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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit, welche dazu vorgesehen ist, Kontrollinformationen zu ermitteln, welche in der Lichtsteuerung verwendet werden.
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Der Einsatz von Sensoren zur Steuerung von Beleuchtungseinrichtungen ist bereits seit langer Zeit bekannt. Ist gewünscht, dass innerhalb eines Raums bzw. eines zu beleuchtenden Bereichs eine bestimmte Helligkeit vorliegt, so kann dieses Ziel in der Regel nur dadurch erreicht werden, dass Informationen über die aktuell vorliegende Helligkeit erfasst und bei der Ansteuerung einer oder mehrerer Leuchten berücksichtigt werden. Prinzipiell gibt es verschiedene Arten von Sensoren, mit denen dieses Ziel erreicht wird.
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7 zeigt unterschiedliche Lösungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, um Sensoren bei der Lichtsteuerung unterstützend einzusetzen. Dargestellt ist schematisch ein Raum 100, der ein Fenster 101 sowie eine Eingangstür 102 aufweist. Innerhalb des Raums 100 befindet sich ein Tisch 105, dessen Arbeitsfläche 106 in bestimmter Weise, also mit einer gewissen Helligkeit ausgeleuchtet werden soll. Hierfür kommen im dargestellten Beispiel drei an der Decke befindliche Leuchten 107 bis 109 zum Einsatz, welche koordiniert von einer Steuereinheit 110 angesteuert werden.
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Soll nun auf der Oberfläche 106 des Tischs 105 eine gewünschte Helligkeit erzielt werden, so ist auch das durch das Fenster 101 einfallende Außenlicht zu berücksichtigen, wobei hierfür aus dem Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt sind.
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Eine erste Möglichkeit besteht beispielsweise darin, an der Außenseite des Gebäudes einen sogenannten Tageslichtmesskopf 120 anzuordnen, der die Intensität und Richtungsabhängigkeit des Außenlichts erfasst. Diese Informationen werden an die Steuereinheit 110 übermittelt, welche hieraus den durch das Fenster 101 einfallenden Lichtanteil ermittelt und darauf basierend bestimmt, mit welchen Intensitäten die Leuchten 107 bis 109 betrieben werden müssen. Dabei können die Intensitäten für die Leuchten 107 bis 109 auch durchaus verschieden sein, da – beispielsweise für den Fall, dass der Raum 100 insgesamt gleichmäßig ausgeleuchtet werden soll – der Einfluss des Außenlichts in der Nähe des Fensters 101 selbstverständlich höher ist als in der Nähe der Tür 102. Ergänzend ist noch darauf hinzuweisen, dass für den Fall, dass an dem Fenster 101 Blendschutzeinrichtungen, beispielsweise Jalousien vorgesehen sind, die Steuereinheit 110 den aktuellen Betriebszustand dieser Blendschutzeinrichtungen berücksichtigt.
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Eine zu dem Tageslichtmesskopf 120 alternative Lösung würde darin bestehen, innerhalb des Raums einen Helligkeitssensor 122 anzuordnen, der auf das Fenster 101 geachtet ist und dementsprechend wiederum die Intensität des einfallenden Außenlichts ermittelt. In gleicher Weise werden diese Informationen dann an die Steuereinheit 110 übermittelt, welche die Leuchten 107 bis 109 darauf basierend in geeigneter Weise ansteuert.
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Schließlich wäre als dritte Variante denkbar, oberhalb des Arbeitstischs 105 einen Helligkeitssensor 124 anzuordnen, der auf die zu beleuchtende Fläche 106 gerichtet ist und dementsprechend unmittelbar die auf der Oberfläche 106 vorliegende Helligkeit ermittelt. Durch Übermittlung dieser Informationen an die Steuereinheit 110 kann diese im Sinne der Regelung die Ansteuerung der Leuchten 107 bis 109 anpassen. Diese dritte Variante erlaubt es, die gewünschte Helligkeit auf der Oberfläche des Tischs 105 mit größtmöglicher Genauigkeit einzustellen, da hier eine tatsächliche Regelung stattfindet, während hingegen bei den beiden zuvor genannten Varianten keine Kontrollmöglichkeit besteht, also lediglich eine Steuerung stattfindet.
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In 7 ist schließlich auch noch eine vierte Variante der Nutzung eines Sensors zur Lichtsteuerung gezeigt. Es handelt sich hierbei um einen Anwesenheit- oder Bewegungssensor 126, der im dargestellten Beispiel oberhalb der Eingangstür 102 angeordnet ist. Über diesen Sensor 126 kann die Anwesenheit oder Bewegung von Personen in dem Raum 100 ermittelt werden, so dass die Möglichkeit besteht, die Beleuchtung automatisch beim Betreten des Raums durch eine Person zu aktivieren.
