CN115134975A - 包括改进的动态照明的头灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括改进的动态照明的灯，包括：光源；根据控制信息或控制信号生成光源的功率的功率模块；调整光源产生的光强度的控制模块；控制模块包括光传感器，其感测灯的环境光，控制模块根据由光传感器生成的信息来生成控制信息或控制信号，控制模块还包括加速度计，其以规则的间隔提供灯的沿至少一个水平轴和一个竖直轴的加速度数据；控制模块包括电路，其存储和处理加速度数据，以从一组预定身体活动轮廓中选择身体活动轮廓；控制模块包括存储在存储器内的LUT，LUT提供生成控制信息或控制信号的至少一个值或参数；所选择的身体活动轮廓用作访问LUT的入口指针；从LUT读取的值或参数与光传感器生成的信息结合使用，以确定控制信息或控制信号。

Description

包括改进的动态照明的头灯
技术领域
本发明涉及基于所谓的反应式照明技术的头灯领域，特别涉及包括加速度传感器的头灯。
背景技术
本专利申请的申请人已经上市了一种头灯类型的便携式灯，其配备有所谓的反应式或动态照明，其工作原理如图1所示。该头灯包括配备有传感器的电子电路，该传感器分析外部亮度，以根据情况立即提供经调整的照明功率和最佳光束形状。
这种类型的头灯已被证明特别适合体育活动和特别激烈的运动，因为它免除了使用者在不同光束功率阈值之间进行切换所需的手动模式调整。
通过这种反应式照明技术，无论考虑到何种照明情况，使用者都可以解放双手，全神贯注于他的活动。
因此，在近距离照明中，使用者可以在短距离内观察或检查物体(例如看地图、打结或搭帐篷)，并且通过这种动态照明技术，灯可以产生非常宽且低功率的自动设置为最小阈值的光束。照明自动适应物体的距离。
相反，在移动的情况下，例如当使用者进行步行和/或跑步时，光束会变得混合：在脚的水平上很宽并且被聚焦，以可以看到几米处并预测地面起伏。
此外，当处于远景的情况下，使用者抬起头看远处——例如在跑步期间寻找灯塔、或甚至是附接到攀岩墙上的继电器，照明的功率会急剧增加，并且光束变得聚焦以最好地帮助灯的使用者。
最后，注意到反应式或动态照明技术(反应式照明)已被证明在使用上特别经济，并且可以有利地提高电池的自主性，因为在计算器的控制下它的实施旨在优化电池消耗，从而为使用者的灯提供更大的自主性。
正如所看到的，这种反应式或动态照明技术无疑是头灯领域的重大进步，更一般地是便携式照明领域的重大进步，特别在于它允许照明不断适应照明条件。
然而，实践者已经发现了某些非常具体的情况下的缺点。
事实上，在所谓的越野跑或跑步活动中，鞋子、专业服装和标志上许多反光表面的存在会导致投射光水平上的泵浦现象，从而降低照明质量并暴露出使用者的不适区域。
当使用者戴着他的头灯骑行，或甚至是进行其他非常动态的活动(越野滑雪或其他)时，最低水平的光实际上可能不足以保证在穿过发光或自然障碍物(汽车前灯、树枝等)时的安全照明条件。之前提到的不适区域于是可能会变成危险区域。
这些就是本发明旨在弥补的缺陷和缺点。
发明内容
本发明的目的是提出通过使动态照明技术能够考虑到需要额外照明的特定照明情况，而对动态照明技术进行重大改进。
本发明的另一目的在于提出一种配备有反应式或动态类型的照明调节并且具有改进的光功率调整的头灯。
本发明的另一目的是提供一种通过添加加速度计而改进的头灯，该加速度计改善了灯使用的反应式或动态调节机制。
本发明通过诸如头灯的灯来实现这些目的，该灯包括：
-光源；
-根据控制信息或控制信号为所述光源供电的功率模块；
-用于调整由所述光源产生的光的功率的控制模块，所述控制模块包括：
光传感器，所述光传感器用于感测来自灯的持有者的环境的光，所述控制模块被配置为根据由所述光传感器生成的信息来生成所述控制信息或所述控制信号。
所述控制模块还包括加速度计，所述加速度计被配置为以规则的间隔提供表示所述灯的沿至少一个水平轴和一个竖直轴的加速度的数据；以及
其中，所述控制模块包括被配置为存储和处理加速度数据以确定在存储在存储器内的一组不同的预定身体活动轮廓中选择的一身体活动轮廓的电路。
所选择的身体活动轮廓然后用作访问查找表LUT的入口指针，该LUT存储在头灯内部的存储器中并提供用于生成控制光功率的控制信息或控制信号的至少一个值或至少一个参数。从而在查找表中读取的值或参数与由光传感器产生的信息一起用于确定控制光功率的控制信息或控制信号。
优选地，该组预定身体活动轮廓包括表示步行、跑步和骑行的轮廓。
