用于對照明空間提取特征的傳感照明系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請設及并要求在2012年4月20日提交的、發(fā)明名稱為"傳感照明系統(tǒng)"的美 國臨時申請?zhí)?1/687, 239的優(yōu)先權權益，其內容通過引用合并于此。
[0003] 關于聯(lián)邦贊助研究的聲明
[0004] 本發(fā)明部分由美國國家科學基金會（批準號邸C-0812056)的撥款并且部分由 NYSTAR(批準號C090145)的撥款支持。美國政府對本發(fā)明享有一定權利。
技術領域
[0005] 本發(fā)明設及對用于照明的空間提取特征的照明系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0006] 現(xiàn)今，照明消耗全部電能的大約19%，并且許多商業(yè)地點可消耗高達40%的典型 辦公大樓的電能消耗。雖然通過利用先進的照明控制系統(tǒng)，由照明系統(tǒng)消耗的電能可W減 少35%W上，但是因為該些系統(tǒng)需要頻繁的校準化合適地適應于短期（個人照明需要）和 長期（內部重新設計）變化而很少被使用?；诩t外運動傳感器和超聲波傳感器的當前照 明控制在照明控制中可能使用有限，并且照明系統(tǒng)本身可能是盲視的，因為光源可能不能 看到由產(chǎn)生的光照亮的空間或物體。一些當前方法可W使用攝像系統(tǒng)W提供帶有感知需要 照亮什么W及何時進行照亮的照明系統(tǒng)。但是，可能存在與攝像系統(tǒng)相關的隱私憂慮。用 于自適應照明控制的當前方法由于處理大量的視頻信息還可能產(chǎn)生不必要的復雜性。

【發(fā)明內容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于對照明空間提取特征的照明系統(tǒng)和方法。 該照明系統(tǒng)包括；發(fā)光二極管（LED)光源陣列，其布置在空間中用于照明；傳感器陣列，接 近于所述L邸光源陣列；W及空間特征提取單元。每個光源被配置為在所述空間中發(fā)射編 碼有預定調制圖案的光。來自多個L邸光源中的所發(fā)射光被所述空間中的至少一個物體散 射。所述傳感器陣列被配置為接收由所述空間中的所述至少一個物體散射的光。每個傳感 器被配置為基于在所接收到的散射光中所述預定調制圖案的檢測來確定相應光源與所述 至少一個物體之間的距離。空間特征提取單元被配置為接收來自每個傳感器的所述距離并 且產(chǎn)生所述空間的高程圖。所述高程圖表明在所述空間中所述至少一個物體的存在。
【附圖說明】
[000引圖1示出用于對照明空間提取特征的示例性照明系統(tǒng)的功能框圖。
[0009]圖2示出在照明空間中的示例性照明系統(tǒng)的立體圖，其示出空間中物體距離的確 定。
[0010] 圖3示出用于對照明空間提取特征的示例性方法的流程圖。
[0011] 圖4示出基于高程圖用于對照明空間提取特征的示例性方法的流程圖。
[0012] 圖5A是辦公室環(huán)境的示例圖像。
[0013] 圖5B是根據(jù)本發(fā)明實施例的如圖5A所示的辦公室環(huán)境的示例飛行時間（To巧圖 像。
[0014] 圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的由圖5B所示的ToF圖像確定的示例高程圖。
[001引圖7A、圖7B、圖7C、圖7D和圖7E是根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于各種多人環(huán)境的包 括檢測到物體的示例高程圖。
[0016] 圖8A、圖8B、圖8C和圖8D是根據(jù)本發(fā)明的實施例，W各種傳感器間隔對于如圖7C 所示的高程圖的包括檢測到物體的示例高程圖。
[0017] 圖9A和圖9B是根據(jù)本發(fā)明的實施例，作為用于真實辦公室環(huán)境的高程圖的傳感 器間隔的函數(shù)的誤差率和平均誤差的示例圖表。
