR112012005139A2; JP2013504848A; RU2550737C2

Abstract

一种增强物体的外观的系统包括用于提供增强照明的照明设备（5）和用于记录物体对物体上的照明的反射的光记录设备（1）。混合（8）参考照明与增强照明。过滤（9）反射光中的信息以过滤由于参考照明所致的反射数据（1）。这些数据用于在处理器（3）中计算增强照明。

Description

用于增强物体外观的照明系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种照明系统，该照明系统包括用于产生物体的记录图像数据的光记录设备、照明设备以及用于根据记录图像数据生成增强照明数据的处理器，其中向照明设备提供增强照明数据用于用增强照明照亮物体以增强物体的外观。

背景技术

照明系统正在不断变得更复杂。我们目睹照明系统的如下演变，其中照明的亮度和/或颜色已经变得可调适。

根据Toshiyuki Amano和Hirokazu Kato（Procams 2008，加州Marina del Rey，2008年8月10日）的`Real World Dynamic Appearance enhancement with Procam Feedback`已知如在开篇段落中描述的系统。这一已知系统包括允许来自照亮的场景的反馈的照相机。这样的反馈可以用来加亮室内具体物体或者场景，并且还执行对艺术物体（比如画）的图像增强。该系统增强逼真度并且提供更清晰、更鲜明的图像。在本发明的概念内，物体是被照亮的任何物体。这样的物体的例子是显示器、图片、画、人物、树木（无论是独自的还是成组的、无论是作为人物、树木等的整体还是人物、树木等的分段）。

逼真度增强光照系统的主要问题在于获得稳定结果。在光记录设备与照明设备之间的反馈回路造成不稳定的系统。为了易于理解但是并非限制，下文有时也将光记录设备称为照相机而将照明设备称为投影仪。投影仪在物体上投影的图像改变照相机所见的物体外观，这造成物体上的下一投影图像中的进一步增强，从而造成通过照相机等所见的物体外观的更进一步改变。这可能造成其中该增强保持增加的失控效果。

Amano等人提供一种他们称为“部分反馈”的解决方案。明显减少了反馈增益。反馈增益的减少保持所述失控效果处于控制之中。虽然这显然针对静态场景造成相当稳定的系统，但是它引入增强系统的明显延时，这使该系统不那么适合于动态场景（手术室（operation theatre）、车前灯等）。已知系统也对由于环境中的移动物体所致的环境照明改变有紧张的反应并且具有图像中的物体边缘问题。

本发明的目的在于提供一种其中减少上述问题中的一个或者多个问题的照明系统和照明方法。

发明内容

为此，照明系统的特征在于照明系统包括用于生成参考照明以便用参考照明与增强照明的混合照亮物体的生成器，并且该系统包括用于从撞击在光记录设备上的光过滤物体反射的参考图像数据的过滤器，其中物体反射的参考图像数据是到用于生成增强照明数据的处理器的输入。

发明人已经认识到重要的是照明系统能够区分原始场景（即无反馈回路的参考照明之下的物体）与照明增强场景（即在增强照明照亮物体时）。在本发明中，在参考照明之下的物体的信息用于提供增强照明。现有技术的系统无这一可能性。

除了将参考照明数据用于生成增强照明之外，与从反射的光过滤由于参考照明所致的反射相结合地用参考照明与增强照明的混合照亮物体去除了反馈回路的失控效果。增强照明基于用于物体的参考照明的数据。

优选地，过滤器是用于过滤光记录设备记录的数据的数据过滤器。

可替换地，可以在光学域中（即例如通过光记录设备前面的时间控制的快门）完成过滤。优选过滤记录的数据过滤。

在本发明的实施例中，照明系统包括用于产生参考照明的参考照明设备和用于产生增强照明的增强照明设备，其中向增强照明设备提供增强照明数据。

将两个单独的照明设备用于参考照明和增强照明具有如下优点：对参考和/或增强照明或者照明设备的任何物理要求不影响其他照明或者照明设备和/或对其他照明或者照明设备进行约束。

缺点在于将使用两个单独的照明设备，这可能造成对准问题。

在优选实施例中，参考照明设备和增强照明设备共享共同的光学单元。

这减少在两个光源之间的对准问题。

在上文提到的实施例中，使用两个单独的照明设备，并且在光学域中进行参考增强照明的混合（即通过从两个光源向物体上照耀）。

也可以在优选实施例中通过使用共同的照明设备来进行混合，这减少了照明设备的数目。将共同的照明源用于生成参考照明和增强照明减少了系统的复杂性。

在这样的实施例中，照明系统的特征优选地在于该系统包括用于提供参考照明数据的参考信号装置和用于混合参考照明数据与增强照明数据的混合器，其中向共同的照明设备提供参考照明数据与增强照明数据的混合。优选地，该系统包括用于从记录的图像数据过滤物体反射的参考图像数据的过滤器，其中物体反射的参考图像数据是到用于生成增强照明数据的处理器的输入。

