CN110073183A - 用于确定环境中的空间光分布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定环境中空间光分布的方法。该方法包括：通过使用照相机从环境(202)收集光来获取(602)空间分辨的光数据集(100)，其中该光数据集(100)包括第一类型的多个数据元素(106)，该第一类型的每个数据元素(106)与垂直角度跨度和水平角度跨度相关联，其中垂直角度跨度和水平角度跨度与来自所述环境(202)的光入射到照相机上的角度有关，并且第一类型的每个数据元素(106)包括与第一光谱范围内的入射光量有关的数据；以及基于光数据集(100)确定(604)第一光谱范围内的光的垂直空间分布。利用RGB照相机进行测量，并且一行的像素强度被相加并平均。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定环境中的空间光分布的方法。
背景
光条件对人类和动物的活动以及它们对环境的感知都很重要。因此，环境中的光可以包括诸如灯具和照明器具的人造光源，以及太阳、月亮或星星的自然光。人造光源允许在室内环境中模拟自然的室外条件，并且还提供了创建独特照明设置的新可能性。光条件可以是自然的，或者可以是有意使用光源以在环境中达到预期效果的结果。然而，环境中提供的光应当适合于该环境中期望的活动。例如，光条件可以使环境有利于依赖于该环境中的照明设置的放松或生产力。在设计有效的光条件时，可以进一步考虑人和动物的安全。更重要的是能够正确评估环境中的光条件，尤其是是否期望能够模拟给定的光条件。
用于测量环境中的光条件的当前的标准方法是以勒克斯(Lux)值来测量入射光或照度。然而，这种测量受到限制，因为它们没有考虑环境中到达人类或动物眼睛的反射光。更相关的亮度测量很难使用，因为它们在任何给定场景中在不同的方向上的变化超过两个数量级。因此，需要用于表征环境的光条件的改进的方法。
发明概述
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种用于确定环境的光条件，特别是用于确定环境中的光分布的改进的方法。根据第一方面，提供了一种用于表征环境的光条件的方法。该方法包括：通过使用照相机从环境收集光来获取空间分辨光数据集，其中该光数据集包括第一类型的多个(a plurality of)数据元素，第一类型的每个数据元素与垂直角度跨度和水平角度跨度相关联，其中垂直角度跨度和水平角度跨度与来自环境的光入射到照相机上的角度有关，并且第一类型的每个数据元素包括与第一光谱范围内的入射光量有关的数据；以及基于光数据集确定第一光谱范围内的光的垂直空间分布。
用语“光条件”可以被解释为环境中存在的光。
用语“光分布”可以进一步被解释为环境中存在的光是如何在空间上扩散或散布的。环境中的光可以由环境内的一个或更多个物体直接发出或反射、透射或散射。
用语“垂直角度跨度”可以被解释为在垂直方向上在空间中跨越的多个角度。垂直角度跨度可以被称为仰角跨度。
用语“水平角度跨度”可以被解释为在水平方向上在空间中跨越的多个角度。在参考平面存在的情况下，水平角度跨度可以被称为方位角跨度。
用语“照相机”应当从广义上进行理解。照相机可以被解释为被布置以空间地分辨从环境收集的光的设备，该光与环境中的不同空间区域或方向有关。由此，照相机可以充当具有空间分辨率的光的检测器。作为示例，照相机可以包括多个波导或光纤，每个波导或光纤被配置为检测来自空间中特定方向的光。作为另一个示例，照相机可以包括光学透镜，该光学透镜被配置为空间地分辨从环境收集的光。因此，照相机可以充当被配置为对环境成像的设备。
照相机可以被配置以形成物体的图像。物体可以是环境或环境的视图。照相机可以包括记录收集的光的光敏面。照相机可以是以数字形式记录收集的光的数字照相机。照相机可以是便携式设备。
