EP3207203A1 - Vorrichtung und verfahren zur reduzierung der blendwirkung in einem raum eines gebäudes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur reduzierung der blendwirkung in einem raum eines gebäudes

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EP3207203A1
EP3207203A1 EP15797253.0A EP15797253A EP3207203A1 EP 3207203 A1 EP3207203 A1 EP 3207203A1 EP 15797253 A EP15797253 A EP 15797253A EP 3207203 A1 EP3207203 A1 EP 3207203A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
cells
room
persons
panel
light source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15797253.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin HAINFELLNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AM7VISION GMBH
Original Assignee
Signum Bildtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Signum Bildtechnik GmbH filed Critical Signum Bildtechnik GmbH
Publication of EP3207203A1 publication Critical patent/EP3207203A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B80/00—Architectural or constructional elements improving the thermal performance of buildings

Definitions

  • the darkening of the entire room can lead to an in-room source of light, in particular of electric light, such as light, for better visibility of the persons in the room.
  • an in-room source of light in particular of electric light, such as light, for better visibility of the persons in the room.
  • a light bulb e.g. a fluorescent lamp, a headlamp, a light emitting diode lamp or an LED lamp or any other source of light is turned on, which would be avoidable with better use of light from outside the building.
  • Operating the room-internal light source may require electrical power, which can be associated with costs.
  • the indoor room temperature can be well controlled by the present disclosure.
  • a simple thermal control by appropriate darkening possible.
  • the room may be, for example, an office room, a meeting room, an adjoining room, a hall, a classroom, a lecture hall, a study, a living room, or any other room.
  • the light source is z.
  • the apparatus may be configured to darken a variety of dazzling light sources (eg, a variety of reflections), and the dimming may be done for a variety of people in a room.
  • a device for reducing a glare effect of at least one light source on one or more persons in a room of a building, the device comprising a darkenable panel, a first optical sensor, a second optical sensor, and a calculation unit.
  • the calculation unit is coupled to the darkenable panel, the first optical sensor and the second optical sensor.
  • the darkened panel includes a variety of individually darkened cells, with the panel attached to a glazing of the building.
  • the first optical sensor is configured to capture a first image of the one or more persons in the room.
  • the second optical sensor is set up to acquire a second image of at least one light source.
  • the second optical sensor can be formed almost the same as the above-described optical sensor.
  • the second optical sensor may include one or more cameras.
  • this optical sensor is set up to capture an image of the at least one light source. He is therefore preferably directed to the outside. It can be positioned inside the room or outside the room.
  • the sensor is preferably adapted to the expected brightness of the light source.
  • a method of reducing the glare of a light source to persons in a room includes darkening a region (eg, one or more cells) of the darkenable panel.
  • the panel is typically positioned between the persons in a room and the light source (eg, on a windowpane of a building).
  • the method comprises capturing an image of the persons in a room (eg by means of one or more optical sensors which are aimed at the persons in a room). In particular, an image of the heads of the persons can be detected. Finally, it is determined on the basis of the image, whether due to the darkened panel, a shadow is thrown at the people.
  • the darkenable panel can comprise a cell matrix with a multiplicity of cells which can be darkened separately, ie the darkened area of the panel can correspond to one or more of the cells. Dimming off a portion of the darkenable panel may then involve darkening one or more cells of the plurality of cells.
  • the search for the one or more shadow cells may use specific search algorithms which reduce the search time. For a panel of MxN cells, these search algorithms require i. Gen. less than MxN iterations. For example, in an iteration, a subarea of several cells of the panel may be dimmed (eg, one row or one column or one half of the panel). The subarea may be excluded from determining one or more shadow cells in the following iteration if it is determined that the shadowed subarea does not cast a shadow (when illuminated by the light source) on the persons in a room. On the other hand, in the following iteration, the determination of one or more shadow cells may be restricted to the subarea when it is determined that a shadow is being cast on the persons in a room. In addition to the seek phase, the method typically includes a dimming phase during which the one or more shadow cells are continuously dimmed to reduce the dazzling effect of the light source on the persons in a room.
  • one or more shadow cells can be predicted from a sequence of cycles. In other words, from the one or more shadow cells from the one or more previous cycles, the one or more shadow cells may be predicted for the particular cycle.
  • the method may be adapted to reduce the dazzling effect of a plurality of light sources.
  • the method may determine that the one or more shadow cells comprise a plurality of shadow cells that form a plurality of subregions of the panel.
  • the determined shadow cells form groups or clusters, each of these clusters (subregions) of a corresponding light source being composed of a multiplicity of light sources. len can be assigned. Ie.
  • an image of the persons in the room during the search phase is determined only in the area of the face. Based on pattern recognition methods, the area of the face can be determined from the total amount. Because of this situation, in a subsequent search phase, capturing the image of the people in the room be confined to the area of the face. For evaluation, a color histogram can be used. From the total intake, a facial brightness can be determined, for. For example, as the brightness of the total shot in the area of the face (eg, as the average brightness in the face area in the color histogram). In other words, a degree of glare from the light source can be detected. Thus, a degree of darkening of the one or more shadow cells can be determined based on the determined facial brightness.
  • Fig. 1 exemplifies a system for preventing glare.
  • Fig. 2 exemplifies a system for preventing glare.
  • Fig. 3 exemplifies a darkened panel,
  • Fig. 5 describes another exemplary method for avoiding / reducing glare.
  • FIG. 1 shows by way of example a device 100 for reducing the glare from external light sources 110.
  • FIG. 1 shows this device 100 using the example of an office space 120. It should be noted, however, that the device 100 can be used in any room where one or more people in the room, e.g. B. through a window glass 105 through, from a or multiple light sources 110 (such as offices, corridors, rooms, etc.).
  • a or multiple light sources 110 such as offices, corridors, rooms, etc.
  • This plurality of shadows 111 is generated by a corresponding plurality of darkened areas 103 of the panel 102.
  • the selective darkening of the panel 102 is such that the viewing area outside the interfering light source (s) 110 remains unaffected.
  • the calculation unit also recognizes individual tools, such. B. a computer screen and selects the darkened cells so that the darkened cells throw the shadow in addition to the work equipment.
  • the described system 100 makes it possible to significantly increase the capabilities of persons, in particular at an office workplace.
  • the system 100 is capable of selectively darkening strong light effects without affecting the view of other areas of the environment. On the contrary: due to the glare suppression the so important contact with the outdoor area remains. Furthermore, the system 100 can make better use of the light of the outdoor area in the room, thus avoiding the switching on of room-internal light sources.
  • the optical sensor 101 is directed to the persons in the room (ie in particular to the face area).
  • the exact position of the optical sensor 101 should be selected, among other things, according to practical considerations, so that it can be easily installed in a building and the room look is not affected. Above all, however, the position of the optical sensor 101 should be selected such that the optical sensor 101 can completely capture the entire space, and in particular the area of the desk and meeting area. In this case, the radius of movement and / or the different sizes of different persons can also be taken into account. Finally, it should allow the selected position to reliably detect brightness contrasts on the face of the persons in the room so as to be able to reliably detect glare situations and the position of the shadow 111.
  • the above-described feedback mechanism for determining the shading areas 103 of the panel 102 typically requires a standard frame rate of (50-60 Hz).
  • the frame rate can z. B. be achieved by the use of suitable room surveillance cameras.
  • it is typically sufficient to detect a glare situation in the facial area of the persons in a room and then to selectively create a shadow 111 in the facial area and below dimmable panel 102 is detected.
  • the frame rate of the sensor 101 can therefore be increased by reducing the read region of the sensor 101 to a region of interest (ROI) of the entire detection range of the sensor 101, with the selected sub-region (ROI) of the detected face region of the persons in the room depends.
  • the ROI is defined by the determined face area including a defined environment (eg, an edge of a certain number of pixels around the face area).
  • the method 300 comprises two phases.
  • a panel pattern also called panel configuration
  • the panel configuration determined in the first phase 301 is used to continuously allow a reduced blend situation of the persons in a room.
  • the panel configurations from previous cycles can be used to search for a current panel configuration.
  • the search of the current panel configurations ie the current dark areas
  • the cyclically determined reference shots full screen, without darkening
  • detected light / shadow movements can be detected, and motion parameters can be determined, which are taken into account when searching for darkening areas.
  • Each detected darkening area can be compared with the corresponding reference image in each cycle.
  • motion information it is thus also possible to determine whether a specific light source is still present. For example, if the comparison between the darkened image and the reference image does not differ, the particular light source may be classified as "no longer present.”
  • the search can be reduced to 2% of the cycle time.
  • a current panel configuration is to be determined in each cycle in as short a time as possible.
  • the corresponding darkening areas from the previous cycles can be used.
  • relative movement tendencies of the light sources can be determined.
  • the 3 D angular velocity of the individual light sources can be determined.
  • the directions of the light sources relative to the head position can be determined. In this case, based on the geometry of the panel 102, the camera position 101 and the position of the head (ROI), the two angles (horizontal and vertical) of each light source 110 with respect to the main axis are calculated.
  • a simplified, three-dimensional image of the room can be made by calibrating the darkenable panel 102 and the camera 101. Determining the header positions estimates the transformation between the header position and the panel. By prediction of the darkening areas, the search for optimal darkening areas for the already existing light source 110 can be skipped, resulting in a significant reduction in the search time in the first phase 301.
  • Another aspect of the system 100 is the dynamic adjustment of the translucency of the darkened areas 201 of the panel 102.
  • the system 100 is able to darken different intensity light sources 110 to varying degrees.
  • an estimate of the brightness of the respective light source 110 is required.
  • the intensity of the darkening can be determined dynamically.
  • several factors are typically taken into account.
  • the current exposure time of the camera 101 is taken into account, the exposure time determining the brightness of the head ROI.
  • a method of reducing the glare of a light source in the area of the entire office space including a desk to persons comprising: dimming a portion of the darkenable panel positioned between the persons in an office space; Capturing an image of the persons in a room; and determining, based on the image, whether the darkened panel casts a shadow over the people in the room.
  • the systems described comprise a selectively darkenable panel, as well as a panel that can be darkened in a room.
  • sensitive persons directed optical sensor They can be installed in a building with little effort and are practically self-adjusting.
  • shadows can be cast on the subjects, obscuring a variety of dazzling light sources.
  • only selectively areas on the panel are darkened so as not to affect the remaining field of view.
  • the iterative procedures provide for a continuous tracking of the darkening areas to the movements of the light sources, and the movement of the persons in a room.

Abstract

Das vorliegende Dokument betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Blendwirkung mindestens einer Lichtquelle auf eine oder mehrere Personen in einem Raum eines Gebäudes, wobei die Vorrichtung ein abdunkelbares Panel, einen ersten optischen Sensor, einen zweiten optischen Sensor, und eine Berechnungseinheit umfasst. Die Berechnungseinheit ist mit dem abdunkelbaren Panel, dem ersten optischen Sensor und dem zweiten optischen Sensor gekoppelt. Das abdunkelbare Panel umfasst eine Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen, wobei das Panel an einer Verglasung des Gebäudes angebracht ist. Der erste optischen Sensor ist eingerichtet, ein erstes Bild der einen oder der mehreren Personen in dem Raum zu erfassen. Der zweite optische Sensor ist eingerichtet, ein zweites Bild mindestens einer Lichtquelle zu erfassen. Die Berechnungseinheit ist ferner dazu konfiguriert, den ersten optischen Sensor zu veranlassen, das erste Bild der einen oder der mehreren Personen im Raum zu erfassen, auf Basis des ersten Bildes die jeweilige Position der einen oder der mehreren Personen zu identifizieren, den zweiten optischen Sensor zu veranlassen, das zweite Bild der mindestens einen Lichtquelle zu erfassen, auf Basis des zweiten Bildes die Position der mindestens einen Lichtquelle zu identifizieren, und auf Basis der Position der einen oder der mehreren Personen in dem Raum und der Position der mindestens einen Lichtquelle eine oder mehrere Zellen der Vielzahl von einzelnen abdunkelbaren Zellen abzudunkeln.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR REDUZIERUNG
DER BLENDWIRKUNG IN EINEM RAUM EINES GEBÄUDES
Das vorliegende Dokument betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Vermei- dung, Verminderung bzw. Reduzierung der Blendwirkung in Räumen durch äußere Lichtquellen, insbesondere die Sonne und Reflexionen der Sonne, und zur Wärmeregulierung von Räumen.
