KR20120067355A - 오브젝트의 표현을 개선하기 위한 조명 시스템 및 그 방법 - Google Patents

오브젝트의 표현을 개선하기 위한 조명 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20120067355A
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헤라르트 데 한
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

오브젝트의 표현을 개선하기 위한 시스템은 개선 조명을 제공하기 위한 조명 디바이스(5) 및 오브젝트 상의 조명의 오브젝트에 의한 반사를 기록하기 위한 광 기록 디바이스(1)를 포함한다. 기준 조명은 개선 조명과 혼합된다(8). 반사된 광 내의 정보는 기준 조명에 의한 반사 데이터(1)를 필터링하기 위해 필터링된다(9). 이들 데이터는 처리기(3)에서 개선 조명을 계산하기 위해 이용된다.

Description

오브젝트의 표현을 개선하기 위한 조명 시스템 및 그 방법{ILLUMINATION SYSTEM FOR ENHANCING THE APPEARANCE OF AN OBJECT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 오브젝트(object)의 기록된 이미지 데이터를 생성하기 위한 광 기록 디바이스, 조명 디바이스, 및 기록된 이미지 데이터로부터 개선 조명 데이터(enhancement illumination data)를 생성하기 위한 처리기를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이고, 여기서, 개선 조명 데이터는 오브젝트의 표현(appearance)을 개선하기 위해 오브젝트를 개선 조명으로 조명하도록 조명 디바이스에 제공된다.
조명 시스템들은 점점 더 복잡해지고 있다. 우리는 조명의 밝기 및/또는 색들이 적응가능해진 조명 시스템들의 발전을 목격하고 있다.
서두에서 설명된 시스템은 2008년 8월 10일에 캘리포니아, 마리나 델 레이(Marina del Rey)의 프로캠스 2008(Procams 2008)의 토시유끼 아마노(Toshiyuki Amano) 및 히로까즈 카또(Hirokazu Kato)에 의해 출원된 발명의 명칭이 '프로캠 피드백을 갖는 실 세계 동적인 표현 개선'에 공지되어 있다. 이 공지된 시스템은 조명된 장면으로부터 피드백을 허용하기 위해 카메라를 포함한다. 이러한 피드백은 내부에서 특정 오브젝트들 또는 장면들을 강조하기 위해 이용되었지만, 또한 그림들과 같은 예술작품 오브젝트들의 이미지 개선을 실행하기 위해 이용될 수도 있다. 이 시스템은 현실감을 개선하고 보다 선명하고 생생한 이미지를 제공한다. 본 발명의 개념 내에서, 오브젝트는 조명되는 임의의 오브젝트이다. 이러한 오브젝트들의 예들에는 디스플레이들, 사진들, 그림들, 사람들, 나무들(사람, 나무 등의 혼자 있던 그룹으로 있던지에 상관없이, 전체이던 세그먼트이던지에 상관없이)이 있다.
현실감 개선 조명 시스템의 주요 문제점은 안정적인 결과물을 얻는 것이다. 광 기록 디바이스와 조명 디바이스 간의 피드백 루프는 시스템을 불안정하게 한다. 제한하는 것은 아니지만 이해를 용이하게 하기 위해, 광 기록 디바이스는 이하에서 때때로 카메라고 언급될 것이고, 조명 디바이스는 투영기로 언급될 것이다. 투영기에 의해 오브젝트 상에 투영된 이미지는 오브젝트의 표현을 카메라에 의해 보여지는 것처럼 변화시키고, 이것은 오브젝트 상에 다음 투영된 이미지에 더한 개선을 이끌어내고, 이것은 카메라 등을 통해 보여지는 것처럼 오브젝트의 표현의 더한 변화를 이끌어낸다. 이것은 개선이 계속 증가하는 런어웨이 효과(runaway effect)를 이끌어낼 수 있다.
아마노 등은 그들이 "부분적인 피드백"이라고 언급하는 솔루션을 제공한다. 피드백 게인(feedback gain)은 상당히 낮아진다. 피드백 게인이 낮아짐으로써 런어웨이 효과가 계속 체크된다. 이것이 정적인 장면들에 대하여 매우 안정적인 시스템을 확실히 이끌어내지만, 그것은 개선 시스템을 상당히 지연시키며, 이는 시스템을 동적인 장면들(수술실, 차량 전조등 등)에 부적절하게 만든다. 또한, 공지된 시스템은 주변에서 오브젝트들이 움직이는 것으로 인한 주변환경 조명에의 변화들에 예민하게 반응하고 이미지에서 오브젝트들의 에지들(edges)에 문제들을 일으킨다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들 중 하나 이상을 줄이는 조명 시스템 및 조명 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 조명 시스템은 조명 시스템이 오브젝트를 기준 조명 및 개선 조명의 혼합으로 조명하기 위해 기준 조명을 생성하기 위한 생성기를 포함하고 광 기록 디바이스에 영향을 주는 광으로부터 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 필터링하기 위한 필터를 포함하고, 이 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터는 개선 조명 데이터를 생성하기 위한 처리기에 대한 입력이라는 특징을 갖는다.
발명자들은 조명 시스템이 조명 개선된 장면(즉, 오브젝트가 개선 조명에 의해 조명될 때)으로부터 본래의 장면(즉, 피드백 루프 없이 기준 조명 하의 오브젝트)을 구별해낼 수 있다는 것이 중요하다는 것을 인식하고 있다. 본 발명에서, 기준 조명 하의 오브젝트에 대한 정보는 개선 조명을 제공하기 위해 이용된다. 종래 기술 시스템은 이 가능성을 갖고 있지 않다.
기준 조명으로 인한 반사를 반사된 광으로부터 필터링하는 것과 조합하여, 기준 조명 및 개선 조명의 혼합으로 오브젝트를 조명하고, 추가로, 개선 조명을 생성하기 위해 기준 조명 데이터를 이용함으로써, 피드백 루프의 런어웨이 효과들이 제거된다. 개선 조명은 오브젝트의 기준 조명에 대한 데이터에 기초한다.
바람직하게 필터는 광 기록 디바이스에 의해 기록된 데이터를 필터링하기 위한 데이터 필터이다.
대안적으로, 필터링은 광학적인 차원에서, 즉, 예를 들면, 광 기록 디바이스의 앞쪽의 시간 제어되는 셔터에 의해 행해질 수 있다. 필터링은 필터링으로 선호되는 데이터를 기록했다.
본 발명의 실시예들에서, 조명 시스템은 기준 조명을 생성하기 위한 기준 조명 디바이스 및 개선 조명을 생성하기 위한 개선 조명 디바이스를 포함하고, 여기서, 개선 조명 디바이스에 개선 조명 데이터가 제공된다.
기준 조명 및 개선 조명을 위한 2개의 개별적인 조명 디바이스들을 이용하면, 기준 및/또는 개선 조명 또는 조명 디바이스에 부과되는 임의의 물리적인 요구사항도 다른 조명 또는 조명 디바이스에 영향을 주지 않고/않거나 제한사항들을 부여하지 않는다는 이점이 있다.
2개의 개별적인 조명 디바이스들이 이용되어야 하는 것의 단점은 정렬 문제들을 야기할 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 기준 조명 디바이스 및 개선 조명 디바이스는 공통의 광학 유닛을 공유한다.
이는 2개의 광원들 간의 정렬 문제들을 줄여준다.
전술된 실시예들에서는, 2개의 개별적인 조명 디바이스들이 이용되고, 기준 및 개선 조명의 혼합이 광학적인 차원에서, 즉, 2개의 광학적인 소스들로부터 오브젝트 상에 비춤으로써 만들어진다.
혼합은 또한, 바람직한 실시예들에서, 조명 디바이스들의 수를 줄이는, 공통의 조명 디바이스를 이용함으로써 만들어질 수 있다. 기준 및 개선 조명을 생성하기 위해 공통의 조명 소스를 이용함으로써, 시스템의 복잡성이 줄어든다.
