CN105953125B - 自追踪式台灯以及通过自追踪方式提供照明的方法 - Google Patents

自追踪式台灯以及通过自追踪方式提供照明的方法 Download PDF

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Abstract

本实施例中提出的自追踪式台灯以及通过自追踪方式提供照明的方法，属于照明设备领域。包括根据空间红外图谱确定用户眼部的位置，进而确定用户眼部聚焦的位置，并控制台灯或照明设备将聚焦的位置照亮。使得用户在使用自追踪式台灯进行阅读时，台灯能够对用户眼部聚焦的阅读区域使用较高亮度进行标记，使得用户在外出回来继续阅读时能够快速获取阅读重点，并且不需要频繁的移动眼球，降低用户使用的疲劳感。

Description

自追踪式台灯以及通过自追踪方式提供照明的方法
技术领域
本发明属于照明设备领域，特别涉及自追踪式台灯以及通过自追踪方式提供照明的方法。
背景技术
随着经济社会的发展，节能减排这一发展理念已经逐渐深入人心。在政府的扶持和引导下，降低设备能耗成为各领域工作人员的工作重心。电力系统作为国民经济的发展支柱，在降低设备能耗的工作上更应走在时代前沿。
在现有的照明设备中，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具有功耗低、寿命长、光谱稳定等特性，正在逐步取代原有的白炽灯、荧光灯等成为主流的照明方式。
目前用户在使用LED台灯进行阅读时，如果在中途离开后重新进行阅读时，无法快速确定之前阅读结束的位置，需要用户的眼球需要进行频繁的移动来确定，这样容易引发用户使用的疲劳感。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了用于降低用户疲劳感的自追踪式台灯。
为了达到上述技术目的，一方面，本发明提出了自追踪式台灯，所述自追踪式台灯包括电源，所述自追踪式台灯包括：电连接至所述电源的LED发光板，还包括被设置成获取用户面部位置的自追踪装置；
自追踪装置向用户面部所处的空间发射红外线，接收从用户面部反射的红外线绘制空间红外图谱，在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标；
自追踪装置根据第一空间坐标，结合定位算法确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，点亮LED发光板向第二空间坐标照射或对LED发光板的照射参数进行调节。
可选的，所述在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，包括：
在所述的空间红外图谱中，根据预设的面部轮廓模板确定用户面部区域；
在所确定的用户面部区域中使用构建的滤波器进行滤波处理，得到灰度图像，对灰度图像进行二值化处理，得到二值化处理后的第一图像，提取该第一图像中白色区域的质心作为参考点；
如果在该第一图像中仅能选出分别代表用户左眼和/或右眼的单一参考点，则将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标；或
如果在该第一图像中选取代表用户左眼和/或右眼的多个参考点，则根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到分别代表用户左眼和右眼的单一参考点，将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标。
可选的，根据公式一确定所述可信度阈值，
其中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
可选的，所述自追踪式台灯还包括可弯折支架，在所述可弯折支架内设有转轴，在转轴处设有电位器，根据电位器的电阻值确定所述可弯折支架的弯折角度。
可选的，所述自追踪装置根据第一空间坐标，结合定位算法确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，包括：
根据第一空间坐标，确定第一空间坐标相对于可弯折支架所处平面的镜像空间坐标；
获取可弯折支架的弯折角度，结合可弯折支架的长度值，确定LED发光板相对于所处可弯折支架所处平面的高度值，根据所述高度值确定LED发光板所处的第三空间坐标；