Die Zahl der Menschen mit einem Büroarbeitsplatz nimmt kontinuierlich zu. Ein Großteil hat seinen Arbeitsplatz mit Sonneneinstrahlung, was neben wünschenswerten Faktoren auch störende Blendeffekte bedeuten kann. Störende Sonneneinstrahlung kann dazu führen, dass an der Abdunkelung ständig geregelt wird und der Arbeitsfluss damit häufig unterbrochen wird. Ganz allgemein können Blendsituationen für Personen in einem Raum lästig sein und zu einer Einschränkung der Leistungsfähigkeit fuhren. Beispielsweise kann ein Blenden durch eine Lichtquelle, wie z. B. der Sonne, eine Person beim Lesen, beim Fernsehen, beim Arbeiten - insbesondere beim Arbeiten an einem Schreibtisch und/oder beim Arbeiten an einem Computer, - beim Essen, beim Führen eines Gesprächs mit anderen Personen oder bei anderen Tätigkeiten stören.
Zur Verhinderung des Lichteinfalles durch eine transparente Scheibe auf Personen, insbesondere in das Gesicht, auf den Kopf oder auf den Oberkörper von Personen, die sich in einem Raum eines Gebäudes befinden, gibt es heute einige Ein- richtungen wie z. B. Sonnenblenden, Sonnenschutzrollos, Jalousien, dunkle Klebefolien für durchsichtige Scheiben, elektrisch angesteuerte, verdunkelbare Fenster und getönte Scheiben. Bisherige Einrichtungen haben spezifische Nachteile, wie z. B. eine unveränderbare konstante Lichtdämpfung, eine komplette Abdunkelung des gesamten Sichtbereiches einer transparenten Scheibe durch Einfarbung oder Tönung oder die vollständige optische Ausblendung durch das Abblendmittel.
Abdunkelungseinrichtungen, wie z. B. Jalousien, fuhren dazu, dass der gesamte Raum abgedunkelt wird und nicht nur der Teil, der für die Abdunkelung relevant ist. Der Kontakt nach außen geht aufgrund dieser Abdunkelung verloren. Automatische Jalousien werden häufig bei starkem Wind hochgefahren um Beschädigungen zu vermeiden. Daher werden häufig innenliegende zusätzliche Lamellenjalousien eingesetzt. Der Raum heizt sich dadurch unnötig auf, da die Sonnenstrahlen erst nach durchtreten der Scheiben geblockt werden. Zusätzlich fehlt dann der Kontakt nach außen.
Andere Abdunkelungseinrichtungen, wie elektrochrome Verglasungen, dunkeln jeweils einen gesamten Raum ab, auch dann wenn dies von Nachteil ist, z. B. im Winter, wenn die Aufwärmung durch die Sonne erwünscht ist. Ferner haben elektrochrome Verglasungen einen erheblichen Nachteil bezüglich der Schaltge- schwindigkeiten; sie schalten also nur sehr langsam. Des Weiteren können Scheiben nur großflächig abgedunkelt werden. Einzelne Segmente sind bisher nicht schaltbar, da Schaltsignale mit dieser Technik in Nachbarzellen übersprechen würden. Ein Schaltzyklus benötigt bis zu 15 min. Eine selektive, schnelle Abdunkelung ist damit nicht möglich.
Ferner kann die Abdunklung des gesamten Raumes (z. B. durch Jalousien) dazu führen, dass für eine bessere Sicht der Personen in dem Raum eine rauminterne Quelle für Licht, insbesondere für elektrisches Licht, wie z. B. eine Glühbirne, eine Fluoreszenzlampe, ein Deckenfluter, eine Leuchtdiodenlampe bzw. eine LED-Lampe oder eine beliebigen anderen Quelle für Licht angeschaltet wird, was bei besserer Nutzung des Lichts von außerhalb des Gebäudes vermeidbar wäre. Das Betreiben der rauminternen Lichtquelle kann elektrischen Strom benötigen, was mit Kosten verbunden sein kann.
Das vorliegende Dokument adressiert die o. g. Nachteile und beschreibt Systeme und Verfahren zur Vermeidung der Blendwirkung durch starke äußere Lichtquellen bei gleichzeitiger Nutzung der äußeren Lichtquellen zur Erhellung der allgemeinen Helligkeit in dem Raum.
Zudem kann die Raumtemperatur in Gebäuden durch vorliegende Offenbarung gut geregelt werden. Bei den heutigen Bestrebungen Energieverschwendung zu vermeiden ist mit diesem System eine einfache Wärmeregelung durch entsprechende Abdunkelung möglich. Im Gegensatz zu den bisher vorhanden langsamen Schalttechniken kann auf Änderungen der Sonnenstrahlung sehr rasch reagiert werden und die Raumtemperatur ideal gesteuert werden. Das ergibt erhebliches Einsparpotential für die Raumklimatisierung.
Die beschriebenen Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können zur Erhöhung des Komforts bei der Arbeit und damit zu einer gesteigerten Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter in einem Unternehmen führen. Die beschriebenen Systeme und Verfahren bedienen sich zur Errechnung der Position von Personen im Raum und damit zur Ermittlung einer geeigneten Schattenposition der Bildanalyse, sowie der Steuerung eines selektiv abdunkelbaren Panels, das an einer Fensterscheibe eines Raumes angebracht ist. Die beschriebenen Systeme sind in der Lage, entsprechende Bereiche einer Fensterscheibe von Gebäuden in Abhängigkeit von externen Lichtquellen in beliebigen Entfernungen und Positionen unterschiedlich stark abzudunkeln, so dass auf die Personen in einem Raum nur ein verminderter Teil des einfallenden Lichtes trifft. Besondere Anwendungsfälle sind sonnige Tage mit direkter Einstrahlung in einen Raum. Eine weitere Anwendungssituation für die beschriebenen Vorrichtungen sind Blendungen hervorgerufen durch Reflexionen der Sonne von anderen Ge- bäuden, die zu einer Blendung der Personen in einem Raum führt. In solchen Blendungs-Fällen suchen die beschriebenen Systeme auf Basis einer elektronischoptischen Rückkopplungsstruktur den Bereich/die Bereiche auf der Fensterscheibe zwischen den detektierten Personen in einem Raum und der abzudunkelnden externen Lichtquellen, sodass der Bereich/die Bereiche selektiv abgedunkelt werden können, um eine Blendsituation zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Dabei wird typischerweise durch den Grad der Abdunkelung sichergestellt, dass die blendende Lichtquelle (z. B. die Sonne) so weit abgeschwächt wird, dass angenehmes Arbeiten auch an einem Bildschirmarbeitsplatz möglich ist, während die restliche Fläche der Fensterscheibe oder der Fensterscheiben vollständig sichtdurchlässig bleibt. Das Resultat der selektiven Abdunkelung ist nicht nur der Schutz der Personen am Arbeitsplatz vor dem Blenden, sondern auch eine natürliche Erhöhung der Arbeitsergonomie (durch die Vermeidung der vollständigen Abdunkelung des gesamten Raumes). Damit besitzen die Personen in einem Raum die Möglichkeit, den Kontakt mit den Außenbereich nicht zu verlieren, was die Lebensqualität erhöht.
Gemäß einem Aspekt dieses Dokumentes wird eine Vorrichtung zur Reduzierung der Blendwirkung einer Lichtquelle auf Personen in einem Raum eines Gebäudes beschrieben.
Der Raum kann beispielsweise ein Büroraum, ein Besprechungszimmer, ein Nebenraum, ein Flur, ein Schulzimmer, ein Vorlesungssaal, ein Arbeitszimmer, ein Wohnraum oder ein beliebiger anderer Raum sein. Bei der Lichtquelle handelt es sich z. B. um die Sonne oder um reflektiertes Sonnenlicht von anderen Gebäuden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet sein kann, eine Vielzahl von blendenden Lichtquellen (z. B. eine Vielzahl von Reflexionen) abzudunkeln, und die Abdunkelung für eine Vielzahl von Personen in einem Raum erfolgen kann. Bei dem Gebäude kann es sich beispielsweise um ein Bürogebäude, ein Schulhaus, ein Universitätsgebäude, eine Bibliothek, ein Museumsgebäude, ein Kaufhaus, ein privates Haus (wie z. B. ein Einfamilienhaus, ein Mehrfamilienhaus, ein Terrassenhaus, ein Reihenhaus, ein Miethaus oder ein beliebiges anderes privates Haus), ein Turm, insbesondere ein Kontrollturm oder um irgendein anderes Gebäude handeln.
Die vor Blendung zu schützende Person kann z. B. an einem Schreibtisch arbeiten oder im Raum stehend ein Gespräch mit einer anderen Person führen oder sich im Raum bewegen. Ferner können sich auch mehrere Personen in dem Raum befinden. Es können auch die mehreren Personen von der Blendung durch die Lichtquellen geschützt werden.
Die mindestens eine Lichtquelle kann eine externe Lichtquelle, z. B. die Sonne oder Reflexionen der Sonne z. B. an einem See oder einer Glasfront eines anderen Gebäudes sein.
Gemäß dem vorliegenden Aspekt dieses Dokumentes umfasst die Vorrichtung ein abdunkelbares Panel, einen optischen Sensor und eine Berechnungseinheit.
Das abdunkelbare Panel weist eine Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen auf. Die einzelnen Zellen des abdunkelbaren Panels können in einer Matrixform angeordnet sein, so dass eine Matrix von N Zeilen und M Spalten entsteht. Das abdunkelbare Panel kann z. B. eine LCD-Schicht (bzw. eine LCD-Folie) umfassen, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung abdunkelt. Insbesondere kann jede der Vielzahl von Zellen eine LCD-Schicht umfassen, so dass jede Zelle separat durch Anlegen einer Spannung abgedunkelt werden kann. Typischerweise ist eine Transparenz des abdunkelbaren Panels (d. h. der einzelnen Zellen) vari- ierbar. Z. B. kann durch Variieren der angelegten Spannung der Grad der Transparenz bzw. der Grad der Abdunkelung der einzelnen Zellen variiert werden. Das Panel ist i. Allg. zwischen einer Position für die Personen in einem Raum und der Lichtquelle angeordnet. Mit anderen Worten, das Panel ist typischerweise inner- halb des Lichtstrahls der Lichtquelle vor einer Position für die Personen in einem Raum angeordnet, um so den Lichtstrahl abdunkeln zu können, und um so eine Blendwirkung für die Personen in einem Raum durch die Lichtquelle zu reduzieren. Typischerweise ist das abdunkelbare Panel an einer Glasscheibe (z. B. einer Fensterscheibe von einem Gebäude) angebracht. Die LCD-Schicht kann auf der Glasscheibe angebracht (z. B. geklebt) sein. Die LCD-Schicht kann aber auch zwischen mehreren Glässchichten einer Glasscheibe (z. B. bei einer Doppelver- glasung) eingebracht sein. Die LCD-Schicht kann als LCD-Folie mit den Scheiben verklebt werden, z.B. zwischen zwei Glasschichten. Mehrere Fenster mit jeweiligen abdunkelbaren Panelen mit einer jeweiligen Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen können zu einer Abdunklungsstruktur gekoppelt sein. Die Vorrichtung umfasst einen optischen Sensor (z. B. eine Kamera), der eingerichtet ist, ein Bild der Personen in einem Raum zu erfassen. Mit anderen Worten, der oder die optische Sensoren sind zur Erkennung der Personen in einem Raum so positioniert, dass möglichst alle Personen in einem Raum erfasst werden können. Der optische Sensor kann eine oder mehrere Kameras umfassen. Besonders bei großen Räumen erleichtern mehrere Kameras die Erfassung aller Personen im Raum. In einem Ausführungsbeispiel ist der optische Sensor in einem horizontalen Winkel von 20° bis 60° in den für die Ermittlung der Positionsdaten relevanten Bereich gerichtet. Z. B. könnte der optische Sensor an einer Ecke zur Decke angebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein optischer Sensor auch an einer seitlichen Position des Raumes (an einer Wand) angebracht werden.
