CN111955054A - 照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种照明系统(1)，用于照明位于物体空间(8)中的物体(2)，具有用于向物体空间(8)发射照明光(4b)的照明单元(3)；用于获取物体(2)位于其中的物体空间(8)的距离图像(41)的测距单元(5)，测距单元相对于照明单元的至少一部分固定地设置在该照明单元上；标记系统(6)，其具有用于发射标记信号(7)的标记发射单元(66a)和用于采集标记信号(7)的至少一个信号分量(7a)的标记接收单元(6ab)，照明系统(1)设置用于，借助距离图像(41)在物体空间(8)的区域中定位物体(2)并利用标记接收单元(6ab)接收的信号分量对物体(2)进行个性化处理，并根据以上用照明单元(3)对物体(2)进行照明。

Description

照明系统
技术领域
本发明涉及一种用于对位于物体空间中的物体进行照明的照明系统。
背景技术
在此所谈及的照明系统例如可以用于娱乐领域里的舞台照明，如音乐会舞台的照明。目标之一在于至少部分自动地或者也可以是全自动地照明，其例如根据舞台上演员的位置或运动自适应地调整。例如，亮点可以自动地跟随舞台上的演员。这样的演员例如可以是主持人或演员，但是当然也可以对任何其他物体进行自动照明，如车辆或动物等，详情请参见下文。这旨在说明有利的应用领域，而不是开始就限制主题的一般性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提出一种非常有利的照明系统。
对此根据本发明利用根据权利要求1的照明系统来解决。该照明系统除了具有用于发射照明光的照明单元，还具有用于获取距离图像的测距单元和标记系统。利用测距单元可以获取特定采集场(视场，FoV)、在此称为物体空间内的距离图像。与常规二维图像的不同之处在于，该距离图像还包含一定程度深度的距离信息(关于详细的技术实施可能性请参见以下的公开内容)。距离图像例如可以这样构成：使每个像素对应一个距离值，也称为空间像素或体素(Voxel)。原则上这对应于物体空间中的三维点。这样，在物体所处的位置，通常有多个像素具有相似的距离值(详细信息还取决于物体的大小和取向等)，由此会形成点云。
发明人现在一方面确定，借助距离图像可以在各种情况下很好地在物体空间中对位于该物体空间中的物体在其中的区域中进行定位，例如通过分析或借助刚刚描述的点云。这例如可以在图像处理过程中例如利用梯度或灰度值方法来识别。因此，对于位于对象场中的物体，除特殊情况外(参见下文)，通常都能可靠且以足够的精度来定位。
但是另一方面借助距离图像的物体识别或分类至少需要计算开销并因此是耗时的，考虑到动态照明过程这可能是成问题的。距离图像本身也可能有分辨率的限制，因此尽管可以足够准确地确定物体的位置，但是例如不能进行进一步的区分。作为说明，例如可能在细节上难以区分，所确定的物体是实际要照明的主持人或演员还是例如舞台工作人员。对于其他物体或物体分类也可以找到类似的例子。
因此，还设置了标记系统。为待照明的物体(例如演员)配备标记发射单元，这样，利用标记接收单元就可以采集到所发射的标记信号或信号分量。因此照明系统设置用于，借助由标记接收单元接收的信号分量来对物体进行个性化。也就是通过分析信号分量获得对于距离图像的附加信息，借助该信息例如可以判断是否要对该物体进行照明。对物体的“个性化”还可以例如由于以下事实而导致：借助距离图像确定的区域不足以准确地判断照明，如当有多个演员或物体互相遮挡时，此时利用标记信号来进行定位并在该区域中利用个性化(详见以下)。
总之，测距单元和标记系统的组合一方面能够在物体空间中对物体很好地定位，另一方面还能对物体进行个性化。后者意味着，在抽象观察中为物体分配标记或标签，这例如可以简化自动化的决策图或者通常提高可靠性和/或缩短决策过程。此外，测距单元设置在照明单元上或照明单元旁，由此可以得到距离图像和照明空间之间很好的相关性，也就是例如减少了计算开销并由此得到快的响应时间。
优选的实施方式在从属权利要求和整个公开文献中给出，其中，所示出的特征并不总是要区分是在装置中、方法中还是应用中；在任何情况下本公开的内容适用所有类型的权利要求。因此，本说明书始终既针对用于特定运行的照明系统，也针对相应的运行方法或相应的应用。