该方法允许有效表征环境的光条件的特征。因此，如将要描述的，可以提供环境特征光轮廓，其呈现在一个或几个光谱范围内的且从不同仰角有多少光到达照相机。因此，该方法产生了关于环境中光分布的空间分辨信息，以及还可以产生光谱分辨率。该方法允许对环境的不同光条件进行分类或者在不同环境之间进行比较。为此，如将要描述的，可以确定环境特征光轮廓，其呈现从不同仰角到达照相机的光量。该方法产生了关于环境的光条件的空间分辨信息。该方法还允许对环境的不同光条件进行分类或者在不同环境之间进行比较。因此，被认为是例如好的、愉快的或多产的环境的光条件可被识别，以及因此在其他环境中更容易被设置或模拟。换句话说，该方法允许改进对不同环境的光条件的量化。环境可以被人类确定为具有适合于在环境中执行特定任务(例如阅读、学习、制造或放松)的光条件。环境的光条件也可以对环境中存在的动物产生影响。可选地，环境可以被人类或动物体验为具有令人不满意的光条件的环境。该方法允许对环境进行表征和分类，其允许更好地理解环境的光条件及其对人类或动物的影响。基于通过该方法获得的知识，可以进一步实现室内或室外环境中改善的光条件。
通过从环境中收集光，该方法允许在环境中获取大量的、通常是数百万的同时的亮度或辐射的测量。该方法还提供与例如现有技术中基于点测量仪(spot meter)的测量相比的更可靠的空间分辨光数据的收集。
该方法还允许有效计算环境中的光统计。
光数据集可以包括第二类型的多个数据元素，该第二类型的每个数据元素包括与第二光谱范围内的入射光量有关的数据，第二光谱范围不同于第一光谱范围，以及其中该方法还包括：基于光数据集确定第二光谱范围内的光的垂直空间分布。
从而，该方法允许确定在不同光谱范围内的光(即不同波长处的光)的空间分布。因此，可以提供关于光谱范围以及该光在不同方向上的空间分布的信息。因此，该方法允许表征不同颜色的光。
获取的动作还可以包括：通过检测入射到照相机的图像传感器的第一类型的相应传感器元素上的光量，针对第一类型的多个数据元素中的每一个数据元素确定与第一光谱范围内的入射光量有关的所述数据，和/或通过检测入射到照相机的图像传感器的第二类型的相应传感器元素上的光量，针对第二类型的多个数据元素中的每一个数据元素确定与第二光谱范围内的入射光量有关的所述数据。
由此，第一或第二类型的传感器元素可以是不同的。因此，第一和第二类型的多个数据元素可以对应于图像传感器的不同传感器元素或不同类型的像素。可选地，第一或第二类型的传感器元素可以是相同类型的。为此，第一或第二类型的传感器元素可以被光学滤波器以不同的方式光学滤波，使得不同光谱范围内的光被相应的传感器元素感测到。由此，多个传感器元素可以允许多色成像和分析。
光数据集还可以包括第三类型的多个数据元素，该第三类型的每个数据元素包括与第三光谱范围内的入射光量有关的数据，第三光谱范围不同于第一光谱范围和第二光谱范围。该方法还可以包括基于光数据集确定第三光谱范围内的光的垂直空间分布。从而，该方法允许对环境的光条件进行有效的颜色表征。
为了允许同时获取与多光谱入射光有关的空间分辨光数据集，用于获取第一、第二或第三光谱范围类型内的光的传感器元素可以彼此相邻，在图像传感器上形成像素。
收集光的动作可以包括捕捉环境的多幅图像。由此，可以对环境中的不同场景进行成像。优点是可以得到对环境的光条件的更好的表示。
多幅图像中的第一图像可以示出环境的第一视图，并且多幅图像中的第二图像示出环境的第二视图，其中第一视图和第二视图是不同的。
第一和第二视图可以与环境中的不同场景有关。第一和第二视图也可以通过在不同的观察方向上对环境成像被得到，即，照相机可以在捕捉环境的第一和第二图像之间旋转，以便覆盖更大的角视场。多幅图像允许通过例如对捕捉的图像进行拼接或平均来改善环境的表示。
更好的光统计数据可以进一步被得到作为场景的几幅图像，可以得到具有不同动态范围的每幅图像。因此，可以减轻成像期间与信号饱和相关联的问题。
光数据集可以包括第一类型的参考数据元素，该第一类型的参考数据元素与参考垂直角度跨度和参考水平角度跨度相关联，该参考垂直角度跨度和参考水平角度跨度与来自环境的光入射到照相机上的角度有关。
光数据集可以包括第一类型的参考数据元素，该第一类型的参考数据元素关联于与环境中的参考仰角(elevation)有关的垂直角度跨度。
由此，该方法可以提供有效参考系统。参考系统允许对多幅图像的添加进行改进或对多幅图像进行拼接。
参考平面例如可以是环境的水平面。
由照相机获取的光数据集还可以被转换成角坐标，该角坐标描述了数据元素在垂直和水平方向上的入射角跨度。