优选地，由控制模块设置的光束的功率在分别为低阈值和高阈值的两个阈值之间变化，并且低阈值由根据自动选择的轮廓直接从LUT中提取的值来设置。
优选地，允许选择预定轮廓的加速度数据的处理使用基于沿两个水平轴和沿竖直轴的加速度数据的方差的计算的统计处理方法。
在特定实施方式中，从LUT中提取的数据可以定义在宽光束、窄聚焦光束和/或两者中选择的光束的最小光功率阈值和特定几何形状。
优选地，所述灯是头灯，其被配置为处理加速度数据以检测使用者的跌倒以及他/她的身体活动，并被配置为与移动电话通信以传输警报消息。
在特定实施方式中，在跌倒的情况下，控制模块被配置为控制旨在寻求帮助的光警报序列。
附图说明
本发明的其他特征、目的和优点将在阅读以下描述和附图时显现，所述描述和附图仅通过非限制性示例给出。在附图中：
图1示出了动态或反应式照明的框图。
图2表示根据本发明的头灯的实施方式，其结合了光传感器以及加速度传感器以设置反应式或动态照明阈值。
图3a至图3c示出了在三个轴x、y和z上的用于所考虑的三种身体活动：步行、骑行和跑步(慢跑)的加速度信号的典型计时图。
图4a、图4b和图4c更具体地示出了沿轴xx'、yy'和zz'中的每一个的加速度，并且这对于在一个实施方式中考虑的三种身体活动中的每一种来说都是如此。
图5示出了根据本发明的用于控制照明功率的方法的实施方式。
图6示出了根据检测到的身体活动对最小动态照明阈值的调整。
图7示出了用于处理信号和确定3D加速度传感器的运动轮廓的方法。
图8a、图8b、图8c和图8d分别示出了3D加速度传感器(加速度计)110的不同运动轮廓μ0、μ1、μ2和μ3的三元组的有用信号(S1u(t,μ),S2u(t,μ),S3u(t,μ))。
具体实施方式
现在描述如何显著改进配备有反应式或动态照明系统的头灯，例如PETZL公司以“RL”灯销售的头灯，例如以名称NAOTM或SWIFT RLTM销售的头灯，并且该头灯包括用于基于光传感器产生的信息来调节产生的功率的自动机制。
通过本发明，用于调节光功率的机制被布置成除了从光传感器传出的信息之外，还整合由加速度传感器产生的其他附加信息，该加速度传感器提供在一个或多个轴X1、Y1或Z1上的加速度信号。
下文将详细描述的特定算法使得可以设置由光功率调节系统生成的照明阈值，特别是最小照明阈值。
一、总体架构
图2示出了灯100(假设是头灯)的实施方式的总体架构，灯100包括基于光传感器120的反应式或动态光强度调节系统，使得可以测量环境亮度和/或由头灯的照明反射的通量的一部分。
灯100还包括加速度传感器，该加速度传感器优选地为三维(3D)加速度传感器(加速度计)110，使得可以沿着至少一个轴并且优选地沿着在图8a-图8d中具体示出的三个轴X1、Y1、Z1生成加速度信息，其中轴X1和Z1是水平的，轴Y1是竖直的。
更具体地，灯100包括与控制模块220和包括至少一个发光二极管LED的照明单元230相关联的功率模块210、以及可选地，联接到控制模块220的通信模块(发射器-接收器模块)240和也联接到控制模块220的电池模块250。
在图2的示例中，照明单元230包括单个LED二极管231，其配备有连接到功率模块210的电源电路232。显然，可以设想多个二极管来获得强光束。一般而言，(一个或多个)LED二极管可以与其自己的焦点光学器件233相关联，从而可以确保所产生光束的准直。
在一具体实施方式中，LED二极管231在经过链路的控制信息或控制信号的控制下由功率模块210通过电源电路232供电，所述控制信息或控制信号由控制模块220产生，所述链路可以采取控制线或替选地形成控制总线的一组线的形式。图2更具体地示出了采取控制引线225的特定示例。
功率模块210具体包括在用于产生高强度光束的LED照明灯中通常遇到的所有部件，并且这些部件通常基于本领域技术人员熟知的脉冲宽度调制(PWM)并且类似于在D类音频电路中遇到的那些部件。该PWM由控制模块220生成的经过控制引线225的控制信号控制。一般来说，要注意的是，上面提到的术语“信号”指的是电学量(电流或电压)，使得可以控制功率模块，特别是控制用于为LED二极管231供应电流的PWM。这只是一个特定实施方式，应该理解，可以用任何“控制信息”来代替“控制信号”，“控制信息”例如为存储在寄存器中的逻辑信息，并且如上所述通过任何合适的方式被传输到功率模块以控制光束的功率。因此，控制信号可以根据它是控制信号还是控制信息而在不同的介质上传输。这些支持可以是联接控制模块和功率模块的总线型通信线路，或者是用于传递控制电压或电流的简单电子电路。在特定实施方式中，甚至可以设想将控制模块和功率模块这两个模块集成到同一模块或集成电路中。