根据本发明的照明系统的一个特别的优点在于，测距单元设置在照明单元上，其相对于照明单元的至少一部分固定地设置在该照明单元上(通常为基座，也称为灯座或照明保持装置，见以下)。这种空间上的接近或者甚至是集成(测距单元例如也可以嵌入到基座中)可以简化利用照明单元的控制的距离图像的后续相关性。形象地说，所采集的物体空间对应于照明单元所“看到”的或照射的空间。更抽象些的表示是测距单元和照明单元由于彼此的布置而处于同一坐标系内。由此例如可以避免计算开销高并由此耗时的坐标变换，鉴于所讨论的应用中时有快速运动(如舞蹈或体育运动等)，这尤其是非常有利的。
在一个简单的例子中，甚至标记系统本身没有设置用于进一步区分物体空间内的空间区别也是足够的。这例如涉及这样的应用情况，其中随着时间进程对不同的物体以不同的方式照明，如对不同的演员分别用不同颜色的照明光来照射，而这些物体或演员由于剧情的原因只能一个接一个地(不同时)位于物体空间中。这样，利用相应的配属于相应物体的标记发射单元将用于整个对象场(其中只有一个演员)的相应的标签(图形地说)进行存储就足够了。反之，该例也说明，在更复杂的应用情况下需要进一步的区分，详见以下。当然，当舞台上只有一个演员时，设备没有标记单元也能工作。如果可以保证并且涉及到很多拍照的情景(Vortagssituationen)，则演员不需要标记单元。斑点检测也可以这样找到目标人并控制前照灯。当有多个斑点即当它们重叠时，就产生了决策问题。
利用测距单元基于信号传播时间来测量距离图像。为此，向物体空间发射电磁脉冲，通常是顺序发射多个脉冲。如果哪个脉冲触及到物体，则在物体表面上会将部分脉冲反射回测距单元，对此可利用合适的传感器将其记录为回波脉冲。如果在时刻t0发射脉冲，并在过后在时刻t1采集到回波脉冲，则可以根据
d ＝ △tA c/2 公式1
确定经过运行时间△tA＝t1–t0到物体的反射表面的距离d。在此c为光速的值。
通常，也可以考虑仅在一个轴上具有空间角分辨率的测距单元，优选在两个轴上具有空间角分辨率。由此可将物体空间划分为行和列并由此划分为空间角段，其中，为每个段确定一个距离值。
根据不同的实施方式，测距单元可以向整个物体空间发射用于测距的相应的脉冲，也可以在空间角分辨率的情况下进行，或者向物体空间的不同的段顺序地(一个接一个)发射脉冲(也称为“扫描模式”)。第一种变型可以结合空间角敏感的检测器同样给出空间角分辨率，详见以下。后一种变型可以进行空间角敏感的发送，即例如通过可移动的镜(如MEMS镜)发射各个段的顺序脉冲。在发射相应的后续脉冲之前，要等待一个特定的相应于所希望的距离范围的暂停持续时间(如“监听(gelauscht)”)，以查看是否有回波脉冲从所涉及的段返回。
一般来说，照明系统针对特定的运行而“设置”意味着例如在控制单元中存储相应的程序流程。软件实施的可能性与硬件体系结构的可能性一样多(如DMX或ARTNet的标准协议或者任何其他/自己的定制程序和语言)。控制单元例如可以部分或全部地集成在照明单元中，但是也可以分散地构成。为了控制照明单元可以设置用于控制照明的命令的接口，但是也可以采取集成的结构。控制单元或其一部分例如可以在常规的计算机中实现，但是也可以采用具有微控制器的单独结构。
优选设有用于输入和/或输出的用户接口，优选为用于图形显示的显示单元，也称为图形用户接口GUI，其尤其是可以实施为触摸屏。照明单元在应用中可以实际上是全自动运行的(没有使用者的介入)，但同样也可以是部分自动运行的或者在自动运行和人工控制之间进行切换，对于后者优选设有控制台。当然，就所涉及的程序来说也不必是静态的，其例如可以由用户通过接口来修改，但是也可以是能够对处理过程和选项进行自学习或优化的AI程序。
在一优选实施方式中，标记发射单元是标记设备的一部分，标记设备还具有接收单元。同样标记接收单元是标记设备的一部分，标记设备还具有发射单元。标记设备实施为分别对称地进行发送和接收(双向系统)，优选它们彼此的结构相同。对称结构除了减少了不同零件的数量和提高了用户友好性外，还提供了例如校准过程方面的优势，如当设置了多个标记接收单元要相对于彼此确定它们的位置时。优选该双向或对称结构用相同的信号类型来实现，尤其是无线电信号(如UWB，见以下，以及相关的可能的替代分案)。
在优选的实施方式中，标记系统基于无线电，即标记信号是无线电信号。在通常也可以考虑超声波信号或在电磁谱范围内的雷达或红外信号的范围内，无线电信号可以在技术上鲁棒且适当地实施。通常，标记发射单元例如也可以是RFID标签，优选为双向系统，见以下。无线电频率位于3000GHz以下(以及在MHz范围内的可能的下限)。对于标记信号优选采用特别适合短距离通信的超宽带技术(UWB)。