이러한 실시예들에서, 조명 시스템은 바람직하게, 시스템이 기준 조명 데이터를 제공하기 위한 기준 신호 수단 및 개선 조명 데이터와 기준 조명 데이터를 혼합하기 위한 혼합기를 포함하고, 기준 조명 데이터와 개선 조명 데이터의 혼합은 공통의 조명 디바이스에 제공된다는 특징을 갖는다. 바람직하게, 시스템은 기록된 이미지 데이터로부터 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 필터링하기 위한 필터를 포함하고, 여기서, 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터는 개선 조명 데이터를 생성하기 위한 처리기에의 입력이다.
기준 데이터 및 조명 데이터를 조명 디바이스에 송신하기 전에 그들을 혼합하고 기준 조명과 이미지 개선 조명의 혼합을 방출하도록 공통의 조명 디바이스를 이용하면, 공통의 조명 디바이스가 이용되더라도, 시스템은 조명 개선된 상황으로부터 기준 조명 상황을 구별해낼 수 있다. 둘 이상의 조명 디바이스들이 이용되는 실시예들에서, 기준 조명으로부터의 결과물들은 개선 조명에 대한 입력으로서 이용된다. 바람직하게, 기록하는 측에, 기록된 데이터로부터 기준 조명에 대한 데이터를 필터링하기 위해 필터가 제공된다.
모든 실시예들에서, 동적인 장면들에서 특별히 중요한 조명 개선을 제공할 수 있는 한, 피드백 루프의 런어웨이 효과들은 피해지거나 적어도 계속 체크될 수 있다. 본 발명의 개념 내에서, 혼합하는 것은 광학적인 차원에서든지(즉, 둘 이상의 조명 디바이스를 이용함으로써) 또는 전기적인 차원에서든지에 상관없이(즉, 전기 신호들을 공통의 조명 디바이스에 송신하기 전에 그들을 혼합함으로써) 신호들을 혼합하는 모든 방식들을 이용한다. 이러한 혼합 방법들은 시간 및 공간적인 변조, 시간 다중화 신호들 뿐만 아니라, 교번하는 신호들의 가산을 포함한다. 이러한 방법들은 기준 및 개선 조명의 혼합으로부터 기준 조명을 필터링하기 위해, 필터가 기간, 시간적인 주파수, 또는 공간적인 주파수에 기초한 필터링이던지에 상관없이, 그리고, 광학적 차원이던지 또는 전기적 또는 전자적 차원이던지에 상관없이, 기록되는 측에 필터를 적용하는 것을 허용한다.
일 실시예에서, 시스템은 기준 조명으로 개선 조명을 시간 다중화하기 위한 다중화기를 포함하고, 필터는 기록된 이미지 데이터를 시간 역다중화하기 위한 역다중화기를 포함한다.
역다중화는 기록된 이미지 데이터 상에 시간 필터를 적용하는 것과 같다. 어떤 타임 슬롯들에 대하여, 기록된 데이터는 오브젝트의 기준 조명에 대응하고, 다른 타임 슬롯들에 대하여는 개선 조명에 대응한다.
대안적으로, 시스템은 시간적인 차원에서 기준 조명으로 개선 조명을 변조하기 위한 변조기를 포함하고, 필터는 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 제공하기 위해 기록된 이미지 데이터를 시간 복조하기 위한 시간 복조기를 포함한다. 이는, 변조가 홀수 각각 짝수 프레임들로부터 기준 데이터를 가산 및 감산함으로써 실행되는 경우에, 또는 그 반대일 때, 오브젝트의 기준 조명이, 예를 들면, 홀수 및 짝수 프레임들의 차로부터 결정되는 것을 허용한다. 시간적인 복조는 필터링의 한 형태이다.
또 다른 구현에서, 혼합기는 기준 조명으로 개선 조명을 공간적으로 변조하기 위한 변조기를 포함하고, 필터는 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 제공하기 위해 개선된 장면의 이미지를 공간적으로 복조하기 위한 복조기를 포함한다. 공간적인 복조는 필터링의 한 형태이다.
기준 조명은 바람직하게 균일한 조명이다.
이미지의 투영은 동시에 완벽한 이미지가 투영되는 한 방식으로, 또는 화소들이 스캔되거나 이미지의 선들이 스캔되는 스캔 방식으로 행해질 수 있다.
실시예들의 조합들도 또한 가능하다.
바람직한 실시예들에서, 조명 시스템은 오브젝트 종속적인 조명을 오브젝트와 함께 정렬하는 것을 허용하도록 구성된다.
처리에서 기준 조명을 이용하는 것은 피드백 루프에서 런어웨이 효과로 인한 변동들의 문제점을 제거하지만, 완전히 균일한 기준 조명은 그것을 주변에서 또한 투영된 이미지 및 기록된 이미지의 화소들 간의 관련성을 찾아내는 것을 불가능하게 한다. 즉, 조명 화소들 및 기록된 이미지 화소들을 정렬하는 것은 어렵다. 정렬을 허용하도록 조명 시스템을 구성함으로써, 이 단점이 해소된다.
실시예들에서, 공통의 광학 시스템이 조명 디바이스 및 기록 디바이스를 위해 이용된다. 공통의 광학 시스템을 이용함으로써 잘못 정렬되는 것의 위험이 줄어든다.
바람직한 실시예들에서, 기준 조명에 공간적인 마커들(markers)이 제공되고 하나 이상의 이미지들이 기록되고 이미지들은 공간적인 마커들을 찾기 위해 분석된다. 기준 조명에 공간적인 마커들을 포함시킴으로써, 조명 및 기록된 이미지의 화소들 간의 관련성이 분석될 수 있고, 이 관련성은 투영을 오브젝트와 정렬하기 위해 이용될 수 있다.
공간적으로 변조된 패턴은 개선 조명을 기록하는 광의 정렬을 등록하기 위해 정렬 마커들을 제공하는데 이용될 수 있다.
대안적으로, 조명 디바이스의 화소들에는 구별 신호가 제공될 수 있다.
대안적으로, 조명 디바이스의 화소들은 사람 눈에는 보이지 않지만 광 기록 디바이스에는 탐지가능한 광을 방출하도록 만들어질 수 있다.
화소들 중 몇몇은 자외선을 방출하도록 만들어질 수 있다. 이것은 사람 눈에는 보이지 않지만, 적외선 탐지 능력들을 갖춘 카메라에는 보일 수 있다. 이는 오브젝트에 조명을 정렬시키는 것을 허용한다.
정렬 마커들의 강도가 높을수록, 더욱 양호한 정렬이 실행될 수 있다.
실시예들에서, 시스템은 단일 기록 디바이스 및 다수의 조명 디바이스들을 포함하는데, 여기서, 조명 디바이스들의 기준 조명들은 구별가능하다.
이러한 실시예들에서, 단일 기록 디바이스는 둘 이상의 오브젝트의 조명 또는 단일 오브젝트로부터의 여러 측면들의 조명을 모니터링하기 위해 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 기준 조명과 개선 조명의 혼합은, 총 조명의 평균이 실질적으로 개선 조명의 평균과 같도록 하기 위한 것이다. 이러한 실시예들에서, 기준 조명의 평균은 실질적으로 0이다. 그 평균은 시간적이거나 이미지에 대한 것일 수 있다. 이것은 사람 눈에 대한 기준 조명의 가시성을 낮춘다.
본 발명에 따른 방법은 오브젝트를 조명하기 위한 방법으로서, 여기서, 이미지는 오브젝트의 기록된 이미지 데이터를 생성하기 위한 오브젝트의 기록이고, 오브젝트의 이미지는 조명 데이터를 이용하여 오브젝트 상에 투영되고, 오브젝트는 기준 조명과 개선 조명의 혼합으로 조명되고, 기록된 이미지는 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 제공하도록 필터링되고, 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터는 조명을 생성하기 위해 이용된다.
본 발명의 이들 및 추가의 양태들은 첨부된 도면들을 참조하여 예로서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 조명 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 공지된 조명 시스템을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 조명 시스템의 실시예를 나타내는 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 조명 시스템의 실시예를 나타내는 도면들.
