專利名稱：亮度檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種亮度檢測(cè)系統(tǒng)，用于根據(jù)圖像傳感器得到的成像數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量亮度。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的，一種現(xiàn)有的照明控制系統(tǒng)利用具有電荷耦合器件的圖像傳感器檢測(cè)亮度 (例如參見(jiàn)日本專利公報(bào)公開(kāi)出版物No. 2004-501496)。成像數(shù)據(jù)的一個(gè)示例如圖5所示。 圖像傳感器得到的該成像數(shù)據(jù)包括對(duì)應(yīng)于多個(gè)像素的亮度數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算屬于在成像數(shù)據(jù) 中指定的亮度檢測(cè)區(qū)域的所有像素的亮度數(shù)據(jù)的平均值，來(lái)檢測(cè)得到亮度。該照明控制系 統(tǒng)根據(jù)由此檢測(cè)到的亮度，對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行反饋控制。在現(xiàn)有技術(shù)中，所有像素的亮度數(shù)據(jù)的平均值典型的是算術(shù)平均值，其是通過(guò)將 所有像素的亮度數(shù)據(jù)相加然后除以該所有像素的數(shù)量而計(jì)算得到的。這意味著要計(jì)算的數(shù) 據(jù)的數(shù)量隨著像素?cái)?shù)量的增加而增長(zhǎng)。本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)利用幾何平均值可以 得到貼近人類感覺(jué)而且符合空間亮度感覺(jué)的亮度指數(shù)。取決于照明設(shè)備的種類，利用幾何 平均值而不是算術(shù)平均值作為亮度數(shù)據(jù)的平均值。然而，與算術(shù)平均值相比，幾何平均值的 情況中要計(jì)算的數(shù)據(jù)量變得非常大。這是因?yàn)閹缀纹骄凳峭ㄟ^(guò)將全體像素的亮度數(shù)據(jù)相 乘并求其η次方根而計(jì)算的，其中η是全體像素的數(shù)量。在使用圖像傳感器的照明設(shè)備中， 需要通過(guò)內(nèi)嵌的微控制器計(jì)算亮度數(shù)據(jù)的平均值。雖然內(nèi)嵌式微控制器尺寸很小，但是其 計(jì)算速度低于大尺寸計(jì)算機(jī)。因此，有時(shí)內(nèi)嵌式通用16位微控制器需要一個(gè)或多個(gè)小時(shí)來(lái) 計(jì)算一百萬(wàn)像素的圖像傳感器獲取的所有像素的亮度數(shù)據(jù)的幾何平均值。由于通過(guò)對(duì)圖像傳感器獲取的成像數(shù)據(jù)的計(jì)算來(lái)檢測(cè)亮度的傳統(tǒng)亮度檢測(cè)系統(tǒng) 需要計(jì)算龐大數(shù)量的數(shù)據(jù)，其需要持續(xù)很久的計(jì)算時(shí)間，而且在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上對(duì)照明設(shè)備進(jìn) 行反饋控制方面存在困難。這使得很難將亮度檢測(cè)系統(tǒng)和照明設(shè)備結(jié)合起來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述情況，本發(fā)明提供一種與照明設(shè)備相組合的亮度檢測(cè)系統(tǒng)，其用于通過(guò) 對(duì)圖像傳感器獲取的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)測(cè)量亮度，其能夠縮短計(jì)算時(shí)間并且能夠在實(shí)時(shí) 基礎(chǔ)上對(duì)該照明設(shè)備進(jìn)行反饋控制。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種亮度檢測(cè)系統(tǒng)，包括圖像傳感器，用于產(chǎn)生 由像素構(gòu)成的成像數(shù)據(jù)；以及計(jì)算單元，用于通過(guò)對(duì)所述成像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)得到對(duì)象的 亮度，其中，所述計(jì)算單元設(shè)計(jì)成只對(duì)所述成像數(shù)據(jù)中的落入預(yù)先指定的亮度檢測(cè)范圍內(nèi) 的像素中所選擇的任意像素執(zhí)行計(jì)算。通過(guò)上述配置，計(jì)算單元只對(duì)所選擇的任意像素執(zhí)行計(jì)算。這減低了計(jì)算的數(shù)據(jù) 量，從而縮短了計(jì)算時(shí)間。由于上述特征，可以提供與照明設(shè)備相組合的亮度檢測(cè)系統(tǒng)，其 能夠在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上執(zhí)行反饋控制。優(yōu)選地，所述所選擇的任意像素被選擇為使這些像素在其側(cè)邊上彼此不相鄰。