构建连接第三空间坐标与镜像空间坐标的连线，确定所述连线的空间方程，结合可弯折支架所处平面的空间方程，确定所述连线与所述可弯折支架所处平面的交点坐标，所述交点坐标即为第二空间坐标，所述连线即为LED光板的照射方向。
可选的，所述LED发光板设在弯折支架上，所述LED发光板为曲面柔性LED发光板，所述曲面柔性LED发光板为单层电路板或双层电路板；
当所述曲面柔性LED发光板为双层电路板时，所述双层电路板包括印制有LED的第一电路板，以及印制有导电迹线、且与第一电路板贴合的第二电路板。
可选的，所述曲面柔性LED发光板包括：
设在所述柔性LED发光板上的第一区域、具有第一光通量的第一LED阵列，以及设在所述柔性LED发光板上的第二区域、具有第二光通量的第二LED阵列。
可选的，所述照射参数包括与LED发光板对应的照射亮度、色温或色彩值。
可选的，所述自追踪装置包括红外收发器以及与红外收发器电连接的发光控制电路。
可选的，在所述自追踪装置中设有感光元件。
可选的，在所述LED发光板外侧设有可拆卸的光线扩散罩。
另一方面，本发明还提出通过自追踪方式提供照明的方法，所述方法包括：
向用户面部所处的空间发射红外线，并根据接收从用户面部处反射的红外线绘制空间红外图谱，在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，将第一空间坐标发送至发光控制电路；
根据第一空间坐标，结合定位算法，确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，控制光源向第二空间坐标照射或对光源的照射参数进行调节。
可选的，所述在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，包括：
在空间红外图谱中，根据面部轮廓模板确定用户面部区域；
在用户面部区域中使用构建的滤波器进行滤波处理，得到灰度图像，对灰度图像进行二值化处理，得到二值化处理后的第一图像，提取第一图像中白色区域的质心作为参考点；
如果在第一图像中仅能选出分别代表用户左眼和/或右眼的单一参考点，则将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标；或
如果在第一图像中选取代表用户左眼和/或右眼的多个参考点，则根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到分别代表用户左眼和右眼的单一参考点，将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标。
可选的，根据公式一确定所述可信度阈值：
其中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
可选的，根据第一空间坐标，结合定位算法，确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标还包括：
确定第一空间坐标的镜像空间坐标；
确定光源的高度值，根据所述高度值确定光源所处的第三空间坐标；
构建连接第三空间坐标与镜像空间坐标的连线，确定所述连线的空间方程，结合基准平面的空间方程，确定所述连线与所述基准平面的交点坐标，所述交点坐标即为第二空间坐标。
可选的，所述照射参数包括照射亮度、色温或色彩值。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过自追踪装置获取到的用户眼部位置，并控制台灯或照明设备将聚焦的位置照亮。使得用户在使用自追踪式台灯进行阅读时，台灯能够对用户眼部聚焦的阅读区域使用较高亮度进行标记，使得用户在外出回来继续阅读时能够快速获取阅读重点，并且不需要频繁的移动眼球，降低用户使用的疲劳感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的自追踪式台灯的结构示意图；
图2是本发明提供的自追踪式台灯中LED发光板的结构示意图；
图3是本发明提供的自追踪方式提供照明的方法的流程示意图；
图4是本发明提供的自追踪方式提供照明的方法中子步骤的流程示意图一；
图5是本发明提供的自追踪方式提供照明的方法中子步骤的流程示意图二；
附图标记：
