CN114070986A - 自适应光源 - Google Patents

Abstract

一种方法包括：捕获场景的第一图像，从所述第一图像检测所述场景的分区中的面部，以及激活红外（IR）光源以用IR光选择性地照射所述场景的所述分区。所述IR光源包括IR发光二极管（LED）的阵列。所述方法包括：在来自所述IR光源的选择性IR照明下捕获场景的第二图像，在所述第二图像中检测所述面部，以及基于所述第二图像中的面部来识别人。

Description

自适应光源

本申请是申请日为2018年5月9日、申请号为201810437851.0、发明名称为“自适应光源”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是2016年11月2日提交的国际申请No.PCT/EP2016/076360的部分继续申请，其要求于2015年11月10日提交的美国临时专利申请No.62/253,580和2016年3月1日提交的欧洲专利申请No. 16158004.8的优先权。国际申请No.PCT/EP2016/076360、美国临时专利申请No.62/253,580和欧洲专利申请No. 16158004.8被并入本文。

背景技术

包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔激光二极管（VCSEL）和边缘发射激光器的半导体发光器件跻身于当前可用的最有效的光源。针对制造能够跨可见光谱地操作的高亮度发光器件，当前感兴趣的材料体系包括：III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元合金、三元合金和四元合金，也被称为III族氮化物材料。典型地，通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其他合适的衬底上外延生长具有不同组分和掺杂剂浓度的半导体层的堆叠来制造III族氮化物发光器件。堆叠经常包括：形成在衬底上的一个或多个掺杂有例如Si的n型层、形成在该一个n型层或多个n型层上的有源区中的一个或多个发光层、以及形成在有源区上的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。在n型区和p型区上形成电接触。

半导体发光器件由于它们的紧凑尺寸和低功率要求而是诸如用于手持式电池供电设备（例如相机和手机）的相机闪光灯（camera flash）之类的光源的有吸引力的候选。

发明内容

在本公开的示例中，一种方法包括：捕获场景的第一图像，从所述第一图像检测所述场景的分区（section）中的面部，以及激活红外（IR）光源以用IR光选择性地照射（illuminate）所述场景的所述分区。所述IR光源包括IR发光二极管（LED）的阵列。所述方法包括：在来自所述IR光源的选择性IR照明下捕获所述场景的第二图像，在所述第二图像中检测所述面部，以及基于所述第二图像中的面部来识别人。

附图说明

图1A是图示包括至少一个半导体发光器件作为光源的系统的框图。

图1B、图1C、图2A、图2B和图2C图示了使用例如图1A的系统照射场景的方法。

图3图示了要照射的场景。

图4图示了在图3中所图示的场景的三维（3D）图。

图5图示了对于图3中所图示的场景的闪光强度分布（profile）。

图6是光源的一个示例的横截面视图。

图7是LED阵列的俯视图。

图8是图7的阵列中的一个LED的横截面视图。

图9图示了在以下附图中的示例中被照射的场景。

图10A、图11A、图12A、图13A、图14A和图15A图示了针对图9中所图示的场景的不同的照度分布（illuminance profile）。

图10B、图11B、图12B、图13B、图14B和图15B图示了施加到图7的阵列中的LED以生成如图10A、图11A、图12A、图13A、图14A和图15A中所图示的照度分布的电流量。

图16、图17A和图17B图示了施加到图7的阵列中的LED以生成用于缩放应用的照度分布的电流量。

图18A和图18B图示了施加到图7的阵列中的LED以生成用于广角应用的照度分布的电流量。

图19是具有单独光学器件的LED阵列的横截面视图。

图20图示了具有多个LED阵列的光源。

图21图示了扫描窄光束光源。

图22图示了具有矩阵控制元件的光源。

图23图示了具有发射不同的颜色或色温的光的光发射器的光源。

具体实施方式

尽管在下面的描述中，本发明的实施例被描述为相机闪光灯，但是其他用途也被设想并且在本发明的范围内。

所有相机闪光灯的一个问题是靠近相机的物体往往过度曝光，而远离相机的物体没有得到足够的光。本发明的实施例包括诸如相机闪光灯之类的光源，相机闪光灯是例如用于便携设备或电池供电设备的、或用于较大的非电池供电的照相馆闪光灯的。根据本发明实施例的光源可以使它们的照度分布适应于场景并且向场景中的所有物体传递适量的光。根据本发明的实施例的自适应照明系统可以包括诸如半导体发光器件的半导体光源，但是可以使用任何合适的发光体。

图1A图示了根据本发明实施例的自适应照明系统1的示例。系统1可以是智能手机、平板电脑、膝上型电脑、台式电脑、计算机监视器、数码相机或任何合适的设备。系统1也可以是用于任何合适设备的相机模块。系统1包括连接到驱动器12的光源10。如下所述，驱动器12向光源10供电。光源10可以是红外（IR）发光二极管（LED）的一个或多个阵列。驱动器12连接到微处理器14。微处理器14可以包括可连接到射频（RF）收发器13以发出和接收呼叫的应用处理器和基带处理器。非易失性存储器15存储诸如面部检测和识别应用17之类的应用，微处理器14将其加载到易失性存储器19以供执行。微处理器14接收来自输入设备18和相机11的输入。系统1还可以包括3D传感器16。输入设备18可以是例如用户激活的输入设备，例如用户按下以拍摄照片的按钮。在一些实施例中，例如在自动拍摄照片的情况下，输入设备18可能不需要用户输入。在一些实施例中可以省略输入设备18。