在优选的实施方式中，不仅测距单元，而且标记接收单元也设置在照明单元上或照明单元旁。尽管通常也可以考虑集成在照明单元的可移动部件中，但是仍优选设置在基座上或基座中。测距单元和标记接收单元尤其是可以相对于彼此固定地设置。
在一优选的实施方式中，根据由标记接收单元采集的信号分量来确定标记发射单元与标记接收单元之间的距离。为此例如采集信号强度，其中，在输出功率已知的情况下由功率降给出距离。当设有多个标记接收单元时，距离测量也可以通过标记信号给出物体的位置(详见以下)。但是另一方面其本身也可以是感兴趣的和具有优点的，即例如有助于改善结合距离图像的定位。如果在物体空间中有多个物体，则借助距离图像唯一地判断物体位置例如可能是有问题的，例如当另一个物体从测距单元的角度看位于其之前时，将在一定程度上存在阴影。而利用由标记信号获得的距离值可以同样定位有阴影的物体。
在一优选的实施方式中，标记系统具有在运行中用于采集标记信号的信号分量的另外的标记接收单元。优选照明系统设置用于，借助三角测量根据由不同标记接收单元采集的信号分量来确定标记发射单元的位置并由此确定物体的位置。
因此，例如可以利用第一标记接收单元采集第一信号分量，利用第二标记接收单元采集第二信号分量，其中，这些接收单元有利地彼此间以一定的距离设置在物体空间上或设置在物体空间中或旁，例如设置在舞台的边缘或舞台上方。这样，标记发射单元和接收单元彼此张开一个三角形，借助信号分量可以定位物体。为了说明，例如可以由第一信号分量确定第一距离值，其在舞台的二维平面的抽象表示中相当于围绕第一标记接收单元的圆。第二信号分量给出围绕第二标记接收单元的圆，而物体则位于这些圆的相交处。还可以设置更多的标记接收单元，由此可以提高准确性。
在一优选实施方式中，照明单元被设计成，分别沿着不同的射束发射光锥。在此，尽管这些射束具有不同的方向，但返回极坐标系中共同的原点。一种可能的实施方式是所谓的扫描仪，其中，从光源发射出的光锥落在可旋转或可倾斜的镜子上，并根据旋转或倾斜的位置反射到相应的方向上。同样，可考虑设置多个前照灯头，它们相对于彼此位置固定，或者也可以是可移动的，它们分别在各自的方向上发射光锥。通常优选这样的结构，其中相同的光锥随着时间在不同的方向上扫过，这有利地允许跟踪物体。这例如可以利用所提到的扫描仪或者下面将详细讨论的移动头前照灯实现。
作为光源例如可以采用一个或多个发光二极管(LED)，它们例如可以是微型LED形式的。这可以是至少一个单独封装的LED形式的，或者是至少一个具有一个或多个发光二极管的LED芯片形式的。可以在一个公共基板上(“子基板”)装配多个LED芯片并形成一个LED，或者例如单独或共同固定在一个电路板(例如FR4，金属芯板，等)上(“CoB”＝Chip onBoard，芯片在板上)。至少一个LED可以配备有至少一个自己的和/或共同的用于引导光束的光学器件，例如至少一个菲涅尔透镜或准直仪。对于例如基于AlInGaN或InGaN或AlInGaP的无机LED替代地或附加，通常还可以采用有机LED(OLED，如聚合物OLED)。
此外，还可以采用量子点发光二极管。LED芯片可以直接发射或具有前置发光物。替代地，发光组件可以是激光二极管或激光二极管装置，例如LARP装置(Laser-ActivatedRemote Phosphor，激光激活的远程荧光体)。还可以考虑设置一个或多个OLED发光层或者OLED发光区域。发光组件的发射波长可以在紫外、可见光或者红外光谱范围内。发光组件还可以配备有自己的转换器。此外还可以使用卤素灯和放电灯。
在优选的实施方式中，照明单元具有基座和臂，以及用于发射照明光的照明头(优选恰好一个)。臂可转动地支承在基座上，而照明头可转动地支承在臂上。在应用中优选将照明单元这样定向，使得由臂支承在基座上给出的旋转平面是水平的，也称为Pan(水平的)(其绕之旋转的旋转轴垂直于该旋转平面)。这样，由照明头在臂上的可转动的支承给出的旋转平面优选是垂直的，相应的自由度也称为Tilt(倾斜的)(旋转轴也垂直于该旋转平面)。
在优选的实施方式中，测距单元通常固定在照明单元的基座上。概括地说，测距单元相对于上述照明的极坐标系的原点是固定的，请参见以上关于优点的信息(无需坐标变换等)。将测距单元靠近照明单元设置是有利的，例如与之的距离不超过1.5m,1m或0.8m(可能的下限为0.1m或0.2m)。该距离是在测距单元的入射光瞳和照明单元的发光面之间获得的(如果该距离随着时间由于照明头的可移动支承而变动，则考虑平均值)。