1-可弯折支架，2-电源，3-LED发光板，4-红外收发器，5-发光控制电路，41-第一LED阵列，42-第二LED阵列，400-感测光的光通量，410-第一照射区域，420-第二照射区域，411-第一光通量，421-第二光通量，51-感光元件。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提供了自追踪式台灯，所述自追踪式台灯包括电源2，所述自追踪式台灯包括：所述自追踪式台灯包括：电连接至所述电源的LED发光板3，还包括被设置成获取用户面部位置的自追踪装置；基于上述部件，自追踪台灯的具体工作流程为：
11、自追踪装置向用户面部所处的空间发射红外线，接收从用户面部反射的红外线绘制空间红外图谱，在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标。
12、自追踪装置根据第一空间坐标，结合定位算法确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，点亮LED发光板3向第二空间坐标照射或对LED发光板3的照射参数进行调节。
在步骤11中，自追踪装置根据红外线遇到用户身体进而产生反射被自追踪装置本身接收的原理绘制空间红外图谱，以便于根据步骤12所述的操作方式，对用户眼部聚焦的位置进行照射，同时对照射过程中台灯的照射参数进行调节。在获取到的空间红外图谱中，确定用户眼部所处的第一空间坐标的详细步骤如下：
101、在所述的空间红外图谱中，根据预设的面部轮廓模板确定用户面部区域。
102、在所确定的用户面部区域中使用构建的滤波器进行滤波处理，得到灰度图像，对灰度图像进行二值化处理，得到二值化处理后的第一图像，提取该第一图像中白色区域的质心作为参考点。
103、如果在该第一图像中仅能选出分别代表用户左眼和/或右眼的单一参考点，则将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标；或
104、如果在该第一图像中选取代表用户左眼和/或右眼的多个参考点，则根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到分别代表用户左眼和右眼的单一参考点，将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标。
为了确定准确的空间坐标，首先需要在自追踪式台灯所处的空间内建立空间坐标系，为了方便理解，在本实施例中构建的空间坐标系中的坐标原点设在发光控制电路处，XOY平面即为可弯折支架所处的平面。在构建好空间坐标系后，根据绘制的空间红外图谱确定用户眼部的第一空间坐标。
首先，需要根据面部轮廓模板对之前得到的空间红外图谱进行区域截选，选取与面部轮廓模板轮廓特征相符的区域定为用户面部区域。接着，在已确定的用户面部区域中使用预先构建的滤波器进行滤波处理，并对得到的灰度图像进行二值化处理，得到黑白图像即第一图像，提取第一图像中的白色区域的质心作为用户眼睛的参考点。最后，如果第一图像中针对用户的左眼和/或右眼仅能选取单一参考点，则将选处的单一参考点所处的空间坐标作为第一空间坐标；如果第一图像中针对用户的左眼和/或右眼，能够选出多个参考点，则需要根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到单一参考点，并将单一参考点所处的空间坐标作为第一空间坐标。
在获取用于面部区域的过程中使用的预先构建的滤波器为N-Quoit滤波器，数理形态学滤波器。从概念上说，Quoit滤波器由两个滤波器(圆环滤波器和圆盘滤波器)叠加而成，Quoit滤波器的输出值定义为圆盘和圆环做膨胀运算后的差值。对于一个孤立点，圆环可以落下但是圆盘无法落下，因此圆盘和圆环之间产生高度差，所以Quoit滤波器可以检测到图像中的孤立点。该滤波器的原理为：当图像中存在的孤立点具有旋转对称性且相对于周围图像存在色彩高度单调递减的情况下，为了实现最大的高度差，仅能选取圆盘的中心点，这种情况下，使用单点滤波器代替圆盘滤波器。单点滤波器的工作原理为：
其中，f代表输入图像，R代表圆环滤波器中的结构元素，代表膨胀运算，由于过程中使用的单点滤波器为图像本身，不再需要膨胀运算，因此使用Quoit滤波器处理的时间可以明显缩短。
可选的，根据公式一确定所述可信度阈值，
其中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
在实施中，前一步骤中使用了可信度阈值对多个参考点进行筛选，这里可信度阈值的获取方法根据公式一求得。在公式一中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