Die Vorrichtung umfasst weiter eine Berechnungseinheit, welche ausgebildet ist, auf Basis des vom optischen Sensor erfassten Bildes die Vielzahl der Zellen des abdunkelbaren Panels derart zu steuern, dass ein Schatten auf die Personen im Raum geworfen wird. Insbesondere kann die Berechnungseinheit ausgebildet sein, eine oder mehrere Schatten-Zellen aus der Vielzahl von Zellen zu ermitteln, die dazu führen, dass bei Abdunkelung der ein oder mehreren Schatten-Zellen bei Beleuchtung durch die Lichtquelle ein Schatten auf die Personen im Raum geworfen wird. Gleichzeitig werden die ein oder mehreren Schatten-Zellen so ermittelt, dass sie nur die Zellen umfassen, die zur Generierung des Schattens auf die Person und die mit der Person verbundenen Geräte (z. B. Bildschirmarbeitsplatz) erforderlich sind. Alle anderen Zellen des Panels sollten transparent bleiben, um den Kontakt mit dem Außenbereich zu erhalten. Zur Ermittlung der geeigneten Schatten-Zellen kann die Berechnungseinheit ausgebildet sein, die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren zur Reduzierung der Blendwirkung durch eine Lichtquelle auszuführen. Insbesondere kann die Berechnungseinheit ausgebildet sein, die unten beschriebenen Suchphasen und Abdunkelungsphasen unter Verwendung des optischen Sensors und des abdunkelbaren Panels auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieses Dokumentes wird eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Blendwirkung mindestens einer Lichtquelle auf eine oder mehrere Personen in einem Raum eines Gebäudes beschrieben, wobei die Vorrichtung ein abdunkelbares Panel, einen ersten optischen Sensor, einen zweiten optischen Sensor, und eine Berechnungseinheit umfasst. Die Berechnungseinheit ist mit dem abdunkelbaren Panel, dem ersten optischen Sensor und dem zweiten optischen Sensor gekoppelt. Das abdunkelbare Panel umfasst eine Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen, wobei das Panel an einer Verglasung des Gebäudes angebracht ist. Der erste optischen Sensor ist eingerichtet, ein erstes Bild der einen oder der mehreren Personen in dem Raum zu erfassen. Der zweite optische Sensor ist eingerichtet, ein zweites Bild mindestens einer Lichtquelle zu erfassen.
Die Berechnungseinheit ist ferner dazu konfiguriert, den ersten optischen Sensor zu veranlassen, das erste Bild der einen oder der mehreren Personen im Raum zu erfassen, auf Basis des ersten Bildes die jeweilige Position der einen oder der mehreren Personen zu identifizieren, den zweiten optischen Sensor zu veranlassen, das zweite Bild der mindestens einen Lichtquelle zu erfassen, auf Basis des zweiten Bildes die Position der mindestens einen Lichtquelle zu identifizieren, und auf Basis der Position der einen oder der mehreren Personen in dem Raum und der Position der mindestens einen Lichtquelle eine oder mehrere Zellen der Vielzahl von einzelnen abdunkelbaren Zellen abzudunkeln. Das abdunkelbare Panel kann gleich ausgebildet sein, wie das oben beschriebene abdunkelbare Panel. Als ersten optischen Sensor kann der oben beschriebene optische Sensor hergenommen werden.
Der zweite optische Sensor kann fast gleich ausgebildet sein, wie der oben be- schriebene optische Sensor. So kann auch der zweite optische Sensor eine oder mehrere Kameras umfassen. Allerdings ist dieser optische Sensor dazu eingerichtet, ein Bild der mindestens einen Lichtquelle zu erfassen. Er ist daher vorzugsweise nach außen gerichtet. Er kann innerhalb des Raumes oder außerhalb des Raumes positioniert sein. Ferner ist der Sensor vorzugsweise auf die zu erwarten- de Helligkeit der Lichtquelle angepasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieses Dokumentes wird ein Verfahren zur Reduzierung der Blendwirkung einer Lichtquelle auf die Personen in einem Raum beschrieben. Das Verfahren umfasst das Abdunkeln eines Bereichs (z. B. von ein oder mehreren Zellen) des abdunkelbaren Panels. Wie oben dargelegt, ist das Panel typischerweise zwischen der Personen in einem Raum und der Lichtquelle (z. B. an einer Fensterscheibe eines Gebäudes) positioniert. Desweiteren umfasst das Verfahren das Erfassen eines Bildes der Personen in einem Raum (z. B. anhand eines oder mehrerer optischer Sensoren, welche auf die Personen in einem Raum gerichtet sind). Insbesondere kann ein Bild der Köpfe der Personen erfasst werden. Schließlich wird auf Basis des Bildes ermittelt, ob aufgrund des abgedunkelten Panels ein Schatten auf die Personen geworfen wird. Diese Schritte des Verfahrens können für verschiedene Bereiche des Panels iteriert werden, um so ein oder mehrere Unterbereiche des Panels zu ermittelt, die im abgedunkelten Zustand einen Schatten auf die Personen in einem Raum werfen. Wie bereits oben dargelegt, kann das abdunkelbare Panel eine Zellenmatrix mit einer Vielzahl von separat abdunkelbaren Zellen umfassen, d. h. der abgedunkelte Bereich des Panels kann einer oder mehreren der Zellen entsprechen. Das Abdunkeln eines Bereichs des abdunkelbaren Panels kann dann das Abdunkeln ein oder mehrerer Zellen der Vielzahl von Zellen umfassen.
Typischerweise umfasst das Verfahren eine Suchphase. In der Suchphase werden ein oder mehrere Schatten-Zellen der Vielzahl von Zellen bestimmt. Die ein oder mehreren Schatten-Zellen haben die Eigenschaft, dass durch ihre Abdunkelung ein Schatten von der Lichtquelle (d. h. bei Beleuchtung von der Lichtquelle) auf die Personen im Raum geworfen wird. Das Bestimmen der ein oder mehreren Schatten-Zellen umfasst i. Allg. das Iterieren der Schritte Abdunkeln (eines Bereichs der Panels), Erfassen (eines Bildes mit dem teilweise abgedunkelten Panel) und Ermitteln (der Präsenz eines Schattens auf den Personen im Raum) für verschiedene Bereiche bzw. Zellen des Panels. Mit anderen Worten, durch Iterieren der o. g. Schritte für jede der Vielzahl von Zellen des Panels wird ermittelt, durch welche der Zellen ein Schatten auf die Personen im Raum geworfen wird, um so die Blendwirkung durch die Lichtquelle zu reduzieren.
Die Suche nach den ein oder mehreren Schatten-Zellen kann spezifische Suchalgorithmen verwenden, welche die Suchzeit reduzieren. Bei einem Panel von MxN Zellen benötigen diese Suchalgorithmen i. Allg. weniger als MxN Iterationen. Beispielsweise kann in einer Iteration ein Unterbereich von mehreren Zellen des Panels abgedunkelt werden (z. B. eine Zeile oder eine Spalte oder eine Hälfte des Panels). Der Unterbereich kann in der folgenden Iteration von dem Bestimmen von ein oder mehreren Schatten-Zellen ausgeschlossen werden, wenn ermittelt wird, dass durch den abgedunkelten Unterbereich kein Schatten (bei Beleuchtung durch die Lichtquelle) auf die Personen in einem Raum geworfen wird. Andererseits kann in der folgenden Iteration das Bestimmen von ein oder mehreren Schatten-Zellen auf den Unterbereich beschränkt werden, wenn ermittelt wird, dass ein Schatten auf die Personen in einem Raum geworfen wird. Neben der Suchphase umfasst das Verfahren typischerweise eine Abdunkelungs- phase, während dessen die ein oder mehreren Schatten-Zellen kontinuierlich abgedunkelt werden, um so die Blendwirkung der Lichtquelle auf die Personen in einem Raum zu reduzieren.
Um die ermittelten Schatten-Zellen an eine Bewegung der Lichtquelle kontinuierlich anzupassen, können die Suchphase (und damit die Bestimmung der Schatten- Zellen) und der Abdunkelungsphase (und damit das kontinuierliche Abdunkeln der Schatten-Zellen) zyklisch wiederholt werden. Eine geeignete Zyklusfrequenz ist z. B. 5 Hz, 6 Hz, 7 Hz, 8 Hz, 9 Hz, 10 Hz oder mehr. Um eine effektive Reduzierung der .Blendwirkung zu erzielen, umfasst die Abdunkelungsphase typischerweise 80%, 85%, 90% oder mehr der Gesamtzeit eines Zyklus. Die Zeit der Suchphase kann i. Allg. reduziert werden, wenn bei der Bestimmung der ein oder mehreren Schatten-Zellen in einem bestimmten Zyklus auf die ein oder mehreren Schatten-Zellen aus ein oder mehreren vorhergehenden Zyklen zurückgegriffen wird. Aufgrund der kontinuierlichen Bewegung der Lichtquelle können aus einer Sequenz von Zyklen die ein oder mehreren Schatten-Zellen (z. B. anhand von Motion-Estimation Verfahren) prädiziert werden. Mit anderen Worten, aus den ein oder mehreren Schatten-Zellen aus den ein oder mehreren vorhergehenden Zyklen können die ein oder mehreren Schatten-Zellen für den bestimmten Zyklus prädiziert werden. Wie bereits oben dargelegt, kann das Verfahren angepasst sein, um die Blendwirkung einer Vielzahl von Lichtquellen zu reduzieren. Insbesondere kann das Verfahren feststellen, dass die ein oder mehreren Schatten-Zellen eine Vielzahl von Schatten-Zellen umfassen, welche eine Vielzahl von Unterbereichen des Panels bilden. Mit anderen Worten, es kann festgestellt werden, dass die bestimmten Schatten-Zellen Gruppen oder Cluster bilden, wobei jeder dieser Cluster (Unterbereiche) einer korrespondierenden Lichtquelle aus einer Vielzahl von Lichtquel- len zugeordnet werden kann. D. h. durch die Erkennung von Clustern erkennt das Verfahren die Präsenz einer Vielzahl von Lichtquellen, die durch jeweils einen der Zellen-Cluster abgedunkelt werden. Das Verfahren kann dann jeden dieser Cluster (bzw. Unterbereiche) separat behandeln. Insbesondere können Verände- rungen für die Cluster separat ermittelt werden, so dass jeder Unterbereich (Cluster) aus einem korrespondierenden Unterbereich eines vorhergehenden Zyklus prädiziert werden kann.