因此，第一类型的参考数据元素可以与参考水平角度跨度相关联，该参考水平角度跨度与来自环境的光入射到照相机上的角度有关。水平面上的这种参考角度可以被定义为允许对从空间中的相同照相机位置但在不同方向上拍摄的图像进行拼接。拼接可用于扩展测量域。换句话说，来自相同有利位置的多幅图像可以用于通过将图像拼接在一起来扩展总角范围。
相同环境内来自不同有利位置的图像也可以用于更好地表示整个环境。
具有不同曝光值的包围(bracketing)可以进一步用于改善动态范围，使得从场景的最暗到最亮的所有方向都得到可靠的值。
该方法还可以包括针对照相机校准光子通量灵敏度或绝对能量标度。由此，可以确定关于在环境中发出的光子量的知识。光子通量校准可以包括每光谱范围光子通量的校准，允许确定不同光谱范围内的光量。
该方法还可以包括照相机的辐射校准。
校准的动作还可以包括照相机的光度校准。
对照相机进行辐射校准的动作可以被解释为包括根据预定光谱范围内的绝对功率或光子通量对光能的测量。因此，对照相机进行光度校准的动作不同于对照相机进行辐射校准的动作，其在于，光的测量考虑到对于人眼的光谱范围的感知亮度。每个波长或波长范围处的辐射功率或光子通量可以由模仿人眼的亮度灵敏度的光度函数加权。
根据下文给出的详细描述，本发明的应用的进一步范围将变得明显。然而，应当理解的是，详细描述和具体示例虽然指示了本发明的优选实施例，但其仅仅是通过说明的方式给出的，因为根据该详细描述，本发明的范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员将会明显。
因此，应当理解，本发明不限于所描述的设备的特定组成部分，或者所描述的方法的步骤，因为这样的设备和方法可以变化。还应当理解，本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在限制。必须注意的是，如说明书和所附权利要求中所使用的，冠词“一(a)”、“一(an)”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或更多个元素，除非上下文另有明确指示。因此，例如，对“单元”或“该单元”的引用可以包括几个设备等。此外，词语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“包含(containing)”和类似用语不排除其他元素或步骤。
附图简述
现在将参照显示本发明的实施例的所附附图，更详细地描述本发明的上述方面和其他方面。不应认为附图将本发明限制在特定实施例中；相反，附图是用于解释和理解本发明的。
如附图中所示，层和区域的大小出于说明的目的被夸大，且从而被提供以对本发明的实施例的一般结构进行说明。自始至终，类似的参考数字指的是类似的元素。
图1a示出了通过使用照相机从环境中收集光来获取空间分辨的光数据集的动作的示意图。
图1b示出了图像传感器。
图1c示出了用于表征环境的光条件的方法的结果。
图2a示出了室外环境的图像。
图2b示出了图像传感器。
图2c示出了光的垂直空间分布。
图3a示出了室外环境的图像。
图3b示出了通过用于表征图3a的环境的光条件的方法得到的光的垂直空间分布。
图4a示出了室内环境的两幅图像。
图4b示出了通过用于表征环境的光条件的方法得到的光的垂直空间分布。
图5示出了用于表征环境的光条件的方法的实验实现。
图6示出了用于表征环境的光条件的方法的框图。
详细描述
现在将参照附图在下文中更充分地描述本发明，其中示出了本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；此外，这些实施例为了彻底性和完整性而被提供并且向技术人员充分地传达本发明的范围。
在下文中，将描述有关图1-6的用于表征环境的光条件的方法。
图1a示出了通过使用照相机从环境102收集光来获取602空间分辨的光数据集的动作以得到空间分辨的光数据集100的示意图，也参见图6中的方法的框图600。出于说明的目的，仅示出了环境102的子部分104。应当注意，为了简单起见，环境102的子部分104被示为平面表面。可选地，子部分104可以是具有球形表面(例如，圆弓形或包络面)的区域的一部分。环境102的子部分104被例示为由照相机成像。应当注意的是，可以通过广角或集成光学器件或通过对环境的多个场景成像来对部分或整个环境成像。在图1a中，照相机成像的总垂直跨度跨越180°，这可以通过使用例如鱼眼物镜来实现。然而，总垂直跨度的量可能根据照相机使用的物镜或图像传感器而不同。
