用于对照明空间提取特征的传感照明系统和方法技术方案

本文公开一种照明系统，包括用于发射编码有调制图案的光的LED光源阵列、传感器阵列和空间特征提取单元。传感器阵列接收由物体散射的被发射光。利用调制图案，每个传感器确定相应光源与物体之间的距离。空间特征提取单元利用来自每个传感器的距离以产生表明物体的存在的高程图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对照明空间提取特征的传感照明系统和方法相关申请的交叉引用本申请涉及并要求在2012年4月20日提交的、专利技术名称为“传感照明系统”的美国临时申请号61/687,239的优先权权益，其内容通过引用合并于此。关于联邦赞助研究的声明本专利技术部分由美国国家科学基金会(批准号EEC-0812056)的拨款并且部分由NYSTAR(批准号C090145)的拨款支持。美国政府对本专利技术享有一定权利。
本专利技术涉及对用于照明的空间提取特征的照明系统和方法。
技术介绍
现今，照明消耗全部电能的大约19％，并且许多商业地点可消耗高达40％的典型办公大楼的电能消耗。虽然通过利用先进的照明控制系统，由照明系统消耗的电能可以减少35％以上，但是因为这些系统需要频繁的校准以合适地适应于短期(个人照明需要)和长期(内部重新设计)变化而很少被使用。基于红外运动传感器和超声波传感器的当前照明控制在照明控制中可能使用有限，并且照明系统本身可能是盲视的，因为光源可能不能看到由产生的光照亮的空间或物体。一些当前方法可以使用摄像系统以提供带有感知需要照亮什么以及何时进行照亮的照明系统。但是，可能存在与摄像系统相关的隐私忧虑。用于自适应照明控制的当前方法由于处理大量的视频信息还可能产生不必要的复杂性。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种用于对照明空间提取特征的照明系统和方法。该照明系统包括：发光二极管(LED)光源阵列，其布置在空间中用于照明；传感器阵列，接近于所述LED光源阵列；以及空间特征提取单元。每个光源被配置为在所述空间中发射编码有预定调制图案的光。来自多个LED光源中的所发射光被所述空间中的至少一个物体散射。所述传感器阵列被配置为接收由所述空间中的所述至少一个物体散射的光。每个传感器被配置为基于在所接收到的散射光中所述预定调制图案的检测来确定相应光源与所述至少一个物体之间的距离。空间特征提取单元被配置为接收来自每个传感器的所述距离并且产生所述空间的高程图。所述高程图表明在所述空间中所述至少一个物体的存在。附图说明图1示出用于对照明空间提取特征的示例性照明系统的功能框图。图2示出在照明空间中的示例性照明系统的立体图，其示出空间中物体距离的确定。图3示出用于对照明空间提取特征的示例性方法的流程图。图4示出基于高程图用于对照明空间提取特征的示例性方法的流程图。图5A是办公室环境的示例图像。图5B是根据本专利技术实施例的如图5A所示的办公室环境的示例飞行时间(ToF)图像。图6是根据本专利技术实施例的由图5B所示的ToF图像确定的示例高程图。图7A、图7B、图7C、图7D和图7E是根据本专利技术的实施例，用于各种多人环境的包括检测到物体的示例高程图。图8A、图8B、图8C和图8D是根据本专利技术的实施例，以各种传感器间隔对于如图7C所示的高程图的包括检测到物体的示例高程图。图9A和图9B是根据本专利技术的实施例，作为用于真实办公室环境的高程图的传感器间隔的函数的误差率和平均误差的示例图表。图10A和图10B是根据本专利技术的实施例，作为用于仿真办公室环境的高程图的传感器间隔的函数的误差率和平均误差的示例图表。具体实施方式描述了用于对照明空间提取特征(characterizing)的方法和包括LED光源阵列的照明系统。专利技术的方案包括用于对照明空间提取特征的示例性方法和示例性照明系统。照明系统可以包括光源阵列，除了照亮给定体积的空间外，还使用时间调制数据信号(即，预定的调制图案)对照明进行编码，并且包含有遍及该照明系统分布的广泛分开的、低像素数光传感器的网络。照明系统可以用于室内照明或户外照明。传感器可以测量从给定光源的发射(包括时间调制数据信号)与返回包含数据信号的一部分光之间的时间。返回的一部分光可以是由光源阵列照亮的空间中的物体的一个或多个表面散射的。照明系统可以利用这个通常被称为飞行时间(ToF)的测量过程以在照明空间内创建有生命物体和无生命物体的高程图(elevationmap)。照明系统可以基于高程图确定照明空间的特征。这些特征可以被用于例如监控和检测照明空间的轮廓(profile)的变化。这些特征可以被用于例如照明控制(诸如用于能量节约)、占用者(occupant)监控、安全功能和保安功能。参照图1，示出示例性照明系统100的功能框图。照明系统100可以包括LED光源阵列101(这里称为阵列101)、传感器的阵列102(这里称为传感器阵列102)、空间特征提取单元(spacecharacterizationunit)103、照明控制器104和存储器105。照明系统100可以包括一个或多个可选用户界面106和可选显示器107。阵列101、传感器阵列102、空间特征提取单元103、照明控制器104、存储器105、可选用户界面106和/或可选显示器107可以经由数据和控制总线(未示出)耦接。