通过在向照明设备发送参考数据和照明数据之前混合它们并且使用共同的照明设备发射参考照明与图像增强照明的混合，即使使用共同的照明设备，该系统仍然能够区分参考照明情形与照明增强情形。使用来自参考照明的结果作为用于增强照明的输入，如同它是在其中使用多于一个的照明设备的实施例中。优选地，在记录侧提供过滤器来从记录的数据滤出用于参考照明的数据。

在所有实施例中，反馈回路的失控效果可以避免或至少保持在控制之中而仍然能够提供在动态场景中特别重要的照明增强。在本发明的概念内，混合包括所有用于混合信号的方式（无论是在光学域中（即使用多于一个的照明设备）还是在电学域中（即通过在向共同的照明设备发送电信号之前混合它们））。这样的混合方法包括时间和空间调制、将交替信号相加以及时间复用信号。这样的方法允许在记录侧应用过滤器（无论它是否为基于时间段、时间频率或者空间频率的过滤器并且无论是在光学域中还是在电气或者电子域中）来从参考照明和增强照明的混合过滤参考照明。

在一个实施例中，该系统包括用于时间复用增强照明与参考照明的复用器，并且过滤器包括用于时间解复用记录的图像数据的解复用器。

解复用等效于对记录的图像数据应用时间过滤器。对于某些时隙，记录的数据对应于物体的参考照明而对于其他时隙则对应于增强照明。

可替换地，该系统包括用于在时域中用参考照明调制增强照明的调制器，并且过滤器包括用于时间解调记录的图像数据以便提供物体反射的参考图像数据的时间解调器。这允许在通过将分别来自奇数帧和偶数帧的参考数据相加和相减或者反之亦然来执行调制的情况下例如根据奇数帧和偶数帧之差确定物体的参考照明。时间解调是过滤的形式。

在另一实施方式中，混合器包括用于用参考照明空间地调制增强照明的调制器，并且过滤器包括用于空间解调增强场景的图像以提供物体反射的参考图像数据的解调器。空间解调是过滤形式。

参考照明优选为均匀照明。

可以用其中同时投影完整图像的方式或者以其中扫描像素或者扫描图像线的扫描方式进行图像的投影。

实施例的组合也是可能的。

在优选实施例中，照明系统被布置成允许对准依赖于物体的照明与物体。

虽然在处理中使用参考照明消除由于反馈回路中的失控效果所致的波动问题，但是完全均匀的参考照明也使得在一些情况下不可能发现在投影图像的像素与记录图像的像素之间的对应。换而言之，难以对准照明像素与记录的图像像素。通过布置照明系统来允许对准，去除了这一缺点。

在实施例中，共同的光学系统用于照明设备和记录设备。使用共同的光学系统减少未对准的风险。

在优选实施例中，在参考照明中提供空间标记，并且记录一个或者多个图像，而且分析图像以便发现空间标记。通过在参考照明中包括空间标记，可以分析在照明的像素与记录图像的像素之间的对应，该对应可以用于对准投影与物体。

空间调制图案可以用来提供用于配准（register）记录增强照明的光的对准的对准标记。

可替换地，照明设备的像素可以提供有区分信号。

可替换地，可以使照明设备的像素发射人眼不可见、但是光记录设备可检测的光。

可以使一些像素发射红外光。这将对于人眼而言不可见，但是对于照相机而言可见，只要该照相机具有红外检测能力。这允许对准照明与物体。

对准标记的密度越高，可以完成的对准就越好。

在实施例中，该系统包括单个记录设备和多个照明设备，其中照明设备的参考照明不可区分。

在这样的实施例中，单个记录设备可以用于监视对多于一个物体的照明或者对来自单个物体的各侧的照明。

在优选实施例中，参考照明与增强照明的混合使得总照明的平均值基本上等于增强照明的平均值。在这样的实施例中，参考照明的平均值基本上为零。平均值可以是时间上的或者图像上的。这减少了参考照明对于人眼而言的可见性。

根据本发明的方法是一种用于照亮物体的方法，其中记录物体的图像用于产生物体的记录图像数据，使用照明数据在物体上投影物体的图像，其中用参考照明与增强照明的混合照亮物体，并且过滤记录的图像以供应物体反射的参考图像数据，其中物体反射的参考图像数据用于生成照明。