从直观上来说，人脸可信值Facecess为每级强分类器的得分总和。当左眼候选区域和右眼候选区域内某两个点作为输入计算得到的Facecess最大时，表示此时的图像最像人脸，这两个点即可作为眼睛位置。
可选的，所述自追踪式台灯还包括可弯折支架，在所述可弯折支架内设有转轴，在转轴处设有电位器，根据电位器的电阻值确定所述可弯折支架的弯折角度。
在实施中，如图1所示，为了扩大自追踪式台灯的照射范围，在自追踪式台灯中还设有可弯折支架1.为了获取可弯折支架1的弯折角度θ，在可弯折支架1内设有转轴，在转轴内设有电位器，这样在调整可弯折支架1的弯折角度时，电位器的阻值会发生变化，因此事先记录下阻值与弯折角度θ的对应关系，通过获取电位器的阻值，就可以反推出可弯折支架1当前的弯折角度θ。
可选的，所述自追踪装置根据第一空间坐标，结合定位算法确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，包括：
根据第一空间坐标，确定第一空间坐标相对于可弯折支架所处平面的镜像空间坐标；
获取可弯折支架的弯折角度，结合可弯折支架的长度值，确定LED发光板相对于所处可弯折支架所处平面的高度值，根据所述高度值确定LED发光板所处的第三空间坐标；
构建连接第三空间坐标与镜像空间坐标的连线，确定所述连线的空间方程，结合可弯折支架所处平面的空间方程，确定所述连线与所述可弯折支架所处平面的交点坐标，所述交点坐标即为第二空间坐标，所述连线即为LED光板的照射方向。
在实施中，在获取第一空间坐标后，自追踪装置根据第一空间坐标，通过定位算法确定用户眼部聚焦位置的步骤如下：
首先，自追踪装置确定第一空间坐标X1相对于空间坐标系中XOY平面对称的镜像空间坐标接着，自追踪装置获取可弯折支架1的弯折角度θ，结合可弯折支架的长度l，根据三角函数关系确定LED发光板3相对于XOY平面的二维坐标值，将该高度值作为LED发光板3中心位置在空间坐标系内的Z轴纵坐标，从而确定LED发光板3的第三空间坐标。
接着，在空间坐标系内构建第三空间坐标X2与镜像空间坐标的连线，并且根据第三空间坐标X2与镜像空间坐标的坐标值确定连线的空间方程，进而确定连线与XOY平面交点的坐标，该交点的坐标即为用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标。
之所以将连线与XOY平面交点的坐标定为用户眼部聚焦位置，是因为当用户坐在桌前看书时，视线是不会穿过桌子的，即用户眼部聚焦位置不会低于也不会高于上文中的XOY平面，只会落在XOY平面上，因此在上述计算用户眼部聚焦位置时，仅基于光路沿直线传播以及反射原理即可确定用户眼部聚焦位置。并且获取用户眼部聚焦位置的目的是为了对LED发光板3的发光区域进行调节，不需要很高的精度，因此在计算过程中忽略了书籍的厚度数据。
可选的，所述LED发光板设在弯折支架上，所述LED发光板为曲面柔性LED发光板，所述曲面柔性LED发光板为单层电路板或双层电路板；
当所述曲面柔性LED发光板为双层电路板时，所述双层电路板包括印制有LED的第一电路板，以及印制有导电迹线、且与第一电路板贴合的第二电路板。
在实施中，根据实际制作工艺的不同，曲面柔性LED发光板可以采用单层电路板的制作工艺，也可以使用双层电路板的制作工艺。曲面柔性LED发光板上的元件主要分为LED颗粒，以及连接LED颗粒的导线。由于LED发光板基于柔性材料，因此这里的导线实际上为印刷在电路板上的导电迹线。
如果采用单层电路板的制作工艺，则意味着LED颗粒以及连通每个LED颗粒的导电迹线均印刷在同一张电路板上；如果采用双层电路板的制作工艺，则意味着LED颗粒和连通每个LED颗粒的导电迹线被分别印刷在两张电路板上。如图2所示，可在顶层单层电路板121上印制LED颗粒113或114，每一LED颗粒的导电路径可经由导电迹线32组成，例如在封装LED颗粒时每一LED颗粒可为在一个导电迹线32上相互串联来获取电源，从而在贴合两个单层电路板时，LED颗粒与底层的导电迹线相互接触来实现有效导电路径。采用双层电路板可以在导电迹线32或者LED颗粒发生故障时，仅仅替换发生故障的电路板，无需对整个曲面柔性LED发光板进行更换，降低维修成本。
可选的，所述曲面柔性LED发光板包括：
设在所述柔性LED发光板上的第一区域、具有第一光通量的第一LED阵列，以及设在所述柔性LED发光板上的第二区域、具有第二光通量的第二LED阵列。