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Die zuvor beschriebenen Lösungen aus dem Stand der Technik werden seit langem eingesetzt und liefern in den überwiegenden Fällen zufriedenstellende Ergebnisse. Soll allerdings die Ausleuchtung des Raums individueller gestaltet werden, so bieten die zuvor beschriebenen Möglichkeiten keine zufriedenstellenden Lösungen. Beispielsweise könnte es erwünscht sein, die Arbeitsfläche 106 des Tischs 105 sehr stark auszuleuchten, um hier optimale Arbeitsbedingungen zu schaffen, während hingegen der Eingangsbereich des Raums 100 eine andere Helligkeit aufweisen soll.
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Schließlich könnte auch an einem bestimmten Bereich der Wand eine besondere Helligkeit gewünscht werden, um beispielsweise ein dort befindliches Objekt speziell auszuleuchten.
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Werden hierfür nunmehr ausschließlich die Informationen des Tagseslichtmesskopfs 120 oder des auf das Fenster 110 gerichteten Sensors 122 verwendet, so können verhältnismäßig hohe Abweichungen der tatsächlich erzielten Ausleuchtung von den gewünschten Beleuchtungswerten vorliegen, da der Einfluss des durch das Fenster 101 eintretenden Außenlichts für davon entfernter liegende Bereiche nur schwer rechnerisch bestimmt werden kann. Eine exaktere Ausleuchtung kann mit Hilfe der direkt auf die zu beleuchtenden Bereiche gerichteten Helligkeitssensoren 124 erzielt werden, wobei dann allerdings eine Vielzahl derartiger Sensoren erforderlich wäre, um komplexere Beleuchtungsszenarien realisieren zu können. Das heißt, für jeden Bereich, der mit einer bestimmten Helligkeit ausgeleuchtet werden soll, wäre ein eigener Helligkeitssensor erforderlich, was einen sehr hohen Aufwand und dementsprechende Kosten nach sich zieht. Dieser Aufwand wird weiter erhöht, wenn auch eine automatische Aktivierung der Beleuchtung im Falle der Anwesenheit von Personen gewünscht ist, da hierfür wiederum ein zusätzlicher Sensor erforderlich wäre.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das soeben geschilderte Problem anzugeben, wobei der hierfür erforderliche technologische Aufwand möglichst gering gehalten werden soll. Insbesondere soll die Möglichkeit geschaffen werden, in einfacher Weise unterschiedliche und vielfältige Kontrollinformationen, die zur Verwendung in der Lichtsteuerung genutzt werden können, zu erhalten.
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Die Aufgabe wird durch eine multifunktionale Sensoreinheit, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, anstelle einer Vielzahl einzelner Sensoren eine einzige Sensoreinheit zu verwenden, welche in der Lage ist, verschiedene zu beleuchtende Bereiche zu erfassen und diesen Bereichen zugeordnete Kontrollinformationen zu ermitteln. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein bildauflösender Digitalsensor verwendet wird, der in der Lage ist, mehrere Bereiche gleichzeitig zu erfassen, wobei dann auf Basis der von dem Sensor erfassten Bildinformationen die Kontrollinformationen berechnet werden.
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Erfindungsgemäß wird dementsprechend eine multifunktionale Sensoreinheit zum Ermitteln von Kontrollinformationen zur Verwendung in der Lichtsteuerung vorgeschlagen, wobei die Sensoreinheit einen bildauflösenden Digitalsensor, eine dem Digitalsensor zugeordnete Optik sowie eine Recheneinheit umfasst, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis der von dem Digitalsensor erfassten Bildinformationen die Kontrollinformationen zu berechnen.
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Die Recheneinheit analysiert also die von dem Digitalsensor erfassten Bildinformationen und wertet diese aus, um beispielsweise Informationen über die aktuelle Helligkeit oder die Anwesenheit von Personen zu erhalten. Insbesondere ist also die erfindungsgemäße Sensoreinheit in der Lage, sowohl einen klassischen Helligkeitssensor als auch einen klassischen Anwesenheits- bzw. Bewegungssensor zu ersetzen.
