專利名稱：亮度感測系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及亮度感測系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，已知的照明系統(tǒng)中使用CCD(電荷耦合器件)作為用于感測亮度的傳感器 (例如，見日本專利申請公開2004-501496號，W016]段和圖3)。在此照明系統(tǒng)中，通過在 CCD相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)中對像素探測的光的亮度進(jìn)行平均來計(jì)算圖像獲取區(qū)域的亮度。 基于此計(jì)算的結(jié)果，提高或降低照明器件的調(diào)暗水平，以由此保持目標(biāo)空間的照度在基本 恒定的水平。在上述照明系統(tǒng)中，如果目標(biāo)空間的反射率改變了，例如由放置在桌上的白紙片 改變了，則提高探測的亮度。從而，保持桌面上的照度于恒定水平可能是困難的。此外，亮 度超過特定閾值的像素全部被排除在亮度探測中采用的像素之外。這使得不可能僅排除具 有亮度(或反射率)改變的像素區(qū)域。結(jié)果，精確地探測目標(biāo)空間的亮度有時是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述，本發(fā)明提供一種能夠精確并可靠地探測目標(biāo)空間的亮度的亮度感測系 統(tǒng)和一種使用該系統(tǒng)的照明系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種亮度感測系統(tǒng)，包括用于拍攝目標(biāo)空間的圖像 的圖像獲取單元；以及用于基于所述圖像獲取單元拍攝的所述圖像來計(jì)算圖像獲取區(qū)域的 亮度的計(jì)算單元。在亮度感測系統(tǒng)中，如果就先前拍攝的參考圖像和當(dāng)前拍攝的目標(biāo)圖像之間的亮 度改變來說，整個圖像和一個或多個像素形成的像素塊之間的差或比等于或大于閾值，則 計(jì)算單元從比較候選者排除所述像素塊，并基于除所述像素塊以外的其余像素來比較所述 目標(biāo)圖像的亮度和所述參考圖像的亮度。在此配置中，選出亮度改變過度大于整個圖像的亮度改變的像素塊并將其從參考 圖像和目標(biāo)圖像排除。這使得探測目標(biāo)空間的除反射率改變的區(qū)域外的亮度成為可能。結(jié) 果精確并可靠地探測目標(biāo)空間的亮度是可能的。此外，計(jì)算單元可以基于所述其余像素的平均亮度來比較所述目標(biāo)圖像的亮度和 所述參考圖像的亮度。在此配置中，在所述目標(biāo)圖像的亮度和所述參考圖像的亮度的比較中使用平均亮 度。因此，能夠根據(jù)平均亮度容易地計(jì)算目標(biāo)空間的照度。此外，計(jì)算單元可以基于所述其余像素的總亮度來比較所述目標(biāo)圖像的亮度和所 述參考圖像的亮度。在此配置中，在所述目標(biāo)圖像的亮度和所述參考圖像的亮度的比較中使用總亮 度。這使得能夠省略計(jì)算平均亮度的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種照明系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的亮度感測系統(tǒng)；以及照明器件，用于根據(jù)所述亮度感測系統(tǒng)的所述計(jì)算單元的比較結(jié)果來改變調(diào) 暗水平，以保持所述目標(biāo)空間的照度基本處于恒定水平。這里，如果所述計(jì)算單元確定所述目標(biāo)圖像比所述參考圖像亮，則所述照明器件 提高所述調(diào)暗水平，如果所述計(jì)算單元確定所述目標(biāo)圖像比所述參考圖像暗，則所述照明 器件減小所述調(diào)暗水平。利用此配置，上述亮度感測系統(tǒng)的使用使得提供能夠精確并可靠地探測目標(biāo)空間 的亮度并保持目標(biāo)空間的照度于恒定水平的照明系統(tǒng)成為可能。