도 6은 시간적인 변조를 이용한 실시예를 나타내는 도면.
도 7은 시간적인 변조를 이용한 홀수 프레임 및 짝수 프레임들 내의 신호들을 개략적으로 나타내는 도면.
도 8은 공간적인 2차원 패턴을 이용한 이점을 나타내는 도면.
도 9는 이미지가 스캔에 의해 만들어진 실시예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 10은 기록 디바이스 및 조명 디바이스가 공통의 광학 시스템을 공유하는 실시예를 나타내는 도면.
도 11은 추가의 바람직한 실시예를 나타내는 도면.
도 12 및 도 13은 시스템이 하나 이상의 조명 디바이스들을 포함하는 실시예를 나타내는 도면들.
도 14 및 도 15는 공간적인 변조가 이용된 실시예를 나타내는 도면들.
도 16은 개별적인 기준 및 개선 조명 디바이스들을 이용한 실시예를 나타내는 도면.
도 17은 광 기록 디바이스가 다수의 포토 센서들을 포함하는 실시예를 나타내는 도면.
도면들은 크기에 맞춰 그려진 것은 아니다. 일반적으로, 같은 구성요소들은 도면들에서 같은 도면 부호들로 표시된다.
도 1은 조명 시스템을 나타낸다. 조명 시스템은 오브젝트의 반사된 이미지를 캡처하기 위한 광 기록 디바이스, 이 예에서는 카메라(1)를 포함한다. 이 예에서, 오브젝트는 산의 사진이다. 기록된 신호(2)가 처리기(3)로 전송된다. 처리기(3)는 개선 조명 디바이스(5)를 제어하기 위한 신호(4)를 생성한다. 이 조명 디바이스는 오브젝트 상에 이미지를 투영할 수 있다. 조명 디바이스(5)는 사진의 이미지를 사진에 투영한다. 이 방식으로, 사진의 이미지는 개선될 수 있다. 본래의 사진을 투영된 사진과 중첩함으로써 이미지의 대비 및 범위가 개선된다. 밝은 부분들은 표현에서 더욱 밝아진다.
도 2는 아마노 등으로부터 공지된 시스템을 나타낸다. 감마 곡선 보정이 사슬에 도입된다. 도면에 나타나진 않았지만, 사실 피드백 게인(G)도 또한 시스템에 도입된다. 피드백 게인은 피드백 루프의 수렴 속도를 개선하고 출력 전력의 오버플로우(overflow)를 피하도록 선택된다. 도면의 우측에의 선은 광이 방출되고 광이 투영되는 표면을 매우 개략적으로 나타낸다. 다음 도면들에는 나타나지 않았지만, 감마 곡선 보정의 이용은 또한 본 발명의 하나 이상의 또는 임의의 실시예들에 적용될 수 있다.
아마도 이 공지된 시스템은 정적인 장면들에 대하여 매우 안정적인 시스템을 이끈다. 그러나, 그것은 개선 시스템의 상당한 지연을 도입하며, 이는 그 시스템을 동적인 장면들(수술실, 차량 전조등 등)에 부적절하게 만든다. 표시된 반응 시간은 0.44초이다. 또한, 발명자들이 본 바와 같이, 시스템은 주변에서 오브젝트들이 움직이는 것으로 인한 주변환경 조명에의 변화들에 예민하게 반응하고 오브젝트 내의 오브젝트들의 에지들에 문제점들을 갖는다. 비록 작은 변동들이지만 오브젝트의 에지들 주변에서 이미지를 흔들리게 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 나타낸다.
개선 조명 데이터를 포함하는 개선 신호(4)에 기준 조명 데이터를 포함하는 기준 신호(7)가 혼합된다. 시스템은 이 기준 신호(7)를 생성하기 위한 기준 신호 생성기(6)를 포함한다. 혼합기(8)는 이 기준 신호를 개선 신호(4)와 혼합한다. 혼합된 신호는 투영기(5)로 인도되고 이미지가 투영된다. 따라서, 카메라(1)에 의해 수신된 이미지는 개선 신호(4)와 기준 신호 생성기(6)에 의해 생성된 기준 신호(7)의 2개의 신호들의 혼합 결과물이고, 즉, 오브젝트의 조명은 기준 조명과 개선 조명의 혼합이다. 시스템은 기준 조명의 오브젝트에 의한 반사로 인해 기준 신호(7)에 의해 유발된 이미지 데이터(10)를 필터링하기 위한 필터(9)를 포함한다. 이미지 데이터(10)를 포함하는 이 신호는 처리기(3)에 인도된다.
발명자는, 투영기가 카메라에 의해 보여진 오브젝트의 표현을 변화시켜, 이것이 오브젝트에 다음 투영된 이미지의 다른 개선을 이끌어 낼 수 있는 등이므로, 카메라와 투영기 간의 피드백 루프는 시스템을 불안정하게 한다는 것을 인식한다. 피드백 루프의 개선은 조명의 변동을 유발할 수 있으므로, 상황을 불안정하게 한다.
본 발명의 도 3의 일 실시예에서, 투영기는 기준 조명, 예를 들면, 균일한 백색 광 조명을 생성하기 위해 이용된다. 기준 조명을 만들기 위한 신호는 기준 조명 생성기(6)에 의해 생성되고 처리기(3)로부터 오는 개선 조명을 생성하기 위한 신호와 혼합된다. 카메라에 의해 수신된 신호로부터 기준 조명에 대한 응답을 필터링함으로써, 안정적인 상황이 얻어진다. 기준 반사된 이미지 신호(10)는 개선 신호(4)를 생성하기 위해 이용된다. 기준 반사된 이미지 신호(10)는 공지된 것이고 안정적인 신호 변동들은 없어지거나 적어도 상당히 준다.
혼합의 일 실시예가 도 4 및 도 5에 나타난다. 이 실시예에서, 혼합기(7) 이후에 신호가 이윽고 다중화된다. 상대적으로 짧은 기간이 기준 조명에 할당되고, 나머지 시간에, 개선 신호(4)가 투영기(5)로 전송된다. 혼합기는 다중화기(MUX)를 포함하고, 시스템의 수신부에의 필터는 대응하는 역다중화기(DEMUX)를 포함한다.
카메라에서, 이미지가 또한 타임 슬롯들 내에 수집되고, 기준 조명에 대응하는 타임 슬롯이 존재한다. 카메라에 의해 수신된 이미지 신호(4')는 개선 신호(4)에 대응하고; 신호(7')는 기준 신호(7)에 대응한다. 처리기(3)에서 이용되는 것이 타임 슬롯의 신호(7)이다. 이 도면에서, 이것이 계단식으로된 선에 의해 개략적으로 도시된다. 개선 신호(4)에 대응하는 신호의 부분에 0이 곱해지고, 기준 신호(7)에 대응하는 부분에는 인자 1이 곱해진다. 이것은 카메라부에서 기록된 이미지 신호를 시간-역다중화하는 것이다. 카메라는 또한 개선 신호로부터의 이미지를 수신하고, 보다 복잡한 시간 역-다중화를 이용함으로써, 이 신호가 또한 격리될 수 있다는 것이 주의된다. 실시예들에서, 이 개선 신호는 또한, 예를 들면, 이미지 개선 효과들을 체크하거나 미세 조정할 목적을 위해, 처리기(3)로 전송되고 처리기(3)에 의해 분석될 수 있다. 이 실시예에서, 시간 다중화의 하나의 타임 슬롯은 기준 신호를 위해 이용되고, 나머지는 개선 신호를 위해 이용된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는, 홀수/짝수 이미지들에 기준 신호를 가산/감산함으로써 개선이 시간적인 차원에서 변조된다. 짝수 이미지들은 개선 신호(4) + 기준 신호(7)에 의해 형성된 신호에 의해 유발된 이미지를 보여주지만, 홀수 이미지들은 개선 신호(4) - 기준 신호(7)에 의해 형성된 신호에 의해 유발된 이미지를 보여준다.