Das Verfahren kann außerdem Schritte zur Erkennung einer Blendsituation um- fassen. Diese Schritte können z. B. innerhalb jedes Zyklus zwischen der Suchphase und der Abdunkelungsphase ausgeführt werden. Zu diesem Zweck kann das Verfahren eine Gesamtaufnahme ermitteln, welche eine oder mehrere Personen in einem Raum und die Umgebung der Personen umfassen. Die Gesamtaufnahme wird typischerweise mit einem vollständig transparenten (d. h. abgeschalteten) Panel ermittelt. Aus der Gesamtaufnahme kann ein Bereich der Personen in einem Raum bestimmt werden. Anhand dieser Information können eine Gesamthelligkeit aus der Helligkeit der Gesamtaufnahme (z. B. die durchschnittliche Helligkeit der Gesamtaufnahme), sowie eine Gesichtshelligkeit aus der Helligkeit der Gesamtaufnahme im Bereich des Gesichts (z. B. die durchschnittliche Helligkeit im Gesichtsbereich) bestimmt werden. Schließlich kann eine Blendung der Personen in einem Raum (bzw. die Möglichkeit einer Blendung der Personen in einem Raum) durch die Lichtquelle auf Basis der Gesichtshelligkeit und der Gesamthelligkeit detektiert werden. Beispielhaft kann ein Verhältnis zwischen Gesichtshelligkeit und Gesamthelligkeit ermittelt werden. Eine Blendsituation wird detektiert, wenn das Verhältnis über einem vorbestimmten Schwellwert liegt.
Zur Verkürzung der Suchphase ist es üblicherweise von Vorteil, wenn ein Bild der Personen im Raum während der Suchphase nur im Bereich des Gesichts ermittelt wird. Anhand von Mustererkennungsverfahren kann aus der Gesamtauf- nähme der Bereich des Gesichts bestimmt werden. Aufgrund dieser Situation kann in einer folgenden Suchphase das Erfassen des Bildes der Personen im Raum auf den Bereich des Gesichts beschränkt werden. Zur Auswertung kann ein Farbhistogramm verwendet werden. Aus der Gesamtaufnahme kann auch eine Gesichtshelligkeit bestimmt werden, z. B. als Helligkeit der Gesamtaufnahme im Bereich des Gesichts (z. B. als durchschnittliche Helligkeit im Gesichtsbereich im Farbhistogramm). Mit anderen Worten, es kann ein Grad der Blendung durch die Lichtquelle ermittelt werden. Folglich kann ein Grad der Abdunkelung der ein order mehreren Schatten-Zellen auf Basis der ermittelten Gesichtshelligkeit bestimmt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen allein und in Kombination miteinander verwendet werden können. Insbesondere können alle in diesem Dokument beschriebenen Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Dies gilt vor allem für die in den Ansprüchen dargelegten Merkmale.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben, wobei
Fig. 1 exemplarisch ein System zur Vermeidung von Blendwirkung darstellt. Fig. 2 exemplarisch ein System zur Vermeidung von Blendwirkung darstellt. Fig. 3 exemplarisch ein abdunkelbares Panel darstellt,
Fig. 4 ein beispielhaftes Verfahren zur Vermeidung/Reduzierung von Blendwirkung und
Fig. 5 ein weiteres beispielhaftes Verfahren zur Vermeidung/Reduzierung von Blendwirkung beschreibt.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine Vorrichtung 100 zur Reduzierung der Blendwirkung von externen Lichtquellen 110 dargestellt. Fig. 1 zeigt diese Vorrichtung 100 am Beispiel eines Büroraums 120. Es ist jedoch zu beachten, dass die Vorrichtung 100 in beliebigen Räumen angewendet werden kann, bei denen eine oder mehrere Personen in dem Raum, z. B. durch eine Fensterscheibe 105 hindurch, von ein oder mehreren Lichtquellen 110 geblendet werden kann (wie z. B. Büroräume, Flure, Zimmer, etc.).
Die Vorrichtung 100 umfasst ein selektiv abdunkelbares Panel 102, welches befä- higt ist, ein oder mehrere selektive Bereiche 103 des Sichtbereiches der Personen in einem Raum abzudunkeln. Außerdem umfasst die Vorrichtung 100 einen optischen Sensor 101 (z. B. eine Kamera), welche die Personen (d. h. insbesondere den Gesichtsbereich) der Personen in einem Raum erfasst. Zu diesem Zweck ist der optische Sensor 101 vor der Person (in Blickrichtung der Personen) ange- bracht (d. h. zwischen den Personen im Raum und der blendenden Lichtquelle 110).
Desweiteren umfasst die Vorrichtung 100 eine Berechnungseinheit 104, welche befähigt ist, ein Verfahren zur Reduzierung der Blendwirkung der externen Licht- quelle(n) 110 auszuführen. Zu diesem Zweck wertet die Berechnungseinheit 104 die optischen Signale (z. B. die Bilder) des optischen Sensors 101 aus, um eine Blendsituation der Personen im Raum festzustellen. Desweiteren steuert die Berechnungseinheit 104 das Panel 102 und den optischen Sensor 101, um in einem iterativen Prozess das Panel 102 selektiv so abzudunkeln, dass ein abdunkelnder Schatten 111 auf die Person geworfen wird, wobei der abdunkelnde Schatten 111 die Blendsituation der Person reduziert bzw. beseitigt. Bei mehreren Lichtquellen
110 aus verschiedenen Richtungen werden i. Allg. mehrere abdunkelnde Schatten
111 auf die Gesichter der Personen geworfen. Diese Vielzahl von Schatten 111 wird durch eine korrespondierende Vielzahl von abgedunkelten Bereichen 103 des Panels 102 erzeugt. Die selektive Abdunkelung des Panels 102 erfolgt derart, dass der Sichtbereich außerhalb der störenden Lichtquelle(n) 110 unbeeinträchtigt bleibt. Vorzugsweise erkennt die Berechnungseinheit auch einzelne Arbeitsgeräte, wie z. B. einen Computerbildschirm und wählt die abzudunkelnden Zellen so aus, dass die abgedunkelten Zellen den Schatten zusätzlich auch auf das Arbeitsgerät werfen. Dem System 100 können Methoden der optisch erweiterten Realität (Augmented Reality) unter einer neuen Perspektive zu Grunde gelegt werden: anstatt computerbasierte Projektionen in einer bestimmten Entfernung - wie üblich in der erwei- terten Realität - zu positionieren, dunkelt das System 100 bestimmte Bereiche der Scheibe 105 durch spezielle Algorithmen ab und beobachtet im Rahmen einer Rückkopplungsstruktur die produzierten Schatten 111 auf den Gesichtern der Personen in einem Raum mittels einem optischen Sensor 101 (z. B. einer Kamera oder einer Vielzahl von gerichteten Lichtsensoren um die Position der Schatten und der Kontraste im Raum, d. h. insbesondere auf dem Gesicht der Personen im Raum, zu ermitteln). Die Rückkopplungsstruktur, welche den optischen Sensor 101, das Panel 102 und die Bearbeitungseinheit 104 umfasst, ermöglicht es (typischerweise innerhalb weniger Millisekunden) anhand des Panels 102 unterschiedliche Abdunkelungsmuster auf der Fensterscheibe 105 (durch sequentielle oder heuristische Abdunkelung bestimmter Bereiche/Zellen 103 des Panels 102) zu generieren und gleichzeitig anhand des optischen Sensors 101 (in Echtzeit) die Helligkeit des Gesichtbereichs der Person zu ermitteln und zu analysieren. Durch geeignete Suchverfahren werden von der Berechnungseinheit 104 die Anzahl und die Positionen der abzudunkelnden Bereiche 103 für den optimalen Schutz der Person berechnet. Somit ermöglicht es die Vorrichtung 100, ohne die Position, die Richtung und die Entfernung der äußeren Lichtquelle(n) 110 im Voraus zu kennen, die Stellen 103 auf der Fensterscheibe 105 zu ermitteln, die abzudunkeln sind, um eine optimale Abschattung des Gesichts zu erreichen. Technisch basiert das System 100 auf einem einzigen optischen Sensor 101 zur Schattenanalyse, z. B. einer Videokamera. Als Ausgabe nutzt das System 100 eine selektiv abdunkelbare Folie 102 zur Schattengenerierung. Das System 100 ist selbstjustierend und erfordert folglich keine (kaum) Kalibrierung. Insbesondere benötigt das System 100 keine Sensoren zur Positionserfassung der äußeren Lichtquelle(n) (110). Anhand einer schnellen Bildanalyse kann die optimale Abdunkelung in kürzester Zeit berechnet werden. Das beschriebene System 100 weist daher eine hohe Wirksamkeit und eine einfache Integration auf. Durch das beschriebene System 100 wird es möglich, die Leistungsfähigkeiten von Personen, insbesondere an einem Büroarbeitsplatz, deutlich zu erhöhen. Das System 100 ist in der Lage, starke Lichteinflüsse selektiv abzudunkeln, ohne die Sicht auf andere Bereiche der Umgebung zu beeinträchtigen. Im Gegenteil: durch die Blendunterdrückung bleibt der so wichtige Kontakt mit dem Außenbereich erhalten. Ferner kann durch das System 100 das Licht des Außenbereichs in dem Raum besser genutzt werden und so ein Einschalten raum- interner Lichtquellen vermieden werden.
Als optischer Sensor 101 kann z. B. eine Standard Videokamera verwendet werden. Solche Kameras können bei einer Auflösung von 1920 x 1080 Pixel z. B. 50 Bilder pro erzeugen. Diese Sequenz von Bildern kann dann z. B. in Echtzeit über eine GbEthernet-Schnittstelle an die Berechnungseinheit 104 übertragen werden.
Der optische Sensor 101 ist auf die Personen im Raum (d. h. insbesondere auf den Gesichtsbereich) gerichtet. Die genaue Position des optischen Sensors 101 sollte u.a. nach praktischen Gesichtspunkten gewählt werden, so dass diese einfach in einem Gebäude eingebaut werden kann und die Raumoptik nicht beeinträchtigt wird. Vor allem sollte aber die Position des optischen Sensors 101 derart gewählt werden, dass der optische Sensor 101 den gesamten Raum und insbesondere den Bereich von Schreibtisch und Besprechungsbereich vollständig erfassen kann. Dabei kann auch der Bewegungsradius und/oder die unterschiedlichen Größen von unterschiedlichen Personen berücksichtigt werden. Schließlich sollte es die gewählte Position ermöglichen, Helligkeitskontraste auf dem Gesicht der Personen im Raum zuverlässig zu erfassen, um so zuverlässig Blendsituationen und die Position des Schattens 111 ermitteln zu können. Es hat sich gezeigt, dass sich mit einer Positionierung des Sensors 101 schräg seitlich an der Oberkante einer Fens- terfront, z. B. in einem Winkel von 20°-60° gegenüber einer Frontallinie, die o. g. Anforderungen erreichen lassen. So könnte der Sensor 101 in einem Raum z. B. in der näheren Umgebung des der Fensterfront Mitte angebracht werden, wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt.
Für den oben beschriebenen Rückkopplungsmechanismus zur Bestimmung der Abdunkelungsbereiche 103 des Panels 102 ist typischerweise eine Standard- Bildrate von (50-60 Hz) erforderlich. Die Bildrate kann z. B. durch die Verwendung von geeigneten Raumüberwachungskameras erreicht werden. Wie bereits oben dargelegt, ist es für die Reduzierung der Blendwirkung gemäß dem hier beschriebenen Verfahren und System typischerweise ausreichend, wenn eine Blend- Situation im Gesichtsbereich der Personen in einem Raum detektiert wird und anschließend die Erzeugung eines Schattens 111 im Gesichtsbereich und darunter durch das selektiv abdunkelbare Panel 102 erkannt wird. Die Bildrate des Sensors 101 kann daher dadurch erhöht werden, dass der ausgelesene Bereich des Sensors 101 auf einen Unterbereich (ROI - Region Of Interest) des gesamten Erfassungs- bereichs des Sensors 101 reduziert wird, wobei der gewählte Unterbereich (ROI) von dem ermittelten Gesichtsbereich der Personen im Raum abhängt. Typischerweise wird der ROI durch den ermittelten Gesichtsbereich inklusive einer definierten Umgebung (z. B. einen Rand von einer bestimmten Anzahl von Pixeln um den Gesichtsbereich) definiert.