因此，本领域技术人员将容易理解，当提及“控制信号”时，不加选择地包括使用电学量(电流或电压)进行控制的实现以及通过在电源电路内传输的逻辑信息进行控制的实现。为此，在下文中将无区别地提及控制信号或控制信息。
一般而言，构成功率模块210的部件(开关和电路)对于本领域技术人员来说是熟知的，因此为了简洁起见，在这方面将有意地简化描述。同样，可以参考关于PWM的各个方面的一般工作。
返回图2，可以看出控制模块220包括处理器(uP)221以及RAM类型的易失性存储器222和非易失性存储器(闪存、EEPROM)223以及一个或多个输入/输出(I/O)电路224。RAM存储器和非易失性存储器用于存储数据以及固件或固件指令。此外，非易失性存储器223还用于存储表示身体活动轮廓的数据，如稍后将描述的，该数据将与由加速度传感器110提供的加速度数据结合使用。
头灯还包括具有电池控制器252和例如为锂离子类型的电池251的电池模块250。
一般而言，控制模块220可以访问存在于灯中的每个其他模块，特别是功率模块210、电池模块250、两个传感器(光传感器120和加速度计110)、以及(如果适用的话)允许与移动电话(智能电话)300或任何其他无线通信设备进行双向(上行链路和下行链路)无线通信的通信模块240。
控制模块220对头灯的各种部件的访问可以采取各种形式，可以通过特定电路和/或导体或者形成总线的一组导体。作为说明，控制引线225在图2中表示为导体的形式，而控制模块220、电池模块250和通信模块240之间的信息交换使用真实的数据/地址/命令总线226。然而，这只是一个特定实施方式，应当理解，如果需要考虑预期应用的具体需求，本领域技术人员可以进行各种修改和/或调整。
通过访问构成头灯的各种模块，控制模块220既可以读取又可以收集这些模块的每一者中包含的信息，和/或反过来，向这些模块的每一者传递信息、数据和/或命令，这如将在说明书的其余部分更加清楚地显现的。
这就是控制模块220可以如何向功率模块210转发如由在控制引线225上传输的信号表示的控制信号，并且更一般地，可以如何读取通过电源电路232(通过图中未示出的导体和/或总线)传输的二极管231的供电电流的电流值。
类似地，控制模块220可以通过总线226访问电池模块250以在那里读取其端子处的不同电压值(取决于正在进行的充电或放电循环)和/或传递的强度值，以便能够计算充电状态(盎格鲁-撒克逊(Anglo-Saxon)著述中的State of Charge(SOC))。
二、通信模块240
控制模块220联接到通信模块240，通信模块240允许与移动信息处理系统或移动电话300进行双向无线链接。在优选实施方式中，发射器和接收器将与蓝牙标准兼容，优选地与蓝牙4.0低功耗标准(Bluetooth 4.0 Low energy standard)兼容。在另一实施方式中，将替代地采用WIFI或IEEE802.11标准。通信模块240包括联接到无线接收器和无线发射器的基带单元(未示出)，使得可以布置到移动电话300的上行链路通信信道，以及反过来布置到该同一电话的下行链路通信信道。为此，可能需要通信模块240对正在接收和发送的数据信号的数字表示进行串行或并行的各种处理操作，特别是滤波、统计计算、解调、信道编码/解码操作，从而可以使通信对噪声等具有鲁棒性。这种操作在信号处理领域是熟知的，特别是当它涉及隔离可能携带数字信息的信号的特定分量时，因此这里没有必要重点描述。
一旦检测到这些数据包，则将这些数据包转发到控制模块220内的处理器221。
因此处理器221负责解释接收到的数据包以及根据特定于所使用的标准的格式对要发送的数据包进行格式化。因此，在蓝牙低功耗标准的情况下，这些数据包将具有围绕标准化通用属性配置文件(Generic Attribute Profile,GATT)的结构，在此不再赘述。根据接收到的数据包中包含的数据位的解释，处理器将重构在下行链路上从移动信息处理系统300接收到的任何信息或命令。解释了该信息或命令后，处理器221将该信息或命令中继或转换到相关模块。因此，在该基本实施方式中，处理器221识别功率模块210关注以修改光强度的命令，并且响应于该识别而能够生成控制信息，该控制信息在控制引线225上被传送到目的地功率模块210以便功率模块210对由照明单元230产生的光强度进行修改。