通過(guò)上述配置，計(jì)算單元不對(duì)具有與上述計(jì)算目標(biāo)像素基本上相同的亮度的相鄰 像素執(zhí)行計(jì)算。這就可以對(duì)寬闊范圍的成像數(shù)據(jù)執(zhí)行計(jì)算同時(shí)抑制計(jì)算數(shù)據(jù)量的增加。因 此就可以實(shí)現(xiàn)在計(jì)算數(shù)據(jù)量的降低與保持計(jì)算精確度之間的平衡。所述所選擇的任意像素可以具有等于或大于預(yù)定值的亮度數(shù)據(jù)。通過(guò)上述配置，只對(duì)具有等于或大于預(yù)定值的亮度數(shù)據(jù)的像素執(zhí)行計(jì)算。換句話 說(shuō)，只對(duì)落入外部光影響區(qū)域內(nèi)的像素執(zhí)行計(jì)算，而不對(duì)該區(qū)域之外的像素執(zhí)行計(jì)算。這就 可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)量的降低與保持校準(zhǔn)外部光所需的計(jì)算精確度之間的平衡。


圖IA示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)的方框圖，而圖IB示出了在 該亮度檢測(cè)系統(tǒng)中的成像數(shù)據(jù)的像素圖解。圖2A示出了亮度檢測(cè)系統(tǒng)中的像素選擇示例，而圖2B示出了另一個(gè)像素選擇示 例。圖3示出了合并有上述亮度檢測(cè)系統(tǒng)的照明設(shè)備的方框圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)中的像素選擇示例。圖5示出了在傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)中圖像傳感器獲取的成像數(shù)據(jù)的示例。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施例)將參照附圖1A、1B、2A和2B描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)。圖IA 是示出了本實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)1的方框圖。亮度檢測(cè)系統(tǒng)1包括圖像傳感器11和計(jì) 算單元13，該計(jì)算單元通過(guò)對(duì)圖像傳感器11獲取的成像數(shù)據(jù)12進(jìn)行計(jì)算，來(lái)得到對(duì)象的亮度。圖像傳感器11包括例如(XD、CMOS等成像元件，而且設(shè)計(jì)成通過(guò)光電轉(zhuǎn)換來(lái)自對(duì) 象的光而輸出成像數(shù)據(jù)12。計(jì)算單元13包括嵌入式微控制器等，而且配置成通過(guò)對(duì)成像數(shù) 據(jù)12進(jìn)行計(jì)算來(lái)得到對(duì)象的亮度，并輸出該亮度數(shù)據(jù)。圖IB示出了成像數(shù)據(jù)12的配置。成像傳感器11包括多個(gè)光接收元件。成像數(shù) 據(jù)12包括對(duì)應(yīng)于上述光接收元件的像素14，各個(gè)像素14具有亮度數(shù)據(jù)(或Y值)。該像 素14的形狀是矩形，排列成格子的形狀。像素14的數(shù)量不限于圖IB所示的數(shù)量，在圖IB 中為了描述的目的而以減少的數(shù)量示出像素14。實(shí)際上成像數(shù)據(jù)12的像素14的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn) 多于圖IB所示(這同樣適用于圖2A、B和圖4的情況)。計(jì)算單元13只對(duì)落入預(yù)先指定的亮度檢測(cè)范圍(以下簡(jiǎn)稱為檢測(cè)范圍)15的成 像數(shù)據(jù)12的所有像素14中所選擇的任意像素執(zhí)行計(jì)算。檢測(cè)范圍15指的是亮度檢測(cè)系統(tǒng)1要檢測(cè)其亮度的范圍。檢測(cè)范圍15被指定并 存儲(chǔ)在計(jì)算單元13的微控制器中，例如當(dāng)在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b結(jié)合有亮度檢測(cè)系統(tǒng)1的照明 裝置時(shí)。圖2A和2B示出了落入檢測(cè)范圍15的像素14的選擇示例。從落入檢測(cè)范圍15 的所有像素14中只選擇像素14a(即陰影像素)。計(jì)算單元13只對(duì)由此選擇的像素14a執(zhí) 行計(jì)算。不對(duì)未選擇的像素14b (即無(wú)陰影像素)執(zhí)行任何計(jì)算。也就是說(shuō)，所選擇的像素14a成為計(jì)算目標(biāo)像素14a，未選擇的像素14b成為不計(jì)算像素14b。在當(dāng)前實(shí)施例中，將 計(jì)算目標(biāo)像素14a選擇為使得它們?cè)谄鋫?cè)邊上彼此不相鄰。例如，如圖2A所示，將計(jì)算目 標(biāo)像素14a選擇為使得計(jì)算目標(biāo)像素14a和不計(jì)算像素14b在水平和垂直方向以交替方式 并排排列?？蛇x擇地，如圖2B所示，不以交替方式而是以相等間距選擇計(jì)算目標(biāo)像素14a。 