特性化光源和移動設(shè)備的方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及能夠基于由相機獲得的圖像來特性化光源的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]需要知道，在具體應(yīng)用中在照明系統(tǒng)中使用了哪種類型的光源。例如，當(dāng)燈必須用更加能量友好的燈來替換時，人們愿意用具有大致相同的光發(fā)射特性的光源來替換現(xiàn)有光源，并且因此需要關(guān)于當(dāng)前安裝的光源和光發(fā)射器的知識。在其他應(yīng)用中，照明系統(tǒng)控制光源，使得在被照射的環(huán)境中獲得特定的預(yù)定義光照模式。這樣的照明系統(tǒng)的控制器必須具有一些關(guān)于光源的特性的知識，使得它能夠預(yù)測必須如何控制光源來獲得特定的預(yù)定義光照模式。
[0003]在第一解決方案中，將所安裝的光源的特性手動地提供給照明系統(tǒng)的控制器。每當(dāng)光源被替換時，必須將新光源特性提供給控制器。在第二解決方案中，在操作模式下控制光源并且拍攝被照射的環(huán)境的圖像以檢測光源對環(huán)境有什么影響并且可能地從圖像導(dǎo)出光源特性。盡管第二解決方案可以自動執(zhí)行或者甚至可以在每當(dāng)照明系統(tǒng)接通時執(zhí)行，但是它具有特定的缺點:反射光被用來特性化光源，并且這樣環(huán)境影響了對光源的特性的確定。例如，當(dāng)整個環(huán)境具有相對暗的顏色時，由光源發(fā)射的光強將會被低估。
[0004]公布的專利申請W02008/001259公開了一種基于目標(biāo)光分布來控制照明系統(tǒng)的方法。用相機針對照明系統(tǒng)的光源獲得影響數(shù)據(jù)。影響數(shù)據(jù)包括與照明系統(tǒng)的特定光源有關(guān)的信息，并且示出了被照射的環(huán)境如何被特定光源的操作所影響。當(dāng)必須根據(jù)目標(biāo)光分布來控制照明系統(tǒng)時，影響數(shù)據(jù)被用來估計必須如何控制光源來根據(jù)目標(biāo)光分布獲得被照射的環(huán)境。
[0005]專利申請GB2453163A公開了一種用于確定對象或場景的三維表示的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了一個或多個光源并且包括一個或多個二維圖像捕獲設(shè)備。為了能夠確定對象或場景的三維表示，必須知道光源的特性。如由圖像捕獲設(shè)備所捕獲的被對象或場景反射的光被用來估計特性。如先前討論的，使用反射光不一定導(dǎo)致對光源特性的精確估計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種特性化光源的方法，其更精確地估計光源的特性。
[0007]本發(fā)明的一方面提供了一種特性化光源的方法。本發(fā)明的另一方面提供了一種選擇替換光源的方法。本發(fā)明的另一方面提供了一種用于特性化光源的設(shè)備。在從屬權(quán)利要求中限定了有利實施例。
[0008]根據(jù)本發(fā)明第一方面的特性化光源的方法包括以下階段:i)借助第一相機獲得操作中的光源的第一圖像，第一圖像是在第一方向(210)上從第一位置(Pl)獲得的，ii)獲得第一相機設(shè)置，iii)借助第二相機獲得由光源照射的被照射環(huán)境的第二圖像，第二圖像是在與第一方向(210)不同的第二方向(214，212)上從第二位置(P2)獲得的，iv)獲得第二相機設(shè)置，其中第二相機設(shè)置表示在獲得第二圖像的時刻使用的第二相機的圖像處理系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)，以及V)分析第一圖像并分析第一相機設(shè)置以估計光源的第一參數(shù)。光源包括用于發(fā)射光的光發(fā)射器。第一相機設(shè)置表示在獲得第一圖像的時刻使用的第一相機的圖像處理系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)。光源的第一參數(shù)可以涉及由光發(fā)射器發(fā)射的光的特性。在分析第一圖像和分析第一相機設(shè)置的階段中，還分析第二圖像和第二相機設(shè)置以估計光源的第二參數(shù)并更精確地估計光源的第一參數(shù)，其中光源的第二參數(shù)涉及由光源發(fā)射的光束的特性。第二參數(shù)包括與光束的形狀有關(guān)的信息。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法使用直接對操作中的光源成像的第一圖像作為特性化光源的第一參數(shù)的基礎(chǔ)。通過獲得第一圖像，防止其他對象或表面影響在第一圖像中記錄的光，使得第一圖像包括關(guān)于光源的可靠數(shù)據(jù)。