此外，处理器221被配置为还识别来自相关联的移动信息处理系统300的读取请求，以便头灯通过上行链路将某些参数或数据转发到移动信息处理系统300。
因此，这些请求可以是对电池充电状态或当前光功率值的请求。在这种情况下，处理器221将直接从相关模块中检索必要的信息，并在对该信息进行任何附加的计算以获得最终所需的信息之后(例如，在如上面看到的充电状态的情况下)，将对相应的数据包进行格式化以供通信模块240发送。
很明显，图2描述了一个基本实施方式，并且许多其他实施方式是可行的并且在本发明的范围内。例如，在更复杂的模式中，可以在头灯内添加其他模块，并且这些模块也将例如通过总线226联接到处理器221。然后这些模块还可以与相关联的移动信息处理系统300交换上行链路或下行链路数据或命令，该移动信息处理系统300然后可以与头灯通信并通过在智能手机内运行的专用应用程序向头灯传输各种配置命令。该专用应用程序于是可以通过尤其是提供用户友好界面来协调头灯的各种功能，使用者可以通过该用户友好界面输入操作参数，或直接控制头灯或为所提供的特征选择不同的选项。
三、动态或反应式照明控制
头灯100的控制模块220实施动态或反应式照明技术。该技术包括用一种更自动化的技术替代熟知的基于各种预先调整的光功率值(例如低、中或高)的手动调整模式，从而可以将光功率的调整留给控制模块220，更具体地说，留给由处理器221在存储在非易失性存储器223中的调节固件的控制下执行的调节算法。
根据动态或反应式照明的原理，处理器221根据光传感器120测量的环境亮度值调整光功率，例如通过从一组的N个预定阈值中选择一个值来调整光功率。因此，这种调节机制类似于在有限功率值集合中的离散步骤的调节机制，从而允许控制模块220通过从调整值到从该组预定值中选择的另一个值连续经过来控制头灯。
使用对应于三个功率(例如“低”、“中”或“高”)的一组的三个预定调整值，反应式或动态照明机制因此允许将头灯自动调整到在N个预定值内的正确值。
以同样的方式，光束的几何形状可以通过经由控制模块220选择从一组的多个预定模式中选择的漫射模式(例如宽、窄、或宽和窄两者同时)来自动调整。
这种通过离散步骤进行的动态或反应式调节的结果是实施起来简单且便宜，并且允许在预定阈值之间自动切换。
然而，本领域技术人员可以考虑基于可以是线性的或可以不是线性的真正的伺服控制环路的更复杂的调节机制，该伺服控制环路在反馈环路内整合亮度值，以便设置由照明单元230产生的光束的功率。在这方面，误差校正机制(特别是与合适的参数一起使用的比例(P)、比例积分(PI)校正、或者甚至比例积分微分(PID)等)可以方便地整合在反馈环路中。
无论设想的是何种类型的光调节，是通过离散步骤还是通过线性或非线性的伺服控制，如现在将描述的，通过引入对由三维加速度传感器110生成的加速度数据μx、μy和μz的使用，都可以有利地改进动态或反应式照明的调节。
四、加速度计110与动态光调节机制的协作
三维加速度计110提供沿三个三角轴X1、Y1和Z1的加速度信号μx、μy和μz。如图8a-图8d所示，轴X1和Z1是水平的，而轴Y1是竖直轴，此外，轴X1和Y1相对于使用者布置在矢状平面上。
图3a示出了针对步行身体活动的信号μx、μy和μz的典型计时图。
图3b示出了针对骑行(骑自行车)身体活动的相同信号μx、μy和μz的典型计时图。
最后，图3c示出了针对跑步身体活动的信号μx、μy和μz的典型计时图。
图4a更具体地示出了加速度信号μx的轮廓，而图4b和图4c分别示出了加速度信号μy和μz的轮廓。
如从这些图中可以看出的，这些加速度信号μx、μy和μz的轮廓非常有特点，并且根据所考虑的如下三种身体活动可以清楚地区分：步行；骑自行车或脚踏车；跑步或慢跑。
为了显著改进反应式或动态调节机制，头灯100的控制模块220被配置为执行检测身体活动轮廓的方法，该身体活动轮廓在一组的N个预定轮廓中检测。
在这方面，控制模块220被配置为使得非易失性存储器223包括一存储区域，在该存储区域中存储表示多个身体活动轮廓的数据、优选表示活动“步行”、“跑步”和“骑行”的数据。此外，非易失性存储器223还包括专用于存储微程序的区域，该微程序允许处理由3D加速度传感器110即时生成的加速度数据μx、μy和μz。如稍后将关于图5详细描述的，该算法将实时生成的加速度数据μx、μy和μz与存储在存储器223中的数据(这些数据是存储在存储器中的预定轮廓(步行、骑行、跑步)的特征)进行比较。该算法旨在以规则的间隔将加速度数据与表示预定轮廓的数据进行比较，以便识别预定身体活动类别，即与存储在头灯的存储器中的不同轮廓相对应的身体活动类别。