在計(jì)算目標(biāo)像素14a的側(cè)邊彼此不相鄰的情況下，對(duì)計(jì)算目標(biāo)像素14a的間距的選擇沒(méi)有 約束。計(jì)算單元13通過(guò)對(duì)所選擇的像素14a執(zhí)行計(jì)算，得到檢測(cè)范圍15的亮度。由此得 到的該亮度是所選擇的像素14a的亮度數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或幾何平均值。輸出該計(jì)算結(jié)果 作為檢測(cè)范圍15的亮度數(shù)據(jù)。通過(guò)改變計(jì)算目標(biāo)像素14a與不計(jì)算像素14b的比率，可以 縮短計(jì)算時(shí)間。在交替地選擇計(jì)算目標(biāo)像素14a和不計(jì)算像素14b的情況中(參見(jiàn)圖2A)， 計(jì)算時(shí)間是對(duì)落入檢測(cè)范圍15內(nèi)的所有像素14執(zhí)行計(jì)算所需的計(jì)算時(shí)間的一半。如果計(jì) 算目標(biāo)像素14a與不計(jì)算像素14b的比率設(shè)置為1 9，則計(jì)算時(shí)間縮短到十分之一而且計(jì) 算速度增加十倍。在實(shí)際的空間中不存在各個(gè)像素14的所有亮度數(shù)據(jù)彼此都不同的情況， 而相互相鄰的像素具有基本上相同的亮度數(shù)據(jù)。因此即使所述計(jì)算目標(biāo)像素14a減少到所 有像素14a的十分之一，上述計(jì)算得到的亮度平均值幾乎沒(méi)有呈現(xiàn)出改變。圖3是結(jié)合了當(dāng)前實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)1的照明設(shè)備2的方框圖。照明設(shè)備1 包括照明負(fù)載21、用于減低上述照明負(fù)載21的亮度的電流控制單元22、亮度檢測(cè)系統(tǒng)1和 控制器單元23，控制單元23響應(yīng)于上述亮度檢測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)的亮度，生成控制信號(hào)(或者 脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào))，所述控制信號(hào)被提供給電流控制單元22。照明負(fù)載21指的是 光源，例如輝光燈、熒光燈或者發(fā)光二極管(LED)，其能夠由包括交流電在內(nèi)的電源點(diǎn)亮，而 且通過(guò)控制電流能夠使其變暗淡。電流控制單元22是調(diào)光電路，用于控制向照明負(fù)載21 提供的負(fù)載電流。例如，能夠通過(guò)相位控制或者幅值控制來(lái)控制負(fù)載電流。亮度檢測(cè)系統(tǒng) 1包括圖像傳感器11、計(jì)算單元13和布置在圖像傳感器11的光接收端的透鏡11L。透鏡 IlL決定圖像傳感器11的視野。圖像傳感器11獲取視野內(nèi)的圖像，而且將成像數(shù)據(jù)12輸 出到計(jì)算單元13?？刂破鲉卧?3包括內(nèi)嵌的微控制器等，而且具有計(jì)算單元13的功能。如上所述配置的照明設(shè)備2中，亮度檢測(cè)系統(tǒng)1檢測(cè)上述亮度。如果由此檢測(cè)的 亮度高于控制目標(biāo)值，照明設(shè)備2執(zhí)行減低負(fù)載電流的反饋控制，而如果由此檢測(cè)的亮度 低于該控制目標(biāo)值，則照明設(shè)備2增加該負(fù)載電流。在受到外部光影響的安裝環(huán)境中，如果 上述外部光太亮，則上述照明設(shè)備2通過(guò)上述反饋控制，執(zhí)行減低調(diào)光率(dimming rate) 的外部光校準(zhǔn)，而如果上述外部光太暗，則增加調(diào)光率。在上述的當(dāng)前實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)1中，計(jì)算單元13只對(duì)所選擇的任意像素 14a執(zhí)行計(jì)算。這減低了計(jì)算數(shù)據(jù)量，從而縮短了計(jì)算時(shí)間。計(jì)算數(shù)據(jù)量的減少使得可以利 用內(nèi)嵌的微控制器執(zhí)行計(jì)算。由于上述特征，可以提供與照明設(shè)備相組合的亮度檢測(cè)系統(tǒng)， 其能夠在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上執(zhí)行反饋控制。計(jì)算單元13不對(duì)具有與上述計(jì)算目標(biāo)像素基本上相同亮度的相鄰像素執(zhí)行計(jì) 算。這就可以對(duì)寬闊范圍的成像數(shù)據(jù)12執(zhí)行計(jì)算同時(shí)抑制計(jì)算數(shù)據(jù)量的增加。因此，可以 實(shí)現(xiàn)在計(jì)算數(shù)據(jù)量的降低與保持計(jì)算精確度之間的平衡。(第二實(shí)施例)將參照?qǐng)D4描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)。圖4示出了落入亮度檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)范圍15之內(nèi)的像素14的一個(gè)選擇示例。