在实施中，在图1中，自追踪装置包括红外收发器4以及与红外收发器电连接的发光控制电路5。与LED发光板3、红外收发器4电连接的发光控制电路5，用于根据红外收发器4获取到的用户眼部位置，对LED发光板3的发光亮度以及发光区域进行调整。具体的，如图2所示，设在LED发光板3上的第一区域、具有第一光通量的第一LED阵列41，以及设在所述柔性LED发光板3上的第二区域、具有第二光通量的第二LED阵列42。如图1所示，第一LED阵列41所在的发光区段将发射具有第一光通量的光，其形成第一照射区域410，用户将使用放置于书桌上的台灯阅读，则LED颗粒114所在的发光区段将投射预设的第一光通量的光照射在该第一照射区域410内，LED颗粒41发出的光线将被用户的眼部接收。同时，为了达到较佳的对比光环境，LED颗粒42或剩余LED阵列所在的发光区段将发射具有第二光通量的光，从而在上述第一照射区域410周围形成第二照射区域420，应当理解的是，该第二照射区域420的范围并非限制为图1中所示。
当发光控制电路5与红外收发器4相连后，在红外收发器4向用户的面部发射红外光，接收从用户眼球反射的红外光信号，发光控制电路5接收的红外光信号监测用户的视线活动情况。例如：根据所检测的视线活动情况来调整第一LED阵列41、第二LED阵列的光通量，以产生不同照度的照射区域。应当理解的是，对上述发光区段的光通量是随着人眼的视线活动而不断变化的。例如，用户在阅读书籍内容时，如果台灯是以图1所示的纵向方向朝向用户，则从书籍顶部到底部的阅读过程中，用户的视线将发生移动(例如图1中的从左至右方向)，则发光控制电路5可被配置为从左至右逐次增大LED阵列的光通量，这样使得用户在感兴趣的阅读区域内始终能够得到最佳的光照效果。结合图1中的部件，首先增大第一LED阵列41的光通量至第一光通量411，其次再增大第二LED阵列42至相同的光通量，同时减小第一LED阵列41的光通量至第二光通量421。这样的另一种效果是，在用户离开书桌后，第一光通量的光411照射停留在该第一照射区域410内，当用户再次开始阅读时，可根据光照强度来识别之前已阅读的区域或位置。
基于上述发光控制电路5根据红外收发器4获取到的用户眼部位置，对LED发光板3的发光方式进行调整的示例，使得用户在使用本发明提供的自追踪式台灯进行阅读时，台灯能够通过实时获取用户眼部位置，对阅读区域使用较高亮度进行标记，使得用户在回来后能够快速获取阅读重点，令用户不需要频繁的移动眼球，降低用户使用的疲劳感。
可选的，所述照射参数包括与LED发光板对应的照射亮度、色温或色彩值。
在实施中，为了能够准确的对自追踪台灯的照射效果进行调节，这里定义了照射参数这一概念，具体的，照射参数包括LED发光板3对应的照射亮度、色温或色彩值。在LED发光板3中设有LED驱动电路，通过调节驱动电路中供电模块的输出电压等参数，实现LED发光板3对应的照射亮度、色温或色彩值的调节。
可选的，在所述自追踪装置中设有感光元件。
在实施中，如图1所示，自追踪装置内设有感光元件51，它被配置为接收和感测环境光400的光通量，如此，所述控制装置被配置为根据所感测光的光通量400来调节上述第一、第二光通量的阈值。基于感光元件51，支架1上可无需设置台灯的通断开关，自追踪装置将通过感光元件51的检测结果对台灯的通断进行控制。
可选的，在所述LED发光板外侧设有可拆卸的光线扩散罩。
在实施中，为了使LED颗粒发射的光柔和均匀或具有不同色彩效果，在灯体外侧套设有可拆卸的光线扩散罩，该光线扩散罩为透明或半透明材料制成，较佳为柔性光学硅胶或硅树脂材料，其可被任意地弯折。在一个实施例中，为了将LED颗粒发出的光进行导光，灯体上黏附LED颗粒位置的顶部可设置为不透明材料，从而使得LED颗粒发出的光在图1所示状态下仅向下照射。
本实施例中提出的自追踪式台灯，包括支架以及与支架连接的电源，在所述自追踪式台灯中还设置在支架上的LED发光板，包括被设置成获取用户面部位置的自追踪装置。通过自追踪装置获取到的用户眼部位置，对LED发光板的发光方式进行调整，使得用户在使用本发明提供的自追踪式台灯进行阅读时，台灯能够通过实时获取用户眼部位置，对阅读区域使用较高亮度进行标记，使得用户在外出回来继续阅读时能够快速获取阅读重点，并且不需要频繁的移动眼球，降低用户使用的疲劳感。
实施例二
本发明提供通过自追踪方式提供照明的方法，如图3所示，该方法包括：