이는 도 6에 개략적으로 나타난다. 혼합기(8)는 각각 홀수 및 짝수 프레임들 내의 개선 신호(4)에 짝수 조명을 나타내는 기준 신호(7)를 가산하고, 각각 홀수 및 짝수 프레임들 내의 개선 신호(4)로부터 짝수 조명을 나타내는 기준 신호(7)를 감산한다. 이 실시예에서, 필터(9)는 시간 지연(11) 및 감산기(12)를 포함한다. 감산기(12)에서, 연속한 프레임들의 2개의 신호들이 감산된다. 이미지 신호들 중 하나는 개선 신호(4) + 기준 신호(7)에 의해 형성되고, 다른 이미지 신호는 개선 신호 - 기준 신호(7)에 의해 또는 개선 신호만으로 형성된다.
홀수 및 짝수 프레임들의 2개의 신호들의 감산은 개선 신호(4)를 제거하고, 기준 신호(7)만을 또는, 더욱 정확하게, 2개의 기준 신호(7)를 남긴다. 차이 신호(difference signal)는 사실 짝수 프레임으로부터 홀수 프레임을 감산했는지 또는 홀수 프레임으로부터 짝수 프레임을 감산했는지에 따라, 2개의 값들, 즉 + 또는 -의 2배의 기준 신호를 제공한다는 것이 주의된다. 차이 신호의 절대값은 처리기(3)에 제공될 수 있다. 감산기는 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 제공하기 위해 기록된 이미지 데이터를 시간 복조하는 기능을 갖는다. 도 6의 방식을 일반화하면, 그 방식은 시간 변조기를 포함하고, 여기서, 개선 신호가 기준 신호에 의해 시간 변조된다. 기록하는 단에서, 시간 복조기가 기록된 신호의 시간 복조를 위해 제공되어, 기준 이미지 신호, 즉, 공지된 기준 조명에 의한 이미지를 제공한다. 이 기준 신호(10)는 그 후 처리기(3)에서 이용된다.
보다 복잡한 실시예들에서, 모션 보상이 홀수와 짝수 프레임들 간의 이미지의 부분들의 시간적인 모션을 보상하기 위해 적용될 수 있다.
개선 신호(4)에 의해서만 유발된 이미지는 홀수 및 짝수 프레임들을 가산함으로써 발견될 수 있다는 것이 주의된다. 이 오브젝트 반사된 개선 신호는 또한 추가의 분석을 위해 처리기(3)에 송신될 수 있다.
도 4 및 도 5의 실시예들 모두에서, 기준 이미지 신호(10)가 생성되어 개선 신호(4)를 제공하기 위해 처리기(3)로 전송된다.
기준 신호가 대안적으로 가신 및 감산되는 도 6의 실시예의 이점은, 평균 강도 및 색이 거의 또는 아예 변하지 않는다는 것이다. 바람직하게, 기준 조명은 개선 조명의 단지 작은 일부분이다. 대안적으로 기준 신호가 개선 신호에 가산 및 감산되는 실시예들에서, 개선 신호는 기준 값과 같은 최소 값을 가져야 할 것이다. 변화는 홀수 프레임들에서는 기준 신호를 가산하지 않고 짝수 프레임들에서는 기준 신호를 가산하는 것이다. 이것은 개선 신호의 최소 값에 대한 제한사항들을 없앨 것이다. 그러나, 그것은 평균 강도 및 색에 영향을 줄 것이다.
약간 더욱 복잡한 시스템은 프레임에 대한 개선 신호 상에 연속한 프레임에 대한 양 및 음의 신호와 음 및 양의 신호를 갖는 공간적으로 교번하는 지역들의 패턴을 중첩하기 위해 수단을 포함한다. 이러한 패턴의 예는 바둑판 패턴이다. 이것은 개선 신호에 기준 신호를 부가한 것의 가시성을 줄일 것이다. 가시성은 이윽고 패턴들의 위치를 편이시키거나 다양한 패턴들을 연속하여 이용함으로써 더욱 줄어들 수 있다. 꿀벌 구조의 패턴 또는 임의의 다른 반복적인 패턴이 또한 이용될 수 있다. 간단한 일 실시예에서, 조명 디바이스의 인접한 화소들은 바둑판 패턴을 형성한다.
연속한 이미지 신호들을 감산함으로써, 개선 신호는 또 다시 제거되고, 오직 기준 신호만이 남는다.
패턴, 예를 들면, 바둑판 패턴을 이용하는 것은 투영된 이미지의 화소의 영향이 기록된 이미지 상에서 추적가능하다는 추가의 이점을 갖는다. 기준 조명이 투영기 전체에 대한 간단한 균일 조명인 시스템을 이용하는 것은, 기록 디바이스에 의해 보여지는 이미지 및 투영된 이미지 내의 화소들 간의 관련성을 추적하지 못하게 한다. 투영된 이미지와 기록된 이미지들 간의 정렬 문제들은 추적될 수 없고 해결될 수 없다. 예를 들면, 바둑판 패턴과 같은 패턴을 이용하는 것은 이미지 상에 투영된 이미지를 정렬하는 것을 허용한다.
임의의 유형의 정렬 마커들이 이 목적을 위해 이용될 수 있지만, 패턴이 공지된 상대적인 위치들에 다수의 마커들을 제공하기 때문에, 투영된 기준 신호 내의 공간적인 패턴은 이를 실행하기 위한 유용하고 간단한 수단이다.
기준 신호에 마커들을 제공하기 위한 다른 옵션은, 화소들 중 몇몇이 사람 눈에는 보이지 않지만 카메라에는 감지되는 예를 들면, 적외선 또는 자외선과 같은 광을 방출하게 하는 것이다.
도 7은 홀수 프레임에서 기준 바둑판 패턴 + 개선 신호(4)이고, 짝수 프레임에서 홀수 프레임의 음의 기준 신호 + 개선 신호(4)인 (또는 그와 반대) 신호를 개략적으로 나타낸다. 도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 2개의 신호들을 감산하는 것은 기준 신호를 제공할 것이다. 이 신호는 그 후 처리기(3)로 전송된다. 도 7에, 강도가 바둑판 패턴으로 변조되는 것이 개략적으로 나타나 있다. 2개의 신호들의 차의 절대값은 기준 이미지 신호를 제공한다.
바람직한 실시예들에서, 홀수/짝수 프레임 기준 패턴들에서 다른 색들(예를 들면, 파랑 및 빨강)을 증가/감소시키면서 소정의 색(예를 들면, 녹색)을 감소/증가시킬 수 있다. 이 증가는, 다수의 프레임들에 걸쳐 색 변화들이 평균되면서, 한 프레임에 걸쳐 휘도가 전혀 변하지 않도록 선택될 수 있다.
사람 시청자들은 휘도 변화들보다 색 변화들에 덜 민감하다. 또 다시, 이 실시예는 임의의 공간적인 패턴에서 이용될 수 있거나, 어떠한 패턴도 기준 신호에 대하여 이용되지 않더라도, 시간 다중화 일 실시예에서 또한 이용될 수 있다. 공간적인 패턴을 편이함으로써 가시성이 추가로 감소될 수 있다. 예를 들면, 표시된 패턴을 갖는 홀수 및 짝수 프레임을 이용하고 그 후 그 패턴을 홀수 및 짝수 프레임들의 다음 쌍들에 대하여 반 블록 편이할 수 있다. 그것은 패턴들의 임의의 가시성을 줄일 것이다. 그러나, 그것은 기준 신호의 가능한 측정들을 또한 줄일 것인데, 이는 홀수 및 짝수 프레임들의 모든 쌍들이 이러한 측정들의 위해 이용되지 않을 수 있기 때문이다.