在下文描述中，將會(huì)省略與第一 實(shí)施例相同部件的相關(guān)描述。當(dāng)前實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來(lái)在落入檢測(cè)范圍15的 成像數(shù)據(jù)12的像素14中選擇特定區(qū)域之中存在的像素14c。計(jì)算單元13對(duì)該特定區(qū)域中 存在的像素14c(即計(jì)算目標(biāo)像素14c)執(zhí)行計(jì)算，但是不對(duì)該特定區(qū)域之外的像素14d(即 不計(jì)算像素14d)執(zhí)行任何計(jì)算。通過(guò)改變上述計(jì)算目標(biāo)像素14c與不計(jì)算像素14d的比率，能夠改變?cè)撚?jì)算單元 13的計(jì)算速度。在圖4所示的示例中，計(jì)算目標(biāo)像素14c包括從總計(jì)126像素中選擇的24 個(gè)像素。因此與對(duì)所有像素14執(zhí)行計(jì)算的情況相比，計(jì)算時(shí)間縮短到24/126，計(jì)算速度增 加了 24/126的倒數(shù)即126/24倍。在選擇計(jì)算目標(biāo)像素14c的該特定區(qū)域之中，像素14c的亮度數(shù)據(jù)變得大于預(yù)定 值。例如，利用上述成像數(shù)據(jù)12預(yù)先從檢測(cè)范圍15中選擇受外部光影響的區(qū)域，落入該區(qū) 域的像素14可以用作計(jì)算目標(biāo)像素14c。諸如黑色家具和黑色電子設(shè)備等的黑色目標(biāo)保持 黑色，不論是否存在外部光。因此獲取黑色目標(biāo)的圖像的區(qū)域可以從上述計(jì)算目標(biāo)中排除。 另外，通過(guò)設(shè)定特定的閾值，例如從計(jì)算目標(biāo)中排除圖像傳感器11得到的亮度數(shù)據(jù)(Y值) 等于或低于總共256級(jí)中的第50級(jí)的像素14，來(lái)確定對(duì)不計(jì)算像素14d的選擇。計(jì)算單元 13通過(guò)只對(duì)在檢測(cè)范圍15之中所有像素中選擇的像素14c執(zhí)行計(jì)算，來(lái)得到檢測(cè)范圍15 的亮度。在上述的當(dāng)前實(shí)施例的亮度檢測(cè)系統(tǒng)中，只對(duì)亮度數(shù)據(jù)等于或大于預(yù)定值的像素 14c執(zhí)行計(jì)算。換句話說(shuō)，對(duì)落入受外部光影響的區(qū)域中的像素14c執(zhí)行計(jì)算而不對(duì)該區(qū)域 之外的像素14d執(zhí)行計(jì)算。這在計(jì)算數(shù)據(jù)量的降低與保持校準(zhǔn)外部光所需的計(jì)算精度之間 達(dá)到平衡。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不背離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍的情況下可以 進(jìn)行很多形式的改變。例如，可以結(jié)合第一實(shí)施例和第二實(shí)施例，在此情況中，在包含等于 或大于預(yù)定值的亮度數(shù)據(jù)的像素的特定區(qū)域中以相等間隔選擇計(jì)算目標(biāo)像素。
權(quán)利要求
一種亮度檢測(cè)系統(tǒng)，包括圖像傳感器，用于產(chǎn)生由像素構(gòu)成的成像數(shù)據(jù)；以及計(jì)算單元，用于通過(guò)對(duì)所述成像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)得到對(duì)象的亮度，其中，所述計(jì)算單元設(shè)計(jì)成只對(duì)所述成像數(shù)據(jù)的落入預(yù)先指定的亮度檢測(cè)范圍內(nèi)的像素中所選擇的任意像素執(zhí)行計(jì)算。
2.如權(quán)利要求1所述的亮度檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述所選擇的任意像素被選擇為，使得這 些像素在其側(cè)邊上彼此不相鄰。
3.如權(quán)利要求1所述的亮度檢測(cè)系統(tǒng)，其中，所述所選擇的任意像素具有等于或大于 預(yù)定值的亮度數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種亮度檢測(cè)系統(tǒng)，包括圖像傳感器，用于產(chǎn)生由像素構(gòu)成的成像數(shù)據(jù)；以及計(jì)算單元，用于通過(guò)對(duì)所述成像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)得到對(duì)象的亮度。所述計(jì)算單元設(shè)計(jì)成只對(duì)所述成像數(shù)據(jù)的落入預(yù)先指定的亮度檢測(cè)范圍的像素中所選擇的任意像素執(zhí)行計(jì)算。
文檔編號(hào)G01J1/00GK101883457SQ20091017904
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者川島壽一, 松田真二, 谷川哲也 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社