光数据集100包括第一类型的多个数据元素106，该第一类型的每个数据元素106与垂直角度跨度ΔθV和水平角度跨度ΔθH相关联。垂直角度跨度ΔθV和水平角度跨度ΔθH与来自环境102的光入射到照相机上的角度有关。照相机由图1a中的其图像传感器108示出，来自环境的光被引导到该图像传感器108上并在该图像传感器108上被检测。第一类型的每个数据元素106包括与第一光谱范围Δλ1内的入射光量有关的数据。更具体地，第一类型的数据元素可以被描述为元素[(xi,yi)1；#(Δλ1)]，即，包括空间坐标(xi,yi)1和计数#(Δλ1)。
每个空间坐标与垂直角度跨度ΔθV,i和水平角度跨度ΔθH,i相关联，计数表示例如入射光的光子数或由入射光生成的电子数，入射光在第一光谱范围Δλ1内。
第一类型的数据元素106可以表示为矩阵中的元素、表示为阵列或向量中的元素。因此，第一类型的每个数据元素106可以对应于图像传感器108的单个传感器元素110(例如像素)，或者多个传感器元素(未示出)。
图1b示出了与图1a中相同的图像传感器108，可以通过读取传感器元素110从图像传感器108中得到光数据集100。作为示例，每个传感器元素110与垂直角度跨度ΔθV和水平角度跨度ΔθH相关联，垂直角度跨度ΔθV和水平角度跨度ΔθH与来自环境102的光入射到照相机上的不同角度有关。由此，对于每个垂直角度跨度ΔθV和水平角度跨度ΔθH，可以通过确定由单个传感器元素110检测到的光量(例如，通过根据光数据集100的相应数据元素针对每个空间坐标(xi,yi)1计算计数量#(Δλ1)，来评估第一光谱分布内的光的垂直空间分布。因此，第一光谱范围Δλ1内的光的垂直空间分布可以基于得到的光数据集100来确定604，参见图6中的方法600的动作604。
对于调平的照相机，例如通过使用水平仪或倾斜仪(nivel)调平，这里由行112、114、116和118示出的一行传感器元素中的第一类型的每个传感器元素106可以被平均120，因为一行的元素对应于相同的垂直角度跨度，但对应不同的水平角度跨度。
本领域技术人员认识到，光数据集的获取不一定规定一行传感器元素中的第一类型的传感器元素与相同的垂直角度跨度相关。换句话说，传感器像素线不遵循相同的垂直角度跨度。
因此，可以执行由照相机获取的空间分辨的光数据集的变换，使得与相同垂直角度跨度相关的传感器元素被平均。
因此，与预定义的垂直角度跨度相关的传感器元素可用于通过例如对相应的传感器元素求和或通过平均来确定检测到的光。
传感器元素可以通过例如不同的统计度量(比如，平均值、中值、方差、标准偏差或其他置信区间内的变化(variation))，一起被平均。
图1c示出了通过方法600得到的结果122。例如，从图1c的曲线图122可以推断出第一光谱范围Δλ1的光在哪个垂直角度处最强。在本示例中，第一光谱范围Δλ1的光在环境的上部分(即，在0°至90°的范围内)最大。可以进一步识别+45°周围的局部最大值126，提供关于在成像时第一光谱范围Δλ1的光在哪个垂直角度处占主导的信息。例如，第一光谱范围Δλ1可以对应于太阳发出的光。由此，该方法允许在成像时确定入射光的角度。通过在一天中的不同时间处成像，可以进一步确定光条件的变化。作为另一个示例，如果环境为室内环境，例如办公室空间，则该方法由此提供光谱范围内的光如何入射到办公室空间内的有利位置上的见解。通过在成像时选择不同的光谱范围，可以确定不同光谱范围内的光分布的检测。换句话说，可以得到光数据集，其中光数据集包括第二类型的多个数据元素，该第二类型的每个数据元素包括与第二光谱范围内的入射光量有关的数据，第二光谱范围不同于第一光谱范围，并且其中该方法还包括：基于光数据集确定第二光谱范围内的光的垂直空间分布。
例如，自然光可以与人造光源区分开来。可以进一步检测光的不同颜色。基于该方法提供的信息，不同环境的光条件可以被表征并且更容易被模拟。
可选地，照相机的图像传感器可以包括在一个方向上伸长的多个传感器元素。通过布置图像传感器，使得伸长的传感器元素对应于环境的水平方向，可以得到照相机检测到的水平角度跨度上的平均值。