附图说明

将通过例子并且参照以下附图更具体说明本发明的这些和其他方面，其中：

图1图示了照明系统；

图2图示了已知的照明系统；

图3图示了根据本发明的照明系统的一个实施例；

图4和图5图示了根据本发明的照明系统的一个实施例；

图6图示了使用时间调制的一个实施例；

图7示意地图示了使用时间调制的奇数帧和偶数帧中的信号；

图8图示了使用空间二维图案的优点；

图9示意地图示了其中通过扫描制作图像的一个实施例；

图10图示了其中记录设备和照明设备共享共同的光学系统的一个实施例；

图11图示了另外的优选实施例；

图12和图13图示了其中系统包括多于一个照明设备的实施例；

图14和图15图示了其中使用空间调制的实施例；

图16图示了使用单独的参考照明设备和增强照明设备的一个实施例；

图17图示了其中光记录设备包括多个光电传感器的实施例。

附图未按比例绘制。一般而言，相同部件在图中由相同附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了照明系统。照明系统包括用于捕获物体的反射图像的光记录设备，光记录设备在这一例子中为照相机1。在这一例子中，物体是山的图片（picture）。向处理器3发送记录的信号2。处理器3生成用于控制增强照明设备5的信号4。这一照明设备能够在物体上投影图像。照明设备5向图片上投影图片的图像。以这一方式，可以增强图片的图像。原始图片与投影图片的叠加增强图像的对比度和范围。可以使亮斑在外观上更亮。

图2图示了从Amano等人已知的系统。向链中引入伽马曲线校正·。在该图中未示出的是也向系统中引入反馈增益G这一事实。选择反馈增益以提高反馈回路的收敛速度并且避免输出功率的溢出。在图的右手侧的线很示意地图示了这样的表面，光从该表面发射并且光向该表面上投影。虽然在后续图中未示出，但是也可以在本发明的一个或者多个实施例或者任何实施例中应用对伽马曲线校正的使用。

这一已知系统据信针对静态场景导致相当稳定的系统。然而，它引入增强系统的明显延时，这使系统不那么适合于动态场景（手术室、车前灯等）。所指示的响应时间为0.44秒。该系统也如发明人已经见到的那样对由于环境中的移动物体所致的环境照明的改变紧张地反应并且具有物体中的物体边缘问题。即使小的波动也造成物体的边缘周围的图像摆动。

图3图示了根据本发明一个实施例的系统。

向包括增强照明数据的增强信号4混合包括参考照明数据的参考信号7。该系统包括用于生成这一参考信号7的参考信号生成器6。混合器8混合这一参考信号与增强信号4。经混合的信号被引向投影仪5并且投影图像。由照相机1接收的图像因此是增强信号4和参考生成器6生成的参考信号7这两个信号的混合的结果，即对物体的照明是参考照明与增强照明的混合。该系统包括过滤器9，该过滤器9用于滤出归因于参考照明的物体的反射的由参考信号7导致的图像数据10。包括图像数据10的这一信号被引向处理器3。

发明人已经认识到在照相机与投影仪之间的反馈回路造成不稳定系统，因为投影仪改变照相机所见的物体外观，这将造成向物体的下一投影图像中的另一增强等。反馈回路中的增强可能引起照明中的波动从而造成不稳定情形。

在本发明的图3的实施例中，投影仪用来生成参考照明（例如均匀白光照明）。用于产生参考照明的信号由参考生成器6生成并且与来自处理器3的用于产生增强照明的信号混合。通过从由照相机接收的信号过滤对参考照明的响应来获得稳定情形。参考反射图像信号10用于生成增强信号4。因为参考反射图像信号10是已知的和稳定的信号，所以没有波动或者至少强烈地减少了波动。

在图4和图5中图示了混合的一个实施例。在这一实施例中，在时间上复用在混合器7之后的信号。向参考照明分配相对短的时间段，而在其余时间向投影仪5发送增强信号4。混合器包括复用器MUX，并且在系统的接收部分的过滤器包括对应的解复用器DEMUX。

在照相机中，也在时隙中收集图像，其中有与参考照明对应的时隙。照相机接收的图像信号4’对应于增强信号4；信号7’对应于参考信号7。正是时隙7的信号使用于处理器3中。在这一幅图中，用分级线示意地示出了这一点。与增强信号4对应的信号的部分乘以零，与参考信号7对应的部分乘以因子1。这总计为在照相机端时间解复用记录的图像信号。注意的是，照相机也接收由增强信号产生的图像，并且通过使用更复杂的时间解复用，也可以隔离这一信号。在实施例中，这一增强信号也可以发送到处理器3并且由处理器3分析例如用于微调或者检查（check）图像增强效果。在这一实施例中，时间复用的一个时隙用于参考信号，其余时隙用于增强信号。

图6图示了本发明的另一实施例。在这一实施例中，通过将参考信号与偶数/奇数图像相加/相减在时域中调制增强。偶数图像然后示出由增强信号4+参考信号7形成的信号所引起的图像，而奇数图像示出由增强信号4-参考信号7形成的信号所引起的图像。