31、向用户面部所处的空间发射红外线，并根据接收从用户面部处反射的红外线绘制空间红外图谱，在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，将第一空间坐标发送至发光控制电路；
32、根据第一空间坐标，结合定位算法，确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，控制光源向第二空间坐标照射或对光源的照射参数进行调节。
在步骤31中，根据红外线遇到用户身体进而产生反射被自追踪装置本身接收的原理绘制空间红外图谱，以便于根据步骤32所述的操作方式，对用户眼部聚焦的位置进行照射，同时对照射过程中照明设备的照射参数进行调节。在获取到的空间红外图谱中，确定用户眼部所处的第一空间坐标的详细步骤如图4所示：
401、在空间红外图谱中，根据面部轮廓模板确定用户面部区域；
402、在用户面部区域中使用构建的滤波器进行滤波处理，得到灰度图像，对灰度图像进行二值化处理，得到二值化处理后的第一图像，提取第一图像中白色区域的质心作为参考点；
403、如果在第一图像中仅能选出分别代表用户左眼和/或右眼的单一参考点，则将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标；或
404、如果在第一图像中选取代表用户左眼和/或右眼的多个参考点，则根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到分别代表用户左眼和右眼的单一参考点，将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标。
在实施中，为了在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，需要进行以下处理。
首先，需要根据面部轮廓模板对之前得到的空间红外图谱进行区域截选，选取与面部轮廓模板轮廓特征相符的区域定为用户面部区域。接着，在已确定的用户面部区域中使用预先构建的滤波器进行滤波处理，并对得到的灰度图像进行二值化处理，得到黑白图像即第一图像，提取第一图像中的白色区域的质心作为用户眼睛的参考点。最后，如果第一图像中针对用户的左眼和/或右眼仅能选取单一参考点，则将选处的单一参考点所处的空间坐标作为第一空间坐标；如果第一图像中针对用户的左眼和/或右眼，能够选出多个参考点，则需要根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到单一参考点，并将单一参考点所处的空间坐标作为第一空间坐标。
在上述过程中使用的预先构建的滤波器为N-Quoit滤波器，数理形态学滤波器。从概念上说，Quoit滤波器由两个滤波器(圆环滤波器和圆盘滤波器)叠加而成，Quoit滤波器的输出值定义为圆盘和圆环做膨胀运算后的差值。对于一个孤立点，圆环可以落下但是圆盘无法落下，因此圆盘和圆环之间产生高度差，所以Quoit滤波器可以检测到图像中的孤立点。该滤波器的原理为：当图像中存在的孤立点具有旋转对称性且相对于周围图像存在色彩高度单调递减的情况下，为了实现最大的高度差，仅能选取圆盘的中心点，这种情况下，使用单点滤波器代替圆盘滤波器。单点滤波器的工作原理为：
其中，f代表输入图像，R代表圆环滤波器中的结构元素，代表膨胀运算，由于过程中使用的单点滤波器为图像本身，不再需要膨胀运算，因此使用Quoit滤波器处理的时间可以明显缩短。
可选的，根据公式一确定所述可信度阈值
其中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
在实施中，前一步骤中使用了可信度阈值对多个参考点进行筛选，这里可信度阈值的获取方法根据公式一求得。在公式一中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
从直观上来说，人脸可信值Facecess为每级强分类器的得分总和。当左眼候选区域和右眼候选区域内某两个点作为输入计算得到的Facecess最大时，表示此时的图像最像人脸，这两个点即可作为眼睛位置。
可选的，根据第一空间坐标，结合定位算法，确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标如图5所示：
501、确定第一空间坐标的镜像空间坐标；
502、确定光源的高度值，根据所述高度值确定光源所处的第三空间坐标；