在一优选的实施方式中，测距单元通过保持装置固定在基座上并且可以与该保持装置置于相对于基座的不同的倾斜位置上。通常，例如还可以考虑与锁定性相关的无级倾斜，优选预先给出多个预定义的倾斜位置。测距单元例如可以锁紧或通过锁定螺栓固定在相应的倾斜位置上。尽管具有这种可调性，测距单元还是相对于基座是位置固定的。
在优选的实施方式中，以无级的或预定的可调倾斜位置张开的平面平行于由照明头支承在基座上给出的旋转平面。优选照明头不是直接地而是通过臂安装在基座上(见前)，并由臂在基座上的支承给出所述旋转平面，见前(Pan，水平的)。由不同的倾斜位置张开的平面垂直于旋转轴，不同的倾斜位置围绕该旋转轴可以彼此转换。
在一优选的实施方式中，测距单元设置为，发射红外光谱范围内的脉冲以进行距离测量。因此波长例如可以至少为700nm,750nm,800nm或850nm，可能的上限(独立的)例如为最高2000nm,1800nm或1600nm(优选分别以命名的顺序递增)。特别有利的值例如可以在905nm左右，进一步的有利的上限为1500nm,1400nm,1300nm,1200nm,1100nm,1000nm或950nm。
还可以与具体光谱范围无关地以不同方式获得距离图像，即有不同的可能性来实现空间角分辨率，也可参见本文开始的讨论。一方面，空间角分辨率可由电磁脉冲的空间角选择发送给出，即扫描空间角段。为此设置可移动支承的或摆动的镜，如MEMS镜，通常通过该镜将激光束引导到物体空间中。激光束或激光脉冲根据镜的位置到达物体空间的相应的段中，其中，对这些段相继地发射脉冲(在此分别等待一特定的时间段，看是否有返回的回波脉冲)。
在替代方法中，向整个物体空间、即同时向所有段发射光脉冲或辐射脉冲，其中，不同段之间的差别由具有空间角分辨率的传感器给出，如光子混合检测器，也称为PMD传感器。该传感器可以分配从不同空间方向并因此而从不同段到达的回波脉冲，从而给出逐像素的或逐段的分辨率。
在优选的实施方式中，作为测距单元采用TOF相机，其根据刚刚描述的原理利用空间角分辨的传感器工作。光脉冲被发射到整个物体空间中，对于每个图像点测量至回波脉冲到达所经过的时间。为了说明，这样的空间角分辨率例如可以通过常规图像传感器(如CCD或CMOS)和前置光学器件的组合给出，该光学器件将传感器表面成像到无限远，将每个像素成像到相应的自己的空间方向上。反之，从相应的空间方向到达的回波脉冲被引导到相应的自己的像素(或像素组)。与此无关地，典型的TOF相机例如每秒可以拍摄大约20幅图像(帧)，这对于当前的应用是足够的。
在一优选的实施方式中，照明系统设置为，借助标记信号或信号分量对物体进行分类。这样的物体分类例如可以是“人”、“车辆”或“动物”，在此当然还可以进行更广泛的区分。因此例如当涉及人时，还可以区分演员和辅助人员或舞台工作人员，或者还有观众。对于车辆例如可以区分陆地车辆如汽车，还可以是小型化的；或者飞机如无人机。
通常例如也可以将机器人归入或分配给自己的类。此外还可以例如在舞台设备和实际的演员间进行区分，即例如在包括扬声器等的舞台设备和演员或音乐团体或其他人(主持人等)之间进行区分。根据本发明的附加的标记的应用例如是有利的，因为舞台装备本身至少是部分可移动的(例如在轨道上或者自由运动，例如在无人机上飞行)，这对于与演员的区分提出挑战。
通常，优选标记信号携带关于物体的信息，这样就可以优选仅利用标记信号来进行分类。物体信息也可以不依赖于后续的分类而被调制到优选的无线电信号上，如通过载频或以优选的UWB操作，其中，通过脉冲相位调制或改变脉冲的极性或振幅来产生单个脉冲。
当然，对于由距离图像和标记信号所获得的数据组还可以补充其他输入数据，例如还可以包括声学检测，如节奏和/或歌曲内容或文字内容。同样可以考虑利用附加的相机或扫描仪来采集特殊的面孔或几何数据。然后可以独立地将所获得的数据组与不同的数据库进行比较，由此可以例如对每个物体分类存储一个列表或参数集。控制单元可与相应的数据存储器直接或通过网络或云连接连接。这当然也适用于具有照明单元详细信息的数据库(光控制数据库，照明数据库，照明装置数据库等)。
其他输入参量例如可以来自电缆绞车、飞行机构、舞台机械(包括上部机械和下部机械)、旋转编码器、线性编码器、光栅和/或限位开关的控制系统。同样可考虑通过智能手机采集附加的影响参量，例如步数、运动方向、位置和/或取向(陀螺仪信息)，还可以输入用户相关的数据，如脉冲数等。