[0010]并不是光源的所有特性都可以僅基于第一圖像而被精確估計。例如，在第一圖像上不能看到光源發(fā)射的光束是窄還是寬。該信息存在于被照射的環(huán)境中，因為在被照射的環(huán)境中，光束的足跡在被照射的環(huán)境的表面上是可見的并且該足跡可以被轉(zhuǎn)換成與光束的形狀有關(guān)的信息，比如光束是窄還是寬、光束是圓形的還是矩形的等等。因此，通過獲得第二圖像，可以獲得關(guān)于光源的更多并且更可靠的信息。還考慮關(guān)于第一位置、第一方向、第二位置和第二方向的信息，以便能夠?qū)⒈徽丈涞沫h(huán)境中的信息轉(zhuǎn)換成與光源發(fā)射的光束有關(guān)的信息。例如，透視改變光束的足跡的形狀，并且在已知第一位置、第二位置以及第一和第二方向時，可以用透視校正技術(shù)將光束的足跡的成像形狀變換成光束的實際形狀。
[0011]因此通過獲得第一圖像和第二圖像，連同獲得第一相機設(shè)置和獲得第二相機設(shè)置，并且通過分析這些圖像的信息并使用設(shè)置的值，該方法能夠精確估計光源的參數(shù)，因為更多?目息是可用的。
[0012]相機拍攝的每個圖像達(dá)到受相機設(shè)置影響的某一水平。當(dāng)拍攝模擬圖像時，例如快門速度、光圈尺寸、焦距和膠片特性(IS0、膠片的類型)決定了光源如何被成像。當(dāng)拍攝數(shù)字圖像時，例如快門速度、光圈尺寸、焦距仍然是影響第一圖像中光源的成像的重要相機設(shè)置。在數(shù)字成像中，還可以應(yīng)用附加的圖像處理步驟，其影響所獲得的第一圖像。這樣的附加圖像處理步驟的示例是根據(jù)特定的ISO值處理來自圖像傳感器的原始數(shù)據(jù)，改變視亮度和對比度，并應(yīng)用顏色校正等等。在已知相機設(shè)置時，有可能從第一圖像中扣除已從光源接收到的光的特性。例如，可以使用快門速度、光圈尺寸和ISO值來計算已從光源的特定部分接收到的光通量。第一圖像的特定部分的顏色連同可能的顏色校正(或膠片特性)提供了關(guān)于光源已發(fā)射的顏色、色點或顏色分布的信息。
[0013]術(shù)語光源和光發(fā)射器用于區(qū)分發(fā)射光的實際組件與該光發(fā)射器周圍的整個封裝。光發(fā)射器是例如燈泡、燈管、LED等等。光發(fā)射器周圍的整個封裝可以包括影響光發(fā)射的反射器、光學(xué)元件和/或照明器的其他組件。
[0014]要注意的是，第一相機的圖像傳感器包括在第一相機的圖像處理系統(tǒng)中。
[0015]可選地，第一參數(shù)還可以涉及光源的幾何參數(shù)。第一圖像自身可以提供光源的附加信息，比如光源的尺寸或形狀。
[0016]可選地，第二相機是第一相機，并且該方法進(jìn)一步包括以下階段:在獲得第一圖像之后將第一相機重定位到第二位置并將第一相機重新定向在第二方向上以用于獲得第二圖像。該可選實施例可以節(jié)省硬件。當(dāng)僅一個相機可用時，仍然可以制作兩個圖像并且作為附加的動作僅需要重新定位和重新定向。
[0017]可選地，第二位置與第一位置基本相同，并且第二方向與第一方向?qū)嵸|(zhì)上相反。當(dāng)使用在其兩個相對的表面處具有相機的設(shè)備，時，可以使用該單個設(shè)備來獲得第一圖像和第二圖像。不同類型的移動電話和平板計算機在相對側(cè)具有兩個相機，并且因此是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的有用設(shè)備。用戶必須將設(shè)備定位在第一位置并將一個相機朝向操作中的光源定向。隨后，設(shè)備自身可以自動檢測到它朝向光源定向并且可以自動獲得第一圖像或第二圖像，或者用戶向設(shè)備提供命令來獲得第一圖像和第二圖像。存在附加的優(yōu)點以從大致相同的地點并且在相反的方向上獲得第一圖像和第二圖像，因為這使光束參數(shù)的確定更容易，例如第二圖像中成像的光束的足跡不由于不同圖像中不同透視的效果而被改變。