3D传感器16可以是能够在拍摄照片之前制作场景的3D轮廓的任何合适的传感器。在一些实施例中，3D传感器16可以是飞行时间（ToF）相机。ToF相机测量从物体反射回来的光行进回到ToF相机所花的时间。该时间可用于计算到场景中每个物体的距离。在一些实施例中，3D传感器16可以是结构化光传感器。结构化光传感器包括投影设备，该投影设备在场景上投射特别设计的光图案。同样包括在结构化光传感器中的相机测量从场景的物体反射的光图案的每个部分的位置，并通过三角测量确定到这些物体的距离。在一些实施例中，3D传感器16可以是在设备的主体中彼此间隔一定距离处安放的一个或多个辅助相机。通过比较辅助相机看到的物体的位置，可以通过三角测量确定到每个物体的距离。在一些实施例中，3D传感器16是设备中的主相机的自动聚焦信号。在扫描相机镜头的聚焦位置时，系统可以检测出在哪些位置处场景的哪些部分在焦点中。然后通过将对应的镜头位置转化为到对于这些位置处于焦点中的那些物体的距离来构建场景的3D轮廓。通过常规方法，例如通过测量对比度或通过利用相机传感器内的相位检测传感器，导出合适的自动聚焦信号。当使用相位检测传感器时，在一些实施例中，为了自适应闪光灯的最佳运转，如下所述，个体相位检测传感器的位置可以对应于由光源10的分开的段照射的区域。

图1B是在本公开的一些实施例中的使用系统1（图1A）的方法300B的流程图。方法300B可以通过微处理器14将应用17的指令从非易失性存储器15加载到易失性存储器19并然后执行这些指令来实现。方法300B以及本文描述的任何方法可以包括由一个或多个块图示的一个或多个操作、功能或动作。尽管这些块以顺序次序图示，但这些块也可以并行、和/或以不同于本文所描述的那些顺序执行。此外，各种块可以被组合为更少的块，被分成另外的块，和/或基于期望的实施方式被消除。方法300B可以在块304开始。

在块304中，微处理器14使相机11捕获（与相机的视场相对应的）场景的第一图像。块304之后可以是块306。

在块306中，微处理器14从第一图像检测场景的分区中的面部。微处理器14可以使用诸如开源计算机视觉（OpenCV）库中的面部检测器之类的面部检测算法来定位场景中的面部。块306之后可以是块318。

在块318中，微处理器14激活光源10以用IR光选择性地照射场景的该分区。例如，微处理器14基于场景（场景的分区）中的面部的位置来选择光源10中的一组IR LED，并使驱动器12仅驱动所选择的IR LED。块318之后可以是块320。

在块320中，微处理器14使相机11在块318中生成的选择性IR照明下捕获场景的第二图像。块320之后可以是块322。

在块322中，微处理器14在第二图像中检测该面部。第二图像中的面部可能具有最佳曝光。块322之后可以是块324。

在块324中，微处理器14基于第二图像中的面部来识别或验证人。微处理器14可以使用诸如OpenCV库中的面部识别器之类的面部识别算法，以基于第二图像中的面部对这个人进行识别或验证。方法300B可以在块324结束。

图1C是在本公开的一些实施例中的使用系统1（图1A）的方法300C的流程图。方法300C可以是方法300B（图1B）的变型。方法300C可以在块302开始。

在块302中，微处理器14激活光源10以用IR光均匀地照射场景。例如，微处理器14使驱动器12用第一单独电流驱动光源10中IR LED中的每一个。块302之后可以是块304。

在块304中，微处理器14使相机11捕获（与相机的视场相对应的）场景的第一图像。块304之后可以是块306。

在块306中，微处理器14从第一图像检测场景的分区中的面部。块306之后可以是块318。

在块318中，微处理器14激活光源10以用IR光选择性地照射场景的该分区。例如，微处理器14基于场景（场景的分区）中的面部的位置来选择光源10中的一组IR LED，并使驱动器12用第二单独电流驱动所选IR LED中的每一个。第二单独电流可以大于第一单独电流，并且用于驱动光源10的第二单独电流之和（“第二总电流”）可以等于用于驱动光源10的第一单独电流之和（“第一总电流”）。可替换地，第二单独电流可以小于第一单独电流，并且第二总电流可以小于第一总电流。块318之后可以是块320。

在块320中，微处理器14使相机11在块318中生成的选择性IR照明下捕获场景的第二图像。块320之后可以是块322。

在块322中，微处理器14在第二图像中检测该面部。第二图像中的面部可能具有最佳曝光。例如，当场景中的面部在第一图像中曝光不足时，第二图像中的面部将被来自所选IR LED的更多IR光照射，所选IR LED朝向该面部瞄准并在不增加总电流使用的情况下被以较高的电流驱动。在另一个示例中，当场景中的面部在第一图像中过度曝光时，第二图像中的面部用来自所选IR LED的较少的IR光照射，所选IR LED朝向该面部瞄准并且在减小总电流使用的同时被以较小电流驱动。块322之后可以是块324。

在块324中，微处理器14基于第二图像中的面部来识别或验证人。方法300C可以在块324结束。

图2A是在本公开的一些实施例中的使用系统1（图1A）的方法200A的流程图。方法200A可以是方法300B（图1B）的变型。方法200A可以在块202开始。

在块202中，生成输入，例如指令拍摄照片。在块204中，相机11在闪光灯（光源10）关闭的情况下拍摄（与相机的视场相对应的）场景的第一图像。在块206中，从第一图像检测场景的分区中的面部。在块210中，光源10在低光输出模式（典型地被称为“手电筒模式”）中打开。此时，光源10的照度分布保持均匀，其中“均匀”意指场景的所有部分都被用某个已知的照度分布照射。在块212中，在光源10继续以均匀照度分布和低亮度打开的同时捕获中间图像。在块214中，从中间图像在该图像的该分区中检测该面部。在块216A中，系统（例如，微处理器14）计算面部的所有部分（或整个场景）的最佳亮度以实现最佳曝光。这可以通过从第二图像中的该面部（或场景）的相应像素亮度值中减去第一图像中的该面部（或场景）的像素亮度值、并对差异进行缩放以实现最佳曝光水平来完成。在块218中，根据在块216A中计算出的照度分布来激活光源10。在块220中，在光源10根据在块216A中计算出的照度分布被激活时，由相机11拍摄第二图像。在块222中，在第二图像中检测该面部。在块224中，基于第二图像中的面部来识别或验证人。