图5示出了根据本发明的光调节方法，该方法联合地基于检测环境光和利用加速度数据。
在步骤510中，该方法以规则的间隔(例如每20毫秒)生成一组由3D加速度传感器110生成的加速度数据μx、μy和μz。可选地，该方法可以仅限于加速度数据的一部分，例如沿竖直方向Y1的单一数据μy。
在步骤520中，该方法将数据μx、μy和μz存储在随机存取存储器(RAM)222中。
然后，在步骤530中，加速度数据μx、μy和μz是数字处理的对象，使得可以识别并在存储在非易失性存储器223中的一组的N个预定轮廓中选择一身体活动轮廓。多种方法可以用来进行身体活动轮廓的选择或检测，并将在本说明书的第五部分中更详细地描述。
在步骤540中，该方法使用在步骤530中选择的轮廓作为入口指针来访问查找表(LUT)，该查找表中存储了特定于由头灯100的控制模块220应用的动态或反应式调节机制的值和参数，从而允许生成传输到功率模块210的控制信息或控制信号。
在特定实施方式中，在查找表(LUT)内读取的参数对应于加载到反应式或动态调节算法所使用的寄存器中的阈值。
更具体地，将参数减小到与动态调节算法所考虑的最小照明相对应的阈值。
替选地，在动态调节算法使用其中存储了对应于各种亮度值的阈值的一组不同的寄存器的情况下，读取LUT对应关系表使得可以提供这些阈值。因此，根据由加速度传感器110生成并由处理器221处理的加速度数据μx、μy和μz，可以定义亮度的最小值并且还可能定义亮度的最大值。
如将理解的，本领域的技术人员在使用从LUT对应关系表中提取的值时将能够想到各种变型。应当注意的是，这些值可用于设置比阈值更通用的参数，特别是用于自动线性或非线性调节机制的变量，例如积分校正参数或变量，或比例-积分等，以便更精细地使反应式或动态调节机制适应检测到的身体活动轮廓。
然后在步骤550中，该方法读取LUT并提取其中存储的(一个或多个)参数，并且在实施特别经济的优选实施方式的情况下，该方法提取应该应用于反应式或动态光调节机制的最小阈值。
在步骤560中，通过使用从LUT中提取的(一个或多个)值来执行反应式或动态光调节机制，以便精确地适应该调节，并且如果需要，还使用用于控制由头灯产生的光功率的反馈环路以便使其适应在步骤530中识别的身体活动。因此，由从LUT提取的一个或多个值以及由光传感器120提供的信息生成通过控制引线225传输的控制信息或控制信号。
因此在基于读取LUT内的单个最小阈值的优选实施方式中，应用动态或反应式调节以便在所有情况下确保对应于从LUT中提取的阈值的最小光功率。
应当注意，本领域技术人员可以设想各种变型，特别是与光束几何形状的调整有关的变型。实际上，除了上述最小阈值之外，LUT还可以方便地包括一个或多个附加参数，使得可以固定光束的几何形状，特别是使用宽准直或窄准直或甚至两者的组合。甚至可以有利地设置成根据检测到的身体活动从LUT中提取光功率在三个宽的、混合的和聚焦的准直光束上的分布比例。
然后，在步骤570中，该方法循环到步骤510以读取和处理新的加速度数据μx、μy和μz。
如可以看出的，反应式或动态光调节机制有利地通过从加速度计110即时获得的加速度数据的贡献来丰富，并且控制模块220对加速度数据进行处理以使处理后的数据更接近于在非易失性存储器223中存储的预定身体活动轮廓，这些预定身体活动轮廓一旦被识别，则可以查阅LUT，以便提取用于光调节的最合适的参数和调整值。
这样，光传感器120捕获的环境亮度的使用可以有利地与由3D加速度传感器110直接生成的原始加速度数据μx、μy和μz结合。
图6示出了刚刚描述的方法的效果，其中可以看出，无论考虑的活动如何，例如步行(图的左侧部分)，跑步(图的中间部分)和骑行或山地骑行(图的右侧部分)，没有加速度测量数据的贡献的低水平阈值设置都保持在相同水平。如果该低水平对步行类活动没有任何困难，则另一方面，观察到该同样的低水平对跑步活动来说呈现不适区域，对于山地骑行类活动来说甚至成为危险区域。
如刚刚描述的，图5中描述的方法使得可以自动提高低水平阈值，使其适应于跑步活动的更高的第一水平，并再次将其提高到对于山地骑行类活动的更高的第二水平，从而使用者永远不会处于图6的中间部分表示的不适区域，更不会处于该图右侧部分的危险区域。
因此，最后可以看到，该方法允许根据反应式或动态调节方法确定的光功率更精细地调整，该方法考虑了所考虑的身体活动的轮廓。
应该注意的是，已经描述了一组的三个活动轮廓，但是本发明可以方便地用于更多数量的轮廓(爬山、高山滑雪、北欧两项滑雪等)。