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Vorzugsweise sollte der von dem bildauflösenden Digitalsensor erfasste Bereich möglichst groß sein, das heißt, die dem Sensor zugeordnete Optik sollte einen sehr großen Raumbereich erfassen. Dementsprechend können als Optiken beispielsweise Weitwinkelobjektive, insbesondere sogenannte Fisheye-Objektive verwendet werden. Dabei ist dann vorzugsweise vorgesehen, dass die Recheneinheit nicht sämtliche Bildinformationen analysiert sondern lediglich diejenigen Bildinformationen, die einem sogenannten Bewertungsbereich zugeordnet sind. Ein derartiger Bewertungsbereich, der demjenigen Bereich entspricht, der von einem klassischen Helligkeits- oder Anwesenheitssensor erfasst wird, kann frei definiert werden und stellt insbesondere lediglich einen Teilbereich des von dem Digitalsensor insgesamt erfassten Bildbereichs dar. Mit anderen Worten, aus dem von dem digitalen Bildsensor erfassten Bild werden lediglich bestimmte Ausschnitte ausgewählt, die dann näher analysiert werden, um die Kontrollinformationen zu erhalten. Eine größtmögliche Flexibilität ist dabei dadurch gegeben, dass diese Kontrollbereiche durch einen Benutzer frei definierbar sind. Insbesondere besteht allerdings die Möglichkeit, mehrere verschiedene Kontrollbereiche zu definieren. In diesem Fall kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Sensoreinheit besonders zum Tragen, da in diesem Fall dann tatsächlich eine Vielzahl einzelner Sensoren durch die neuartige Sensoreinheit ersetzt werden können.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung des bildauflösenden Digitalsensors besteht darin, dass durch eine nähere Analyse der Bilddaten eines Bewertungsbereichs erkannt werden kann, ob sich innerhalb dieses Bereichs ein störendes Objekt befindet. Umfasst beispielsweise ein Bewertungsbereich eine Tischoberfläche, so kann anhand der Bilddaten erkannt werden, ob sich gerade eine Person über den Tisch beugt und dementsprechend das Ergebnis der Helligkeitsbewertung beeinflusst. Werden derart störende Objekte erkannt, so können diese bei der Ermittlung der Kontrollinformationen ignoriert werden. Das Ergebnis der daraus resultierenden Lichtsteuerung kann dadurch im Vergleich zu klassischen Helligkeitssensoren, deren Messwerte durch störende Objekte grundsätzlich negativ beeinträchtigt bzw. verfälscht werden, verbessert werden.
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Die von der Recheneinheit letztendlich ermittelten Kontrollinformationen können beispielsweise die innerhalb eines Bewertungsbereichs vorliegende Leuchtdichte, die Anwesenheit oder Bewegung eines Objekts, insbesondere einer Person oder auch eine Information bzgl. einer Blendung umfassen. Für derartige Zwecke wäre die Verwendung eines monochromen Digitalsensors ausreichend. Selbstverständlich könnte allerding in gleicher Weise auch ein RGB-Sensor eingesetzt werden, der dann zusätzlich die Möglichkeit eröffnet, Informationen hinsichtlich der Lichtfarbe zu erhalten. Dementsprechend kann dann bei der späteren Lichtsteuerung nicht nur eine Steuerung der Helligkeit sondern auch des Farborts vorgenommen werden.
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Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, auf Basis einer Mehrfachaufnahme mit unterschiedlichen Blendeneinstellungen und/oder Belichtungszeiten die Bilddaten zu bewerten. Dies eröffnet die Möglichkeit, einen Sensor mit einer verhältnismäßig geringen Helligkeitsauflösung zu verwenden, wobei rechnerisch dann die resultierende Helligkeitsauflösung deutlich erhöht werden kann. Um den Aufwand bei der Bewertung der Bilddaten zu reduzieren, ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass vor einer Bewertung der Bilddaten die Auflösung des von dem Sensor erstellten Bilds durch Raster reduziert wird. Beispielsweise könnten die Werte mehrerer benachbarter Pixel zunächst gemittelt werden, bevor eine tatsächliche Analyse stattfindet.
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Die Sensoreinheit bestehend aus Digitalsensor, Optik und Recheneinheit bildet vorzugsweise eine Baueinheit, welche in einfacher Weise an der Wand oder Decke eines Raums befestigt werden kann. Um Initialisierungs- oder Wartungsarbeiten vorzunehmen, weist die Sensoreinheit vorzugsweise Schnittstellenmittel, insbesondere einen USB-Anschluss auf.
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Soll die erfindungsgemäße multifunktionale Sensoreinheit zur Steuerung der Lichtabgabe in einem größeren System genutzt werden, so ist diese vorzugsweise mit einer Lichtsteuereinheit verbunden, welche dann auf Basis der von der Sensoreinheit generierten Kontrollinformation Aktoren, also beispielsweise Leuchten oder Blendschutzeinrichtungen ansteuert. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Sensoreinheit an die Lichtsteuereinheit keine Bilddaten überliefert sondern lediglich die Kontrollinformationen übermittelt. Hierdurch wird der Umfang der zu übermittelnden Daten reduziert und gleichzeitig verhindert, dass die Sensoreinheit als Überwachungskamera genutzt wird.