도 8은 공간적인 2차원 패턴을 이용하는 이점을 나타낸다. 패터닝된 변조를 이용하는 이점은 패턴이 카메라로부터의 이미지 및 투영된 이미지를 등록하기 위해 이용될 수 있다는 것이다. 투영 면의 깊이 변화들 및 카메라와 투영기의 가능한 상이한 시야각 때문에, (카메라에 의해) 관찰된 투영된 패턴은 일반적으로 바둑판 패턴처럼 보이지 않을 것이다. 모션 측정 기술들을 이용하면, 국부적인 변위를 확실히하고 카메라 이미지를 뒤틀어, 투영기로부터의 투영을 이미지가 투영되는 오브젝트에 최적으로 매치하게 할 수 있다. 이 경우에, 공간적인 패턴의 지역들 간의 경계들에 의해 형성되는, 이미지 내의 마커들은 이러한 매칭을 허용한다. 앞서 설명된 바와 같이, 차이 신호는 기준 신호의 2배의 진폭을 갖는 바둑판 패턴에 제공할 것이고, 이는 지역들 간의 경계들을 구별가능하게 하고 이에 따라 정렬을 가능하게 한다. 보다 복잡한 패턴들, 예를 들면, 4개의 패턴들을 제공함으로써 보다 진보된 정렬이 가능하고, 여기서, 패턴들의 합은 같은 조명이다. 이는 다소 긴 패턴들의 연속을 요구하지만, 보다 진보된 정렬을 허용한다.
앞서의 실시예들은 신호들의 시간 다중화 또는 가산을 나타낸다.
본 발명은 이들 예들에 제한되지 않는다.
예를 들면, 앞서의 2개의 실시예들의 혼합은 또한 본 발명에 속하는 다음의 방식이고, 시간 다중화는 약간 다른 방식으로 이용된다:
- 제 1 타임 슬롯 또는 다수의 타임 슬롯들에서는, 개선 신호만이 방출되고,
- 제 2 타임 슬롯 또는 다수의 타임 슬롯들에서는, 개선 신호 + 기준 신호가 방출된다.
2개의 타임 슬롯들은 길이가 같으므로, 개선 신호의 통합 강도는 같고, 및/또는 기록된 신호들은 곱해지므로, 개선 신호의 통합 강도는 같다. 기록하는 단에서, 신호들은 역다중화되고 서로로부터 감산되어 기준 신호만이 남는다. 2개의 타임 슬롯들이 같이 않으면, 예를 들면, 제 1 타임 슬롯에 대한 기간(t1) 및 제 2 타임 슬롯에 대한 기간(t2)이 같지 않으면, 기준 신호는 제 1 신호에서 t1/t2 * 제 2 신호를 감산함으로써 얻어질 수 있다.
도 4의 것에 비해 이 실시예의 이점은 보다 강한 기준 신호가 제공될 수 있다는 것이다. 도 6의 연속한 프레임들을 감산하는 것에 비해 이점은 시간 지연이 필요하지 않고 프레임들 동안의 시간에 이미지 내의 오브젝트들의 모션에 대한 문제점들이 아예 또는 거의 없다는 것이다. 감산된 2개의 신호들은 하나 및 같은 프레임들로부터 생성되므로, 모션 보상 또는 고려할 시간 차가 없다.
더한 추가의 시간 다중화 예가 다음과 같다:
- 길이 t1인 제 1 타임 슬롯에서, 기준 조명 신호가 기준 데이터로부터 방출, 유도된다.
- 길이 t2인 제 2 타임 슬롯에서, 개선 조명 - t1/t2배 기준 조명 신호가 방출된다. 이것은 이 타임 슬롯 동안 조명 데이터 - t1/t2배 기준 데이터와 같은 조명 장지 데이터를 제공함으로써 실행될 수 있다.
오브젝트의 총 조명은 다음과 같다:
t1*(기준 조명) + t2 * (개선 조명 - t1/t2 * (기준 조명))= t2 * 개선 조명
기준 조명은 평균적으로 오브젝트의 조명에 영향을 주지 않는다. 빠른 변동들을 따라가지 못하는 사람 눈은 기준 조명을 보지 않는다.
본 발명은 다양한 기술 분야들에서 이용될 수 있다:
응용 분야들에는 실내 조명, 상점 조명, 수술실 조명, 차량 전조등과 같은 응용들을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
강조, 대비, 및 색은, 예를 들면, 거실, 박물관, 또는 미술관 내의 사진들, 포스터들, 또는 조각상들에 대해 모두 개선될 수 있다. 일반적으로, 실내의 모든 오브젝트는 본 발명에 의해 개선될 수 있고, 이것은 또한, 광 에너지가 의도치않게 장면 부분들 상에 누출되지 않기 때문에, 경제적으로(녹색) 보일 수 있다. 실시예들에서, 시스템은 적어도 오브젝트의 위치에서 흡수되는 그러한 색들을 방출하도록 구성되며, 따라서, 조명 효과의 효율을 높인다. 이 경우에, 저-에너지 조명은 시각적인 개선뿐만 아니라 목표이다.
상점 주변에서, 개선 조명은 특정 제품들에 대한 매력 또는 주의 값을 높이기 위해 이용될 수 있다. 사각형 영역들 뿐만 아니라, 임의의 모양들의 강조 스팟들이 이용될 수 있다는 것이 주의된다. 상점 주변의 일 실시예에서의 시스템은 사람이 디스플레이를 따라 걸을 때 그 사람을 추적하고 이에 따라 투영된 이미지를 조정할 수 있다.
수술실에서, 개선 조명은 의사의 시야를 개선하기 위해 이용될 수 있다.
차량 전조등에서, 실시예들에서, 카메라 피드백을 갖는 화소로 이루어진 광원은 열악한 날씨 조건들에서 운전자의 시야를 개선하기 위해 이용된다. 이러한 조건들에서, 안정적인 개선된 조명이 매우 중요하다. 전조등은 그 후, 예를 들면, 도로 측을 따라 표지판들 또는 나무들과 같은 오브젝트들을 비춘다.
극장들 내에서의 및 음악 공연들에 대한 아직 추가의 응용이 있다. 예를 들면, 강조되는 오브젝트는 무대 위에서 움직이고 있는 가수 또는 연기자이다. 이러한 응용들에서, 개선 신호(4), 즉, 개선 조명이 행해지는 알고리즘은 고정될 필요가 없지만, 예를 들면, 시간, 무대 위의 위치, 또는 공연되는 음악 작품에 따른다. 또한, 처리가 연기자를 세분화하고 (일반적으로 모든 주목할만한 오브젝트에서) 관련된 장면 세그먼트들에만 광을 방출하기 위해 (조정가능한-스팟 스팟광, 또는 추적하는 스팟) 이용될 수 있다.
조명 디바이스는, 장치가 이미지를 투영할 수 있는 한 다양한 유형들일 수 있고 이미지의 부분들의 조명을 조정할 수 있다. 투영은 오브젝트와 세부적으로 같지 않아도 된다. 다소 거친 투영된 이미지도 또한 작동할 수 있다. 조명 디바이스가 시청자의 분해능에 비해 매우 낮은 분해능을 가지면, 그것은, 예를 들면, 광학적으로 개선 이미지를 흐릿하게 하기 위해 이로울 수 있다. 조명 디바이스는, 예를 들면, LCD 투영기와 같이 이미지를 전체로서 투영하는 유형 또는 화소들을 스캔하거나 이미지 선들을 스캔함으로서 이미지를 투영하는 유형일 수 있다.
실시예들의 조명 디바이스는 광원으로부터의 광을 공간적으로 변조하기 위한 광 밸브(LCD, DMD) 장치를 포함한다.
실시예들의 조명 디바이스는 오브젝트 상에 비춰진 광을 공간적으로 변조하기 위한 스캔 변조된 광 빔 생성기(LED 또는 LED-레이저) 장치를 포함한다.
실시예들에서 조명 디바이스는 오브젝트 상에 비춰진 광을 공간적으로 변조하기 위한 변조된 광 빔 생성기들(LED들 또는 LED-레이저들) 장치의 스캔 선형 어레이를 포함한다.
기록 디바이스는 많은 유형들 중 하나일 수 있으며; 실시예들에서, 기록 디바이스는 CCD, CMOS와 같은 이미지 센서 장치를 포함한다. 다른 실시예에서, 기록 디바이스는 스캔된 장면으로부터 제때에 특정 지점에서 반사된 광의 양을 탐지하기 위한 포토 다이오드와 같은 포토 센서 또는 스캔된 장면으로부터 제때에 특정 지점에서 반사된 광의 양을 탐지하기 위한 포토 센서들의 선형 어레이를 포함한다.