在图6中示意地示出了这一点。混合器8分别在奇数帧和偶数帧中向和从增强信号4添加和减去代表均匀照片的参考信号7。过滤器9在这一实施例中包括时间延迟11和减法器12。在减法器12中减去后续帧的两个信号。图像信号之一由增强信号4加上参考信号7形成，另一图像信号由增强信号减去参考信号7或者仅由增强信号形成。

减去奇数帧和偶数帧的两个信号使增强信号4丢失从而仅留下参考信号7或者更准确地留下参考信号7的两倍。注意差信号事实上提供两个值，即根据是从偶数帧减去奇数帧还是从奇数帧减去偶数帧而加上或者减去参考信号的两倍。可以向处理器3中馈送差信号的绝对值。减法器具有时间调制记录的图像数据以提供物体反射的参考图像数据的功能。归纳图6的方案，该方案包括时间调制器，其中用参考信号时间调制增强信号。在记录端，应用时间调制器来时间调制记录的信号，从而提供参考图像信号，即归因于已知参考照明的图像。这个参考信号10然后使用于处理器3中。

在更复杂的实施例中，可以应用运动补偿来补偿奇数帧和偶数帧之间的图像的部分的时间运动。

注意可以通过将奇数帧和偶数帧相加来发现仅由增强信号4导致的图像。也可以向处理器3发送这个物体反射的增强信号用于进一步分析。

在图4和图5的两个实施例中，产生参考图像信号10，并且向处理器3发送这一信号以便提供增强信号4。

其中交替地加和减参考信号的图6的实施例的优点在于几乎不改变或者完全不改变平均强度和颜色。优选地，参考照明是增强照明的仅小部分。在其中对增强信号交替地加和减参考信号的实施例中，增强信号将不得不具有与参考值相等的最小值。一种变化将是在奇数帧中不加参考信号而在偶数帧中加参考信号。这将去除对增强信号中的最小值的限制。然而它将影响平均强度和颜色。

略微更复杂的系统包括如下手段，该手段用于向用于帧的增强信号上叠加用于后续帧的具有正和负符号以及具有负和正符号的空间交替区域的图案。这样的图案的例子是棋盘图案。这将减少向增强信号添加参考信号的可见性。还可以通过在时间上对图案的位置移位或者连续地使用各种图案来减少可见性。也可以使用蜜蜂结构图案或者任何其他重复的图案。在一个简单实施例中，照明设备的相邻像素形成棋盘图案。

通过减去后续图像信号，增强信号再次丢失，仅留下参考信号。

使用图案（例如棋盘图案）具有投影图像的像素的影响在记录的图像上可跟踪的又一优点。使用其中参考照明在整个投影仪上是简单均匀照明的系统不允许跟踪投影图像中的像素与记录设备所见图像中的像素之间的对应。然后不能跟踪和纠正投影图像与记录图像之间的对准问题。使用图案（诸如例如棋盘图案）允许向图像上对准投影图像。

任何类型的对准标记可以用于这一目的，但是投影参考信号中的空间图案是实现这一点的有用和简单手段，因为图案在已知的相对位置提供多个标记。

另一用于在参考信号中提供标记的选项是让一些像素发射人眼不可见、但是照相机可检测的光（诸如例如红外线或者紫外线）。

图7示意地图示了在奇数帧中是参考棋盘图案加上增强信号4而在偶数帧中（或者反之亦然）是奇数帧的参考信号的负数（negative）加上增强信号4的信号。如图5中示意地所示减去两个信号将提供参考信号。然后可以向处理器3发送这一信号。在图7中示意地图示了用棋盘图案调制强度。两个信号之差的绝对值提供参考图像信号。

在优选实施例中，有可能在奇数/偶数帧参考图案中减少/增加某一颜色（例如绿色）而增加/减少其他颜色（例如蓝色和红色）。可以选择增加使得亮度在帧上完全不变化而颜色变化在多个帧上达到平均。

观看人对颜色变化没有对亮度变化那样敏感。这一实施例又可以使用于任何空间图案中或者即使无图案用于参考信号也可以使用于时间复用实施例中。可以通过对空间图案移位来实现可见性的进一步减少。例如，可以使用具有所指示图案的奇数帧和偶数帧，然后针对接下来的成对奇数帧和偶数帧将图案移位半个块。这将减少图案的任何可见性。然而它也将减少参考信号的可能测量，因为并非所有成对奇数帧和偶数帧然后可以用于这样的测量。

图8图示了使用空间二维图案的优点。使用图案化调制的优点在于图案可以用来配准来自照相机的图像和投影图像。（用照相机）观察的投影图案一般由于投影平面中的深度变化以及照相机和投影仪的可能不同的视角而不会看似棋盘图案。使用运动估计技术，有可能建立局部移位并且扭曲照相机图像以便最优地匹配来自投影仪的投影与图像投影于其上的物体。图像中的在这个情况下由空间图案的区域之间的边界形成的标记允许这样的匹配。如上文说明的那样，差信号将提供是参考信号的幅度的两倍的棋盘图案，这将允许区分在区域之间的边界并且由此使对准变得可能。通过提供更复杂图案（例如四个图案，其中图案之和是相等的照明），更高级的对准是可能的。这可能需要稍微更长一些的图案序列，但是允许更高级的对准。