可以利用本身已知的方法来分析距离图像。例如可以通过形态滤波(可以作为图像识别的基础)来分析几何结构，还可以对距离图像使用阈值分析、图像分割、边缘检测和/或颜色分析。借助所谓的连接组件标记(Connected-Component Labelling)可以找到物体点或数据点并将其分组，这有时也称为斑点检测。原则上还可考虑将距离图像与另一距离图像相组合(称为缝合)，该另一距离图像是用另一同样设置在照明单元上的测距单元为放大采集角度而采集的。但是优选在照明单元上仅设置一个测距单元。
本发明还涉及一种用于运行上述照明系统的方法，其中，物体设有标记发射单元，优选为上述的双向系统(标记设备)。这样，标记发射单元在运行中发射标记信号，然后利用优选同样是标记设备一部分的标记接收单元采集该标记信号。标记接收单元例如可以设置在舞台边缘，优选与一个或多个其他标记接收单元一起。同样，利用测距单元拍摄物体空间的距离图像，借助该距离图像在物体空间中(至少在其一个区域中)对物体进行定位。在此，利用标记信号或一个或多个所采集到的信号分量对物体进行个性化。优选也利用标记信号来定位物体，由此可以提高准确性。
详细地说，在运行中在理想情况下不仅拍摄一幅距离图像，而是在时间进程中接续拍摄多幅距离图像，例如每秒至少5或10幅距离图像(出于技术的原因上限例如可以为最高每秒50、40或30幅距离图像)。如果优选使用TOF相机，则其为了拍摄相应的距离图像通常不只发射一个单独的脉冲，而是发射脉冲包，即相继发射多个单脉冲。由此得到相应的多个回波脉冲，并且例如可以通过平均来提高信噪比。
在一优选的实施方式中，利用测距单元实现拍摄物体的参考距离图像。在此测距单元例如已经处于其相对于例如舞台的位置，在设置或校准的过程中拍摄参考距离图像。在此，之后要被照明的物体尚未处于物体空间中，而其他如舞台设备等的物体则在理想的情况下应该已经就位。如果稍后在运行中拍摄物体位于其中的物体空间的距离图像，则可利用参考距离图像来观察差异。由此可以计算出那些构成静态背景的像素和体素，并且在图像分析中不必再考虑它们。这样就减少了计算开销并且有助于缩短响应时间。
在一优选的实施方式中，在运行中，即在照明过程中，当物体已位于物体空间中时，相继拍摄多个距离图像(见以上)。在观察差异的过程中，以一定的关系将距离图像相对于彼此设置，使得例如获得运动轨迹。如果物体运动，例如穿过物体空间，并且在此例如利用光锥进行跟踪，则借助运动轨迹可以事先进行计算。由此，由先前的距离图像可以建立未来的向量，这也称为预测建模。由此，例如可以在直至200ms的范围内预测物体将处的位置，可以对照明单元在未来的控制相应地进行调节或准备。
还可以例如利用差异观察对当前运动的像素或体素比较长时间静止的像素/体素加以不同的权重。由此不仅能去除静态的背景(参考距离图像，见以上)，而且还能够进行重要的/不太重要的动态调整。这样，对于较长时间未运动的像素/体素就不再以与运动的像素/体素相同的精度进行分析。也可以在随后的距离图像中计算出这些像素/体素。
本发明还涉及上述照明系统用于照明展示区域的应用。在此表演区域尤其是舞台，如音乐会或表演舞台，尤其是圆形剧场舞台(Arena)，当然也可以是剧院舞台等。展示区域例如也可以在展览会上实现，因此特别是可以照明展览区域等。还可以考虑在电影和电视领域中的应用，同样也可以用于舞厅照明，包括迪斯科舞厅。
在应用中还可以组合使用多个照明单元，它们分别具有一个固定的测距单元。它们可以例如从不同的或相同的侧对展示区域或表演区域进行照明。根据具体设置可以任意增加照明单元和测距单元(特别是TOF相机)的数量，特别是当不能或仅能部分遮盖物体空间时。但另一方面设置上限以防止各个TOF测量的不希望的相互作用也是感兴趣的。因此可以将根据本发明实施的不超过10个、8个或6个照明单元或照明系统组合在同一展示区域上。
因此，在连接的照明单元中，可以将根据本发明的照明系统或所属的控制单元发射的物体信息或物体坐标用于控制其他照明单元，以例如对共同的物体进行照明。
如果有多个要进行不同的照明的物体，则优选为它们分别配备一个自己的标记发射单元(特别是相应的标记设备)，其中，相应的标记信号优选分别被调制到自身的物体信息。尽管借助标记发射单元的附加的标记，对于不同的物体或待区分物体的数量的限制也是具有优点的。在应用中，例如最多可以有10个、8个或6个待区分且进行不同照明的物体。
包括测距单元的照明单元可以相对于展示区域固定设置，如安装在固定的支架或托架上。但是另一方面也可以考虑相对于展示区域可移位特别是可移动地安装照明单元。由于测距单元相对于照明单元或其基座是固定的，当该单元一起移位时，以上所讨论的参照系或坐标系之间的相关性不会消除。照明单元可以和测距单元一起例如在轨道上移动，也可以考虑例如设置在机器人臂上的布置。
附图说明