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Die Lichtsteuereinheit selbst steuert dann auf Basis der erhaltenen Kontrollinformationen die Leuchten an, wobei in einer besonders bevorzugten Variante vorgesehen sein kann, dass anhand der Kontrollinformationen die Lichtsteuereinheit eine bestimmte Situation erkennt und eine darauf abgestimmte Ansteuerung der Leuchten bzw. Aktoren vornimmt. Hierzu können zuvor bestimmte Verknüpfungen bzw. Regeln definiert werden, welche eine automatische Erkennung bestimmter Situationen ermöglichen. Auf diesem Wege wird eine besonders komfortable Lichtsteuerung erzielt.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 schematisch einen Raum, in dem die erfindungsgemäße Sensoreinheit zum Einsatz kommt;
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2 und 3 das von dem bildauflösenden Digitalsensor erfasste Bild bei unterschiedlicher Montage innerhalb des Raums;
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4 ein Schema eines erfindungsgemäßen Lichtsteuersystems, bei der die Sensoreinheit zum Einsatz kommt;
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5 schematisch die Vorgehensweise zur Verbesserung der Helligkeitsauflösung;
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6 schematisch die Vorgehensweise zum Reduzieren der Bildauflösung; und
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7 aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen zum Erhalten von Kontrollinformationen für die Lichtsteuerung.
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Die grundsätzliche Funktionsweise der erfindungsgemäßen Sensoreinheit soll zunächst anhand eines in den 1 bis 3 dargestellten Anwendungsbeispiels erläutert werden. Wiederum sollen die innerhalb eines Raums 100 angeordneten Leuchten 107 bis 109 in geeigneter Weise angesteuert werden, wobei der Raum 100 ein Fenster 101, über welches Außenlicht eintreten kann, sowie eine Tür 102 aufweist. An dem Fenster 101 ist nunmehr zusätzlich eine steuerbare Blendschutzeinrichtung in Form einer Jalousie 103 angeordnet. Die Steuerung der Leuchten 107 bis 109 sowie der Jalousie 103, der sogenannten Aktoren, erfolgt durch eine Lichtsteuereinheit 110, welche über – hier nicht näher dargestellte – Steuerleitungen mit den Aktoren verbunden ist. Die Ansteuerung erfolgt hierbei auf Basis von Kontrollinformationen, welche über den aktuellen Istzustand der Raumbeleuchtung informieren.
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Im dargestellten Beispiel ist nunmehr erwünscht, dass verschiedene Bereiche des Raums 100 in unterschiedlicher Weise ausgeleuchtet werden. So ist beispielsweise zunächst auf der Oberfläche 106 des Tischs 105 eine erste Helligkeit erwünscht, welche das Arbeiten ermöglicht. Im Bereich der Eingangstüre 102 hingegen soll eine andere, zweite Helligkeit vorliegen. Schließlich soll auch noch ein bestimmter Bereich der Wand gezielt mit einer dritten Helligkeit ausgeleuchtet werden, um beispielsweise ein daran befindliches Bild oder allgemein ein Objekt in besonderer Weise auszuleuchten. Dabei soll der Einfluss des durch das Fenster 101 einfallenden Lichts berücksichtigt werden. Gleichzeitig soll die Aktivierung der Leuchten 107 bis 109 nur dann erfolgen, wenn eine Person den Raum 100 betritt bzw. sich in dem Raum befindet.
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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wäre entsprechenden den Lösungen des Standes der Technik eine Vielzahl von Sensoren erforderlich, welche einerseits auf die verschiedenen Bereiche gerichtet werden und andererseits die Anwesenheit einer Person erkennen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht nunmehr, zum Erfüllen dieser verschiedenen Aufgaben stattdessen eine einzige Sensoreinheit einzusetzen, welche sämtliche erforderlichen Kontrollinformationen ermittelt.
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Diese Sensoreinheit ist in den Figuren allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Sie kann entsprechend der Darstellung von 1 beispielsweise an der Decke des Raums 100 angeordnet werden. Alternativ dargestellt ist auch die Anordnung an der Wand oberhalb der Tür 102.