图2B是在本公开的一些实施例中的使用系统1（图1A）的方法200B的流程图。方法200B可以是方法300B（图1B）的变型。方法200B可以在块202开始。

在块202中，生成输入，例如指令拍摄照片。在块204中，相机11在闪光灯（光源10）关闭的情况下拍摄（与相机的视场相对应的）场景的第一图像。在块206中，从第一图像检测场景的分区中的面部。在块208中，生成面部（或整个场景）的3D轮廓。例如，3D传感器16可以生成面部（或场景）的3D轮廓，或者3D传感器16可以感测关于面部（或场景）的数据，并将数据发送到微处理器14，微处理器14可以生成面部（或场景）的3D轮廓。在块216B中，系统（例如，微处理器14）计算面部（或场景）的所有部分的最佳亮度，以基于3D轮廓实现最佳曝光。例如，微处理器可以决定向远离相机11的面部（或场景）的部分提供额外的IR照明。在块218中，基于在块216B中执行的计算，场景由光源10照射。在块220中，在光源10根据在块216A中计算出的照度分布被激活时，由相机11拍摄第二图像。在块222中，在第二图像中检测该面部。在块224中，基于第二图像中的面部来识别或验证人。

图2C是在本公开的一些实施例中的使用系统1（图1A）的方法200C的流程图。方法200C可以是方法300B（图1B）的变型。方法200C可以在块202开始。

在块202中，生成输入，例如指令拍摄照片。在块204中，相机11在闪光灯（光源10）关闭的情况下拍摄（与相机的视场相对应的）场景的第一图像。在块206中，从第一图像检测场景的分区中的面部。在块208中，生成面部（或整个场景）的3D轮廓。在块210中，光源10在低光输出模式（典型地称为“手电筒模式”）下打开。此时，光源10的照度分布保持均匀，其中“均匀”意指场景的所有部分都被照射。在块212中，在光源10处于手电筒模式的情况下捕获中间图像。在块214中，从中间图像在该图像的该分区中检测该面部。在块216C中，系统（例如，微处理器14）基于拍摄的第一图像和中间图像的输入以及3D轮廓来计算面部（或场景）的所有部分的最佳亮度以实现最佳曝光，正如上文在伴随图2A和图2B的文本中所描述的。在块218中，基于在块216B中执行的计算，场景由光源10照射。在块220中，在光源10根据在块216A中计算出的照度分布被激活时，由相机11拍摄第二图像。在块222中，在第二图像中检测该面部。在块224中，基于第二图像中的面部来识别或验证人。

在图2A、图2B和图2C的每一个中，输入可以例如是诸如用户按下按钮的用户输入、由微处理器14生成的输入（例如，如果微处理器14被编程为在预定时间或以预定的间隔拍摄照片）或任何其他合适的输入。图3图示了当生成输入时要捕获到照片中的场景。图3中图示的场景包括前景中的第一人30和后景中的第二人32。仅为说明目的选择该场景。具有在距相机各种距离处的多个物体或人的其他场景也适合用于本发明。

图4图示了图3中所图示的场景的3D轮廓。在图4中，较浅的阴影对应于距相机较短的距离，较暗的阴影对应于距相机较大的距离。因此，前景中的人30具有最浅的阴影，表明人30离相机最近。后景中的人32具有较暗的阴影，表明人32距相机较远。背景为黑色，表明距相机距离最远。

定位为远离闪光灯的物体可能会接收较高的光强度；定位为靠近闪光灯的物体可能会接收较少的光。众所周知，光的照度根据距离的平方反比定律（照度〜1/距离²）而减小。利用场景的3D轮廓，可以因此计算出所需的分配到场景的哪些部分的光量。计算所需强度分布的算法还可以考虑场景中的每个物体从环境光接收到的照度、通过捕获第一图像收集的信息，并且可以相应地调整闪光量。例如，已经被良好照射的物体30（例如因为它们是浅色或能够反射的）可以接收较少的光；未被良好照射的物体32（例如因为它们是深色或不反射的）可以接收比单单基于它们与光源的距离（如通过3D轮廓所确定的）可计算出的更多的光。

数码相机及其图像处理器典型地包括面部识别算法。在一些实施例中，来自面部识别算法的信息可以用于相比于其他物体而更好地照射面部。如果没有足够的光来良好地曝光整张照片，则面部会受益于更多的光。如果人过于近并且存在过度曝光的危险，应关闭该特征，使得更多的光不会定向到面部。在一些实施例中，从3D轮廓进行的相对光的计算可以减少朝人眼发送的光量以使照片中的“红眼”最小化。

在一些实施例中，从3D轮廓进行的相对光的计算可以识别离闪光灯非常远并且不能被适当照射的场景的部分（例如，后景中的面部）。将最少量的光发送到场景的这些部分，以便使朝场景的有用部分（例如，前景中的面部）发送的光量最大化，并且因此提供对可用的驱动电流容量的更好利用。