以下借助实施例对本发明作进一步说明，其中在各权利要求范围内的各个特征的其他组合对于本发明也是重要的，并且在不同类别的权利要求之间没有区别。其中示出：
图1俯视地示出根据本发明的照明系统的应用，其中，从上方看向舞台；
图2示出根据图1的照明系统的照明单元的详细示图；
图3再次俯视地从上方看向舞台地示出作为图1中照明系统的部分的标记系统的示意图；
图4示出利用图1的照明系统对物体进行检测和照明的过程的流程图。
具体实施方式
图1以示意图示出根据本发明的照明系统1，以在应用中进行说明。在此涉及对物体2的照明，如舞台上的演员或主持人(参见下文)。为此该照明系统首先具有照明单元3。照明单元3由基座3a和可运动地支承在基座3a上的照明头3b构成，相关细节请参见图2。在照明头3b中设有通常结合光学系统例如基于LED的照明用具。在运行中，照明头3b在任何情况下都能够沿着光束4a发射带有照明光4b的光锥4。由于照明头3b的可运动的支承使得光锥4可以在展示区上方移动。
此外，照明系统1还具有测距单元5，所示出的为TOF相机。利用测距单元5可以拍摄物体空间8的距离图像，由此可以借助距离图像对物体2进行定位。由此，通过照明单元3的相应控制可使光锥4自动地指向物体2，或者在物体2移动时跟随物体2。为此对距离图像进行分析，也请参见图4以及说明书中的详细描述。
测距单元5固定在照明单元3的基座3a上。在TOF相机也从进行照明的同一位置照向展示面或舞台时，这是有利的。简言之，即测距单元5和照明单元3设置在同一坐标系中，由此可以将在距离图像中对物体2的检测直接转换为照明单元3的控制(尤其是平移/倾斜坐标)。
照明系统1还具有标记系统6，在此示出第一标记设备6a和第二标记设备6b。前者设置在照明单元3的基座3a上，后者由演员佩戴。每个标记设备6a，b具有发射单元6ab，bb。在运行中，配属于演员、即物体2的标记发射单元6ba发射标记信号7(UWB信号)。利用配属于照明单元3的基座3a的标记接收单元6ab来采集该信号或该信号的分量。标记信号7例如携带关于物体2的信息，借助该信息可进行个性化或设置照明(例如“zu beleuchtendesObjekt:ja/nein”(待照明的物体：是/否)，或者“Art der Beleuchtung:Farbe”(照明类型：颜色)等)。关于其他可能性还将参照图3说明。
当将照明系统1安装到舞台上时，标记设备6a，b的对称结构例如在测量阶段(Einmessphase)是有优势的。这可以参见本文的引言。
图2首先更详细地在侧视图中示出照明单元3。照明单元3被设计为头部移动的前照灯(Scheinwerfer)，照明头3b通过臂3c支承在基座3a上。臂3c可相对于基座3a在旋转平面30a转动，旋转平面30a在当前图示中以及在应用中均为水平的(平移(Pan))。照明头3b在旋转平面30b中可转动地支承在臂3c上。在此旋转平面30b在图中以及在应用中均为垂直的(倾斜(Tilt))。通过相应安装的照明头3b光锥4可以在展示区或舞台上方移动，尤其是可以跟随物体2。
图3以示意图示出舞台35，并且是以从上方看向展示区35a的视角。也就是该视图相应于图1，不同之处在于在此没有详细示出照明单元3，替代地，图中详细示出了标记系统6。在舞台35的边缘不仅设置了标记设备6a，还设置了另外两个标记设备6c,d。因此，存在两个另外的标记接收单元6cb,db。
标记接收单元6ab，bb,cb,db中的每一个分别接收标记信号7的一个信号分量7a,c,d。在此，根据输出功率通过各采集到的信号强度由功率降计算出距离值。因此，每个标记接收单元6ab，bb,cb,db本身产生一个圆36a,c,d，物体2可以位于该圆上。由于记录的测量值中有多个从不同位置记录的值，可以由此对物体2进行定位，即在圆36a,c,d的交点上定位物体2。标记接收单元6ab，bb,cb,db分别是双向标记设备6a,c,d的一部分。因此在配置或测量的过程中例如可以确定彼此间的相对距离。然后可以借助三角测量来定位物体2。
图4示出在照明系统1的控制单元40中的过程的流程图。控制单元40具有一个或多个输入40a，用于一个或多个距离图像和标记接收单元6ab，bb,cb,db的测量结果，此外还具有一个或多个输出40b，用于向照明单元30输出命令(或者直接向其输出或者输出给照明单元30的控制设备)。现在，输入参量一方面是距离图像41，其中，在时间过程中例如以20Hz的重复率拍摄物体空间3的多个距离图像。