Um eine Erhöhung der Bildrate durch eine Beschränkung der Bilderfassung auf einen Unterbereich (ROI) zu ermöglichen, ist in einem Ausführungsbeispiel die Bildverarbeitung zeitlich in zwei Schritte geteilt. In einem ersten Schritt erfolgt eine Vollbildaufnahme zur Diagnose einer Blendsituation und zur Erkennung des Gesichts bzw. der Kopfposition. In diesem Schritt wird der ROI ermittelt. Dieser erste Schritt könnte z. B. mit einer Frequenz von 10 Hz erfolgen (siehe Bezugszeichen 313 in Fig. 4). In einem zweiten Schritt wird dann die iterative Bestimmung der abzudunkelnden Stellen 103 des Panels 102 vorgenommen (siehe Bezugszeichen 301 in Fig. 4). Diese iterative Bestimmung der abzudunkelnden Stel- len 103 sollte in so kurzer Zeit erfolgen, dass die Personen in einem Raum nicht irritiert werden, und (2) der gewünschte Schatten 111 so schnell auf die Person geworfen wird, dass keine merkliche Störung durch die anfangliche Blendsituation erfolgt. Zur Beschleunigung des iterativen Bestimmungsprozess ist eine möglichst hohe Bildrate erwünscht, die dadurch erhöht werden kann, dass die Bilderfassung im zweiten Schritt auf den ROI beschränkt wird. Durch die Beschränkung der Bilderfassung auf den ROI sind Bildraten von über 100 Hz und höher möglich, so dass der iterative Bestimmungsprozess die o. g. Anforderungen erfüllen kann.
Es ist weiter zu beachten, dass die mögliche Bildrate des optischen Sensors 101 typischerweise auch von der Beleuchtungssituation abhängt. Schlechte Beleuchtungssituationen (z. B. morgens und abends) erfordern üblicherweise höhere Belichtungszeiten und daraus folgend eine geringere Bildrate. Eine dynamische Anpassung der Bildrate ist typischerweise nicht möglich. Aus diesem Grund kann die Berechnungseinheit 104 derart ausgestaltet sein, dass die Taktung des Auslesens des optischen Sensors 101 an die jeweils erforderlichen Belichtungszeiten des optischen Sensors 101 angepasst werden.
Fig. 2 zeigt exemplarisch ein weiteres beispielhaftes System zur Vermeidung von Blendwirkung. In Fig. 2 befinden sich zwei Personen in einem Raum. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden für die zwei Personen jeweils ein Bereich des abdunkelbaren Panels abgedunkelt, damit diese Bereiche einen Schatten auf die jeweiligen Personen werfen.
Fig. 3 zeigt die beispielhafte Struktur eines selektiv abdunkelbaren Panels 102. Das in Fig. 3 gezeigte Panel 102 umfasst abdunkelbare Einzelzellen 201 in einer Matrixform. Jede abdunkelbare Einzelzelle 201 könnte eine LCD-Schicht umfassen, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung die Zelle 201 verdunkelt. Die Einzelzellen 201 sind typischerweise derart ausgestaltet, dass sie im inaktiven (transparenten) Zustand eine Transparenz von 70%, 80%, 90% oder mehr aufwei- sen. Im aktiven (abdunkelnden) Zustand könnte die Transparenz bis zu 1% (oder auch 0,1%) reduziert werden. Der Grad der Transparenz kann typischerweise durch die höhe der angelegten Spannung kontrolliert werden. So können unterschiedliche Abdunkelungsgrade der Zellen 201 erreicht werden, wie durch die Zellen 202, 203, 204 in Fig. 3 dargestellt. Das in Fig. 3 dargestellte Panel 102 wird aus einer Vielzahl von Einzelzellen 201 in Form einer Matrix zusammengesetzt, wobei jede Einzelzelle 201 separat abgedunkelt werden kann. Beispielhaft könnte eine Zelle 201 des Panels 102 in der Größe 100 x 100 mm gebaut werden, um so den relevanten Sichtbereich auf der Fensterscheibe 105 eines Büroraumes 120 abzudecken. Dazu könnten 120 Zellen 201 in einer Konfiguration von 6 Spalten und 20 Zeilen verwendet werden. Es können natürlich auch andere Zellengrößen und Panelgrößen verwendet werden.
Die Einzelzellen 201 können durch die Anwendung eines Stromsignals unterschiedlich abgedunkelt werden. Für die Führung des Stromsignals zu den einzelnen Zellen 201 können transparente Leitungen verwendet. Der elektrische An- schluss des Panels 102 kann seitlich an das Panel 102 angebracht werden. Die abdunkelbaren Zellen 201 des Panels 102 sind derart ausgestaltet, dass sie einen quasi sofortigen Wechsel vom transparenten zum abgedunkelten Zustand (und umgekehrt) ermöglichen. Existierende LCD-Schichten können im Bereich von 0,1ms abgedunkelt werden, so dass Zustandsänderungen mit einer Frequenz von 10.000 Hz möglich sind.
Während des iterativen Prozesses zur Bestimmung der abzudunkelnden Zellen 201 werden bestimmte Zellen 201 des Panels 102 abgedunkelt und zeitgleich wird anhand des optischen Sensors 101 ermittelt, ob ein Schatten 111 im Gesichtsbereich bzw. Kopfbereich (ROI) der Personen in einem Raum erzeugt wird. Um dies zu ermöglichen, ist die Berechnungseinheit 104 befähigt, das Abdunkeln einer oder mehrerer Zellen 201 (durch Anlegen einer Spannung an die jeweiligen Zellen 201) und das Ermitteln eines Bildes (durch Auslesen des optischen Sensors 101) zu synchronisieren. Wie oben dargelegt, sind mit heutigen Kameras 101 Bildraten von 100 Hz und höher möglich und Panels 102 können mit einer Ab- dunkelungsrate von ca. 10.000 Hz betrieben werden. Es ist folglich bereits heute möglich mit einer Frequenz von 100 Hz (und mehr) mögliche Abdunklungsmuster auf den von diesem Muster geworfenen Schatten 111 hin zu untersuchen, um so in einem iterativen Prozess ein Abdunklungsmuster des Panels 102 (d.h. eine Panel- konfiguration) zu bestimmen, welches die Blendwirkung von Lichtquelle(n) 110 reduziert. Im Folgenden wird beispielhaft von einer Frequenz von 100 Hz ausgegangen.
Das Panel 102 umfasst typischerweise eine Steuerungseinheit, anhand derer (z. B. auf Basis kodierter Telegramme) die Zustände aller Zellen 201 (z. B. LCD Folien) auf dem Panel 102 gesteuert werden können. Die Steuereinheit kann als eine elektronische Platine implementiert werden, die mit einer entsprechenden Tele- grammkodierung ein serielles Signal für eine Reihe von 120 voneinander unabhängigen Wechselstromsignalen (für die 120 Zellen 201 des Panels 102) heraus- gibt, die zur Ansteuerung der einzelnen Zellen 201 dienen. Während der Suche nach einem Pattern (ein Pattern beinhaltet die Werte für alle 120 Zellen 201 des Panels 102), welches einen geeigneten Schatten 111 (oder mehrere geeignete Schatten) wirft, kann eine Liste von Patterns (zusammen mit der Taktfrequenz) von der Berechnungseinheit 104 an die Steuereinheit geschickt werden, welche dann eine unterschiedliche Abdunkelungskonfiguration des Panels 102 gemäß der vorgegebenen Pattens steuert (z. B. mit einer Frequenz von 100 Hz). Außerdem kann die Steuereinheit des Panels 102 ein Sync-Signal ausgeben, welches zur Synchronisation der Aufnahme durch die Videokamera 101 dient. Es ist zu beachten, dass für die Synchronisation zwischen den einzelnen Komponenten des Systems 100 (insbesondere des Sensors 101 und des Panels 102) diverse Verzögerungen berücksichtigt werden sollten. Typischerweise gibt es eine Reihe von Prozessen und Übertragungen von Signalen, die durch die digitale Verarbeitung eine Verzögerung einführen. Diese sind unter anderem die Übertragung des seriellen Signals der Berechnungseinheit 104, die Bearbeitung des Signals mittels der Steuerungseinheit des Panels 102, die Reaktionszeit zur Abdunkelung der LCD-Zellen 201 (0,1 - 0,2 ms). Diese Verzögerungen sollten bei der Generierung des Sync-Signals für den optischen Sensor 101 berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das vom Sensor 101 ermittelte Schattenbild von einem bestimmten Panel-Pattern (und nicht durch eine Mischung von zwei aufeinanderfol- genden Patterns) erzeugt wurde, d.h. das die Bilderfassung durch den Sensor 101 und die Schattenbildung durch das Panel 102 synchronisiert sind.
Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes iteratives Verfahren 300 zur Reduzierung der Blendwirkung von externen Lichtquellen 110 anhand der Vorrichtung 100. Das Verfahren 300 umfasst zwei Phasen. In einer ersten (kurzen) Phase 301 wird ein Panel-Pattern (auch Panelkonfiguration genannt) ermittelt, welches die Blendsituation der Personen im Raum optimal reduziert. In einer zweiten (langen) Phase 311 wird die in der ersten Phase 301 ermittelte Panelkonfiguration angewendet, um fortlaufend eine reduzierte Blendsituation der Personen in einem Raum zu ermöglichen. Da sich sowohl die Position der blendenden Lichtquelle 110, als auch die Position der Personen in einem Raum 120, als auch die Position des Kopfes kontinuierlich mit dem Sonnengang und vorbeiziehenden Wolken ändern können, werden die beiden Phasen 301, 311 des iterativen Verfahren 300 zyklisch (z. B. alle 100ms) wiederholt, um so die optimale Panelkonfiguration kontinuier- lieh der neuen Blendsituation anzupassen. Dies ist in Fig. 4 durch die Rückkopplungsschleife zwischen der zweiten Phase 311 und der ersten Phase 301 dargestellt.
Mit anderen Worten, um eine effiziente Abdunkelung zu ermöglichen, werden in Verfahren 300 zwei Phasen in der Funktionalität des Systems 100 definiert, die zyklische mit einer Frequenz von 10 Hz durchlaufen werden. In der ersten Phase 301 des 100ms dauernden Zyklus wird anhand unterschiedlicher Patterns eine geeignete Zielstelle der Abdunkelung gesucht. In der zweiten Phase 311 wird die identifizierte Stelle des Panels 102 bis zum Ende des aktuellen Zyklus (also bis zum Ende der 100ms) auf den angestrebten Transparenzgrad abgedunkelt, um die Sicht der Person konkret zu schützen. Zwischen diesen Phasen kann eine Voll- bildaufnahme erfolgen (Bezugszeichen 305), während das Panel 102 kurzfristig deaktiviert wird (z. B. am Tag für eine Belichtungszeit von 1 ms). Wie oben erwähnt, kann die Vollbildaufnahme zur Ermittlung des Vorliegens einer Blendsituation (zur Erkennung der Blendwirkung) (Bezugszeichen 312) und/oder zur Be- Stimmung der Position der Personen in einem Raum (und zur Extraktion der Kopfposition (ROI) im Bild) (Bezugszeichen 313) verwendet werden. Die dazu erforderliche Verarbeitung kann während der zweiten Phase 311 erfolgen, so dass keine Verzögerungen bei der Bestimmung einer geeigneten Panelkonfiguration (für welche der ROI typischerweise verwendet wird) erfolgt.