在一些实施例中，用户界面（例如，智能手机上的触摸屏）可以允许用户控制发送到场景的每个部分的相对光量。例如，用户可以打开和关闭闪光灯的自适应特征，可以打开和关闭用于从3D轮廓计算相对光（如上所述）的算法的各个部分，并且可以在场景上手动创建闪光强调（accent）。

本发明的实施例设想了若干照明模式。

在一些实施例中，在第一组照明模式中，来自光源10的照明跨场景地分配以实现最均质（homogenously）有用照射的照片。具体地，在一些实施例中，使过度曝光最小化：在前景被环境光良好照射的情况下，来自光源10的所有光都定向到后景。在一些实施例中，光源10充当填充式闪光灯（fill in flash）：在后景被环境光良好照射的情况下，来自光源10的所有光都定向到前景。在一些实施例中，当前景和后景由环境照明均匀照射时，来自光源10的光可以大部分发送到后景。在一些实施例中，在前景较暗的情况下，来自光源10的光照射前景刚好足以得到一张好照片，并且来自光源10的其余光被发送到后景。

在一些实施例中，在第二组照射模式中，所选物体被照射。具体地，在一些实施例中，结合面部识别，面部可以被进行最高加权以得到最佳照明。在一些实施例中，结合面部识别，面部（或其他物体）周围的背景可以接收较少的光，例如以增强被照射的面部与最接近面部的背景之间的对比度。在一些实施例中，场景的所选地带（zone）例如通过用户输入来标识。来自光源10的光可以仅定向到所选地带内。所选地带的示例包括放大的图像，或场景的以其他方式识别的部分。在一些实施例中，对于例如名片的照片，来自光源10的光可以用非常高的均匀性水平发射。

图5图示了基于图4中所图示的计算来向图3的场景提供的光。在图5中，较浅的阴影对应于来自光源10的更多光，而较暗的阴影对应于来自光源10的较少的光。如图5中所图示的，在与后景人32相对应的区42中提供较多的光，而在与前景人30相对应的区40中提供较少的光。额外的光被提供给后景中的人的面部52。可以将最少量的光提供给人30或人32在其中都未出现的背景（未示出）。

图6、图7和图8图示了可以在图1A中所图示的系统1中使用的光源10的一个示例。可以使用任何合适的光源，并且本发明的实施例不限于图6、图7和图8中所图示的结构。

图7是LED 62的正方形阵列60的俯视图。LED 62可以是白色LED、IR LED或其组合。LED 62可以单片（monolithically）生长在单个衬底上。可替换地，LED 62不需要单片生长在单个衬底上，而是可以被切成小块然后布置在底座上，使得相邻的LED非常接近地在一起。在一些实施例中，LED 62之间的间隙小于个体LED 62的尺寸（例如宽度）的1/3。尽管图示了3×3正方形阵列，但是可以使用任何合适数量的LED，并且阵列不必是正方形的，它可以是矩形或任何合适的形状。单个LED的尺寸可以取决于若干设计参数，例如：包括光学透镜在内的构建体积（building volume）、相机的视场和阵列中的LED的数量。例如，阵列必须包括足够的LED来照射相机的总视场（即整个场景）。对于智能手机应用，在一些实施例中，阵列的总宽度可以不大于2mm。对于较大的相机，在一些实施例中，阵列的宽度可以不大于10mm。尽管单个LED是正方形的，但这不是必需的；可以使用矩形的LED或具有任何合适形状的LED。

图6是光源10的横截面视图。LED 62的阵列60被安放成使得从阵列60提取的大部分光朝向光学器件64发射。在所图示的示例中，光学器件64被与阵列60间隔开。可替换地，光学器件64可以放置在阵列60的顶部。光学器件64可以是使光准直并将光定向到场景的适当区域的任何合适的结构。光学器件64可以是例如透镜、多个透镜、一个或多个菲涅耳透镜、一个或多个折射透镜、一个或多个全内反射透镜元件、一个或多个反射器、一个或多个准直器或任何其他合适的光学器件。在以下示例中，光学器件64是菲涅耳透镜。光源10可以是盒子66形状的，其中阵列60设置在盒子的底部，而光学器件64形成盒子的顶部。盒子66的内侧壁68、未被阵列60占据的底部的任何部分以及未被光学器件64占据的顶部的任何部分都是光学设计的一部分，并且因此视情况可以是能够反射的或吸收光的。

图8是图6和图7中所图示阵列中的单个LED 62的一个示例的横截面视图。可以使用任何合适的LED，并且本发明的实施例不限于图8中所图示的结构。在图8的器件中，大部分光通过生长衬底从LED提取。这样的器件可以被称为倒装芯片器件（flip chip device）。如本领域中已知的那样，通过在生长衬底70上生长III族氮化物（例如用于蓝色或UV LED的氮化镓）或III族砷化物（例如，用于IR LED的砷化镓）半导体结构来形成图8的LED。生长衬底70经常是蓝宝石，但可以是诸如举例而言非III族氮化物材料、SiC、Si、GaN或复合衬底的任何合适的衬底。其上生长III族氮化物或III族砷化物半导体结构的生长衬底的表面可以在生长之前被图案化、粗糙化或纹理化，这可以改善从器件的光提取。该生长衬底的与生长表面相反的表面（即在倒装芯片构造中通过其提取大部分光的表面）可以在生长之前或生长之后被图案化、粗糙化或纹理化，这可以改善从器件的光提取。