本發(fā)明的目標(biāo)和特點(diǎn)將從結(jié)合附圖給出的實(shí)施例的以下描述變得明顯，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照明系統(tǒng)的示意性框圖；圖2A至2C是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照明系統(tǒng)的操作的示意圖；圖3A至3C是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照明系統(tǒng)中采用的亮度感測系統(tǒng)的 操作的視圖。
具體實(shí)施例方式以下，將參照圖1至圖3C描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的亮度感測系統(tǒng)和使用該系統(tǒng) 的照明系統(tǒng)，圖1至圖3C形成這些實(shí)施例的一部分。本實(shí)施例中的亮度感測系統(tǒng)用于探測特定輻照表面S的亮度(照度)，來自如圖 2A至2C中所示的照明器件A的光輻照至該表面。本實(shí)施例中的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為通過使用 亮度感測系統(tǒng)來保持輻照表面S上的照度于基本恒定的水平。參照圖1，本實(shí)施例的亮度感測系統(tǒng)包括圖像獲取器件(或圖像獲取單元)2，由 例如CCD傳感器或CMOS傳感器形成；透鏡3，用于確定圖像獲取器件2的視場；以及控制單 元1，設(shè)置有用于基于圖像獲取器件2拍攝的圖像來計(jì)算圖像獲取區(qū)域(本實(shí)施例中的輻照 表面S)的亮度的亮度計(jì)算單元la。除上述亮度感測系統(tǒng)外，本實(shí)施的照明系統(tǒng)包括照明器件A，具有由例如白熾 燈泡、熒光燈或LED形成的照明負(fù)載5 ；以及電流控制器4，用于根據(jù)從控制單元1輸出的 PWM(脈寬調(diào)制)信號的占空比來控制流過照明負(fù)載5的電流。以對應(yīng)于PWM信號的調(diào)暗水 平開啟照明負(fù)載5。圖1中的參考符號“AC”表示用于給照明負(fù)載5提供電力的商業(yè)AC電 源。在本實(shí)施例的照明系統(tǒng)中，由圖像獲取器件2先前拍攝的4X 5像素大小的參考圖 像Pl (見圖3A)存儲于控制單元1的存儲單元(未示出)中。亮度計(jì)算單元Ia將參考圖 像Pl的亮度與當(dāng)前拍攝的目標(biāo)圖像P2(見圖3)的亮度進(jìn)行比較。從控制單元1向電流控 制器4輸出對應(yīng)于比較結(jié)果的PWM信號。響應(yīng)于PWM信號，電流控制器4向照明負(fù)載5供給電流。例如，如果目標(biāo)圖像P2 比參考圖像Pl亮，則電流控制器4減小照明負(fù)載5的調(diào)暗水平。相反，如果目標(biāo)圖像P2比 參考圖像Pl暗，則電流控制器4提高照明負(fù)載5的調(diào)暗水平。結(jié)果，保持輻照表面S，即目 標(biāo)空間，的照度為基本等于對應(yīng)于參考圖像Pl的照度變得可能。圖2A是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照明系統(tǒng)的示意圖。如果光(由圖2A中的箭頭指示)從照明器件A朝向輻照表面S輻照，則圖像獲取器件2捕獲從輻照表面S反射的 光(由圖2A中的箭頭b指示)。例如，在照明器件A的調(diào)暗水平設(shè)定為例如50%，而輻照 表面S的照度為7501x(參考照度)的條件下獲得參考圖像P1。圖2A至2C中的參考符號 “B”表示照度計(jì)。如果如圖2B中所示地將白紙片放置于輻照表面S上，則輻照表面S的反射率由白 紙片6提高(見圖2B中的箭頭b’ )。從而，圖像獲取器件2拍攝的目標(biāo)圖像P2變得比參 考圖像Pl亮。為此原因，如果在例如圖像Pl和P2的比較中使用所有像素，則照明器件A 的調(diào)暗水平將減小至例如40% (見圖2C中的箭頭a’)，使得目標(biāo)圖像P2與參考圖像Pl的 亮度能夠相等。結(jié)果，輻照表面S的照度降低至例如6001x，這使得不可能保持輻照表面S 的照度為等于對應(yīng)于參考圖像Pl的參考照度。