上述实施例说明了信号的时间复用或者相加。

本发明并不限于这些例子。

两个上述实施例的混合例如是也落在本发明内的以下方案，其中时间复用使用于略有不同的方案中：

- 在第一时隙或者多个时隙中，仅发射增强信号，并且

- 在第二时隙或者多个时隙中，发射增强信号加上参考信号。

两个时隙在长度上相同，从而增强信号的完整强度相同和/或乘以记录信号，从而增强信号的完整强度相同。在记录端，信号被解复用并且彼此相减，仅留下参考信号。如果两个时隙不相同（例如第一时间段t₁用于第一时隙，而t₂用于第二时隙），则可以通过从第一信号减去第二信号的t₁/t₂倍来获得参考信号。

这一实施例与图4的实施例相比的优点在于，可以提供更强的参考信号。与如图6中那样减去后续帧相比的优点在于，无需时间延迟并且在帧期间的时间内没有物体在图像内的运动的问题或者这样的问题更少。被减去的两个信号源于同一个帧，因此无时间差需要考虑或者无运动补偿。

时间复用的又一例子如下：

- 在长度为t₁的第一时隙中发射从参考数据导出的参考照明信号

- 在长度为t₂的第二时隙中发射增强信号减去参考照明信号的t₁/t₂倍。这可以通过在这一时隙期间向照明设备提供相当于照明数据减去参考数据的t₁/t₂倍的数据来完成。

物体的总照明然后是：

t₁*(参考照明) + (t₂)*(增强照明-t₁/t₂*(参考照明))=t2*增强照明

参考照明就平均而言对物体的照明无影响。不能跟随快速波动的人眼未看见参考照明。

本发明可以使用于多种技术领域中：

应用领域包括但不限于比如室内光照、商店光照、手术室光照和车前灯这样的应用。

加亮、对比度和颜色都可以针对例如起居室、博物馆或者画廊中的图片、海报或者雕像来增强。一般而言，本发明可以增强室内的每个物体，这也可以视为经济（绿色）的，因为未在场景部分上无意地溢出光能。在实施例中，该系统被布置成发射在物体的该位置最少吸收的那些颜色、因此增加照明效果的效率。在这一情况下，低能光照以及视觉增强是目标。

在商店环境中，增强光照可以用来增加某些产品的吸引力或者关注价值。注意，可以不仅使用正方形区域而且使用任意形状的加亮点。一个实施例中的系统在商店环境中可以在个人沿着陈列走动时跟踪他/她并且相应地调节投影图像。

在手术室中，增强光照可以用来提高外科医生的视力。

在车前灯中，在实施例中具有照相机反馈的像素化光源用来提高驾驶员在欠佳天气条件下的视力。在这样的条件下，稳定的增强的照明至关重要。前灯然后例如加亮沿着道路一侧的物体（比如树木或者交通标志）。

又一应用是在影院中和用于音乐演奏。将被加亮的物体于是例如是在舞台上移动的歌者或者演员。在这样的应用中，增强信号4（即用其来执行增强光照的算法）不需要是固定的，而是例如使其依赖于时间、在舞台上的位置或者演奏的乐曲。该处理也可以用来分割出演员（一般为每个值得注目的物体）并且仅向相关场景段（可调点聚光灯或者跟踪点）发光。

照明设备可以是各种类型，只要设备能够投影图像并且调节图像的各部分的照明。投影无需是与物体相同的细节。稍微粗略的投影图像也可以起作用。如果照明设备与查看器的分辨率相比具有很低的分辨率，则例如光学上模糊增强图像可以是有利的。照明设备可以是整体上投影图像的类型（诸如例如LCD投影仪或者通过扫描像素或者扫描图像线来投影图像的投影仪）。

实施例中的照明设备包括用于空间上调制来自光源的光的光阀（LCD、DMD）设备。

实施例中的照明设备包括扫描调制的光束生成器（LED或者LED激光器）设备以空间上调制物体上发散的光。

实施例中的照明设备包括调制的光束生成器（LED或者LED激光器）设备的扫描线性阵列以空间地调制物体上发散的光。

记录设备可以是诸多类型之一；在实施例中，记录设备包括图像传感器设备（比如CCD、CMOS）。在其他实施例中，记录设备包括光电传感器（比如光电二极管）用于检测在某个时间点从扫描场景反射的光量，或者包括光电传感器的线性阵列用于检测在某个时间点从扫描场景反射的光量。