半导体结构包括夹在n型区和p型区之间的发光区或有源区。可以首先生长n型区72，并且n型区72可以包括有不同组分和掺杂剂浓度的多个层，多个层包括例如可以是n型或者非有意掺杂的准备层（诸如缓冲层或成核层），以及为针对发光区有效发光所需的特定光学、材料或电学性质而设计的n型或甚至p型器件层。在n型区72之上生长发光区或有源区74。合适的发光区的示例包括单个厚或薄的发光层、或包括由阻挡层分离的多个薄或厚的发光层的多量子阱发光区。然后可以在发光区74之上生长p型区76。类似于n型区72，p型区76可以包括具有有不同组分、厚度和掺杂剂浓度的多个层，包括非有意掺杂的层或n型层。

在半导体结构生长之后，在p型区76的表面上形成反射的p接触78。 p接触78经常包括多个导电层，诸如反射金属和可以防止或减少反射金属的电迁移的防护金属。反射金属通常是银，但可以使用任何合适的一种或多种材料。在形成p接触78之后，去除p接触78、p型区76和有源区74的一部分以暴露n型区72的一部分，其上形成有n接触80。n接触80和p接触78通过间隙82彼此电隔离，间隙82可以填充有诸如硅的氧化物或任何其他合适的材料的电介质。可以形成多个n接触通孔；n接触80和p接触78不限于图8中所图示的布置。如本领域中已知的，可以重新分配n接触和p接触以通过电介质/金属堆叠形成焊盘（未示出）。

如上所述，阵列60中的LED 62可以形成在单个晶圆上，然后从晶圆切成小块作为阵列60，其中阵列中的单独LED 62仍然附接到单个生长衬底部分。可替换地，可以在单个晶圆上形成许多LED 62，然后从晶圆切成小块，使得将已经切成小块的单独LED布置在底座上以形成阵列60。

在半导体结构生长之后或在形成各个器件之后可以使衬底70变薄。在一些实施例中，从图8的器件移除衬底。从图8的器件提取的大部分光通过衬底70（或通过移除衬底70而暴露出的半导体结构的表面）提取。本发明的实施例不限于倒装芯片LED——可以使用任何合适的器件。

波长转换结构84可以布置在从发光器件提取的光的路径中。波长转换结构包括一种或多种波长转换材料，其可以是例如常规的磷光体、有机磷光体、量子点、有机半导体、II-VI或III-V族半导体、II-VI或III-V族半导体量子点或纳米晶、染料、聚合物或发光的其他材料。波长转换材料吸收由LED发射的光并发射具有一个或多个不同波长的光。由LED发射的未转换的光通常是从结构中提取的光的最终光谱的一部分，尽管这不是必需的。从结构中提取的最终光谱可以是白色、多色或单色的。常见组合的示例包括与发射黄光的波长转换材料相组合的发射蓝光的LED、与发射绿光和红光的波长转换材料相组合的发射蓝光的LED、与发射蓝光和黄光的波长转换材料相组合的发射UV的LED、以及与发射蓝光、绿光和红光的波长转换材料相组合的发射UV的LED。可以添加发射其他颜色光的波长转换材料以定制从结构中提取的光的光谱。波长转换结构84可以包括光散射元件或光漫射元件，例如TiO₂。

在一些实施例中，波长转换结构84是与LED分开制造并且例如通过晶圆键合（wafer bonding）或诸如硅树脂或环氧树脂的合适粘合剂附接到LED的结构。这种预制波长转换元件的一个示例是陶瓷磷光体，其通过例如将粉末磷光体或磷光体的前体材料（precursor material）烧结成陶瓷板而形成，然后可以将其切成单独的波长转换元件。陶瓷磷光体也可以通过例如流延成型（tape casting）形成，这种情况下陶瓷被制造成正确的形状，而不需要切成小块或切割。合适的非陶瓷的预形成的波长转换元件的示例包括：分散在诸如硅树脂或玻璃的透明材料中的粉末磷光体，其被卷起、铸造或以其他方式形成为片材，然后单个化（singulate）成个体的波长转换元件；布置在诸如硅树脂的透明材料中并且层压在LED晶圆或单独LED上的粉末磷光体，以及与硅树脂混合并布置在透明衬底上的磷光体。波长转换元件不需要预形成，它可以是例如与透明粘合剂混合的波长转换材料，其被层压、分配（dispense）、沉积、丝网印刷、电泳沉积或以其他方式安放在由LED发射的光的路径中。

如图8中所图示的，波长转换结构84不需要布置成与LED直接接触；在一些实施例中，波长转换结构84与LED间隔开。

波长转换结构84可以是覆盖阵列中的多个或全部LED的单片元件，或者可以被构造成分开的段，每个段附接到一个对应的LED。波长转换结构84的这些分开的段之间的间隙可以用光学反射材料填充，以将来自每个段的光发射仅限制到该段。

诸如举例而言，焊料、柱形凸起（stub bump）、金层或任何其他合适的结构的互连（未示出）可以用于将阵列60中的LED 62电连接和物理连接到某个结构，诸如底座、印刷电路板或任何其他合适的结构。底座可以被配置成使得单独LED 62可以由图1A的驱动器12单独控制。由单独LED 62发射的光照射场景的不同部分。通过改变去往单独LED的电流，可以修改提供给场景的对应部分的光。如上所述计算出的场景的最佳照度分布可以通过向每个LED 62提供适当的电流电平来获得。

在诸如移动设备或电池供电设备的一些设备中，图1A的自适应照明系统1可用的最大电流量通常受设备电池的能力限制。当限定去往所有LED 62的驱动电流电平时，系统1典型地考虑最大可用的电流预算，并由此限定每个LED 62的驱动电流电平，使得总驱动电流不超过最大值，而保持LED之间的强度的正确比率并使总的光输出最大化。