[0018]在以上討論的可選實施例的優(yōu)選實施例中，第一和第二位置在由光源發(fā)射的光束內(nèi)。
[0019]可選地，由光發(fā)射器發(fā)射的光的特性包括下述中至少一個:光源發(fā)射的光強度、光源的光發(fā)射譜、發(fā)射光的色點、發(fā)射光的色溫。光源的幾何參數(shù)包括下述中至少一個:光源的光發(fā)射表面的形狀、光源的尺寸、光源中可見光學(xué)元件的參數(shù)、在其中提供了光源的照明器的特性。視覺光學(xué)元件是例如可見反射器、防眩板等等。照明器的特性包括照明器的形狀、尺寸、裝配和類型。
[0020]可選地，光束的特性包括下述中至少一個:空間光發(fā)射分布、空間光強度分布。
[0021]可選地，該方法進(jìn)一步包括以下階段:i)分析第二圖像以確定被照射的環(huán)境是否還被附加光源照射，附加光源包括附加光發(fā)射器，ii)獲得附加光源的附加第一圖像，iii)獲得附加第一相機設(shè)置，其中附加第一相機設(shè)置表示在獲得附加第一圖像的時刻使用的第一相機的圖像處理系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)。在分析第一圖像和分析第一相機設(shè)置的階段中，還分析附加第一圖像和附加第一相機設(shè)置，以估計附加光源對第二圖像的被照射的環(huán)境的影響，使得可以更精確地估計光源的第二參數(shù)和/或第一參數(shù)。因此，當(dāng)多于一個光源照射環(huán)境時，存在于第二圖像中的關(guān)于光源的信息可能失真。如果考慮了附加光源的信息，則更可能的是，可以區(qū)分源自光源的在被照射的環(huán)境中的照明效果與源自附加光源的照明效果。因此可以更精確地估計光源的第二參數(shù)以及還有第一參數(shù)。
[0022]可選地，分析第二圖像來估計被照射環(huán)境是否還被附加光源照射的步驟包括以下階段:i)檢測被照射的環(huán)境中的對象，ii)檢測所檢測到的對象周圍的陰影，iii)分析檢測到的陰影以估計被照射的環(huán)境是否被附加光源照射。該實施例的可選階段提供了啟發(fā)法來檢測在獲得第二圖像的時刻其他附加光源是否在操作中。啟發(fā)法常常是用于以某一精度水平來獲得信息的強大算法。在附加階段，可以向操作第一相機和/或第二相機的用戶提供檢測到的附加光源的數(shù)目并請求確認(rèn)。要注意的是，也可以使用其他啟發(fā)法來估計被照射的環(huán)境是否還被附加光源照射。要注意的是，依賴于所使用的特定啟發(fā)法和特定算法，階段
i)和ii)也可以按照另一順序執(zhí)行。
[0023]可選地，特性化光源的方法還包括以下階段:分析附加第一圖像并分析附加第一相機設(shè)置以估計附加光源的附加參數(shù)，其中附加光源的附加參數(shù)涉及由附加光發(fā)射器發(fā)射的光的特性并且涉及附加光源的幾何參數(shù)。在某些應(yīng)用中，可能有用的是，也使附加光源的附加參數(shù)可用。另外，附加參數(shù)可以被用來更好地區(qū)分第二圖像中源自光源的照明效果和源自附加光源的照明效果。
[0024]可選地，光源是在第一操作模式和第二操作模式下可控的，第一操作模式和第二操作模式中的每一個涉及特定的光發(fā)射，第一操作模式的光發(fā)射與第二操作模式的光發(fā)射不同。第一圖像是在光源在第一操作模式下操作時從光源獲得的。特性化光源的方法還包括以下階段:i)將光源控制到第二操作模式中，ii)借助第一相機獲得操作于第二操作模式下的光源的另外的第一圖像，iii)獲得另外的第一相機設(shè)置，其中所述另外的相機設(shè)置表示在獲得所述另外的第一圖像的時刻使用的第一相機的圖像處理系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)，以及iv)分析所述另外的第一圖像并分析所述另外的第一相機設(shè)置以關(guān)于第二操作模式估計光源的另外的參數(shù)，其中光源的所述另外的參數(shù)涉及由光發(fā)射器發(fā)射的光的特性并且涉及光源的幾何參數(shù)。因此，當(dāng)例如光源可以被調(diào)光到特定的光強度水平時或者當(dāng)例如可以朝向不同顏色分布的發(fā)射而切換光源時，該可選的實施例提供了在光源操作于不同操作模式中