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Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 10 besteht darin, dass sie zunächst nicht einfache Helligkeitswerte erfasst sondern stattdessen ein – möglichst vollständiges – Bild des Raums 100 erfasst und auf Basis der Bildinformationen dann die erforderlichen Kontrollinformationen berechnet. Die Sensoreinheit 10 weist hierfür zunächst drei wesentliche Komponenten auf, einen bildauflösenden Digitalsensor, eine dem Digitalsensor zugeordnete Optik sowie eine Recheneinheit, welche auf Basis der Bildinformationen die Kontrollinformationen berechnet.
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Dieses Prinzip wird anhand der 2 und 3 verdeutlicht, welche schematisch das von der erfindungsgemäßen Sensoreinheit erfasste Bild darstellen, einmal bei einer Montage an der Decke (2) und einmal bei der Montage an der Wand oberhalb der Tür 102 (3).
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Die Optik der Sensoreinheit 10 ist hierbei derart, dass ein möglichst großer Bildbereich erfasst wird. Insbesondere beinhaltet die Optik ein Weitwinkelobjektiv, beispielsweise eine sogenannte Fisheye-Optik. Bei der Deckenmontage wird hierbei nahezu der gesamte Raum erfasst, wie in 2 erkennbar ist. Dieses von dem bildauflösenden Digitalsensor erfasste Bild wird dann an die Recheneinheit weitergeleitet, welche das Bild bewertet bzw. analysiert und darauf basierend die Kontrollinformationen ermittelt. Hierbei wird allerdings nicht der gesamte Bildbereich ausgewertet. Stattdessen werden einzelne sogenannte Bewertungsbereiche definiert, welche näher untersucht werden, um die gewünschten Kontrollinformationen zu erhalten.
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Ausgehend von der oben geschilderten Aufgabenstellung werden dementsprechend im vorliegenden Fall vier Bewertungsbereiche definiert, welche durch die Recheneinheit näher analysiert werden:
- • der erste Bewertungsbereich A umfasst hierbei die Oberfläche 106 des Tischs 105;
- • ein zweiter Bereich B umfasst den Eingangsbereich in der Nähe der Tür 102;
- • ein dritter Bereich C umfasst jenen Bereich der Wand, der – wie zuvor erwähnt – speziell ausgeleuchtet werden soll;
- • zur Berücksichtigung des Außenlichts wird ferner ein vierter Bereich D definiert, der das Fenster 101 mit der daran angeordneten Jalousie 103 umfasst.
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Wie 3 zeigt, können in gleicher Weise auch bei der Wandmontage der Sensoreinheit 10 die entsprechenden Bewertungsbereiche A bis D definiert werden. Je nach dem allerdings, welche Ziele mit der Raumbeleuchtung angestrebt werden, kann sich die Deckenmontage oder Wandmontage für die Sensoreinheit 10 als bevorzugt herausstellen. Die Funktionsweise ist jedoch in beiden Fällen identisch.
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Die Recheneinheit der erfindungsgemäßen Sensoreinheit bewertet nunmehr also die den vier Bewertungsbereichen A bis D zugeordneten Bildinformationen, während hingegen die weiteren Bereiche des insgesamt erfassten Bilds ignoriert werden. Das heißt, der Aufwand bei der Verarbeitung der Bilddaten kann hierdurch deutlich reduziert werden.
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Die Ergebnisse der Bilddatenverarbeitung werden dann als Kontrollinformationen an die Lichtsteuereinheit 110 übermittelt. Bei der Bewertung des ersten Bereichs A, der mit einer gewünschten Helligkeit ausgeleuchtet werden soll, ermittelt dementsprechend die Recheneinheit die in dem Bereich A vorliegende Helligkeit, und gibt diese als Kontrollinformation bzw. Istwert an die Lichtsteuereinheit weiter. In gleicher Weise werden auch die Bilddaten des Bereichs C zum Erhalten eines Helligkeits-Istwerts ausgewertet.
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Der zweite Bereich B hingegen wird durch die Recheneinheit in zweierlei Hinsicht ausgewertet. Zum Einen wird auch hier die Helligkeit ermittelt, da hier die Ausleuchtung des Bereichs mit einer anderen Helligkeit gewünscht ist. Zum Anderen allerdings werden die Bilddaten auch dahingehend analysiert, ob die Bewegung eines Objekts festgestellt wird. Das heißt, die Recheneinheit liefert nach Analyse der Bilddaten des Bereichs C sowohl Informationen, die von einem klassischen Helligkeitssensor zur Verfügung gestellt werden, als auch Informationen, welche von einem Anwesenheits- oder Bewegungssensor zur Verfügung gestellt werden.