图9图示了在以下图10A、图11A、图12A、图13A、图14A和图15A中所图示的示例中要照射的场景。对于每个示例，提供给每个LED 62的电流量在图10B、图11B、图12B、图13B、图14B和图15B中图示。如上所述，根据从3D轮廓的计算，目标88（在图9中其可能是由虚线标识的面部）需要比场景的其余部分更多的光。在图10A、图11A、图12A、图13A、图14A和图15A的每一个中，提供给某区的光量随阴影的暗度增加而减小。每幅图中所图示的光分配可以是相对的。

图10A图示了当所有LED 62被如图10B所示供应相同量的电流时场景被如何照射。场景的中心被明亮地照射，而场景的外边缘则被较少地照射。因此，该目标的靠近场景中心的部分比目标的靠近场景边缘的部分被更多地照射。

图11A图示了当仅有三个LED被供应电流时场景被如何照射，三个LED中的每一个接收相同量的电流，而其他六个LED没有接收到电流。如图11B中所图示的，被供应电流的三个LED 91、92和93是中心LED、以及在最左列中的两个底部LED。如图11A中所图示的，场景的右侧（大致对应于目标）比场景的其余部分被更明亮地照射。图11B中的LED 91、92和93的电流密度可以是图10B中所图示的其中所有LED都被供应相等电流的情况的三倍。图11A中的目标的照度是图10A中的目标的照度的大约1.6倍。

如图12A、图12B、图13A和图13B所示的两个示例所图示的，为了获得更高的照度，可以接通（switch on）更少的段。

图12A图示了当仅有两个LED被供应电流时场景被如何照射，每个LED接收相同量的电流，而其他七个LED没有接收到电流。如图12B中所图示的，被供应电流的两个LED 94和95是最左列中的两个底部LED。如图12A中所图示的，场景的右侧（大致对应于目标）比场景的其余部分被更明亮地照射。图12A中的目标的照度比图11A中的目标的照度大。

图13A图示了当仅单个LED被供应电流而其他八个LED没有接收到电流时场景被如何照射。如图13B中所图示的，被供应电流的LED 96是最左列中的中心LED。如图13A中所图示的，场景的右侧（大致对应于目标）比场景的其余部分被更明亮地照射，然而高度照射的斑点比图12A和图11A中的小。图13A中的目标的照度大于图11A中的目标的照度。

如图14A、图14B、图15A和图15B所示的两个示例所图示的，为了提高跨整个目标的照度均匀性，供应给不同LED的电流可以变化。

图14A图示了当六个LED被供应变化的电流电平并且三个LED没有接收到电流时场景被如何照射。左列中的中心LED 96被供应了围绕LED 96的五个LED 97、98、99、100和101的五倍的电流。如图14B中所图示的，右列中的三个LED没有接收到电流。如图14A所图示的，场景的右侧（大致对应于目标）比场景的其余部分被更明亮地照射。目标的照度比例如图13A中更均匀。

图15A图示了当四个LED被供应变化的电流电平并且五个LED没有接收到电流时场景被如何照射。左列中的中心LED 102被供应的电流是中间列中的底部LED 105的四倍，并且是中心LED 104和左列中的底部LED 103的两倍。如图15B所图示的，顶行的LED和右列中的LED没有接收到电流。如图15A所图示的，场景的右侧（大致对应于目标）比场景的其余部分被更明亮地照射。目标的照度比例如图13A中更均匀。

图16、17B和18B图示了如何将电流施加到图6中的LED 62的阵列60，以用于缩放（zoom）和广角应用。当接收到使相机镜头移向目标的命令时，阵列中心附近的LED接收更多电流，如图16和图17B中所图示的。图17A图示了当LED被供应如图17B中所图示的变化的电流电平时场景被如何照射。

当接收到使相机镜头移离目标的命令时，阵列边缘附近的LED接收更多电流，如图18B中所图示的。图18A图示了当LED被供应如图18B所图示的变化的电流电平时场景被如何照射。

在图16中，对于缩放应用，只是中心LED 110被供应电流，而围绕中心LED的八个LED没有接收到电流。场景的中心将被明亮地照射，而场景的边缘将接收较少的光。场景的中心的照度可以增加到图10A中的场景（其中所有九个LED都接收相等的电流）的中心的2.2倍。

在图17B中，对于缩放应用，中心LED 111被供应LED 112两倍的电流，并且是LED114四倍的电流。场景的中心比场景的边缘被更多地照射。场景的中心的照度可以增加到图10A中的场景（其中所有9个LED都接收相等的电流）的中心的1.15倍。

在图18B中，对于广角应用，阵列边缘处的八个LED 118接收相等的电流，而中心LED 116没有接收到电流。场景的中心的照度可以降低到图10A中场景（其中所有9个LED都接收相等的电流）的中心照度的0.85倍。

图1A的自适应照明系统1可以用于照射多个目标，这是通过仅向对应于每个目标（例如，面部）的LED提供电流，或者通过向对应于每个目标的LED提供更多电流来进行的。自适应照明系统1可以用于在包括靠近相机和远离相机的元素的场景中减少过度曝光，这是通过仅向对应于远离相机的元素的LED提供电流，或者通过向对应于远离相机的元素的LED提供更多电流来进行的。

针对上述示例给出的照度值是针对具有单个菲涅耳透镜的图示的3×3阵列进行计算的。上述示例中的每个LED的光输出可以通过LED的驱动电流或通过固定电流的脉冲持续时间来控制。