특정한 유익한 실시예는 화소로 이루어진 램프를 포함하는 투영기에 의해 형성된다. 조명 시스템들은 강도의 관점에서 적용가능해졌고, 보다 최근에는 또한 발광 다이오드(LED) 램프의 도입으로 색의 관점에서 적용가능해졌다. LED는 (저-해상도) 이미지/환경 투영을 허용하는 화소로 이루어진 램프들을 이용하여 밝기 및 색의 관점에서 매우 빠르게 제어될 수 있다. 화소로 이루어진 램프들에서, 램프들은 LED들과 같은 다수의 작은 램프들로 이루어지고, 여기서, 램프들은 이미지를 투영한다.
도 9는 이러한 이미지를 나타낸다. 도 9에서 좌측에서 우측으로 가는 선들에 의해 개략적으로 나타내진 바와 같이, 이미지들은 연속하여 스캔되는 다수의 화소들의 선들로 이루어진다. 예를 들면, 이동하는 거울을 갖는 레이저 장치는 한 선씩 스캔함으로써 이미지를 구성하기 위해 이용될 수 있다. LED들을 이용하는 화소로 이루어진 램프도 또한 이 목적을 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 이미지는 한 선씩 보여질 수 있고, 선들은 이미지의 상부에서 아랫쪽으로 스캔된다.
투영된 이미지의 개개의 화소들이 스캔되면, 개개의 화소들은 기록된 이미지 내에서 구별가능하며, 이는 정렬 목적들을 위해 이롭다. 대부분의 화소들이 항상 오프(off)인 것이 단점이다.
시간 다중화는 기준 조명을 제공하기 위해 기준 신호를 갖는 이미지의 화소 또는 선을 주사하는 것이 뒤따라지는 개선 조명을 제공하기 위해 개선 신호를 갖는 이미지의 같은 화소 또는 선을 스캔하고, 신호들을 역다중화하고 기록된 이미지 신호로부터 기준 신호, 즉, 오브젝트 상의 기준 조명의 반사를 추출하기 위해 이미지를 개별적인 타임 슬롯들에 기록함으로써 행해질 수 있다.
또한 도 6에 개략적으로 나타낸 바와 같이 기준 신호로서 개선 신호의 시간 변조를 이용하고 상이한 프레임들로부터 기록된 신호들을 감산함으로써 기록된 신호로부터 기준 신호를 추출할 수 있다.
앞서 도면들에서, 조명 디바이스(5) 및 기록 디바이스(1)는 개별적인 유닛들로 도시된다. 바람직한 실시예에서, 조명 디바이스(5) 및 기록 디바이스(1)는 공통의 광학 시스템을 공유한다. 도 10에, 이러한 실시예가 개략적으로 도시된다. 투영된 광은, 거울(M1) 및 부분적으로 반사하고 부분적으로 전송하는 거울(M2)을 통해, 공통의 렌즈 시스템(L)을 통해 전송된다. 이미지는 같은 렌즈 시스템(L) 및 부분적으로 전송하는 거울(M2)을 통해 기록된다. 공통의 광학 시스템을 이용하는 것은 투영된 이미지 및 기록된 이미지의 정렬에 관련하여 문제점을 적게 일으키고 보다 콤팩트한(compact) 디자인을 만들어내는 이점이 있다.
도 11은 더욱 바람직한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 3개의 신호들이 구별가능하다.
- 기준 신호(7a, 7a')
- 개선 신호(4, 4')
- 조명 디바이스에 의한 것이 아니라, 예를 들면, 태양광에 의한 신호(7b, 7b').
조명 신호가 기준 신호로 프레임에서 프레임으로 변조되는 실시예들에서, 예를 들면, 인입하는 태양광과 같은 다른 광들에 의한 임의의 신호는 신호(10)에 영향을 주지 않거나 매우 제한된 양의 영향만을 줄 것인데, 이는 인입하는 태양광이 모든 프레임들에 대략 같은 정도의 영향을 주고 이에 따라 감산 동안 인입하는 태양광의 영향을 잃을 것이기 때문이다. 그러나, 시간 다중화하는 일 실시예에서, 조명 디바이스로부터 오는 것이 아닌 추가의 광은 기준 이미지의 부분으로써 여겨질 수 있다. 따라서, 그림에 속하는 창 내의 태양광의 반사에 의한 사진 상의 밝은 부분은 그림의 일부로 보여지거나 강조될 것이다. 차량 전조등에 대해서, 길거리 광들 또는 태양광으로 인한 조명은 유사한 문제를 유발할 수 있다. 도 11은 이 문제를 없에거나 적어도 줄이기 위한 실시예를 나타낸다. 시간 다중화 동안, 개선 신호(4)를 위한 것, 기준 신호(7a)를 위한 하나의 슬롯(7a), 및 아무 신호를 위한 것도 아닌(즉, 조명 디바이스로부터 인입하는 광이 없음)것을 위한 슬롯(7b)의 적어도 3개의 타임 슬롯들이 있다. 기준 이미지 신호는 그 후 타임 슬롯들(7a 및 7b)에 대응하는 신호들을 감산함으로써 찾아질 수 있다.
다중화 방식에서 추가의 타임 슬롯을 요구하지 않는 대안적인 방법은 타임 슬롯들(7)에서 기준 신호를 변조하기 위한 것인데, 예를 들면, 홀수 프레임들에서, 기준 신호를 0.8배하고, 짝수 프레임들에서 기준 신호를 1.2배하고, 그 후 짝수 이미지로부터 홀수 이미지를 감산하거나 반대로 한다. 태양광에 의한 신호는 그 후 기준 신호로 인해 0.4 배의 조명만을 남기고 없어진다.
도 12는 신호 기록 디바이스(1) 및 2개 이상(이 예에서는 2개)의 조명 디바이스들(5 및 5')이 이용되는 실시예를 나타낸다. 이 예에서, 2개의 기준 신호들이 다중화되는데, 여기서, 예를 들면, 2개의 조명 디바이스들에 대한 기준 조명들에 대한 타임 슬롯들은 상이하고 바람직하게 중첩하지 않는다.
역다중화기(demux)는 그 후 기록된 데이터를 분해하고 양 조명 디바이스들의 기준 조명을 분할할 수 있다. 바람직하게, 문제점들을 피하기 위해, 조명 디바이스(5)의 개선 신호는 2개의 기준 조명들 간의 크로스 토크(cross talk)를 피하도록 0이 된다.
도 13은 이러한 구성을 개략적으로 나타낸다:
조명 디바이스(5)에는, 제 1 타임 슬롯 동안에는 0인 신호가, 추가의 타임 슬롯 동안에는 개선 신호(4)가, 그리고 마지막 타임 슬롯 동안에는 기준 신호(7)가 송신된다.
조명 디바이스(5')에는, 제 1 타임 슬롯 동안에는 기준 데이터(7'')를 포함하는 신호가, 추가의 타임 슬롯 동안에는 개선 신호(4)가, 그리고 마지막 타임 슬롯 동안에는 0이 송신된다.
역다중화기(demux)는 그 후 조명 디바이스들 모두로부터 기준 조명 신호를 구별할 수 있다. 조명 디바이스들(5 및 5')은 이 실시예에 대하여 작동하기 위해 동기화하여 동작해야 할 것이다.
2개 이상의 조명 디바이스들을 이용하면서 단일 기록 디바이스를 이용하는 것은 적어도 2가지 이점들을 갖는다: 보다 효율적이고, 2개의 기록 디바이스들을 이용하는 것에 비해 2개의 기록 디바이스들의 동기화로 인한 임의의 문제가 피해진다.
물론, 조명 디바이스들의 수가 2로 제한되지는 않으며; 3개 이상의 조명 디바이스들이 이용될 수 있다. 기준 조명이 패터닝될 때, 2개의 조명 디바이스들에 대한 패턴들은 바람직하게 둘 간에 추가의 구별하는 것을 허용하기 위해 상이하다.