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Schließlich analysiert die Recheneinheit auch die dem Bereich D zugehörigen Bildinformationen, um Kontrollinformationen bzgl. des einfallenden Außenlichts zu erhalten. Die Gesamtheit dieser Kontrollinformationen wird an die Steuereinheit 110 weitergeleitet, welche dann darauf basierend die Lichtquellen 107 bis 109 sowie die Jalousie 103 ansteuert.
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Die obigen Ausführungen verdeutlichen, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen multifunktionalen Sensoreinheit die Aufgaben einer Vielzahl von Helligkeits- und Anwesenheitssensoren erfüllt werden können. Der Kostenaufwand zur Realisierung eines entsprechenden Lichtsteuersystems kann dementsprechend deutlich reduziert werden, wobei insgesamt sehr gute Ergebnisse bei der Lichtsteuerung erzielt werden.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht dabei darin, dass die Bewertungsbereiche, welche von der Recheneinheit der Sensoreinheit analysiert werden, frei innerhalb des erfassten Bildbereichs definiert werden können. Die Anzahl, Form, Größe als auch Position der Bewertungsbereiche kann in beliebiger Weise variiert und je nach Wunsch durch einen Benutzer vorgegeben werden. Dabei können die Bewertungsbereich selbstverständlich auch überlappen. Das heißt, das System ist in komfortabler und einfacher Weise an unterschiedlichste Situationen oder Wünsche hinsichtlich der Beleuchtungssteuerung anpassbar, ohne dass die Sensoreinheit neu positioniert werden müsste. Auch dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber bislang bekannten Lösungen dar.
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Die Gesamtheit eines bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 10 sich ergebenden Lichtsteuersystems ist schematisch in 4 dargestellt. Wesentliches Element dieses Lichtsteuersystems ist die Sensoreinheit 10, welche wie eingangs geschildert einen bildauflösenden Digitalsensor 11, eine zugehörige Optik 12, sowie eine Recheneinheit 13 aufweist. Zwischen dem bildauflösenden Sensor 11 und der Recheneinheit 13 kann noch ein weiteres Modul 14 zur Aufbereitung der Bilddaten vorgesehen sein. Dessen Funktionsweise wird zu einem späteren Zeitpunkt noch näher erläutert.
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Die Sensoreinheit 10 ist dann in Verbindung mit der Lichtsteuereinheit 110, welche die Ansteuerung der Aktoren 107–103 und 107–109 vornimmt. Intern weist hierzu die Lichtsteuereinheit 110 mehrere Module auf, welche einerseits die von der Sensoreinheit 110 zur Verfügung gestellten Kontrollinformationen bewerten und andererseits darauf basierend die geeigneten Stellwerte für die Aktoren generieren. Diese Module sind hierbei für die Steuerung der Leuchtdichte (111), der Blendschutzeinrichtung (112) sowie der Steuerung im Hinblick auf die Anwesenheit von Personen (113) verantwortlich. Ein weiteres Modul 114 berücksichtigt die über manuelle Eingabegeräte erzeugten Steuerinformationen bzw. Sollwerte. Schließlich kann bei der optional zusätzlichen Verwendung eines Tageslichtmesskopfs 120 auch ein Modul 115 vorgesehen sein, welches die von dem Tageslichtmesskopf 120 erhaltenen Informationen berücksichtigt. Die Übermittelung der Stellwerte an die Aktoren erfolgt durch ein weiteres Modul 116.
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Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass die einzelnen Module der Lichtsteuereinheit 110 die von dem bildauflösenden Digitalsensor 111 erfassten Bilddaten nicht bewerten sondern lediglich von der Sensoreinheit 10 Kontrollinformationen erhalten. Mit anderen Worten, die Sensoreinheit 10 übermittelt keine Bilddaten an die Lichtsteuereinheit sondern lediglich – beispielsweise als Skalar oder Vektor – die zur Steuerung der Aktoren benötigten Kontrollinformationen. Dies bringt zum Einen den Vorteil mit sich, dass der Umfang der übermittelten Daten von der Sensoreinheit 10 an die Lichtsteuereinheit 110 minimiert werden kann. Zum Anderen erhält die Lichtsteuereinheit 110 keine Bildinformationen, welche es ermöglichen würden, die Sensoreinheit 110 als Überwachungskamera zu nutzen. Dies ist oftmals aus Datenschutzgründen gewünscht. Schließlich ergibt sich durch diese Lösung auch der Vorteil, dass zur Nutzung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 10 keine speziell ausgestaltete Lichtsteuereinheit 110 erforderlich ist. Es kann auf die bislang bereits bekannten und genutzten Lichtsteuereinheiten zurückgegriffen werden, da sich die Kontrollinformationen der erfindungsgemäßen Sensoreinheit von den Informationen klassischer Sensoren nicht unterscheiden. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Informationen gemäß der erfindungsgemäßen Lösung von einer einzigen Einheit erstellt und übermittelt werden und trotz allem umfangreicher und informativer sein können, als dies bei der Nutzung einer Vielzahl einzelner Helligkeitssensoren möglich wäre. Im Übrigen wäre es ferner auch denkbar, bei der Lichtsteuerung größerer Räumlichkeiten mehrere der erfindungsgemäßen Sensoreinheiten 10 zu verwenden und gemeinsam an die Lichtsteuereinheit 110 anzuschließen. Auch die ergänzende Verwendung weiterer spezieller Sensoren wäre möglich.