图19、图20、图21、图22和图23图示了可替换的光源。

在图19的光源中，阵列中的每个LED 62具有单独的光学器件122，而不是用于整个阵列的单个光学器件，如图6所图示的。每个光学器件122将来自其LED的光定向到场景的特定部分。光学器件122可以是任何合适的光学器件，包括例如透镜、圆顶透镜、菲涅耳透镜、反射器、全内反射透镜或任何其他合适的结构。光学器件122不需要相同；不同的光学器件可以用于阵列中的不同LED 62。

图20的光源包括具有多个光学元件的多个LED阵列。例如，图20图示了两个3×3阵列，每个阵列具有单个对应的菲涅耳透镜。可以使用更多或更少的阵列，并且阵列不限于所图示的设备。在一些实施例中，每个阵列照射场景的一部分。图20中的阵列124照射场景的顶部128，而阵列126照射场景的底部130。在一些实施例中，阵列照射场景的交叠部分，以便向交叠部分提供更多光。例如，阵列可能在场景的中心交叠，场景的中心可能是通常比边缘需要更多光的场景的部分。

图21的光源使用窄光束的发光器件，诸如举例而言激光器。图21的光源包括具有布置在来自激光器的光的路径中的波长转换元件142的激光器140。聚焦光学器件144可以创建期望大小的光束。在入射到场景150之前，光束入射到第一扫描镜146和第二扫描镜148。扫描镜可以移动，使得光束扫描整个场景，而驱动器控制光源的强度，使得场景的不同部分可以接收不同的光量。当光束扫描需要更高强度的该场景的一些部分时，供应给激光器的电流增加；当光束扫描需要较低强度的该场景的一些部分时，供应给激光器的电流减小。

图22的光源包括矩阵控制元件，诸如数字微镜开关器件或多段液晶显示器。来自LED或激光器152的光照射矩阵控制元件154。反射或透射光的强度取决于所计算的照度分布而被修改。来自矩阵开关元件154的反射或透射光被投影到场景156上。矩阵开关元件154可以具有许多小反射镜作为像素。每个反射镜的取向可以改变，以调谐每个像素处的强度。反射镜的取向也可用于通过将来自不同反射镜的光束交叠来创建更亮的区。

图23的光源是颜色可调的。图23的光源包括两个阵列160和162，它们被布置成分别发射光束166和光束168，光束166和光束168在它们照射场景164时交叠。尽管图示了如图6所示的阵列那样的两个阵列，但可以使用其他合适的光发射器。该系统可以包括3个或更多个具有不同发射光谱的阵列。阵列160和阵列162发射不同颜色的光。例如，阵列160和阵列162可以都发射白光，但是阵列160可以发射具有与阵列162不同的色温的白光——即阵列160和阵列162中的一个发射暖白光。例如，发射暖白光的阵列可以发射具有低至1700K的色温的光，并且发射冷白光的阵列可以发射具有高达10000K的色温的光。两个阵列的色温之间的差异在一些实施例中可以是至少1000K，在一些实施例中可以是至少2000K，在一些实施例中可以是至少3000K，并且在一些实施例中可以是至少4000K。可替换地，阵列160和阵列162可以发射不同的单色光。供应给每个阵列中的每个LED的适当电流被计算为使得来自阵列160和阵列162的光之和具有对于场景的每个部分的适当照度和色温。可添加发射另外的颜色或色温的光的阵列（或其他光发射器）。

在一些实施例中，发射多个光谱的LED可以在单个交错阵列中与如图6所图示的单个光学器件或者如图19所图示的个体光学器件组合。不同颜色的LED可以按照组来布置，每个组照射场景的一部分，每个组包括有各自不同颜色的至少一个LED。

上面描述的颜色可调光源可以用于用不同相关色温（CCT）的光照射场景的不同部分。例如，可以使用颜色可调光源来均衡不同环境发光体的CCT。具有低CCT环境光的该场景的分区可以用更高的CCT光照射，而具有高CCT环境光的该场景的分区可以用更低的CCT光照射。

在一些实施例中，光源10可以与不同的相机一起使用。例如，智能手机可能有多个相机，或者不同的智能手机型号可能使用不同的相机。相机可以各自具有特定的视场，针对该视场调谐用于该相机的闪光灯（例如，调谐成在视场的角落提供最小照度水平）。因此，对于常规的闪光灯，每个相机需要一个分开的闪光灯，其调谐到该相机的视场。利用根据本发明的实施例的自适应照明系统，当选择相机时，可以定义和选择每个相机的默认电流分配，使得单个光源可以用于多个相机。如以上实施例中所述，每个相机的默认值可以根据正在拍摄的场景进行修改。

尽管在上述示例中，半导体发光器件是发射蓝光或UV光的III族氮化物LED和发射红外光的III-砷化物LED，但是可以使用除了LED之外的半导体发光器件（诸如激光二极管）和由其他材料体系（诸如其他III-V族材料、 III族磷化物、II-VI族材料、ZnO或Si基材料）制成的半导体发光器件。

已经详细描述了本发明，本领域技术人员将认识到，在给定本公开的情况下，可以对本发明进行修改而不脱离本文描述的发明构思的精神。特别地，来自不同示例或实施例的不同元素可以被组合。并不意在将本发明的范围限于所示出和描述的特定实施例。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

具有视场的相机；

被配置为产生红外光的发光二极管LED阵列；

耦合到所述LED阵列的透镜阵列，所述透镜阵列被配置为将所述红外光导向所述相机的所述视场；

被配置为选择性地为所述LED阵列供电以选择性地照射所述视场的控制器，使得来自每个LED的红外光被导向所述视场中的相应部分；

至少一个处理器；以及

耦合到所述至少一个处理器的存储器，所述存储器被配置为存储指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行操作，所述操作包括：