一个具体有利实施例由包括像素化灯的投影仪形成。光照系统已经变得在强度方面可调适，并且近来由于引入发光二极管（LED）灯也在颜色方面可调适。可以使用允许（低分辨率）图像/氛围投影的像素化灯在亮度和颜色方面很快地控制LED。在像素化灯中，灯由多个小型灯（比如LED）构成，其中灯投影图像。

图9图示了这样的图像。图像由被顺序扫描的多个像素线构成，这在图9中通过从左运行到右的线示意性指示。例如具有移动镜的激光设备可以用来通过逐行扫描来组成图像。使用LED的像素化灯也可以用于这一目的。可替换地，可以逐行示出图像，并且从图像的顶部向下扫描这些行。

当扫描投影图像的个体像素时，个体像素在记录图像中可区分，这对于对准目的而言是优点。缺点在于，多数像素在任何时间关灭。

可以通过以下来完成时间复用：用用于提供增强照明的增强信号扫描图像的像素或者线、继而用用于提供参考照明的参考信号扫描相同像素或者线，并且在单独时隙中记录图像以解复用信号并且从记录的图像信号提取参考信号，即参考照明在物体上的反射。

也有可能如图6中示意地所示使用参考信号对增强信号的时间调制并且通过从不同帧减去记录信号来从记录信号提取参考信号。

在上图中，已经示出照明设备5和记录设备1为单独单元。在优选实施例中，照明设备5和记录设备1共享共同的光学系统。在图10中示意地示出了这样的实施例。被投影的光经由镜M1和部分反射、部分透射的镜M2被透射通过共同的透镜系统L。通过相同透镜系统L和部分透射镜M2记录图像。使用共同的光学系统具有设计更紧凑和关于投影的图像和记录的图像的对准的问题更少的优点。

图11图示了又一优选实施例。在这一实施例中，三个信号可区分：

- 参考信号（7a，7a’）

- 增强信号（4，4’）

- 未由于照明设备而是例如由于太阳光所致的信号（7b，7b’）。

在其中用参考信号逐帧调制照明信号的实施例中，由于其他光（诸如例如到来的太阳光）所致的任何信号将不或者仅在很有限的数量上影响信号10，因为到来的太阳光将或多或少在相同程度上影响所有帧，因此在减去期间到来的太阳光的影响丢失。然而在时间复用实施例中，未来自照明设备的附加光可以被感知为参考图像的部分。因此，图片上的由于窗中的落在画上的太阳光反射所致的亮斑将被视为画的部分并且被加亮。对于车前灯，由于路灯或者太阳光所致的照明可能引起相似问题。图11图示了一个克服或者至少减少这一问题的实施例。在时间复用期间有至少三个时隙：一个用于增强信号4，一个时隙7a用于参考信号7a，而时隙7b完全未用于信号，即无来自照明设备的光。然后可以通过减去与时隙7a和7b对应的信号来发现参考图像信号。

一种在复用方案中无需附加时隙的替代方法是在时隙7中调制参考信号（例如在奇数帧中为参考信号的0.8倍而在偶数帧中为参考信号的1.2倍）、然后从偶数图像减去奇数图像或者反之亦然。然后取消由于太阳光所致的信号从而仅留下由于参考信号所致的照明的0.4倍。

图12图示了其中使用单个记录设备1、但是多于一个（在这一例子中为两个）照明设备5和5’的一个实施例。在这一实施例中，复用两个参考信号，其中例如用于两个照明设备的参考照明的时隙不同并且优选地不重叠。

解复用器demux然后能够剖析记录数据并且分离出两个照明设备的参考照明。优选地，为了避免复杂，将照明设备5的增强信号置于零以避免在两个参考照明之间的串扰。

图13示意地图示了这样的布置：

向照明设备5发送在第一时隙期间为零（0）、在又一时隙期间为增强信号4而在最后时隙期间为参考信号7的信号，

向照明设备5’发送在第一时隙期间包括参考信号7’’、在又一时隙期间包括增强信号4而在最后时隙期间包括零的信号。

解复用器demux然后可以区分来自两个照明设备的参考照明信号。照明设备5和5’将必须同步操作以便这一实施例起作用。

使用单个记录设备而使用两个或者更多照明设备具有至少两个优点：它更高效，并且与使用两个记录设备相比，避免两个记录设备的同步的任何问题。

当然，照明设备的数目并不限于两个；可以使用多于两个照明设备。当图案化参考照明时，用于两个照明设备的图案优选地不同以允许二者之间的进一步差别。

在图14中示意地图示了本发明的又一实施例。

在图14的顶部部分的图形中图示了增强照明。竖直轴给出强度I。水平轴针对像素行或者线给出位置x。反射的图像将示出相似空间图案。

在图14的底部部分的图形示出了增强照明与反射照明之和。在本发明的这一例子中，参考照明空间地调制增强照明。这样的空间调制的例子是从邻近像素处的增强强度加和减固定值。假设增强照明逐像素相对慢地变化，然后变得有可能通过将空间过滤器应用于记录的图像数据来空间地从记录的图像数据过滤由于参考照明所致的反射。