In der ersten Phase 301 werden mit Hilfe unterschiedlicher Strategien und auf Basis der Bildanalyse die Bereiche des Panels identifiziert, die zu einer deutlichen Abdunkelung des Kopf-/Gesichtsbereiches von Personen in einem Raum führen. Die Suche nach einer geeigneten Panelkonfiguration berücksichtigt typischer- weise die verwendete Panelkonfiguration der ein oder mehreren vorrangegangen Zyklen, um so unter der Annahme einer kontinuierlichen Situation, schnell die aktuell geeignete Panelkonfiguration zu bestimmen. Hierzu können z. B. aus der Bildverarbeitung bekannte Motion-Estimation Verfahren verwendet werden, um die Panelkonfiguration bei wechselnden Helligkeitsänderungen der Lichquellen 110 z. B. bedingt durch Wolken und/oder des der Bewegung von Personen durch einen Raum kontinuierlich anzupassen. Falls jedoch eine Blendwirkung erstmals auftritt, ohne zu wissen aus welcher Richtung die Lichtquelle 110 kommt, ist die Suchen nach einer passenden Panelkonfiguration typischerweise aufwendiger, da keine geeigneten Panelkonfigurationen aus der Vergangenheit verwendet werden können.
Eine Blendsituation, bei der typischerweise eine einzige Quelle (z. B. die Sonne) das Blenden verursacht, ist zu unterscheiden von der Blendsituation bei Reflexionen der Sonne über andere Gebäude, bei der häufig mehrere Lichtquellen gleich- zeitig blenden können. Folglich kann es vorteilhaft sein, je nach Situation eine angepasste Suchstrategie zur Ermittlung der geeigneten Panelkonfiguration zu verwenden.
Nach einer sequentiellen Methode können alle 120 Zellen 201 nach der Reihe abgedunkelt werden und es kann geprüft werden, ob Auswirkungen im Bereich des Gesichts vorhanden sind. Bei einer rein sequenziellen Suche bei 50 Hz wird eine Zelle 201 pro Zyklus bis 20 Millisekunden abgedunkelt. In diesem Fall würde die Suchphase 2400ms dauern, was bedeutet, dass nur für ca. 50 % der gesamten Zykluszeit eine effektive Abdunkelung (in der zweiten Phase 311) erfolgt, da der Rest der Zykluszeit für die Suche einer geeigneten Panelkonfiguration (in der ersten Phase 301) verwendet wird.
Unter der Annahme, dass die Sonne (oder eine einzige Lichtquelle 110) die Personen im Raum blendet (Situation ohne Reflexion) und nur ein Bereich (umfas- send ein oder mehrere der 120 Zellen 201 pro Fenster) des Panels 102 abgedunkelt werden sollen, könnte folgendes die Zeilen- Spalten Suchverfahren verwendet werden. Bei der Zeilen-Spalten-Suche werden zuerst die kompletten (20) Zeilen und dann die kompletten (sechs) Spalten des Panels 102 abgedunkelt und für jede Zeile / Spalte die Schattenbildung in dem ROI ermittelt. Wird für eine bestimmte Zeile und für eine bestimmte Spalte eine Schattenbildung in dem ROI bestimmt, so ergibt sich die abzudunkelnde Zelle 201 durch die Kombination der Zeilennummer und der Spaltennummer. Mit diesem Verfahren sind 26 Suchschritte (d. h. eine Zeit von 520ms bei 50 Hz) pro Fensterscheibe erforderlich. Allgemein kann durch dieses Verfahren die Suchzeit um einen Faktor (N+M)/N*M*Anzahl Fensterscheiben gesenkt werden (bei einem Panel 102 mit N Zeilen und M Spalten).
Als weiteres Suchverfahren kann das„Divide et Impera" Verfahren verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird der Suchbereich jeweils in zwei Hälften auf- geteilt. Die beiden Hälften des Suchbereiches werden nacheinander abgedunkelt, und es wird geprüft, in welcher der beiden Hälften der gewünschte Schatten 111 auf den ROI geworfen wird. Diese Hälfte stellt dann den neuen Suchbereich dar und das Verfahren fährt mit einer erneuten Iteration (auf Basis des neuen Suchbereichs) fort. Somit wird der Suchbereich in mehreren Iterationen jeweils um die
Hälfte reduziert, so dass bei einem NxM Panel 102 in Schritten eine abzu- dunkelnde Zelle 201 je Fensterscheibe identifiziert werden kann. Bei jeder Iteration wird die Hälfte des Suchbereichs als neuer Suchbereich festgelegt, welcher einen Schatten 111 auf dem ROI produziert. Die Identifikation der Sollposition der Abdunkelung nimmt folglich ca. 8-11 Iterationsschritte in Anspruch (bei einem Panel mit 120 Zellen), d. h. es werden 16-20 Aufnahmen des ROI benötigt, was bei 50 Hz in einer Zeit von max. 1000ms je Fensterscheibe erfolgen kann.
Die Suchzeit kann i. Allg. weiter reduziert werden, wenn auf ein oder mehrere Panelkonfigurationen aus vorangegangenen Zyklen zurückgegriffen werden kann, d. h. wenn bereits zuvor identifizierte Panelkonfigurationen bei der Suche berück- sichtigt werden. Dies wird weiter unten näher erläutert.
In den o. g. Beispielen wurde von einer Zykluszeit von 100ms und einer Bildrate von 50 bis 100 Hz ausgegangen. Um den Anteil der ersten Phase 301 (d. h. der Suchphase) am Gesamtzyklus zu reduzieren, könnte es von Vorteil sein, die Zyk- luszeit zu vergrößern, d. h. die Hauptzyklusfrequenz zu reduzieren (z. B. von 10 Hz auf 8 Hz, so dass sich eine Zykluszeit von 125ms ergibt). Dadurch kann bei einer Suchzeit von 10ms, der Anteil der Suchphase am Gesamtzyklus auf 8% reduziert werden. Die o. g. Suchverfahren können für die Suche nach mehreren Lichtquellen ange- passt werden. Dies kann insbesondere bei Reflexionen der Sonne über andere Gebäude erforderlich sein.
Wie bereits oben erwähnt können die Panelkonfigurationen aus vorhergehenden Zyklen für die Suche nach einer aktuellen Panelkonfiguration verwendet werden. Z. B. kann die Suche der aktuellen Panelkonfigurationen (d. h. der aktuellen Ab- dunkelungsbereiche) in der unmittelbaren Nachbarschaft der bereits im vorherigen Zyklus detektierten Abdunkelungsbereiche durchfuhrt werden. Zur Ermittlung der aktuellen Abdunkelungsbereiche können auch die zyklisch ermittelten Referenzaufnahmen (Vollbild, ohne Abdunkelung) verwendet werden. Dadurch können erkannten Licht-/Schattenbewegungen erkannt werden, und Bewegungsparameter ermittelt werden, die bei der Suche nach Abdunkelungsbereichen berücksichtigt werden. Jeder ermittelte Abdunkelungsbereich kann in jedem Zyklus mit der korrespondierenden Referenzaufnahme verglichen werden. Neben Bewegungsinformationen kann so auch ermittelt werden, ob eine bestimmte Lichtquelle noch vor- handen ist. Ergibt z. B. der Vergleich zwischen der Aufnahme mit Abdunkelung und der Referenzaufnahme keinen Unterschied, kann die bestimmte Lichtquelle als„nicht mehr vorhanden" klassifiziert werden. In einem beispielhaften Verfahren, kann durch Berücksichtigung der Referenzaufnahme die Suche auf 2 % der Zykluszeit reduziert werden kann.
Wie bereits dargelegt, ist in jedem Zyklus in möglichst kurzer Zeit eine aktuelle Panelkonfiguration zu ermittelt. Für Lichtquellen 110, die bereits in einem vorherigen Zyklus vorhanden waren, können die korrespondierenden Abdunkelungsbereiche aus den vorherigen Zyklen herangezogen werden. Insbesondere können relative Bewegungstendenzen der Lichtquellen ermittelt werden. Hierzu kann die 3 D- Winkelgeschwindigkeit der einzelnen Lichtquellen ermittelt werden. Außerdem können die Richtungen der Lichtquellen relativ zur Kopfposition ermittelt werden. Dabei werden auf Basis der Geometrie des Panels 102, der Kameraposition 101 und der Position des Kopfes (ROI) die zwei Winkel (horizontal und ver- tikal) jeder Lichtquelle 110 in Bezug auf die Hauptachse berechnet.
Durch Analyse einer Sequenz von Abdunkelungsbereichen, einer Sequenz von zugehörigen Schattenaufnahmen und/oder einer Sequenz von Referenzaufnahmen für eine Sequenz von Zyklen kann eine Bewegung des Schattens 111 auf dem Gesicht der Person ermittelt werden, woraus sich eine Bewegung der korrespondierenden Lichtquelle 110 ergibt. Diese Bewegung des Schattens kann durch die Erkennung der Lichtvariation innerhalb der Aufnahmen durchgeführt werden (z. B. wenn im Bereich des Kopfes die Helligkeit ansteigt). Die ermittelte Bewegung des Schattens 111 kann durch Anpassung/Erweiterung der abgedunkelten Zellen 201 des Panels 102 kompensiert werden, so dass der Abdunkelungsbereich der Bewegung der Lichtquelle 110 nachgeführt wird. D. h. nach der Erkennung der Bewegungsrichtung der Lichtquellen 110 kann die Position der abzudunkelnden Bereiche prädiziert werden (z. B. anhand eines Kalman-Estimators). Dabei kann eine vereinfachte, dreidimensionale Abbildung des Raumes gemacht werden, indem das abdunkelbare Panel 102 und die Kamera 101 kalibriert werden. Durch die Ermittlung der Kopfpositionen wird die Transformation zwischen Kopfposition und Panel geschätzt. Durch Prädiktion der Abdunkelungsbereiche kann die Suche nach optimalen Abdunkelungsbereichen für die bereits vorhandene Lichtquelle 110 übersprungen werden, was zu einer deutlichen Reduzierung der Suchzeit in der ersten Phase 301 führt.
Ein weiterer Aspekt des Systems 100 ist die dynamische Anpassung der Lichtdurchlässigkeit der abgedunkelten Bereiche 201 des Panels 102. Mit anderen Worten, das System 100 ist in der Lage, Lichtquellen 110 mit unterschiedlich hoher Blendwirkung unterschiedlich stark abzudunkeln. Dafür ist neben der Zuord- nung der Lichtquelle 110 zu einer Position des Schattens 111 auf der erfassten Referenzaufnahme auch eine Schätzung der Helligkeit der jeweiligen Lichtquelle 110 erforderlich. Durch korrekte Schätzung der Helligkeit einer Lichtquelle 110 kann die Intensität der Abdunkelung dynamisch ermittelt werden. Bei der Realisierung dieser Funktion werden typischerweise mehrere Faktoren berücksichtigt. Zum einen wird die aktuelle Belichtungszeit der Kamera 101 berücksichtigt, wobei die Belichtungszeit die Helligkeit der Kopf-ROI bestimmt. Wie bereits dargelegt, kann die Belichtungszeit anhand einer Lookuptabelle (z. B. auf Basis der Helligkeit der Umgebung) ermittelt und auf die Kamera angewendet werden. Eine zweite Einflussgröße ist die Stärke der Abdunkelung durch das Panel 102. Außerdem ist bei mehreren, Lichtquellen 110 möglicherweise eine Über- lappung der Schattenprojektionen der mehrerer Lichtquellen 1 10 zu berücksichtigen, um eine korrekte Intensitätszuweisung zu den Lichtquellen 110 durchzuführen. In ähnlicher Weise wie bei der Bewegungsprädiktion bei der Berechnung der Position zur Abdunkelung der einzelnen Lichtquellen 110, können auch die Intensitäten der einzelnen Lichtquellen 110 nachverfolgt werden. Anhand einer Anzahl unabhängiger, parallel laufender Regelkreise werden die Intensitäten der jeweiligen Lichtquellen bzw. die Intensitäten der jeweiligen Abdunkelungen nachver- folgt, um die optimale optische Filterung der äußeren Lichtquellen zu realisieren.