또한 본 발명의 더한 실시예가 도 14에 개략적으로 도시된다.
도 14의 상부의 그래프에서, 개선 조명이 도시된다. 수직 축들은 강도(I)를 제공한다. 수평 축들은 화소들의 행들 또는 선들에 대한 위치(x)를 제공한다. 반사된 이미지는 유사한 공간적인 패턴을 보여줄 것이다.
도 14의 하부의 그래프는 개선 조명과 기준 조명의 합을 보여준다. 본 발명의 이 예에서, 개선 조명은 기준 조명에 의해 공간적으로 변조된다. 이러한 공간적인 변조의 예는 이웃 화소들에의 개선 강도에서 고정 값을 가산 및 감산하는 것이다. 개선 조명이 화소에서 화소로 상대적으로 느리게 변한하고 가정하면, 공간적인 필터를 기록된 이미지 데이터에 제공함으로써, 기록된 이미지 데이터로부터 기준 조명으로 인한 반사를 공간적으로 필터링하는 것이 가능해진다.
이것은 개선 조명이 기준 조명에 의해 공간적으로 변조되는 실시예의 예이다.
도 15는 기준 조명으로 개선 조명을 공간적으로 변조하는 추가의 보다 복잡한 예를 나타낸다.
이 예에서, 기준 조명 자체는 또한 추가의 공간적인 패턴을 포함한다. 이 예에서, 기준 조명의 값은 2개의 높이가 상이한 단계들을 보여준다. 이 높이 차가 2개의 방향들로 적용되면, 도 7에 보여진 것과 같은 바둑판 패턴이 나타날 것이다.
앞서 주어진 예들에서, 공통의 조명원들이 기준 및 개선 조명을 제공하기 위해 이용됐었다. 기준 및 개선 조명의 혼합은 데이터 신호들의 혼합을 공통의 조명 디바이스에 송신하기 전에 데이터 신호들을 혼합함으로써 실행됐었다. 단일 조명원으로부터 조합된 조명은 기준 조명 및 개선 조명인 적어도 2개의 구별가능한 구성 요소들을 포함한다. 시스템의 기록하는 단에서, 방출하는 부에서 실행됐었던 것의 역 처리가 실행되어, 2개의 구성 조명들을 풀거나, 적어도 구성 조명들 중 하나, 즉, 기준 조명을 추출한다.
이 개념이 방출된 광이 다음과 같이 설명될 수 있는 수학식 형태로 생성될 수 있다:
I(x,y,t)=F{I기준 조명(x,y,t); I개선 조명(x,y,t)}
여기서, I는 공간적인 위치 (x,y) 및 시간 (t)의 함수로서 방출된 광이다. 방출된 광은 개선 조명에 따를뿐만 아니라 공간 (x,y) 및 시간 (t)의 함수인 기준 조명의 강도에 따르고, 또한 공간 및/또는 시간의 함수이다.
오브젝트로부터 반사된 광은 또한 기준 조명 및 개선 조명의 오브젝트에 의한 반사의 함수일 것이다:
R(x,y,t)=F'{R기준 조명(x,y,t); R개선 조명(x,y,t)}
반사된 이미지는 기준 조명으로 인한 반사된 이미지를 얻기 위해 필터링된다.
필터{R(x,y,t)}?R기준 조명
기준 조명으로 인한 반사된 이미지에 대한 데이터는 개선 조명에 대한 정보를 제공하기 위해 이용된다.
본 발명을 실행하는 다수의 방식들이 있다.
2개의 조명들을 혼합하는 처리는, 공통의 조명원들을 이용하는 대신, 2개의 개별적인 조명원들을 이용함으로써 실행될 수 있다. 즉, 전기적인 차원에서 데이터 신호들을 혼합하고 그 후 그들을 공통의 조명원에 송신하는 대신, 또한 오브젝트 상의 개별적인 광원들로부터의 2개의 광 방출들을 조합함으로써, 광학적인 차원에서 신호들의 혼합이 실행될 수 있다.
도 16은 이러한 실시예의 예를 나타낸다.
이 예에서, 시스템은 2개의 개별적인 조명원들을 포함한다. 그 시스템은 기준 조명을 생성하기 위한 백색광 생성기(W)를 포함하고, 그 시스템은 개선 조명 디바이스(5)를 포함한다. 개선 조명 디바이스(5)에, 개선 조명 데이터(4)가 제공된다. 개선 데이터는, 시간들(a) 동안에는 개선 조명 디바이스(5)가 광을 방출하고, 시간들(b) 동안에는 개선 조명 디바이스(5)가 어떠한 광도 방출하지 않도록 변조된다. 이것이 개선 조명 디바이스(5)의 방출을 시간 변조하는 한 형태이다. 광원(W)은 항상 방출한다. 2개의 장치들(5 및 W)은 공통의 광학 유닛(C)을 공유하고, 이 예에서, 공통의 광학 유닛(C)은 부분적으로 투명하고 부분적으로 전송하는 거울 및 가능하게 거울 앞의 렌즈 시스템에 의해 형성된다. 개선 조명 디바이스(5) 및 백색 광원(W)으로부터의 방출의 혼합에 의해 조명된 오브젝트는 시간들(b) 동안에는 백색 광원(W)으로부터의 광, 즉, 기준 조명만을 반사한다. 기록하는 측에서, 오직 데이터가 시간(b) 동안 모아지도록 인입하는 데이터를 필터링함으로써 기준 조명이 측정된다. 이러한 필터링은 기록된 신호의 시간 복조의 한 유형이다.
시간들(b)에 광을 방출하지 않는 대신, 같은 것이, 예를 들면, 개선 조명 디바이스(5) 앞에서 회전하는 바퀴에 의해 광학적인 차원에서 이루어질 수 있다. 다른 예는 도 16 내의, 부분적으로 투명하고 부분적으로 전송하는 거울의 위치에서 투명한 것에서 반사적인 것으로 스위칭하는 스위칭가능한 거울의 이용일 수 있다.
따라서, 발광하는 측에서, 기준 및 개선 조명들의 혼합은 전기적인 차원에서, 신호들을 혼합하고 공통의 조명 디바이스를 이용함으로써 뿐만 아니라, 광학적인 차원에서, 2개의 상이한 광원들을 이용함으로써 행해질 수 있고, 2개의 광 빔들이 오브젝트 상에 떨어지기 전에 그들을 혼합할 수 있다.
수신하는 단에서 필터링하는 것을 위해, 접근법에서 유사한 이중성이 존재한다. 앞서의 신호들에, 이미지 신호가 기록된다. 이 이미지 신호는 그 후 기준 조명으로 인한 반사를 필터링하기 위해 데이터 필터에 공급된다.
그러나, 기록된 이미지 데이터에 적용되는 데이터 필터들을 필요로하지 않는 광 기록 디바이스에 영향을 주는 광을 기록하는 단에서 필터링하기 위한 여러 솔루션들이 존재한다.
다중화 방식 내의 특정 타임 슬롯들이 기준 조명에 대하여 예약되는 그러한 실시예들에 대하여, 그러한 특정 기간들 내에서만 동작하는 기록 디바이스를 가질 가능성이 있다. 이것은 여러 방식들로 적용된다:
예를 들면, 기준 조명에 할당된 다중화 방식 내에서 특정 기간들 동안만 데이터를 기록하도록 맞춰된 CCD 디바이스를 이용함으로써. CCD에 의해 수신된 데이터만이 기준 조명으로 인한 데이터일 수 있다. 연속한 데이터 필터링이 필요하지 않다. 시간 필터는 CCD 디바이스에 직접 적용된다.
광학 셔터를 이용하여 항상 그러나 특정 시간 기간 동안 광 기록 디바이스 앞에서 광을 차단함으로써. 이것은 광 기록 디바이스에 영향을 주는 광을 필터링하기 위한 필터의 하드웨어 실시예이다. 셔터는 다중화 방식과 동기화된다. 기록 데이터 상에는 또는 그것 내에는 어떠한 데이터 필터링도 필요하지 않다. 필터링은 광학적인 차원에서 기록하기 전에 행해진다. 시간 제어되는 셔터는 필터로서 동작한다.