在本實(shí)施例中，如在后續(xù)程序中那樣通過從比較候選者排除由于反射率的改變而 顯示出強(qiáng)烈的亮度改變的像素，提高了參考圖像Pl和目標(biāo)圖像P2的比較精度。以下，將參 照圖3A至3C 描述以像素塊基礎(chǔ)執(zhí)行的像素排除程序。在此范例中，一個像素構(gòu)成一個像 素塊，并且填寫于圖3A至3C中的像素中的參考數(shù)字表示像素(或像素塊)編號。如圖3A中所示，對于先前拍攝的參考圖像Pl和當(dāng)前拍攝的目標(biāo)圖像P2的每一 個，首先計(jì)算所有像素塊1至20的平均亮度。然后，計(jì)算亮度比X(X = X2(目標(biāo)圖像P2的 平均亮度)/Xl (參考圖像Pl的平均亮度))，其中，圖像的平均亮度是例如圖像中所有像素 的亮度的總和除以其像素?cái)?shù)目。接下來，如圖3B中所示，根據(jù)目標(biāo)圖像P2的像素塊1至20的每一個的亮度和參 考圖像Pl的對應(yīng)像素塊1至20的每一個的亮度來計(jì)算每個像素塊的亮度比Y (Y = Y2 (目 標(biāo)圖像P2的每個像素塊的亮度)/Yl (參考圖像Pl的對應(yīng)像素塊的亮度))。然后，將亮度 比Y等于或大于亮度比X例如兩(閾值1)倍，或者等于或小于亮度比X例如一半(閾值2) 的像素塊選出。替代地，可以使用參考圖像Pl和目標(biāo)圖像P2之間的亮度差代替使用參考圖像 Pl和目標(biāo)圖像P2的亮度比來選出亮度具有大的改變的像素塊。在此情況下，計(jì)算亮度差 X’(X’ = X2-X1)和每個像素塊的亮度差Y’(Y’ = Y2-Y1)，然后，可以將亮度差Y’等于或 大于亮度差X’例如N(閾值3)倍，或者等于或小于亮度差X’例如1/M(閾值4)的像素塊 選出，N和M是大于1的數(shù)。此外，為了選出經(jīng)歷了過大改變的像素塊，優(yōu)選地，可以選出X(或X’)和Y(或Y’) 之間的亮度差等于或大于閾值，或者等于或小于另一閾值的像素塊。此外，為了選出過亮或過暗的像素塊，優(yōu)選地，可以僅使用閾值中的一個來確定要 選出的像素塊，該一個閾值例如是閾值1或2。例如，如果在圖3B所示的步驟中選出了像素塊10、16和17，則使用像素塊10、16 和17以外的其余像素塊來計(jì)算參考圖像Pl和目標(biāo)圖像P2的每一個的平均亮度，如圖3C 所示。在如此獲得的目標(biāo)圖像P2的平均亮度大于如此獲得的參考圖像Pl的平均亮度時， 確定輻照表面S的照度大于參考照度(此例中為7501x)。因此，從控制單元1向電流控制 器4輸出用于減小照明負(fù)載5的調(diào)暗水平的PWM信號。響應(yīng)于PWM信號，電流控制器4控 制流至照明負(fù)載5的電流，由此減小照明負(fù)載5的調(diào)暗水平。結(jié)果，保持輻照表面S的照度 基本等于對應(yīng)于參考圖像Pl的參考照度。
如果圖3C中獲得的目標(biāo)圖像P2的平均亮度小于圖3C中獲得的參考圖像Pl的平 均亮度，則確定輻照表面S的照度小于參考照度。因此，從控制單元1向電流控制器4輸出 用于提高照明負(fù)載5的調(diào)暗水平的PWM信號。響應(yīng)于PWM信號，電流控制器4控制流至照 明負(fù)載5的電流，由此提高照明負(fù)載5的調(diào)暗水平。結(jié)果，保持輻照表面S的照度基本等于 對應(yīng)于參考圖像Pl的參考照度。對于本實(shí)施例，將亮度改變過度大于整個圖像的亮度改變的像素塊區(qū)域選出并從 參考圖像Pl和目標(biāo)圖像P2排除。這使得探測輻照表面(目標(biāo)空間)S的除反射率改變的 區(qū)域的亮度成為可能。結(jié)果，精確并可靠地探測輻照表面S的亮度成為可能。因?yàn)楸容^目 標(biāo)圖像P2的亮度和參考圖像Pl的亮度時使用平均亮度，所以能夠根據(jù)平均亮度容易地估 計(jì)輻照表面S的照度。雖然本實(shí)施例中使用平均亮度來比較目標(biāo)圖像P2的亮度和參考圖像Pl的亮度， 但是為該目的，使用例如像素塊的總亮度也是可能的。在此情況下，能夠省略計(jì)算平均亮度 的步驟。