五、身体活动检测方法
身体活动的检测基于三维(3D)加速度传感器110，该加速度传感器110包括三个基本加速度计：
-第一基本加速度计，其被配置为测量灯沿与灯的移动方向基本平行的第一轴X1的作为纵向加速度的第一分量μx的演变，
-第二基本加速度计，其被配置为测量灯沿与当地地面竖直方向基本平行的第二轴Y1的作为竖直加速度的第二分量μy的演变，
-第三基本加速度计，其被配置为测量灯沿垂直于第一轴和第二轴的第三轴Z1的作为横向加速度的第三分量μz的演变。
轴X1和Y1相对于使用者置于矢状平面上。
每个基本加速度计被配置为提供沿其相应轴的基本加速度值的时间序列。由第一基本加速度计提供的第一时间序列形成第一基本原始信号，用S1b(t,μ)表示，它根据时间t和3D加速度传感器相对于当地地面基准的运动轮廓μ而变化。由第二基本加速度计提供的第二时间序列形成第二基本原始信号，用S2b(t,μ)表示，它根据时间t和3D加速度传感器相对于当地地面基准的运动轮廓μ而变化。由第三基本加速度计提供的第三时间序列形成第三基本原始信号，用S3b(t,μ)表示，它根据时间t和3D加速度传感器相对于当地地面基准的运动轮廓μ而变化。3D加速度传感器的运动轮廓μ例如是：步行者的运动轮廓，用μ1表示；骑行者的运动轮廓，用μ2表示；或者跑步者的运动轮廓，用μ3表示。特别如图8a至图8d所示。
控制模块220包括数字电子电路，其可以有利地通过处理器221与其存储器相关联而产生或通过任何其他专用数字信号处理器(DSP)产生，并且被配置成根据方法700或如图7所示的用于处理信号并确定3D加速度传感器的运动轮廓，以及最后允许检测用于图5的方法的身体活动的算法，来处理由3D加速度传感器提供的原始信号S1b(t,μ)、S2b(t,μ)、S3b(t,μ)中的一者或至少两者。
图7的方法700包括初始的可选的滤波步骤710，随后是特征提取步骤720，然后是通过阈值处理的决策步骤730。
在处理方法700的称为“滤波步骤”的初始步骤710中，原始信号S1b(t,μ)、S2b(t,μ)、S3b(t,μ)中的一者或多者分别被滤波成新的信号，称为有用信号，并用S1u(t,μ)、S2u(t,μ)、S3u(t,μ)表示，其中有用信息仍然存在，但被称为“噪声”(此处为3D加速度传感器的电子噪声)的无用信息被删除或削弱。因此，信号中包含的整体信息在该水平上具有一定程度的专门化。在省略初始滤波步骤710的情况下，原始信号S1b(t,μ)、S2b(t,μ)、S3b(t,μ)分别与有用信号S1u(t,μ)、S2u(t,μ)、S3u(t,μ)相同。
根据图8a、图8b、图8c和图8d，分别示出了对于3D加速度传感器110的不同运动轮廓μ0、μ1、μ2和μ3的三元组的有用信号S1u(t,μ0)、S2u(t,μ0)和S3u(t,μ0)。
根据图8a，分别示出在第一曲线802、第二曲线804和第三曲线806上的有用信号S1u(t,μ0)、S2u(t,μ0)和S3u(t,μ0)通常是3D加速度传感器的具有基准运动轮廓μ0的形式808的信号，基准运动轮廓μ0对应于3D加速度传感器的低幅度或几乎为零的运动。
根据图8b，分别示出在第四曲线822、第五曲线824和第六曲线826上的有用信号S1u(t,μ1)、S2u(t,μ1)和S3u(t,μ1)通常是3D加速度传感器的具有步行者的运动轮廓μ1的形式828的信号。
根据图8c，分别示出在第七曲线842、第八曲线844和第九曲线846上的有用信号S1u(t,μ2)、S2u(t,μ2)和S3u(t,μ2)通常是3D加速度传感器的具有骑行者(“骑自行车者”)的运动轮廓μ2的形式848的信号。
根据图8d，分别示出在第十曲线862、第十一曲线864和第十二曲线866上的有用信号S1u(t,μ3)、S2u(t,μ3)和S3u(t,μ3)通常是3D加速度传感器的具有跑步者(“慢跑者”)的运动轮廓μ3的形式868的信号。
特征提取步骤720的目的是从有用信号S1u(t,μ)、S2u(t,μ)、S3u(t,μ)中的至少一者中提取一组有限参数，如果可能的话，提取一组表示观察到的现象并允许对其进行描述的独立参数。
换句话说，在步骤720中实施的特征提取允许有用的向量或标量信号变成数据。这两种类型之间的区别很重要：信号可以被视为一组点，其中每个点与其相邻点具有高度的依赖性(确定性或统计性)；数据代表了一组点，其中相邻的概念不太重要。实际上，从信号到数据的转换通常分几个阶段进行。于是中间实体携带信号、估计量或数据的名称。特征提取的主要目标是从有用信号中获得彼此独立且详尽地表示要解释的现象的数据。