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Nachfolgend soll die Bewertung der Bilddaten zum Erhalten der Kontrollinformationen durch die Sensoreinheit 10 näher erläutert werden.
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Die Auswertung der Bilddaten der einzelnen Bewertungsbereiche A bis D erfolgt wie bereits erwähnt abhängig davon, welche Kontrollinformationen für den jeweiligen Bereich benötigt werden. Grundsätzlich können allerdings rechnerisch zumindest folgende Informationen erhalten werden:
- a) Leuchtdichte
- b) Lichtfarbe
- c) Anwesenheit und/oder Bewegung von Objekten
- d) Blendung.
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Eine Ermittlung der Lichtfarbe ist selbstverständlich nur dann möglich, wenn ein Farbsensor, beispielsweise ein RGB-CCD-Sensor verwendet wird. Sollte allerdings eine Farbsteuerung nicht erforderlich oder gewünscht sein, könnte auch in einfacher Weise ein monochromer Sensor genutzt werden.
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Der wahrscheinlich relevanteste Kontrollwert betrifft dabei die Leuchtdichte, welche sowohl mit Hilfe eines monochromen Sensors als auch eines RGB-Sensors erfasst werden kann. Hierbei werden die Einzelhelligkeiten der Pixel über eine abgespeicherte Kennlinie in Werte umgerechnet, welche zur Leuchtdichte proportional sind. Über den jeweiligen Bewertungsbereich kann dann beispielsweise eine Mittelung ausgeführt werden, wobei das abschließende Ergebnis dann die Kontrollinformationen bzgl. der aktuellen Leuchtdichte, also den Helligkeits-Istwert darstellt.
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Aus Kostengründen ist es erwünscht, einen relativ preiswerten Sensor zu verwenden, der dementsprechend zwangsläufig auch eine eher geringe Helligkeitsauflösung von beispielsweise 8 Bit (entsprechend 256 Helligkeitsstufen) umfasst. Allerdings können die tatsächlichen Helligkeitswerte in der Nähe des Fensters und der Tür extreme Unterschiede aufweisen, weshalb in einigen Fällen eine höhere Helligkeitsauflösung gewünscht ist. In diesem Fall kann entsprechend der Darstellung in 5 vorgegangen werden. Hierbei werden unterschiedliche Bilder bei unterschiedlicher Blendeneinstellung und/oder Belichtungszeit erstellt und dann die erhaltenen Daten rechnerisch zusammengefasst. Es kann hierbei eine deutlich höhere Dynamik in dem Bild sowie eine Helligkeitsauflösung von 12 Bit (entsprechend 4096 Helligkeitsstufen) oder sogar höher erhalten werden. Das Erstellen der Mehrfachaufnahmen ist ohne Weiteres möglich, da die Zeitabläufe im vorliegenden Fall weniger kritisch sind. Diese Vorgehensweise ist sowohl bei RGB-Sensoren als auch bei monochromen Sensoren möglich.
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Zum Erfassen der Anwesenheit oder Bewegung eines Objekts kann ein Vergleich von zwei oder mehr Bildern, die in kurzen zeitlichen Abständen nacheinander aufgenommen und gespeichert wurden, durchgeführt werden. Auch mit Hilfe einer digitalen Mustererkennung könnte dieses Ziel erreicht werden.
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Ob in einem bestimmten Bewertungsbereich eine Blendung vorliegt, kann durch eine Erfassung der maximalen Leuchtdichte und/oder die Erkennung hoher Kontrastwerte festgestellt werden. Auch kann der Bildbereich mit vordefinierten Bildmustern verglichen werden, welche beispielsweise einen Rückschluss darauf zulassen, ob Licht durch die Jalousie 103 hindurchtritt. Die Bilddaten können also in vielfältiger Weise ausgewertet werden, um die gewünschten Kontrollinformationen zu erhalten.