具体来说，TOF相机例如以41ns的脉冲持续时间和相同持续时间的脉冲暂停向物体空间进行发射，其中，将具有例如40000个脉冲的脉冲包作为拍摄相应距离图像的基础。这样，其持续时间为3.5ms，这给出了相位图像的测量时间窗口。这样，脉冲帧可以对应于间隔1.6ms的四个脉冲包，由此对于该脉冲帧给出20.4ms的持续时间。这是3D图像的测量时间窗口。
通常，可以在相机内预设脉冲持续时间和/或脉冲暂停时间，或者还可以预设每个脉冲包的脉冲数量。但是另一方面也可以进行与需求和应用相关的参数化，例如在启动照明系统时或在此之前，甚至在运行过程中进行调整也是可以的。例如在过个TOF相机的应用中，为了防止相互干扰导致的伪影，一定的可变性也是感兴趣的。
如图4所示，然后对距离图像进行图像处理。在TOF相机的情况下，图像处理特别是可以结合2D相机图像来进行；由3D距离图像可以识别物体空间6中的目标点，也称斑点。这样，作为结果可以获得基于坐标空间43的信息，在哪个或哪些位置上可能在照明侧存在感兴趣的对象。在此要注意的是，根据图1和3的图示是示意性的，在实际中在舞台35上会有多得多的演员。在此，特别是还可能出现这样的情况：若干演员从TOF相机的角度看一个站在另一个后面，从而借助距离图像41不再能将这些演员唯一地定位在结果坐标系43中。另一方面还可能存在这样的情况：当舞台上只有一个演员时，决定要使用的照明轮廓也可能是个挑战(例如，随着时间的推移与无法借助距离图像41区别的演员交替)。
因此，作为其他输入参量以由标记接收单元6ab，bb,cb,db采集的信号分量7a,c,d为基础，其中，在分析45的过程中获得物体信息46。这可以包括借助三角测量确定的物体在展示区35a上的位置和/或关于物体分类的信息。因此，还可以与根据图3的位置无关地例如利用各自相应的物体信息对不同的物体进行编码，并由此使控制单元40能够识别。
在将一方面图像分析的结果和另一方面物体信息的分析之间进行关联47后，可以建立实际的照明方案48。由在坐标系43中的定位现在例如可以产生用于对照明单元3进行控制的平移/倾斜值(Pan/Tilt-Werte)，这些可以尚处于控制单元40中或者已经在照明单元3的控制设备中实施。
具体地，对于照明可以对所谓的光编码进行编程和/或进行存储。这些可以预先固定给定，例如“Folge dem Objekt(物体序列)”/“Beleuchte nach 10Sekunden mit eineranderen Farbe(10秒后用另一颜色照明)”，等等。但是也可以考虑在运行中进行适配(例如，通过物体的特定运动触发，如跳跃)。照明单元3的可能的控制功能可以包括例如平移、倾斜、调光、聚焦、变焦、冻结、着色、相对光圈、相对聚焦和/或相对调光，还可以考虑和其他效果设备和/或舞台装置(也包括服装等，甚至观众的服装)相关联，或者与在视频投影墙和LED墙上的效果相关联。
附图标记列表
1. 照明系统
2. 物体
3. 照明单元
3a 基座
3b 照明头
3c 臂
4. 光锥
4a 光束
4b 照明光
5. 测距单元
6a-d. 标记设备
6aa，ba,ca,da 发射单元
6ab，bb,cb,db 接收单元
7. 标记信号
7a,b,c 信号分量
8. 物体空间
30a 旋转平面(水平)
30b 旋转平面(倾斜)
35 舞台
35a 展示区域
36a,b,c 圆
40 控制单元
40a 输入
40b 输出
41 距离图像
42 图像处理
43 坐标空间
45 分析(标记信号)
46 物体信息
47 关联
48 照明方案。

Claims (18)

1.一种照明系统(1)，用于照明位于物体空间(8)中的物体(2)，具有
-照明单元(3)，用于向所述物体空间(8)中发射照明光(4b)，
-测距单元(5)，用于获取所述物体(2)位于其中的所述物体空间(8)的距离图像(41)，该测距单元(5)相对于所述照明单元(3)的至少一部分固定地设置在该照明单元上，
-标记系统(6)，具有用于发射标记信号(7)的标记发射单元(66a)和用于采集所述标记信号(7)的至少一个信号分量(7a)的标记接收单元(6ab)，
所述照明系统(1)设置用于，
-借助所述距离图像(41)将所述物体(2)定位在所述物体空间(8)的区域中并利用所述标记接收单元(6ab)接收的信号分量对该物体(2)进行个性化处理，以及
-根据以上用所述照明单元(3)对所述物体(2)进行照明。
2.根据权利要求1所述的照明系统(1)，其中，所述标记发射单元(66a)是第一标记设备(6b)的一部分，所述第一标记设备(6b)还具有接收单元(6bb)；所述标记接收单元(6ab)是第二标记设备(6a)的一部分，所述第二标记设备(6a)还具有发射单元(6aa)。