一般而言，这里研究的有用信号可以用基本估计量来表征，这些基本估计量是这些信号的矩：平均值(1阶矩)和伪标准偏差(2阶矩)更为人所知，也更广泛使用。例如，估计量可以是同一有用信号的一个或多个矩的函数。
根据第一实施方式，测量灯的作为竖直加速度的第二分量的演变的有用信号S2u(t,μ)可以根据其2阶矩、即其方差单独表征灯的运动轮廓。根据该第一实施方式，使得可以表征灯的运动轮廓的估计量在预定持续时间Test的当前和滑动采样窗口上通过以下等式写出：
Figure BDA0003565426570000151
其中：
-Nech表示当前采样窗口中平均分布的采样时刻的总数，
-mS2表示在当前采样窗口中计算的有用信号S2的统计平均值，该统计平均值是根据在相同采样时刻tk的有用信号S2的测量值计算的。
这里考虑的基本估计量Est(S2)是有用信号S2u(t,μ)的统计方差。
然后，在通过阈值处理的决策步骤730中，通过对估计量Est(S2)(μ)进行阈值处理来确定灯的运动轮廓的类型。
这些孤立的基本估计量可能并不总是足以提供对复杂问题的良好描述。为了系统地选择对信号解释一致且有用的估计量，更复杂的分析方法可能会证明是有用的。
对于复杂问题，统计学家经常将特征的有效提取简化为确定问题的维度。该维度由允许以详尽方式表示问题的最少参数数量给出。于是这些参数被称为问题变量。根据定义，这些变量是相互独立的变量，这将问题的维度减少了1。在实践中，对于复杂的问题，很难构造变量的向量。事实上，知道如何从信号中提取的估计量很少完全相互独立。此外，这些估计量的构造需要问题的“完美”数学模型(在物理学意义上)，这并不总是可行的。一定数量的分析方法可以从任何向量中提取、构造参数的向量。这些方法被归类在因子分析的通用术语下。
因子分析从对数据的几何推理开始。将信号视为N维空间中的“点云”，并试图确定该云的几何特征：主轴(特征向量)、传播、形状因子等。为此，该方法是计算点云的特征向量，然后改变空间，从而在特征向量的空间中表达云点的坐标，以及这些点上已知的所有关系。因子分析的统计方法包括：
-主成分分析，
-对应关系的因子分析，
-多个对应关系的因子分析，
-判别式因子分析，
-线性回归，
-按k均值分类(k均值)，
-分形几何表征。
例如，根据第二实施方式，估计灯的运动轮廓的问题的维度被认为等于3。三个基本变量由有用信号S1u(t,μ)、S2u(t,μ)、S3u(t,μ)各自的统计方差Est(S1)(μ)、Est(S2)(μ)、Est(S3)(μ)形成。有用向量信号(S1u(t,μ)、S2u(t,μ)、S3u(t,μ))的用Est(S1,S2,S3)(μ)表示的标量估计量根据以下等式确定为统计方差Est(S1)(μ)、Est(S2)(μ)、Est(S3)(μ)的线性组合：
Est(S1,S2,S3)(μ)＝a*Est(S1)(μ)+b*Est(S2)(μ)+c*Est(S3)(μ)
其中，参数a、b、c是通过学习有用的学习信号{S1u(t,μ0),S2u(t,μ0),S3u(t,μ0)}、{S1u(t,μ1),S2u(t,μ1),S3u(t,μ1)}、{S1u(t,μ2),S2u(t,μ2),S3u(t,μ2)}和{S1u(t,μ3),S2u(t,μ3),S3u(t,μ3)确定的。
然后，在通过阈值处理的决策步骤730中，通过对标量估计量Est(S1,S2,S3)(μ)进行阈值处理来确定灯的运动轮廓的类型。
应该注意的是，这些借助多个变量的组合的更复杂的实现，使得检测过程更加稳健，特别是关于使用者头部可能相对于其中一个轴旋转。
六、本发明的附加改进和优点
在优选实施方式中，由控制模块220识别的身体活动轮廓通过无线链路传输到移动电话300，以便移动电话300可以随时通知根据上述技术自动检测到的身体活动，从而如有必要，允许使用者来校正检测并允许自适应学习身体活动检测方法。
此外，在特定实施方式中，头灯被配置为即时读取加速度数据μx、μy和μz以确定使用者的跌倒，并且在这种情况下触发紧急程序。特别地，该程序可以基于向移动电话发送警报信号以启动SMS或电子邮件类型的紧急消息的生成。
替选地或附加地，警报程序将包括激活灯以生成警报光序列，例如众所周知的序列S.O.S.的MORSE编码。
一旦头灯的控制模块220检测到使用者跌倒，就可以考虑任何其他警报程序。
最后，值得注意的是，本发明不仅限于头灯，还可以应用于手持灯。