503、构建连接第三空间坐标与镜像空间坐标的连线，确定所述连线的空间方程，结合基准平面的空间方程，确定所述连线与所述基准平面的交点坐标，所述交点坐标即为第二空间坐标。
在实施中，在获取第一空间坐标后，根据第一空间坐标，通过定位算法确定用户眼部聚焦位置的步骤如下：
首先，确定第一空间坐标X1相对于空间坐标系中XOY平面对称的镜像空间坐标接着，确定光源的高度值，根据所述高度值确定光源所处的第三空间坐标X2。接着，在空间坐标系内构建第三空间坐标X2与镜像空间坐标的连线，并且根据第三空间坐标X2与镜像空间坐标的坐标值确定连线的空间方程，进而确定连线与XOY平面交点的坐标，该交点的坐标即为用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标。
之所以将连线与XOY平面交点的坐标定为用户眼部聚焦位置，是因为当用户坐在桌前看书时，视线是不会穿过桌子的，即用户眼部聚焦位置不会低于也不会高于上文中的XOY平面，只会落在XOY平面上，因此在上述计算用户眼部聚焦位置时，仅基于光路沿直线传播以及反射原理即可确定用户眼部聚焦位置。并且获取用户眼部聚焦位置的目的是为了对LED发光板3的发光区域进行调节，不需要很高的精度，因此在计算过程中忽略了书籍的厚度数据。
可选的，所述照射参数包括照射亮度、色温或色彩值。
在实施中，为了能够准确的对自追踪台灯的照射效果进行调节，这里定义了照射参数这一概念，具体的，照射参数包括照射过程中照射亮度、色温或色彩值。在实际的照明设备中设有照明驱动电路，通过调节照明驱动电路中供电模块的输出电压等参数，实现对照明设备照射亮度、色温或色彩值的调节。
本实施例中提出通过自追踪方式提供照明的方法，包括向用户面部所处的空间发射红外线，并根据接收从用户面部处反射的红外线绘制空间红外图谱，根据空间红外图谱中确定用户眼部位置，并向用户眼部位置照射，同时对照明设备的照射参数进行调节。通过对照明设备的照射方式进行调整，使得照明设备实时获取用户眼部位置，对阅读区域使用较高亮度进行标记，使得用户在外出回来继续阅读时能够快速获取阅读重点，并且不需要频繁的移动眼球，降低用户使用的疲劳感。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.自追踪式台灯，所述自追踪式台灯包括电源，其特征在于，所述自追踪式台灯包括：电连接至所述电源的LED发光板，还包括被设置成获取用户面部位置的自追踪装置；
自追踪装置向用户面部所处的空间发射红外线，接收从用户面部反射的红外线绘制空间红外图谱，在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标；
自追踪装置根据第一空间坐标，结合定位算法确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，点亮LED发光板向第二空间坐标照射或对LED发光板的照射参数进行调节。
2.根据权利要求1所述的自追踪式台灯，其特征在于，所述在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，包括：
在所述的空间红外图谱中，根据预设的面部轮廓模板确定用户面部区域；
在所确定的用户面部区域中使用构建的滤波器进行滤波处理，得到灰度图像，对灰度图像进行二值化处理，得到二值化处理后的第一图像，提取该第一图像中白色区域的质心作为参考点；
如果在该第一图像中仅能选出分别代表用户左眼和/或右眼的单一参考点，则将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标；或
如果在该第一图像中选取代表用户左眼和/或右眼的多个参考点，则根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到分别代表用户左眼和右眼的单一参考点，将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标。
3.根据权利要求2所述的自追踪式台灯，其特征在于：
根据公式一确定所述可信度阈值，
其中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
4.根据权利要求1所述的自追踪式台灯，其特征在于，所述自追踪式台灯还包括可弯折支架，在所述可弯折支架内设有转轴，在转轴处设有电位器，根据电位器的电阻值确定所述可弯折支架的弯折角度。