[001引圖10A和圖10B是根據(jù)本發(fā)明的實施例，作為用于仿真辦公室環(huán)境的高程圖的傳 感器間隔的函數(shù)的誤差率和平均誤差的示例圖表。
【具體實施方式】
[0019] 描述了用于對照明空間提取特征（characterizing)的方法和包括LED光源陣列 的照明系統(tǒng)。
[0020] 發(fā)明的方案包括用于對照明空間提取特征的示例性方法和示例性照明系統(tǒng)。照明 系統(tǒng)可W包括光源陣列，除了照亮給定體積的空間外，還使用時間調制數(shù)據(jù)信號（目P，預定 的調制圖案）對照明進行編碼，并且包含有遍及該照明系統(tǒng)分布的廣泛分開的、低像素數(shù) 光傳感器的網(wǎng)絡。照明系統(tǒng)可W用于室內照明或戶外照明。傳感器可W測量從給定光源的 發(fā)射（包括時間調制數(shù)據(jù)信號）與返回包含數(shù)據(jù)信號的一部分光之間的時間。返回的一部 分光可W是由光源陣列照亮的空間中的物體的一個或多個表面散射的。照明系統(tǒng)可W利用 該個通常被稱為飛行時間（To巧的測量過程W在照明空間內創(chuàng)建有生命物體和無生命物 體的高程圖（elevationmap)。照明系統(tǒng)可W基于高程圖確定照明空間的特征。該些特征 可W被用于例如監(jiān)控和檢測照明空間的輪廓（profile)的變化。該些特征可W被用于例如 照明控制（諸如用于能量節(jié)約）、占用者（occupant)監(jiān)控、安全功能和保安功能。
[0021] 參照圖1，示出示例性照明系統(tǒng)100的功能框圖。照明系統(tǒng)100可W包括LED光 源陣列1〇1(該里稱為陣列101)、傳感器的陣列1〇2(該里稱為傳感器陣列102)、空間特征 提取單元（spacecharacterizationunit) 103、照明控制器104和存儲器105。照明系統(tǒng) 100可W包括一個或多個可選用戶界面106和可選顯示器107。陣列101、傳感器陣列102、 空間特征提取單元103、照明控制器104、存儲器105、可選用戶界面106和/或可選顯示器 107可W經(jīng)由數(shù)據(jù)和控制總線（未示出）禪接。
[0022] 陣列101可W包括布置在空間中用W照亮該空間（該里也稱為照明空間）的多個 L邸光源114(圖2)。例如，圖2示出接近于照明空間120的天花板均勻地布置為二維陣列 的多個光源114,用W均勻地照亮空間120。盡管圖2中示出的光源114被布置為均勻的二 維陣列，但應該理解的是光源114可W布置為不均勻的陣列，并且陣列可W為一維陣列或 S維陣列。應理解的是光源114的布置可W取決于照明空間的物理特征和期望的照明特 性。一般而言，光源114可W由任意合適的間隔隔開，W照亮該照明空間。光源114可W間 隔開例如大約60cm至大約2m之間的距離，但不限于此。
[0023] 光源114可W包括能夠發(fā)射至少一種期望波長的光的任何合適的二極管。盡管該 里相對于發(fā)光二極管描述光源114,但是光源114還可W包括半導體激光二極管。根據(jù)一個 實施例，從光源114發(fā)射的光的波長可W被相應的傳感器108直接利用W提取照明空間的 特征。根據(jù)另一個實施例，例如，利用巧光體轉換，至少一個光源114的部分波長可W被轉 換為至少一個其他波長。由巧光體發(fā)射的一個或多個波長可W被相應的傳感器108利用。
[0024] 光源114可W包括被設計為W標稱值（nominally)均勻地照亮空間的點光源或泛 光源。在示例性實施例中，每個光源114可W與單個朝向下方的顏色或具有相對窄的視野 (即，整合光的立體角）的距離傳感器108配對，收集從光源114照亮的物體（諸如從圖2 中的人121和無生命物體122)散射的光。
[0025] 根據(jù)另一個示例性實施例，光源114可W包括基于L邸的面板燈。如該里所使用 的，面板燈是模仿巧光設備的光學性能的任何LED夾具設計。與點光源或泛光源陣列類似， 面板燈可W包含或接近于朝向下方的高速傳感器108。
[0026] 陣列101中的光源114可W被配置為經(jīng)由照明控制器104通過預定調制圖案來調 審IJ。陣列101中各個光源114的操作（諸如開/關操作、光強操