光数据集可以由具有图像传感器的照相机获取，该图像传感器具有行和列的传感器元素。可选地，可以通过扫描线性图像传感器来采样二维数据集来获取光数据集。
图2a示出了室外环境202的图像200，例如白天的草地。图像的上部分204形象化为天空，下部分206示出了草地。当对环境成像时，在成像期间地平线208被设置在图像200的中央。参见图2b，用于对环境200成像的照相机包括图像传感器210。图像传感器210可以包括覆盖照相机的图像传感器210的拜耳掩模(Bayer mask)212。由此形成四个传感器元素或像素的正方形212，包括一个过滤红色的传感器元素(例如，传感器元素(xi,yi)R)、一个过滤蓝色的传感器元素(xi-1,yi-1)B，以及两个过滤绿色的传感器元素(xi-1,yi)G和(xi,yi-1)G，以便有效地模拟人眼对绿色比对红色或蓝色更敏感。图像传感器210因此可以被描述为包括第一、第二和第三类型的传感器元素。
由此可以理解，图像传感器210能够检测和分离不同光谱范围内的光。如这里例证的，图像传感器对第一、第二和第三光谱范围敏感，其中第一、第二和第三光谱范围可以例如对应于可见光光谱的红色、蓝色和绿色部分。蓝色部分可以例如包括400-500nm的波长范围，绿色部分可以包括500-600nm的波长范围，以及红色部分可以包括600-700nm的波长范围。由此可以得到光条件的RGB类型的表征。还可以注意到，可选地，第一、第二、第三或附加光谱范围可以对应于紫外光或红外光或其子范围。由此可以获取光数据集(未示出)，该光数据集包括与由不同滤波的传感器元素210感测的不同光量有关的信息。换句话说，光数据集包括第一类型的多个数据元素、第二类型的多个数据元素和第三类型的多个数据元素，多个数据元素中的每一个数据元素对应于在第一、第二和第三光谱分布内检测到的光量。
多色图像传感器允许获取的动作，该获取的动作还包括：通过检测入射到照相机的图像传感器的第一类型的相应传感器元素上的光量，针对第一类型的多个数据元素中的每一个数据元素确定与第一光谱范围内的入射光量有关的所述数据，和/或通过检测入射到照相机的图像传感器的第二类型的相应传感器元素上的光量，针对第二类型的多个数据元素中的每一个数据元素确定与第二光谱范围内的入射光量有关的所述数据。因此，获取动作还可以包括：通过检测入射到照相机的图像传感器的第三类型的相应传感器元素上的光量，针对第三类型的多个数据元素中的每一个数据元素确定第三光谱范围内的入射光量有关的所述数据。
作为示例，图2c示出了用于图像200的通过确定由图像传感器210的单个传感器元素检测到的光量得到的第一、第二和第三光谱分布内的光的垂直空间分布。更具体地，通过得到用于与不同类型的个别传感器元素(即，具有空间坐标(xi,yi)R、(xi,yi)B和(xi,yi)G的传感器元素)对应的光数据集的数据元素的计数量#(ΔλR)、#(ΔλB)和#(ΔλG)。从图2c可以推导出在图2c中标记为ΔλB的蓝光在图像200的上部分204占主导，然而在图2c中标记为ΔλG的绿光在图像200的下部分206是最强的。此外，颜色分布在对应于接近0°的垂直角度跨度的地平线208附近突然改变。在图2c中标记为ΔλR的红光在环境200中的贡献不是非常显著。对于图像200中的所有垂直空间角度，红光ΔλR的量小于绿光ΔλG的量。检测到的总光量ΔλTOT还在图2c的曲线图中被示出。
图3a示出了相同环境(即，草地)但是在下午期间的图像212。图3b示出了用于图像212的通过确定由以上讨论的图像传感器210的单个传感器元素检测到的光量得到的第一、第二和第三光谱分布内的光的垂直空间分布。根据图3b，示出了标记为ΔλR的红光量在一天中的晚些时候变得更加明显，其与到达环境的阳光的光轮廓(light profile)的变化相对应。例如，参见图3b中的圆圈区域214，在图像212的下部分206中，红光比绿光强。
以上讨论以室外环境为例。然而，用于表征环境的光条件的方法也可以用于室内环境。这种室内环境的非限制性示例可以是办公室、会议或演讲厅、教室、公共空间、手术室、疗养院、谷仓或马厩。由此，可以有效地表征这种环境的光条件。该方法还允许对室内环境的不同光条件进行分类或者在不同室内环境之间进行比较。因此，可以识别被认为是例如好的、愉快的或多产的环境的光条件。此外，通过模拟已经由该方法表征的特定环境的光条件，可以在特定环境中实现期望的光条件。由此，该方法允许在其他室内环境中创造良好且有效的光条件的提高的可能性。