3.根据权利要求1或2所述的照明系统(1)，其中，所述标记系统(6)是基于无线电的，即所述标记信号(7)是无线电信号，特别是UWB信号。
4.根据以上权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中，所述标记接收单元(6ab)相对于所述照明单元(3)的至少一部分固定地设置在所述照明单元(3)上。
5.根据以上权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中，该照明系统(1)设置用于，根据由所述标记接收单元(6ab)采集的标记信号(7)的信号分量(7a)来确定所述标记发射单元(66a)与所述标记接收单元(6ab)的距离。
6.根据权利要求5所述的照明系统(1)，其中，所述标记系统(6)具有用于采集所述标记信号(7)的至少一个信号分量(7c,7d)的另外的标记接收单元(6cb,6db)，其中，所述照明系统(1)设置用于，借助三角测量根据所述信号分量(7a,7b,7c)来确定所述标记发射单元(66a)相对于所述标记接收单元(6ab，6cb,6db)的位置。
7.根据以上权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中，所述照明单元(3)设计成，分别沿着指向不同方向的不同射束(4a)发射光锥(4)，其中，这些不同的射束(4a)在极坐标系中具有共同的原点。
8.根据权利要求7所述的照明系统(1)，其中，所述照明单元(3)具有基座(3a)和臂(3c)，以及用于发射照明光(4b)的照明头(3b)，其中，所述臂(3c)能转动地支承在所述基座(3a)上，所述照明头(3b)能转动地支承在所述臂(3c)上。
9.根据以上权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中，所述测距单元(5)位置固定地固定在所述照明单元(3)的基座(3a)上。
10.根据权利要求9所述的照明系统(1)，其中，设有保持装置，所述测距单元(5)借助该保持装置位置固定地固定在所述基座(3a)上，其中，所述保持装置设置为，使所述测距单元(5)与该保持装置设置在不同的相对于所述基座(3a)的倾斜位置上。
11.根据权利要求10所述的照明系统(1)，其中，设置用于发射照明光(4b)的所述照明单元(3)的照明头(3b)能够相对于所述基座(3a)在旋转平面(30a)中旋转，以所述保持装置的不同倾斜位置张开的平面平行于该旋转平面(30a)。
12.根据以上权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中，所述测距单元(5)设置用于，发射红外光谱范围内的脉冲以进行距离测量。
13.根据以上权利要求中任一项所述的照明系统(1)，其中，所述测距单元(5)是TOF相机。
14.根据以上权利要求中任一项所述的照明系统(1)，该系统设置用于，借助通过所述标记接收单元(6ab)采集的信号分量(7a)对所述物体(2)进行分类。
15.一种用于运行根据上述权利要求中任一项所述的照明系统(1)的方法，其中，
-借助所述标记发射单元(66a)设置所述物体(2)，
-借助所述标记接收单元(6ab)采集所述标记信号(7)，
-利用所述测距单元(5)拍摄所述物体空间(8)和位于其中的物体(2)的距离图像(41)，
-借助该距离图像(41)在所述物体空间(8)的至少一个区域中定位所述物体(2)，以及
-借助所述标记信号(7)对该物体(2)进行个性化并根据该个性化进行照射。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述物体(2)处于所述物体空间(8)中之前，拍摄所述物体空间(8)的参考距离图像，然后在对所述距离图像(41)进行分析的过程中将该参考距离图像用于差异观察。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，当所述物体(2)处于所述物体空间(8)中时，相继拍摄多幅距离图像(41)，将这些距离图像(41)在分析的过程中用于差异观察，尤其是用于确定运动轨迹。
18.一种根据权利要求1至14中任一项所述的照明系统(1)的应用，其中，将该照明系统(1)用于照明表演区域，尤其是舞台，优选采用根据权利要求15至17中任一项所述的方法。
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