Die ermittelten Intensitäten der Abdunkelungen werden an die Steuereinheit des Panels 102 geschickt (neben den Positionsdaten), um so den Grad der Abdunkelung der einzelnen Zellen 201 zu steuern.
Neben der zyklischen Bestimmung der Abdunkelungsbereiche des Panels 102 in der ersten Phase 301 des Verfahrens 300, umfasst das Verfahren 300 noch weitere Verfahrensschritte, um eine Blendwirkung von äußeren Lichtquellen 110 zu reduzieren. Insbesondere sollte das System 100 befähigt sein, eine Blendung von Per- sonen in einem Raum zu erkennen. Ein Verfahren 312 zur Erkennung der Blendung kann in einem ersten Schritt die Ermittlung der mittleren Umgebungsbelichtung aufweisen. Auf Basis der vorhandenen Bildinformationen - durch die Auswertung des Vollbildes - wird die Gesamthelligkeit der Szene, sowie die Verteilung des Lichtes auf dem Bild ermittelt. Die Helligkeit der Bildes hängt typi- scherweise von der Belichtungszeit des Bildes ab. Folglich, ergibt sich die tatsächliche Helligkeit der Szene / Umgebung als eine Funktion der aus dem Bild ermittelten Helligkeit und der Belichtungszeit des Bildes. Diese Funktion kann durch empirische Messungen ermittelt werden. Andererseits könnte der optische Sensor 101 eine Auto-Exposure-Funktion (d. h. eine automatische Berechnung der Belichtungszeit) aufweisen, welche gewährleistet, dass durch eine Anpassung der Belichtungszeit an die aktuellen Lichtverhältnisse, die tatsächliche Helligkeit der Szene / Umgebung direkt durch Auswertung der Bildhelligkeit ermittelt werden kann.
In einem zweiten Schritt wird die Helligkeit im Kopfbereich gemessen. Dazu wird der Bildbereich, der den Kopf der Personen beinhaltet, aus den Bilddaten extrahiert um die Helligkeit bzw. die Verteilung der Beleuchtung in diesem Bereich zu ermitteln. Die Kopferkennung kann z. B. mittels einer angepassten Version des Bayes Classifiers (d. h. die Erkennung des Vorhandenseins eines Gesichts, ohne Klassifizierung, welche Person abgebildet wird) erfolgen, wie z. B. in„Computer Vision with the OpenCV Library", Gary Bradski, Adrian Kaehler, O'Reilly 2008, ISBN 978-0-596-51613-0 dargelegt. Die Suche nach dem Kopf einer Person und ein Bestimmen einer Kopfposition kann leichter bewerkstelligt werden als eine genaue Gesichtserkennung, da eine Umrisserkennung der Person ausreicht. Zum Werfen eines Schattens auf eine Person reicht eine Kopferkennung oder eine Oberkörpererkennung. Des Weiteren wird vorteilhafterweise der gesamte Kopf besser noch gesamte Oberkörper der Person abgedunkelt. Vorteilhafterweise wird der Oberkörper bis hin zum Bildschirmarbeitsplatz erkannt und abgedunkelt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, erfolgt die Erkennung 312 einer Blendung zyklisch (z. B. in der zweiten Phase 311 auf Basis des in Verfahrensschritt 305 ermittelten Vollbildes). Unter der Annahme, dass eine Person am Arbeitsplatz sich nicht zu extrem bewegt, kann bei einer Suche im aktuellen Vollbild die bereits im vorherigen Zyklus erkannte Kopfposition als Startwert übernommen werden. Desweiteren können Bewegungsschätzungs-Verfahren verwendet werden, um aus einer Reihe von vorherigen Vollbildern die aktuelle Position des Kopfes zu ermitteln, welche dann als Startwert für die Erkennung des Gesichts genommen werden kann.
Bei der Berechnung einer absoluten Lichthelligkeit im Kopfbereich werden üblicherweise neben der Helligkeit des Bildbereiches ebenfalls die aktuelle Belich- tungszeit der Kamera und die Helligkeit der Hintergrundelemente des Raums verwendet. Durch die Untersuchung der Relation zwischen der tatsächlichen Helligkeit der Szene / Umgebung und der Helligkeit des Kopfbereichs, kann die Blendwirkung der Personen ermittelt werden. Die Detektion einer Blendsituation in Abhängig- keit der ermittelten Werte (Helligkeit der Szene / Umgebung, Helligkeit des Kopfbereichs) kann durch einen empirisch ermittelten Klassifikator (anhand von Probanden) gewährleistet werden. Der Output dieses Klassifikators bestimmt, ob das Verfahren 300 zu Abdunkelung einzelner Zellen 201 aktiviert wird oder nicht. Aufgrund der unterschiedlichen Blendsituationen morgens, mittags und abends, ist es vorteilhaft spezifische Klassifikatoren für den Betrieb am Tag und den Betrieb bei anderen Zeiten zu bestimmen. Außerdem können unterschiedliche Klassifikatoren mit unterschiedlichen Sensitivitätsgraden bestimmt werden (z. B. Aktivierung bei niedriger/mittlerer/höherer Blendwirkung). Die in Fig. 4 dargestellten Verfahren werden auf der Berechnungseinheit 104 ausgeführt. Die Berechnungseinheit 104 kann z. B. als ein embedded PC, digitaler Signalprozessor oder FPGA-Modul (field-programmable gate array) implementiert werden. Fig. 5 zeigt ein weiteres beispielhaftes Verfahren 300 zur Reduzierung der Blendwirkung von externen Lichtquellen 110 anhand der Vorrichtung 100. Das Verfahren ähnelt dem Verfahren 300, so dass nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden. Im Verfahren 400 wird ein weiterer optischer Sensor verwendet (siehe Kamera 2 in Fig. 5). Die„Kamera 1" in Fig. 5 entspricht der„Kamera" in Fig. 4. Dieser weitere optische Sensor erfasst ein Bild der mindestens einen Lichtquelle. Die Lichtquelle kann beispielsweise die Sonne oder auch Reflexionen der Sonne sein. Diese Lichtquelle kann verfolgt bzw. getrackt werden. Da die Lichtquelle sehr hell sein kann, wird vorzugsweise eine für diese Helligkeit geeignete Kamera verwendet bzw. die Kamera für diese Helligkeit eingestellt, damit ein aufgenommenes Bild nicht überbelichtet ist.
Im Verfahren 400 werden die Positionen der Personen von der Berechnungseinheit identifiziert. Dazu kann ein kamerabezogenes Koordinatensystem verwendet werden, d. h. es kann ausreichen, in einem Bild eines ersten optischen Sensors die Personen in einem Raum zu erkennen. Es können sphärische Koordinaten hergenommen werden, d. h. es werden nur die Winkel, unter denen eine Person erscheint berücksichtigt. Diese Winkel können einer Anzahl Pixel des Bildes entsprechen. Aufgrund von Referenzgrößen von Menschen kann eine Distanz einer Person aufgrund der Größe des Umrisses einer Person auf dem Bild geschätzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Position der Personen im Raum auch absolut erfasst werden (beispielsweise in kartesischen Koordinaten z. B. in Bezug auf eine Ecke des Raums).
Ferner wird im Verfahren 400 ein Bild der Lichtquelle mit einem zweiten Sensor aufgenommen. Die Berechnungseinheit, die mit dem zweiten Sensor gekoppelt ist, identifiziert auf Basis des Bildes des zweiten Sensors die Position der Lichtquelle. Auch hier können sphärische Koordinaten hergenommen werden, d. h. es werden nur die Winkel, unter denen die mindestens eine Lichtquelle erscheinen berücksichtigt. Diese Winkel können einer Anzahl Pixel des Bildes entsprechen. Die Distanz der Lichtquelle kann geschätzt werden oder als„unendlich" angenommen werden.
Die Berechnungseinheit leitet aus der Position der mindestens einen Lichtquelle und der Position der einen oder der mehreren Personen ab, welche der Zellen aus der Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen abgedunkelt werden müssen, damit auf die eine oder die mehreren Personen ein Schatten fällt. Vorzugsweise kann die Berechnungseinheit den Oberkörper und/oder die Köpfe der Personen identifizieren und die abzudunkelnden Zellen so auswählen, dass die abgedunkelten Zellen den Schatten auf den Kopf der Person und/oder auf den Oberkörper der Person werfen. Weiter vorzugsweise erkennt die Berechnungseinheit auch einzelne Arbeitsgeräte, wie z. B. einen Computerbildschirm und wählt die abzudunkelnden Zellen so aus, dass die abgedunkelten Zellen den Schatten zusätzlich auch auf das Arbeitsgerät werfen.
Schließlich steuert die Berechnungseinheit das abdunkelbare Panel derart an, dass auf die eine oder die mehreren Personen ein Schatten fällt. Alle anderen Zellen des Panels sollten transparent bleiben, um den Kontakt mit dem Außenbereich zu erhalten, und die Berechnungseinheit steuert das Panel dementsprechend an.
Auch das Verfahren 400 kann wiederholt werden, da sich die Position der Personen und die Position der Lichtquelle ändern können.
Mit Hilfe einer Detektion der Positionen der Personen im Raum und der Position der mindestens einen Lichtquelle ist das Verfahren 400 gegenüber dem Verfahren 300 beschleunigt.
Die in Fig. 5 dargestellten Verfahren werden auf der Berechnungseinheit 104 ausgeführt. Die Berechnungseinheit 104 kann z. B. als ein embedded PC, digitaler Signalprozessor oder FPGA-Modul (field-programmable gate array) implementiert werden.
Aspekte der Erfindung umfassen Folgendes:
Eine Vorrichtung zur Reduzierung der Blendwirkung einer Lichtquelle auf Personen in Büroräumen wobei die Vorrichtung umfasst: ein abdunkelbares Panel welches eine Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen umfasst und welches in die Gebäudeverglasung eingebracht ist um Personen zu beschatten, einen optischen Sensor, der eingerichtet ist, ein Bild der Personen im Raum und deren Position zu erfassen zu erfassen; einen Sensor der die Position der Sonne oder sonstiger Blendquelle erfasst und eine Berechnungseinheit, welche ausgebildet ist, eine oder mehrere Zellen aus der Vielzahl von abdunkelbaren Zellen des abdunkelba- ren Panels abzudunkeln; anhand des optischen Sensors ein oder mehrere Personen optisch zu erfassen; und auf Basis des Bildes zu ermitteln, ob aufgrund des abgedunkelten Panels ein Schatten auf die Person geworfen wird.
Die obige Vorrichtung, wobei die Berechnungseinheit ausgebildet sein kann, eine oder mehrere Schatten-Zellen aus der Vielzahl von Zellen zu ermitteln, die dazu führen, dass bei Abdunkelung der ein oder mehreren Schatten-Zellen bei Beleuchtung durch die Lichtquelle ein Schatten auf die Person(en) geworfen wird.
Ein Verfahren zur Reduzierung der Blendwirkung einer Lichtquelle im Bereich des gesamten Büroraumes einschließlich eines Schreibtisches auf Personen, wobei das Verfahren umfasst: Abdunkeln eines Bereichs des abdunkelbaren Panels, welches zwischen den Personen in einem Büroraum positioniert ist; Erfassen eines Bildes der Personen in einem Raum; und Ermitteln, auf Basis des Bildes, ob aufgrund des abgedunkelten Panels ein Schatten auf die Personen im Raum geworfen wird.
Das vorhergehende Verfahren, wobei das abdunkelbare Panel eine Zellenmatrix mit einer Vielzahl von separat abdunkelbaren Zellen umfassen kann; und das Abdunkeln des abdunkelbaren Panels das Abdunkeln ein oder mehrerer Zellen der Vielzahl von Zellen umfassen kann.