5.根据权利要求4所述的自追踪式台灯，其特征在于，所述自追踪装置根据第一空间坐标，结合定位算法确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，包括：
根据第一空间坐标，确定第一空间坐标相对于可弯折支架所处平面的镜像空间坐标；
获取可弯折支架的弯折角度，结合可弯折支架的长度值，确定LED发光板相对于所处可弯折支架所处平面的高度值，根据所述高度值确定LED发光板所处的第三空间坐标；
构建连接第三空间坐标与镜像空间坐标的连线，确定所述连线的空间方程，结合可弯折支架所处平面的空间方程，确定所述连线与所述可弯折支架所处平面的交点坐标，所述交点坐标即为第二空间坐标，所述连线即为LED光板的照射方向。
6.根据权利要求4所述的自追踪式台灯，其特征在于，所述LED发光板设在弯折支架上，所述LED发光板为曲面柔性LED发光板，所述曲面柔性LED发光板为单层电路板或双层电路板；
当所述曲面柔性LED发光板为双层电路板时，所述双层电路板包括印制有LED的第一电路板，以及印制有导电迹线、且与第一电路板贴合的第二电路板。
7.根据权利要求6所述的自追踪式台灯，其特征在于，所述曲面柔性LED发光板包括：
设在所述柔性LED发光板上的第一区域、具有第一光通量的第一LED阵列，以及设在所述柔性LED发光板上的第二区域、具有第二光通量的第二LED阵列。
8.根据权利要求1所述的自追踪式台灯，其特征在于，所述照射参数包括与LED发光板对应的照射亮度、色温或色彩值。
9.根据权利要求1所述的自追踪式台灯，其特征在于，所述自追踪装置包括红外收发器以及与红外收发器电连接的发光控制电路。
10.根据权利要求1所述的自追踪式台灯，其特征在于，在所述自追踪装置中设有感光元件。
11.根据权利要求1至10任一项所述的自追踪式台灯，其特征在于，在所述LED发光板外侧设有可拆卸的光线扩散罩。
12.通过自追踪方式提供照明的方法，其特征在于，所述方法包括：
向用户面部所处的空间发射红外线，并根据接收从用户面部处反射的红外线绘制空间红外图谱，在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，将第一空间坐标发送至发光控制电路；
根据第一空间坐标，结合定位算法，确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标，控制光源向第二空间坐标照射或对光源的照射参数进行调节。
13.根据权利要求12所述的通过自追踪方式提供照明的方法，其特征在于，所述在空间红外图谱中确定用户眼部所处的第一空间坐标，包括：
在空间红外图谱中，根据面部轮廓模板确定用户面部区域；
在用户面部区域中使用构建的滤波器进行滤波处理，得到灰度图像，对灰度图像进行二值化处理，得到二值化处理后的第一图像，提取第一图像中白色区域的质心作为参考点；
如果在第一图像中仅能选出分别代表用户左眼和/或右眼的单一参考点，则将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标；或
如果在第一图像中选取代表用户左眼和/或右眼的多个参考点，则根据预设的可信度阈值对多个参考点进行筛选，得到分别代表用户左眼和右眼的单一参考点，将单一参考点的空间坐标作为第一空间坐标。
14.根据权利要求13所述的通过自追踪方式提供照明的方法，其特征在于：
根据公式一确定所述可信度阈值
其中，A,B表示第一图像中的两个点，N表示筛选过程中使用的分类器的级联数量，ni表示第i级强分类器中弱分类器的数量，αit表示第i级强分类器中第t个弱分类器的权重，hit(x)表示第i级强分类器中第t个弱分类器，x表示第一图像中把A,B两点作为左右眼参考位置时，进行几何归一化后的图像。
15.根据权利要求12所述的通过自追踪方式提供照明的方法，其特征在于，根据第一空间坐标，结合定位算法，确定用户眼部聚焦位置对应的第二空间坐标还包括：
确定第一空间坐标的镜像空间坐标；
确定光源的高度值，根据所述高度值确定光源所处的第三空间坐标；
构建连接第三空间坐标与镜像空间坐标的连线，确定所述连线的空间方程，结合基准平面的空间方程，确定所述连线与所述基准平面的交点坐标，所述交点坐标即为第二空间坐标。
16.根据权利要求12所述的通过自追踪方式提供照明的方法，其特征在于，所述照射参数包括照射亮度、色温或色彩值。
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