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Da durch die Verwendung von Sensoren mit einer hohen Bildauflösung oder durch Definieren einer Vielzahl von Bewertungsbereichen der Umfang der zu interpretierenden Bilddaten sehr groß werden kann, kann – sofern erforderlich – der Umfang der letztendlich zu analysierenden Daten auch reduziert werden, indem jeweils eine Gruppe benachbarter Pixel zu einer Einheit zusammengefasst wird. Durch eine derartige Rasterung des Bildes kann ferner auch die Empfindlichkeit gegenüber Bildstörungen reduziert und die Rechengeschwindigkeit erhöht werden. Die Vorgehensweise ist schematisch in 6 dargestellt.
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Diese Art der Aufbereitung der Bilddaten wird – ebenso wie die rechnerische Erhöhung der Helligkeitsauflösung – vorzugsweise durch die Einheit 14 vorgenommen. Selbstverständlich könnte allerdings diese Aufgabe auch durch die Bildverarbeitungseinheit 13 übernommen werden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bilddatenanalyse zum Erhalten der Kontrollinformationen besteht darin, dass störende Objekte, also beispielsweise Gegenstände oder Personen, die sich nicht ständig im zu bewertenden Bildbereich befinden, erkannt werden können. Beugt sich beispielsweise eine Person über den Tisch 105, so kann dies den ermittelten Helligkeitswert verfälschen. Es besteht nunmehr allerdings die Möglichkeit, dass derartige störende Objekte bei der Bewertung des Bildbereichs eliminiert bzw. ignoriert werden, wodurch die Qualität der Kontrollinformationen deutlich verbessert werden kann. Beispielsweise wäre es bei der Darstellung in 3 auch denkbar, denjenigen Bereich des Bewertungsbereichs D zu ignorieren, der durch die Leuchten 107 bis 109 überdeckt wird.
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Für die Inbetriebnahme und Veränderung von Einstellungen kann die Sensoreinheit 10, insbesondere die Recheneinheit 13 mit einer Standardschnittstelle, beispielsweise in Form eines USB-Anschlusses ausgestattet sein. Es können dann gezielt Bilddaten auf einen PC übertragen werden und mit Hilfe einer grafischen Benutzeroberfläche beispielsweise die Bewertungsbereiche definiert oder geändert werden. Auch die Übermittlung weiterer Parameter und Initialisierungsdaten von dem PC auf die Recheneinheit ist möglich.
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Abschließend soll ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtsteuersystems beschrieben werden, welches es ermöglicht, basierend auf aktuellen Situationen automatische eine Ansteuerung der Aktoren vorzunehmen. Hierfür werden zunächst verschiedene sogenannte Szenen definiert, bei denen es sich jeweils um einen Datensatz handelt, der aus Stellwerten für die Aktoren, Sollwerten für einen oder mehrere festgelegte Bewertungsbereiche und/oder Grenzwerten und Parametern besteht, die die Steuerungscharakteristik der Lichtsteuerung beeinflussen. Jeder dieser Werte kann fest oder durch eine zeitabhängige Funktion veränderbar sein. In der Lichtsteuereinheit 110 sind dann ein oder mehrere derartiger Szenen in einem Speicher hinterlegt. Ist eine dieser Szenen aktiv, so beeinflusst sie in entsprechender Weise das Verhalten der Lichtsteuerung. Dabei kann eine Szene manuell durch einen Benutzer oder automatisch durch eine zeitabhängige Funktion ausgewählt werden.
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Besonders bevorzugt erkennt allerdings das System selbstständig anhand der von der Sensoreinheit übermittelten Kontrollinformationen bestimmte Situationen, in denen eine entsprechende Szene aktiviert werden soll. Hierbei erfolgt eine logische und/oder rechnerische Verknüpfung der erhaltenen Kontrollinformationen. Wird beispielsweise anhand der Kontrollinformationen erkannt, dass im Bereich der Arbeitsfläche 106 eine Bewegung stattfindet, im Bereich des Fensters 101 ein bestimmter Blendungsgrenzwert überschritten und im Bereich der Wand ein bestimmter Helligkeitswert überschritten wird, so wird dies von der Lichtsteuereinheit dahingehend interpretiert werden, dass die Situation „Besprechung mit Beamerprojektion bei Tageslicht” vorliegt. Darauf basierend wird eine bestimmte Lichtsteuerungsszene eingestellt, es wird beispielsweise der Blendschutz geschlossen, der Arbeitsbereich wird ausgeleuchtet während hingegen die Wand selbst nur geringfügig oder gar nicht beleuchtet wird. Es könne eine Vielzahl entsprechender Situationen und zugehöriger Szenen definiert werden, welche dann durch das System automatisch erkannt werden.