阵列101可以包括布置在空间中用以照亮该空间(这里也称为照明空间)的多个LED光源114(图2)。例如，图2示出接近于照明空间120的天花板均匀地布置为二维阵列的多个光源114，用以均匀地照亮空间120。尽管图2中示出的光源114被布置为均匀的二维阵列，但应该理解的是光源114可以布置为不均匀的阵列，并且阵列可以为一维阵列或三维阵列。应理解的是光源114的布置可以取决于照明空间的物理特征和期望的照明特性。一般而言，光源114可以由任意合适的间隔隔开，以照亮该照明空间。光源114可以间隔开例如大约60cm至大约2m之间的距离，但不限于此。光源114可以包括能够发射至少一种期望波长的光的任何合适的二极管。尽管这里相对于发光二极管描述光源114，但是光源114还可以包括半导体激光二极管。根据一个实施例，从光源114发射的光的波长可以被相应的传感器108直接利用以提取照明空间的特征。根据另一个实施例，例如，利用荧光体转换，至少一个光源114的部分波长可以被转换为至少一个其他波长。由荧光体发射的一个或多个波长可以被相应的传感器108利用。光源114可以包括被设计为以标称值(nominally)均匀地照亮空间的点光源或泛光源。在示例性实施例中，每个光源114可以与单个朝向下方的颜色或具有相对窄的视野(即，整合光的立体角)的距离传感器108配对，收集从光源114照亮的物体(诸如从图2中的人121和无生命物体122)散射的光。根据另一个示例性实施例，光源114可以包括基于LED的面板灯。如这里所使用的，面板灯是模仿荧光设备的光学性能的任何LED夹具设计。与点光源或泛光源阵列类似，面板灯可以包含或接近于朝向下方的高速传感器108。阵列101中的光源114可以被配置为经由照明控制器104通过预定调制图案来调制。阵列101中各个光源114的操作(诸如开/关操作、光强操作等)也可以由照明控制器104来控制。由此，阵列101可以发射光以照亮照明空间并且还可以调制所发射的光。例如，预定调制图案可以包括使用正交格雷码(或任何其他合适的正交图案)产生的开关图案的时序。作为另一个示例，输出光通量(光强)可以按期望频率在两级之间切换。作为附加示例，可以利用预定频率的按比例缩放的余弦信号调制输出光通量以产生正弦图案。一般而言，随着时间的平均光通量可以提供照明。调制的频率可以确定能够被明确测量的距离的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明系统，包括：发光二极管(LED)光源阵列，其布置在空间中用于照明，每个光源被配置为在所述空间中发射编码有预定调制图案的光，来自所述LED光源阵列中的所发射的光被所述空间中的至少一个物体散射；传感器阵列，接近于所述LED光源阵列且被配置为接收来自所述空间中的至少一个物体的散射光，每个传感器被配置为基于在所接收到的散射光中所述预定调制图案的检测来确定相应光源与所述至少一个物体之间的距离；以及空间特征提取单元，被配置为接收来自每个传感器的所述距离并且产生所述空间的高程图，所述高程图表明在所述空间中所述至少一个物体的存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.20 US 61/687,2391.一种照明系统，包括：发光二极管(LED)光源阵列，其布置在空间中用于照明，每个光源被配置为在所述空间中发射编码有预定调制图案的光，来自所述LED光源阵列中的所发射的光被所述空间中的至少一个物体散射，其中每个光源由不同的预定调制图案来调制；传感器阵列，接近于所述LED光源阵列且被配置为接收来自所述空间中的至少一个物体的散射光，每个传感器被配置为基于在所接收到的散射光中所述预定调制图案的检测来确定相应光源与所述至少一个物体之间的距离；以及空间特征提取单元，被配置为接收来自每个传感器的所述距离并且产生所述空间的高程图，所述高程图表明在所述空间中所述至少一个物体的存在。2.根据权利要求1所述的照明系统，其中每个光源包括聚光灯、泛光灯或面板灯中的至少一个。3.根据权利要求1所述的照明系统，其中每个光源包括单色光源。4.根据权利要求1所述的照明系统，其中每个光源包括被配置为发射不同波长的光的多个光源，至少一个所述传感器被配置为确定对于每个所述不同波长的距离，所述高程图包括与所述不同波长相关的彩色图。5.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述空间特征提取单元被配置为基于所述高程图检测所述至少一个物体的至少一个属性，以控制所述照明系统的照明。6.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述空间特征提取单元被配置为基于所述高程图确定下列的至少之一：所述至少一个物体的位置、所述至少一个物体的姿态、或所述至少一个物体的移动。7.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述空间特征提取单元被配置为基于所述高程图确定所述至少一个物体是有生命物体还是无生命物体。8.根据权利要求1所述的照明系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·F·卡尔利克，R·J·拉德克，T·D·C·利特尔，P·M·布塔拉，李佳，
申请(专利权)人：伦塞勒工艺研究所，波士顿大学理事会，
类型：发明
国别省市：美国;US