图4a示出了室内环境218(例如办公室环境)的多幅图像中的两幅图像216a和216b。多幅图像218的第一图像216a示出了可以从环境内的第一有利位置观看的第一视图，以及多幅图像的第二图像216b示出了可以从环境218内的第二有利位置观看的第二视图。第一和第二视图是不同的，使得环境的较大部分被采样。由此提供了环境的更好表征。应当注意的是，还可以获取相同场景的多于一幅图像，以通过不同的曝光来改善动态范围。换句话说，获取602的动作包括捕捉环境的多幅图像。
图4b示出了用于平均的图像216a和216b的通过确定由以上讨论的图像传感器210的单个传感器元素检测到的光量得到的第一、第二和第三光谱分布内的光的垂直空间分布。应该注意的是，这里应该采用单词“平均(average)”以包括不同的统计度量，比如平均值、中值、方差、标准偏差或其他置信区间内的变化。
从图4b可以推断出，标记为ΔλB的蓝光现在在环境中的强度被降低，而对于环境的所有垂直空间角度，标记为ΔλR的红光的量在整幅图像中占主导，即红光大于蓝光和绿光ΔλG的量。通过将图4b的结果与图2c或3b的结果进行比较，观察到光条件是不同的。为此，可以注意到，如果需要，不管怎样，办公室环境的光条件可以通过调节室内环境中的光源而被调节成与室外环境类似，使得由光源发出的光的垂直空间分布被实现，其与室外环境的光的垂直空间分布类似。根据上面的讨论，例证该方法允许有效地表征环境的光条件。该方法还提供了一种对环境中不同位置处的光条件进行比较或者对不同环境中的光条件进行比较的简化方式。以上光的垂直空间分布的结果表明，典型的室内垂直光场不同于所有的自然环境，这增加了室内自然光场的模拟将增加幸福感和减轻压力的可能性。同样的论点可以被扩展到饲养牛、猪、家禽等的设施，可能提高产量，减轻压力和不健康。
图5示出了通过使用上述方法达到的实验结果。更详细地，校准的数字照相机用于记录图像的不同场景的多幅宽视场图像。为了提供校准的照相机，方法600可以进一步包括针对照相机校准光子通量灵敏度或绝对能量标度。该方法还可以包括辐射校准照相机。校准的动作还可以包括光度校准照相机。
环境的图像是用180°鱼眼照相机物镜得到的，该物镜生成具有布置在图像中间的场景的水平面的圆形图像(未示出)。图像中的水平面的居中提供了简单的参考系统。更具体地，可以获取光数据集，该光数据集至少包括与参考垂直角度跨度和参考水平角度跨度相关联的第一类型的参考数据元素，该参考垂直角度跨度和参考水平角度跨度与来自环境的光入射到照相机上的角度有关。
应当注意的是，光数据集可以包括与环境中的参考仰角有关的垂直角度跨度相关联的第一类型的参考数据元素。由此，可以在环境中仰角不同的位置上表征光的垂直角度分布。
单幅图像可以表示环境，或者捕捉几幅图像并对它们进行平均可以允许改善对环境的表征。根据获取的校准图像，可以确定不同垂直空间分布(即，垂直角度)下的平均辐射。提供光谱光子辐射的测量单位的每垂直角度跨度和波长光谱范围的光子辐射的校准例如可以是每平方米(sparemeter)、每秒、每球面度、每纳米波长的光子数，即光子数m2s-1sr- 1nm-1。为此，可选地，可以导出每平方米(spare meter)、每秒、每球面度、每纳米的照度。为此，用语“辐射”还可以包括专门基于人类光谱灵敏度的等效度量的亮度。
来自不同的环境的该方法的实验实现在图5中被示出。图5的曲线图示出了对于可见波长范围400-700nm的平均辐射。标记为ΔλB、ΔλG和ΔλR的曲线对应于光谱的蓝色400-500nm、绿色500-600nm和红色600-700nm的部分。检测到的总光量ΔλTOT还在图5的曲线图中被示出。图5a和图5b分别示出了密集红杉林和开阔林地的光条件。
这些测量是用装有在水平面上居中的180°鱼眼透镜的尼康单反(SLR)照相机得到的。这意味着在单次曝光的情况下从直下到直上覆盖所有垂直角度，但应当注意的是，可选地，移动装有测斜仪的照相机以用更标准的透镜覆盖大的角度场是可能的。