Claims (11)

1.一种灯(100)，包括：
-包括一个或多个LED型二极管的光源(231)；
-用于向所述光源(231)提供电流的功率模块(210)，所述功率模块由控制信息或控制信号控制；
-控制模块(220)，所述控制模块(220)用于调整由所述光源产生的光强度；所述控制模块(220)包括：
光传感器(120)，所述光传感器(120)用于感测来自所述灯的持有者的环境的光，所述控制模块(220)被配置为根据由所述光传感器(120)生成的信息来生成所述控制信息或所述控制信号，
其特征在于，所述控制模块(220)还包括：
加速度计(110)，所述加速度计(110)被配置为以规则的间隔提供表示所述灯的沿至少一个水平轴和一个竖直轴的加速度的数据；
其中，所述控制模块(220)包括电路(221，222，223)，所述电路被配置为数字地存储和处理表示所述加速度的数据，并确定从存储在存储器(223)内的一组预定身体活动轮廓中选择的一身体活动轮廓；
其中，所述控制模块(220)包括存储在所述存储器(223)内的查找表LUT，所述LUT提供用于生成所述控制信息或所述控制信号的至少一个值或参数；
其中，由所述电路(221，222，223)选择的所述身体活动轮廓用作访问所述LUT的入口指针；
其中，从所述LUT读取的所述值或参数与所述光传感器生成的信息结合使用，以确定所述控制信息或所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述加速度计(110)生成沿两个水平轴X1、Z1和沿竖直轴Y1的加速度数据；以及
其中，所述一组预定身体活动轮廓包括表示步行、跑步和骑行的轮廓。
3.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，由所述控制模块(220)调整的光束的功率在分别为低阈值和高阈值的两个阈值之间变化，并且其中，所述低阈值由直接从所述LUT中提取的值设置。
4.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，被配置为存储和处理表示所述加速度的数据的所述电路(221，222，223)使用基于所述灯的竖直加速度分量μy的方差的测量的数字和统计处理方法。
5.根据权利要求4所述的灯，其特征在于，被配置为存储和处理表示所述加速度的数据的所述电路(221，222，223)使用基于所述灯的两个加速度分量的方差的测量的数字和统计处理方法。
6.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，从所述LUT中提取的数据使得能够定义在宽光束、窄聚焦光束、和/或宽光束和窄聚焦光束两者中选择的光束的最小光功率阈值和特定几何形状。
7.根据权利要求1所述的灯，其特征在于，所述灯是头灯，并且所述控制模块(220)被配置为处理来自所述加速度计的数据以检测使用者的跌倒。
8.根据权利要求7所述的灯，其特征在于，所述控制模块传输使用者跌倒信息以生成传输到移动电话的电子警报。
9.根据权利要求8所述的灯，其特征在于，所述控制模块被配置为控制旨在寻求帮助的光警报序列。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的灯的光调节方法，包括以下步骤：
-以规则的间隔生成(510)由所述加速度计提供的一组加速度数据μx、μy和μz；
-将所述加速度数据μx、μy和μz存储(520)在随机存取存储器(222)内；
-对所述加速度数据μx、μy和μz执行数字处理(530)，以确定从存储在非易失性存储器(223)中的一组的N个预定轮廓中选择的一身体活动轮廓；
-使用(540)所选择的身体活动轮廓作为访问LUT对应关系表的入口指针，所述LUT对应关系表中存储有特定于允许生成用于调整光功率的所述控制信息或所述控制信号的机制的值和参数；
-读取(550)所述LUT对应关系表并提取存储在其中的一个或多个参数或值；
-根据从所述LUT对应关系表中提取的一个或多个值以及由所述光传感器(120)提供的信息来确定所述控制信息或所述控制信号；
-返回第一步骤以读取和处理新的加速度数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，读取所述LUT对应关系表提供了定义由所述灯产生的最小光功率的值。
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