这是其中用参考照明空间地调制增强照明的一个实施例的例子。

图15图示了用参考照明空间地调制增强照明的又一更复杂例子。

在这一例子中，参考照明本身也包括又一空间图案。在这一例子中，参考照明的值示出了两个不同高度的阶梯。当在两个方向上应用这一高度差时，将显现与图7中所示棋盘图案等效的棋盘图案。

在上文给出的例子中，共同的照明源用于提供参考照明和增强照明。通过在向共同的照明源发送数据信号的混合之前混合数据信号来执行参考照明和增强照明的混合。来自单个照明源的组合的照明包括参考照明和增强照明这至少两个可区分组成成分。在系统的记录端执行在发射端完成的过程的反过程，从而解开两个构成照明或者至少提取构成照明之一（即参考照明）。

这一概念可以推广如下：

以公式形式可以将发射的光描述为：

I(x,y,t)=F{I_参考照明(x,y,t);I_增强照明(x,y,t)}

其中I是随着空间位置(x,y)和时间t变化的发射的光。发射的光依赖于随着空间(x,y)和/或时间t变化的参考照明的强度以及依赖于也随着空间和/或时间变化的增强照明。

来自物体的反射光也将随着物体对参考照明和增强照明的反射而变化：

R(x,y,t)=F’{R_参考照明(x,y,t);R_增强照明(x,y,t)}

过滤反射图像以获得由于参考照明所致的反射图像。

过滤{R(x,y,t)}·R_参考照明

关于由于参考照明所致的反射图像的数据用来提供针对增强照明的信息。

有多种实现本发明的方法。

可以通过使用两个单独照明源而不是使用共同的照明源来执行混合两个照明的过程。换而言之，也可以通过组合来自物体上的单独光源的两个光发射来执行在光学域中混合信号而不是在电学域中混合数据信号、然后将它们发送到共同的照明源。

图16图示了这样的实施例的例子。

在这一例子中，该系统包括两个单独照明源。该系统包括用于生成参考照明的白光生成器W，并且该系统包括增强照明设备5。向增强照明设备5提供增强照明数据4。调制增强数据使得在时间a期间增强照明设备5发光而在时间b期间增强照明设备5不发射任何光。这是对增强照明设备5的发射的时间调制的形式。光源W一直发射。两个设备5和W共享共同的光学单元C，在这一例子中，共同的光学单元C由部分透明、部分透射的镜并且可能地由镜前面的透镜系统形成。来自增强照明设备5和白光源W的发射的混合所照亮的物体在时间b期间仅反射来自白光源W的光，即参考照明。通过在记录侧过滤到来的数据使得在时间b期间仅收集数据来测量参考照明。这样的过滤是对记录信号的一类时间解调。

注意的是，替代不在时间b发光，可以通过例如增强照明设备5前面的旋转轮来在光学域中实现相同的。另一例子将是在图16中的部分透明、部分透射的镜的位置使用从透明切换到反射的可切换镜。

因此，在发射侧可以在电学域中通过混合信号并且使用共同的照明设备以及在光学域中通过使用两个不同光源并且在两个光束落在物体上之前混合它们来完成参考照明与增强照明的混合。

对于在接收端的过滤，存在相似的方式二元性。在上述信号中图像信号被记录。然后向数据过滤器馈送这一图像信号以滤出由于参考照明所致的反射。

然而有多种用于在记录端过滤撞击在光记录设备上的光的解决方案，这些解决方案不需要应用在记录的图像数据上的数据过滤器。

对于其中为参考照明保留复用方案中的具体时隙的那些实施例，一种可能性是让记录设备仅在那些具体时间段内操作。可以用多种方式应用这一点：

例如通过使用如下CCD设备，该CCD设备被定时成仅在复用方案内向参考照明分配的具体时间段期间记录数据。仅CCD接收的数据然后将是由于参考照明所致的数据。无需后续数据过滤。时间过滤器直接应用于CCD设备上。

通过使用光学快门来一直、但是针对具体时间段在光记录设备前面阻止光。这是用于过滤撞击在光记录设备上的光的过滤器的硬件实施例。快门与复用方案同步。对记录数据或者在记录数据内无需数据过滤。在光学域中在记录之前完成过滤。时间控制的快门然后充当过滤器。

因此可以在记录之前完成过滤动作（即通过记录设备前面的某一光学过滤器过滤光）。尤其在参考照明和增强照明由于它们具有不同时间分布而可区分的场合，可以使用记录设备前面的时间控制的快门。然而优选地对记录数据完成过滤，因为这使得更易于也分析关于增强照明的反射的数据。