필터링 동작은 따라서 기록하기 전에, 즉, 기록 디바이스 앞의 소정의 광학 필터에 의해 광을 필터링함으로써 행해질 수 있다. 특별히, 기준 및 개선 조명이 상이한 시간 프로파일을 가져 구별가능하면, 기록 디바이스 앞에 시간 제어되는 셔터가 이용될 수 있다. 바람직하게, 그러나, 필터링은 기록된 데이터 상에서 행해지는데, 이는, 이것이 개선 조명의 반사에 대한 데이터를 또한 분석하는 것을 용이하게 하기 때문이다.
이미지 기록 디바이스는 카메라일 수 있고, 많은 바람직한 실시예들에서는 카메라이지만, 몇몇의 실시예들에서는 기록 디바이스가 제한된 수의 화소들만을, 최대 전체 이미지를 커버하는 단일 화소만을 가질 수 있다.
이러한 실시예의 예가 도 17에 도시된다.
도 17은 전조등을 갖는 차량을 보여준다. 전조등(51, 51')은 앞의 길을 조명하기 위해 기준 조명 뿐만 아니라, 개선 조명을 제공하기 위해 정렬된다. 차량 앞에, n x m의 포토 센서들의 메트릭을 포함하는 광 기록 디바이스(52, 52')가 제공되며, 이 예에서는 각각의 전조등에 대하여 1개의 광 기록 디바이스가 제공되고, n 및 m은 예를 들면, 1과 8 사이의 여러 수이다. 가장 극한의 경우에, 기록 디바이스는 단일 포토 센서이다. 시간 다중화는 각각의 포토 센서가 대응하는 전조등의 대응하는 세그먼트의 효과를 측정하도록 허용하는데, 예를 들면, 가능한 방법에 대하여 도 13을 보자. 가장 기초적인 형태에서, 단일 포토-센서는 메트릭스로서 이용되는데, 즉, n 및 m은 1이다.
포토 센서들은 기준 조명을 방출할 때 전조등의 효과를 측정하며, 여기서, 전조등은 포토 센서들의 메트릭스에 대응하는 지역들로 세분화된다.
따라서, 광 기록 디바이스는 반사된 이미지를 기록하기 위한 장치이고, 화소들의 수는 임의의 수일 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 기록하기 위한 장치는 카메라인데, 이는 카메라가 보다 양호한 선명도를 허용하기 때문이다.
간단하게, 본 발명은 다음과 같이 설명될 수 있다:
오브젝트의 표현을 개선하기 위한 시스템은 개선 조명을 제공하기 위한 조명 디바이스 및 오브젝트 상의 조명의 오브젝트에 의한 반사를 기록하기 위한 광 기록 디바이스를 포함한다. 기준 조명은 개선 조명과 혼합된다. 반사된 광 내의 정보는 기준 조명으로 인한 반사 데이터를 필터링하기 위해 필터링된다. 이들 데이터는 처리기에서 개선 조명을 계산하기 위해 이용된다.
청구항들에서, 괄호들 안의 임의의 참조 부호들은 청구항을 제한하는 것으로 구성되어서는 안된다.
"포함한다"는 용어는 청구항에 나열된 요소들 또는 단계들 이외의 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배재하지 않는다. 본 발명은 앞서 설명된 바와 같은 다양하고 상이하고 바람직한 실시예들의 특징들의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다.
1: 카메라 3: 처리기
5: 조명 디바이스 6: 기준 신호 생성기
8: 혼합기 12: 감산기

Claims (17)

  1. 조명 시스템에 있어서:
    - 오브젝트의 기록된 이미지 데이터(2)를 생성하기 위한 광 기록 디바이스(1);
    - 조명 디바이스(5); 및
    - 기록된 이미지 데이터(2)로부터 개선 조명 데이터(4)를 생성하기 위한 처리기(3)를 포함하고,
    - 상기 개선 조명 데이터(6)는 상기 오브젝트의 표현을 개선하기 위해 개선 조명으로 상기 오브젝트를 조명하기 위해 상기 조명 디바이스(5)에 제공되고,
    상기 조명 시스템은 기준 조명 및 상기 개선 조명의 혼합으로 오브젝트를 조명하기 위해 상기 기준 조명을 생성하기 위한 생성기를 포함하고, 상기 시스템은 상기 광 기록 디바이스 상에 영향을 주는 광으로부터, 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터(10)를 필터링하기 위한 필터(9)를 포함하고, 상기 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터(10)는 개선 조명 데이터(4)를 생성하기 위한 상기 처리기에 대한 입력인 것을 특징으로 하는, 조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 광 기록 디바이스에 의해 기록된 데이터를 필터링하기 위한 데이터 필터인, 조명 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 기준 조명을 생성하기 위한 기준 조명 디바이스(W) 및 상기 개선 조명을 생성하기 위한 개선 조명 디바이스(5)를 포함하고, 상기 개선 조명 데이터는 상기 개선 조명 디바이스에 제공되는, 조명 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준 조명 디바이스 및 상기 개선 조명 디바이스는 공통의 광학 유닛을 공유하는, 조명 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 기준 조명 데이터(7)를 제공하기 위한 기준 신호 수단(6) 및 상기 기준 조명 데이터(7)와 상기 개선 조명 데이터(4)를 혼합하기 위한 혼합기(8)를 포함하고, 상기 기준 조명 데이터(7)와 상기 개선 조명 데이터(7)의 혼합은 공통의 조명 디바이스(3)에 제공되는, 조명 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 기록된 이미지 데이터로부터 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터(10)를 필터링하기 위한 필터(9)를 포함하고, 상기 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터(10)는 개선 조명 데이터(6)를 생성하기 위한 상기 처리기(4)에 대한 입력인, 조명 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 개선 조명을 상기 기준 조명으로 시간 다중화하기 위한 다중화기(MUX)를 포함하고, 상기 필터는 상기 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터(10)를 제공하기 위해 상기 기록된 이미지 데이터를 역다중화하기 위한 역다중화기(DEMUX)를 포함하는, 조명 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다중화기는 기준 조명을 상기 조명 디바이스(들)로부터의 조명이 아닌 개선 조명으로 다중화하도록 구성된, 조명 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 개선 조명을 상기 기준 조명으로 시간 변조하기 위한 변조기를 포함하고, 상기 필터는 상기 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 제공하기 위해 상기 기록된 이미지 데이터를 시간 복조하기 위한 시간 복조기를 포함하는, 조명 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 개선 조명을 상기 기준 조명으로 공간적으로 변조하기 위한 변조기를 포함하고, 상기 필터는 상기 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터를 제공하기 위해 상기 기록된 이미지 데이터를 공간적으로 복조하기 위한 공간 복조기를 포함하는, 조명 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 조명에 공간적인 마커들(markers)이 제공되는, 조명 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공간적인 마커들은 공간적인 패턴들에 의해 형성되는, 조명 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공간적인 패턴은 바둑판 패턴인, 조명 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 디바이스는 상기 이미지를 스캔하기 위해 구성된, 조명 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 디바이스 및 상기 기록 디바이스는 공통의 광학 시스템을 공유하는, 조명 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 하나 이상의 조명 디바이스를 포함하는, 조명 시스템.
  17. 오브젝트를 조명하기 위한 방법에 있어서:
    - 상기 오브젝트의 기록된 이미지 데이터(2)를 생성하는 오브젝트의 이미지가 기록되고,
    - 상기 오브젝트의 이미지는 조명 데이터를 이용하여 상기 오브젝트 상에 투영되고,
    상기 오브젝트는 기준 조명 및 개선 조명의 혼합으로 조명되고, 상기 기록된 이미지는 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터(10)를 제공하기 위해 필터링되고, 상기 오브젝트 반사된 기준 이미지 데이터(10)는 상기 개선 조명을 생성하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는, 오브젝트를 조명하기 위한 방법.
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