控制所述相机捕获定位在所述相机的所述视场内的场景的第一图像；

用所述至少一个处理器，根据所述第一图像确定人的面部存在于所述视场的第一部分中；以及

用所述控制器选择性地为所述阵列中的LED子集供电，所述子集被配置为将红外光导向所述视场的所述第一部分以用所述红外光照射所述人的所述面部。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作进一步包括：

用至少一个处理器选择所述LED阵列的所述LED子集，所述LED子集定位在所述阵列中，使得从所述LED子集发射的红外光被导向所述视场的所述第一部分以用所述红外光照射所述人的所述面部。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作进一步包括：

在为所述LED子集供电的情况下，用所述相机捕获所述场景的第二图像，所述第二图像包括用所述红外光照射的所述人的所述面部。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述操作进一步包括：

用所述至少一个处理器根据所述第二图像确定所述第一图像和所述第二图像中的所述人的身份。

5.根据权利要求3所述的系统，其中当捕获到所述第二图像时，所述控制器仅对所述阵列中的所述LED子集供电。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作进一步包括：

用所述至少一个处理器接收指令以捕获所述场景的所述第一图像。

7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括被配置为响应于输入提供所述指令的输入设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述输入设备是定位在所述相机上的按钮，并且所述输入是按下所述按钮。

9.根据权利要求6所述的系统，其中响应于接收到所述指令，控制所述相机捕获所述场景的所述第一图像。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作进一步包括：

通过为所述阵列中的每个LED供电来控制所述控制器捕获所述第一图像，使得所述阵列中的至少两个LED用不同的电流值供电。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作进一步包括：

通过用相同的第一电流值为所述阵列中的每个LED供电来控制所述控制器捕获所述第一图像。

12. 根据权利要求11所述的系统，其中所述操作进一步包括：

用所述至少一个处理器根据所述第一图像确定所述人的所述面部在所述第一图像中曝光不足；以及

用所述至少一个处理器根据所述第一图像确定大于所述第一电流值的第二电流值，

其中所述控制器用所述第二电流值为所述LED子集供电。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述阵列中的LED数量乘以所述第一电流值基本上等于所述子集中的LED数量乘以所述第二电流值。

14. 根据权利要求11所述的系统，其中所述操作进一步包括：

用所述至少一个处理器根据所述第一图像确定所述人的所述面部在所述第一图像中曝光过度；以及

用所述至少一个处理器根据所述第一图像确定小于所述第一电流值的第二电流值，

其中所述控制器用所述第二电流值为所述LED子集供电。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述阵列中的LED数量乘以所述第一电流值基本上等于所述子集中的LED数量乘以所述第二电流值。

16.一种方法，包括：

用相机捕获定位在所述相机的视场内的场景的第一图像；

用耦合到所述相机的至少一个处理器，根据所述第一图像确定人的面部存在于所述视场的第一部分中；以及

用耦合到发光二极管LED阵列的控制器选择性地为所述阵列中的LED子集供电，所述LED子集定位在所述阵列中，使得从所述LED子集发射的红外光被导向所述视场的所述第一部分以用所述红外光照射所述人的所述面部。

17. 根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

在为所述LED子集供电的情况下，用所述相机捕获所述场景的第二图像，所述第二图像包括用所述红外光照射的所述人的所述面部；以及

用所述至少一个处理器根据所述第二图像确定所述第一图像和所述第二图像中的所述人的身份。

18. 根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

用所述至少一个处理器，根据所述第一图像确定所述人的所述面部在所述第一图像中曝光不足；以及

用所述至少一个处理器根据所述第一图像确定大于所述第一电流值的第二电流值，

其中所述控制器用所述第二电流值为所述LED子集供电，以及

其中所述阵列中的LED数量乘以所述第一电流值基本上等于所述子集中的LED数量乘以所述第二电流值。

19. 根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

用所述至少一个处理器，根据所述第一图像确定所述人的所述面部在所述第一图像中曝光过度；以及

用所述至少一个处理器根据所述第一图像确定小于所述第一电流值的第二电流值，

其中所述控制器用所述第二电流值为所述LED子集供电，以及

其中所述阵列中的LED数量乘以所述第一电流值基本上等于所述子集中的LED数量乘以所述第二电流值。

20.一种系统，包括：

具有视场的相机；

被配置为产生红外光的发光二极管LED阵列；

耦合到所述LED阵列的透镜阵列，所述透镜阵列被配置为将所述红外光导向所述相机的所述视场；

被配置为选择性地为所述LED阵列供电以选择性地照射所述视场的控制器，使得来自每个LED的红外光被导向所述视场中的相应部分；

至少一个处理器；以及

耦合到所述至少一个处理器的存储器，所述存储器被配置为存储指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行操作，所述操作包括：

用所述控制器用第一电流值为所述阵列中的每个LED供电；

在用所述第一电流值为所述LED阵列供电的情况下，控制所述相机捕获定位在所述相机的所述视场内的场景的第一图像；

用所述至少一个处理器，根据所述第一图像确定人的面部存在于所述视场的第一部分中；

用至少一个处理器选择所述LED阵列的LED子集，所述LED子集定位在所述阵列中，使得从所述LED子集发射的红外光被导向所述视场的所述第一部分以用所述红外光照射所述人的所述面部；

用所述控制器用与所述第一电流值不同的第二电流值选择性地为所述子集中的每个LED供电，所述子集被配置为将红外光导向所述视场的所述第一部分以用所述红外光照射所述人的所述面部；以及

在用所述第二电流值为所述LED子集供电的情况下，用所述相机捕获所述场景的第二图像，所述第二图像包括用所述红外光照射的所述人的所述面部。

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