Eines der orhergenenden Verfahren, optional weiter umfassend: in einer Suchphase, Bestimmen von ein oder mehreren Schatten-Zellen der Vielzahl von Zellen durch deren Abdunkelung ein Schatten von der Lichtquelle auf die in einem Raum befindlichen Personen geworfen wird, wobei das Bestimmen das Iterieren der Schritte Abdunkeln, Erfassen und Ermitteln für verschiedene Zellen des Panels umfasst.
Eines der vorhergenenden Verfahren, wobei optional in einer Iteration ein Unterbereich von mehreren Zellen des Panels abgedunkelt wird; der Unterbereich von dem Bestimmen von ein oder mehreren Schatten-Zellen ausgeschlossen wird, wenn ermittelt wird, dass kein Schatten auf die im Raum befindlichen Person(en) geworfen wird; und das Bestimmen von ein oder mehreren Schatten-Zellen auf den Unterbereich beschränkt wird, wenn ermittelt wird, dass ein Schatten auf die im Raum befindlichen Person(en) geworfen wird.
Eines der vorhergenenden Verfahren, optional umfassend in einer Abdunkelungs- phase, Abdunkeln der ein oder mehreren Schatten-Zellen zur Reduzierung der Blendwirkung der Lichtquelle auf die im Raum befindlichen Personen; und zyklisches Wiederholen der Suchphase und der Abdunkelungsphase.
Eines der vorhergenenden Verfahren, wobei aus den ein oder mehreren Schatten- Zellen aus den ein oder mehreren vorhergehenden Zyklen die ein oder mehreren Schatten-Zellen für den bestimmten Zyklus prädiziert werden kann.
Eines der vorhergenenden Verfahren, wobei das Verfahren optional umfasst: Ermitteln einer Gesamtaufnahme, welche alle Personen in einem Raum inklusive deren Umgebung umfasst; wobei die Gesamtaufnahme mit abgeschaltetem Panel ermittelt wird; und Bestimmen eines Bereichs der Personen in einem Raum; Bestimmen einer Gesamthelligkeit aus der Helligkeit der Gesamtaufnahme; Bestimmen einer Gesichtshelligkeit aus der Helligkeit der Gesamtaufnahme im Bereich der Personen; und Detektieren einer Blendung der Personen im Raum durch die Lichtquelle auf Basis der Gesichtshelligkeit und der Gesamthelligkeit.
Eines der vorhergenenden Verfahren, optional umfassend: Bestimmen eines Bereichs der Personen in einem Raum; wobei das Erfassen des Bildes der Personen auf die Person und des Gesichtsbereiches beschränkt ist.
In diesem Dokument werden Systeme und Verfahren zur Reduzierung der Blendwirkung von Lichtquellen in Gebäuden beschrieben. Die beschriebenen Systeme umfassen ein selektiv abdunkelbares Panel, sowie einen die in einem Raum be- findlichenPersonen gerichteten optischen Sensor. Sie können mit geringem Aufwand in ein Gebäude eingebaut werden und sind praktisch selbstjustierend. Durch iterative Rückkopplungsverfahren unter synchronisierter Verwendung des Panels und des optischen Sensors können Schatten auf die Personen geworfen werden, welche eine Vielzahl von blendenden Lichtquellen abdunkeln. Dabei werden nur selektiv Bereiche auf dem Panel abgedunkelt, um den restlichen Sichtbereich nicht zu beinträchtigen. Die iterativen Verfahren sorgen für eine kontinuierliche Nachführung der Abdunkelungsbereiche an die Bewegungen der Lichtquellen, und der Bewegung der Personen in einem Raum.
Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen darlegen. Auf Basis der vorliegenden Offenbarung ist es dem Fachmann möglich, diverse Varianten der beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zu erstellen. Diese Varianten, obwohl nicht ausdrücklich beschrieben, werden ebenfalls von diesem Dokument offenbart und werden von den Ansprüchen umfasst.

Claims

Ansprüche 1. Vorrichtung zur Reduzierung einer Blendwirkung mindestens einer Lichtquelle auf eine oder mehrere Personen in einem Raum eines Gebäudes, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
ein abdunkelbares Panel, welches eine Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen umfasst, wobei das Panel an einer Verglasung des Raumes angebracht ist;
einen optischen Sensor, der eingerichtet ist, ein Bild der einen oder der mehreren Personen in dem Raum zu erfassen, und
eine Berechnungseinheit, die mit dem abdunkelbaren Panel und dem optischen Sensor gekoppelt ist, wobei die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist:
i) eine oder mehrere Zellen der Vielzahl von einzelnen abdunkelbaren Zellen des abdunkelbaren Panels abzudunkeln,
ii) den optischen Sensor zu veranlassen, ein Bild der einen oder der mehreren Personen im Raum zu erfassen
iii) auf Basis des Bildes zu ermitteln, ob aufgrund der einen oder der mehreren abgedunkelten Zellen ein Schatten auf die eine oder die mehreren Personen geworfen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinheit ferner dazu ausgebildet ist, eine oder mehrere Schatten-Zellen aus der Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen des abdunkelbaren Panels zu identifizieren, die dazu führen, dass bei Abdunkelung der einen oder der mehreren Schatten-Zellen bei Beleuchtung durch die Lichtquelle ein Schatten auf die eine oder die mehreren Personen geworfen wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinheit ferner dazu ausgebildet ist, die Schritte i bis iii für verschiedene Zellen des Panels zu widerholen, bis ein Schatten auf die eine oder die mehreren Personen geworfen wird.
4. Vorrichtung zur Reduzierung einer Blendwirkung mindestens einer Lichtquelle auf eine oder mehrere Personen in einem Raum eines Gebäudes, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
ein abdunkelbares Panel, welches eine Vielzahl von einzeln abdunkelbaren Zellen umfasst, wobei das Panel an einer Verglasung des Gebäudes angebracht ist;
einen ersten optischen Sensor, der eingerichtet ist, ein erstes Bild der einen oder der mehreren Personen in dem Raum zu erfassen, einen zweiten optischen Sensor, der eingerichtet ist, ein zweites Bild mindestens einer Lichtquelle zu erfassen; und
eine Berechnungseinheit, die mit dem abdunkelbaren Panel, dem ersten optischen Sensor und dem zweiten optischen Sensor gekoppelt ist, wobei die Berechnungseinheit konfiguriert ist:
- den ersten optischen Sensor zu veranlassen, das erste Bild der einen oder der mehreren Personen im Raum zu erfassen,
- auf Basis des ersten Bildes die jeweilige Position der einen o- der der mehreren Personen zu identifizieren,
- den zweiten optischen Sensor zu veranlassen, das zweite Bild der mindestens einen Lichtquelle zu erfassen,
- auf Basis des zweiten Bildes die Position der mindestens einen Lichtquelle zu identifizieren, und
- auf Basis der Position der einen oder der mehreren Personen in dem Raum und der Position der mindestens einen Lichtquelle eine oder mehrere Zellen der Vielzahl von einzelnen abdunkel- baren Zellen abzudunkeln.
5. Verfahren zur Reduzierung einer Blendwirkung mindestens einer Lichtquelle auf eine oder mehrere Personen in einem Raum eines Gebäudes, wobei das Verfahren umfasst:
Abdunkeln eines Bereichs eines abdunkelbaren Panels, wobei das Panel zwischen der einen oder den mehreren Personen und der Lichtquelle angebracht ist,
Erfassen eines Bildes der einen oder der mehreren Personen im Raum, Ermitteln auf Basis des Bildes, ob aufgrund der einen oder der mehreren abgedunkelten Zellen ein Schatten auf die eine oder die mehreren Personen geworfen wird.
6. Verfahren zur Reduzierung einer Blendwirkung mindestens einer Lichtquelle auf eine oder mehrere Personen in einem Raum eines Gebäudes, wobei das Verfahren umfasst:
- Erfassen eines ersten Bildes der einen oder der mehreren Personen im Raum,
- Identifizieren der jeweiligen Position der einen oder der mehreren Personen auf Basis des ersten Bildes,
- Erfassen des zweiten Bildes der mindestens einen Lichtquelle und
- Identifizieren der Position der mindestens einen Lichtquelle auf Basis des zweiten Bildes und
- Abdunkeln eines Bereichs eines abdunkelbaren Panels, das zwischen der mindestens einen Lichtquelle und der einen oder der mehreren Personen angeordnet ist, auf Basis der Position der einen oder der mehreren Personen in dem Raum und der Position der mindestens einen Lichtquelle.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das abdunkelbare Panel eine Zellenmatrix mit einer Vielzahl von separat abdunkelbaren Zellen umfasst; und
das Abdunkeln des Bereichs des abdunkelbaren Panels das Abdunkeln einer oder mehrerer Zellen der Vielzahl von Zellen umfasst.
8. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Lichtquelle eine Lichtquelle außerhalb des Gebäudes, insbesondere eine Sonne oder eine Reflexion der Sonne ist.
9. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abdunkeln der einen oder der mehreren Zellen bzw. des Bereichs, derart erfolgt, dass das Licht der mindestens einen Lichtquelle einen Schatten auf die eine oder die mehreren Personen, insbesondere auf einen Kopf der einen oder der mehreren Personen wirft.
10. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das abdunkelbare Panel eine LCD-Folie ist, die auf eine Verglasung des Gebäudes aufgebracht oder zwischen mehreren Schichten der Verglasung des Gebäudes eingebracht ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, weiter umfassend in einer Suchphase, Bestimmen von einer oder mehreren Schatten-Zellen der Vielzahl von Zellen, durch deren Abdunkelung ein Schatten von der Lichtquelle auf die in einem Raum befindlichen Personen geworfen wird, wobei das Bestimmen ein Iterieren der Schritte Abdunkeln, Erfassen und Ermitteln für verschiedene Zellen des Panels umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei
in einer Iteration ein Unterbereich von mehreren Zellen des Panels abgedunkelt wird; der Unterbereich von dem Bestimmen von einer oder mehreren Schatten-Zellen ausgeschlossen wird, wenn ermittelt wird, dass kein Schatten auf die eine oder mehreren im Raum befindlichen Personen geworfen wird; und
- das Bestimmen von einer oder mehreren Schatten-Zellen auf den Unterbereich beschränkt wird, wenn ermittelt wird, dass ein Schatten auf die eine oder die mehreren im Raum befindlichen Personen geworfen wird.
13. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, umfassend
in einer Abdunkelungsphase, Abdunkeln der einen oder der mehreren Schatten-Zellen zur Reduzierung der Blendwirkung der Lichtquelle auf die eine oder die mehreren im Raum befindlichen Personen; und zyklisches Wiederholen der Suchphase und der Abdunkelungsphase.
14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei aus der einen oder den mehreren Schatten-Zellen aus dem einen oder den mehreren vorhergehenden Zyklen die ein oder mehreren Schatten-Zellen für den bestimmten Zyklus prädiziert werden.
15. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei das Verfahren umfasst
Ermitteln einer Gesamtaufnahme, welche alle Personen in einem Raum inklusive deren Umgebung umfasst; wobei die Gesamtaufnahme mit abgeschaltetem Panel ermittelt wird; und
- Bestimmen eines Bereichs der einen oder der mehreren Personen in einem Raum;
Bestimmen einer Gesamthelligkeit aus der Helligkeit der Gesamtaufnahme;
Bestimmen einer Gesichtshelligkeit aus der Helligkeit der Gesamtauf- nähme im Bereich der einen oder der mehreren Personen; und Detektieren einer Blendung der einen oder der mehreren Personen im Raum durch die Lichtquelle auf Basis der Gesichtshelligkeit und der Gesamthelligkeit.
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