图像记录设备可以是照相机并且在许多优选实施例中是照相机，但是在一些实施例中，记录设备可以仅具有有限数目的像素，而在极限情况下，仅单个像素覆盖整个图像。

在图17中图示了这样的实施例的例子。

图17示出了具有前灯的汽车。布置前灯51、51’用于提供增强照明以及参考照明来照亮前路。在汽车前面提供包括nxm个光电传感器矩阵的光记录设备52、52’，在这一例子中一个光记录设备用于前灯中的每一个，其中n和m是在1与例如8之间的数目。在最极端情况下，记录设备是单个光电传感器。时间复用允许每个光电传感器测量对应前灯的对应段的效果（可能方案例如见图13）。以最基本形式，使用单个光电传感器作为矩阵，换言之n和m是1。

光电传感器测量前灯在发射参考照明时的效果，其中前灯被分段成与光电传感器矩阵对应的区域。

光记录设备因此是用于记录反射图像的设备，像素数目可以是任何数目。在优选实施例中，用于记录的设备是照相机，因为它允许更大清晰度。

简言之，本发明可以描述如下：

一种用于增强物体的外观的系统包括用于提供增强照明的照明设备和用于记录物体对物体上的照明的反射的光记录设备。参考照明与增强照明混合。过滤反射光中的信息以过滤由于参考照明所致的反射数据。这些信号用于在处理器中计算增强照明。

在权利要求中，置于括号之间的任何标号不应解释为限制权利要求。

词“包括”不排除存在除了权利要求中记载的元件或者步骤之外的元件或者步骤。如上文描述的各种不同优选实施例的特征的任何组合可以实施本发明。

Claims

1.一种照明系统，包括：

- 光记录设备（1），用于产生物体的记录图像数据（2），

- 处理器（3），用于根据记录图像数据（2）生成增强照明数据（4）以提供增强照明来增强所述物体的外观，

过滤器（9），该过滤器（9）用于从撞击在所述光记录设备（1）上的光提取物体反射的参考图像数据（10），其中所述物体反射的参考图像数据（10）是到用于生成增强照明数据（4）的所述处理器（3）的输入，

用于提供参考照明数据（7）的参考信号装置（6），

其特征在于，所述照明系统还包括：

用于混合所述参考照明数据（7）与所述增强照明数据（4）的混合器（8），以及

共同照明设备（5），其被耦接以接收参考照明数据（7）与增强照明数据（4）的混合以便用参考照明与增强照明的混合照亮所述物体。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于：所述过滤器是用于过滤所述光记录设备记录的数据的数据过滤器。

3.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于：所述系统包括用于时间复用所述增强照明与所述参考照明的复用器，并且所述过滤器（9）包括用于解复用所述记录图像数据以提供所述物体反射的参考图像数据（10）的解复用器。

4.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于：所述复用器被布置用于复用参考照明与增强照明而不与来自所述共同照明设备的照明复用。

5.如权利要求1至2中的任一权利要求所述的照明系统，其特征在于：所述系统包括用于时间调制所述增强照明与所述参考照明的调制器，并且所述过滤器包括用于时间解调所述记录图像数据以提供所述物体反射的参考图像数据（10）的时间解调器。

6.如权利要求1至2中的任一权利要求所述的照明系统，其特征在于：所述系统包括用于空间地调制所述增强照明与所述参考照明的调制器，并且所述过滤器包括用于空间解调所述记录图像数据以提供所述物体反射的参考图像数据（10）的空间解调器。

7.如任一前述权利要求1-4所述的照明系统，其特征在于：所述参考照明提供有空间标记。

8.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于：所述空间标记由空间图案形成。

9.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于：所述空间图案是棋盘图案。

10.如权利要求5所述的照明系统，其特征在于：所述混合器被布置来进行混合，使得参考照明在时间中或在图像上的平均值大约为零。

11.如任一前述权利要求1-4所述的照明系统，其特征在于：所述共同的照明设备被布置用于扫描所述图像。

12.如任一前述权利要求1-4所述的照明系统，其特征在于：所述共同的照明设备和所述光记录设备共享共同的光学系统。

13.如任一前述权利要求1-4所述的照明系统，其特征在于：所述系统包括多于一个共同的照明设备（5，5’）。

14.一种用于照亮物体的方法，其中：

- 记录物体的图像从而产生所述物体的记录图像数据（2）；

- 使用照明数据在所述物体上投影所述物体的图像，

- 用参考照明与增强照明的混合照亮所述物体，并且过滤所记录的物体的图像以提取物体反射的参考图像数据（10），其中所述物体反射的参考图像数据（10）用于生成所述增强照明，其特征在于：混合参考照明数据（7）与增强照明数据（4），向共同的照明设备（5）提供参考照明数据（7）与增强照明数据（4）的混合以便用参考照明与增强照明的混合照亮所述物体。