本领域中的技术人员认识到，本发明决不限于上面所述的优选实施例。相反，很多修改和变化在所附权利要求的范围内是可能的。
例如，彩色照相机可以使用覆盖照相机的图像传感器的几个光学滤波器。例如，照相机可以包括红色光学滤波器、蓝色光学滤波器和绿色光学滤波器。
第一类型的多个数据元素中的每一个数据元素可以对应于第一类型的至少两个传感器元素。第一类型的多个传感器元素的使用允许“像素”装仓。“像素”装仓允许来自相邻“像素”的信号被组合，并且这能够以降低空间分辨率为代价提供了更快读出速度和改善的信噪比的好处。
第二类型或第三类型的传感器元素可以被装仓。
传感器元素可以对紫外光、可见光或红外光敏感。
另外，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时通过研究附图、公开内容及所附权利要求书能够理解并实现所公开实施例的变型。
Claims (10)
1.一种用于确定环境中的空间光分布的方法，所述方法包括：
通过使用照相机从所述环境(202)收集光来获取(602)空间分辨的光数据集(100)，其中，所述光数据集(100)包括第一类型的多个数据元素(106)，所述第一类型的每个数据元素(106)与垂直角度跨度和水平角度跨度相关联，其中所述垂直角度跨度和所述水平角度跨度与来自所述环境(202)的光入射到所述照相机上的角度有关，并且所述第一类型的每个数据元素(106)包括与第一光谱范围内的入射光量有关的数据；以及
基于所述光数据集(100)确定(604)所述第一光谱范围内的光的垂直空间分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光数据集包括第二类型的多个数据元素，所述第二类型的每个数据元素包括与第二光谱范围内的入射光量有关的数据，所述第二光谱范围不同于所述第一光谱范围；以及其中所述方法还包括基于所述光数据集确定所述第二光谱范围内的光的垂直空间分布。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获取的动作还包括：
通过检测入射到所述照相机的图像传感器的第一类型的相应传感器元素上的光量，针对所述第一类型的所述多个数据元素中的每一个数据元素确定与所述第一光谱范围内的所述入射光量有关的所述数据，和/或
通过检测入射到所述照相机的所述图像传感器的第二类型的相应传感器元素上的光量，针对所述第二类型的所述多个数据元素中的每一个数据元素确定与所述第二光谱范围内的所述入射光量有关的所述数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，收集光的动作包括捕捉所述环境的多幅图像(216)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多幅图像(216)中的第一图像(216a)示出了所述环境的第一视图，以及所述多幅图像(216)中的第二图像(216b)示出了所述环境的第二视图，其中所述第一视图和所述第二视图不同。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述光数据集包括所述第一类型的参考数据元素，所述第一类型的所述参考数据元素与参考垂直角度跨度和参考水平角度跨度相关联，所述参考垂直角度跨度和参考水平角度跨度与来自所述环境的光入射到所述照相机上的角度有关。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述光数据集包括所述第一类型的参考数据元素，所述第一类型的所述参考数据元素与所述环境中参考仰角有关的垂直角度跨度相关联。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括针对所述照相机校准光子通量灵敏度或绝对能量标度。
9.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括所述照相机的辐射校准。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，校准的动作还包括所述照相机的光度校准。
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