即，針對參考圖像Pl和目標(biāo)圖像P2的每一個計(jì)算所有像素的總亮度，以計(jì)算亮度 比X。然后，在排除經(jīng)歷了過度改變的像素塊后，使用其余像素來計(jì)算參考圖像Pl和目標(biāo)圖 像P2的每一個的總亮度，以使得參考圖像Pl和目標(biāo)圖像P2之間的照度基本相等，其余像 素 即其余像素塊的像素。使用本實(shí)施例的亮度感測系統(tǒng)使得提供能夠精確并可靠地探測輻照表面S的亮 度并保持輻照表面S的照度于恒定水平的照明系統(tǒng)成為可能。然而，可以根據(jù)使用環(huán)境等任意地設(shè)定選出要從比較候選者排除的像素中使用的 閾值。雖然圖3B中示例的步驟中一個像素構(gòu)成一個像素塊，但是多個像素可以構(gòu)成一個像 素塊。在此情況下，通過對構(gòu)成該像素塊的像素的亮度進(jìn)行平均或求和獲得了每個像素塊 的亮度(Yl和Y2)。雖然以將白紙片6放置于輻照表面S上為范例描述了實(shí)施例，但是在具有黑頭發(fā) 的人處于圖像拍攝區(qū)域內(nèi)的情況中從比較候選者排除某些像素也是可能的。結(jié)果，保持輻 照表面S的照度于恒定水平的可能性是相等的。雖然針對實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以不脫 離以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范例進(jìn)行各種改變和更改。
權(quán)利要求
一種亮度感測系統(tǒng)，包括用于拍攝目標(biāo)空間的圖像的圖像獲取單元；以及用于基于所述圖像獲取單元拍攝的所述圖像來計(jì)算圖像獲取區(qū)域的亮度的計(jì)算單元，其中，如果就先前拍攝的參考圖像和當(dāng)前拍攝的目標(biāo)圖像之間的亮度改變來說，整個圖像和一個或多個像素形成的像素塊之間的差或比等于或大于閾值，則計(jì)算單元從比較候選者排除所述像素塊，并基于除所述像素塊以外的其余像素來比較所述目標(biāo)圖像的亮度和所述參考圖像的亮度。
2.如權(quán)利要求1所述的亮度感測系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元基于所述其余像素的平均 亮度來比較所述目標(biāo)圖像的亮度和所述參考圖像的亮度。
3.如權(quán)利要求1所述的亮度感測系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元基于所述其余像素的總亮 度來比較所述目標(biāo)圖像的亮度和所述參考圖像的亮度。
4.一種照明系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的亮度感測系統(tǒng)；以及照明器件，用于根據(jù)所述亮度感測系統(tǒng)的所述計(jì)算單元的比較結(jié)果來改變調(diào)暗水平， 以保持所述目標(biāo)空間的照度基本處于恒定水平，其中，如果所述計(jì)算單元確定所述目標(biāo)圖像比所述參考圖像亮，則所述照明器件提高 所述調(diào)暗水平，如果所述計(jì)算單元確定所述目標(biāo)圖像比所述參考圖像暗，則所述照明器件 減小所述調(diào)暗水平。
全文摘要
一種亮度感測系統(tǒng)，包括用于拍攝目標(biāo)空間的圖像的圖像獲取單元；以及用于基于所述圖像獲取單元拍攝的所述圖像來計(jì)算圖像獲取區(qū)域的亮度的計(jì)算單元。在亮度感測系統(tǒng)中，如果就先前拍攝的參考圖像和當(dāng)前拍攝的目標(biāo)圖像之間的亮度改變來說，整個圖像和一個或多個像素形成的像素塊之間的差或比等于或大于閾值，則計(jì)算單元從比較候選者排除所述像素塊，并基于除所述像素塊以外的其余像素來比較所述目標(biāo)圖像的亮度和所述參考圖像的亮度。
文檔編號H05B37/02GK101963527SQ20101023734
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者川島壽一, 松田真二, 谷川哲也 申請人:松下電工株式會社