專利名稱：用于空間控制的景物照明的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制物體的照明的設(shè)備和方法，更具體地，涉及通過調(diào)節(jié)照明的 多束源(multiple sources)來例如在物體例如個(gè)體的眼睛或面部的攝像機(jī)圖像內(nèi)產(chǎn)生空間上受控的亮度，例如基本上一致或可變的亮度的設(shè)備和方法，例如，用于機(jī)器視覺的目的。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于機(jī)器視覺應(yīng)用的照明方案(illumination schemes),尤其當(dāng)在照相機(jī)視場內(nèi)的表面和物體的反射率變化時(shí)。常規(guī)的照明方案在包含彎曲表面的景物或超越單個(gè)二維平面的物體內(nèi)經(jīng)常產(chǎn)生陰影和/或閃爍(即，熱點(diǎn))。當(dāng)照明設(shè)備(照明)必須局限于有限數(shù)量的源時(shí)和/或當(dāng)光源必須鄰近被照明的景物定位時(shí)，這些問題變嚴(yán)重。涉及機(jī)器視覺的應(yīng)用正變得日益普通。部分地，由于電子學(xué)和軟件開發(fā)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步這種應(yīng)用增加，并且照相機(jī)和信息處理單元的成本減少。來自機(jī)器視覺應(yīng)用范圍的少量實(shí)例包括物體識(shí)別、距離測量、食品檢查、裝配線的質(zhì)量控制、閱讀條形碼、物體計(jì)數(shù)、安全監(jiān)控和生物測量。利用機(jī)器視覺的部門和行業(yè)包括軍事、醫(yī)療、安全、半導(dǎo)體制造、制造業(yè)、機(jī)器人和玩具。如果圖像中的區(qū)域具有不足的照明，則幾乎所有圖像處理技術(shù)和算法都受到影響。如果照明水平太低，則結(jié)果是亮度強(qiáng)度的變化不足以區(qū)分物體的邊界或反射率的區(qū)域變化。減少的信號(hào)或光強(qiáng)度也導(dǎo)致在圖像內(nèi)顯現(xiàn)檢測器噪聲。低信噪比一般導(dǎo)致顯示“粒面”并難于處理的圖像。相反，如果照明水平太高，則照相機(jī)或檢測器內(nèi)的像素變得飽和。再次，全飽和像素(完全飽和像素)不能為圖像處理算法提供關(guān)于亮度水平變化的信息以區(qū)分邊緣或邊界。在一些類型的攝像機(jī)中，飽和像素也可以“溢出(bleed over)”以提高附近像素的視亮度(表面亮度，apparentbrightnessX在大多數(shù)情況下，信息內(nèi)容在有太少或太多光子的圖像區(qū)域內(nèi)會(huì)丟失。圖像處理怎么也不能找回丟失的信息。在這些情況下，必須改善所有視頻圖像的空間區(qū)域中的照明以產(chǎn)生可靠的機(jī)器視覺應(yīng)用。例如，物體尺寸的精確測量涉及物體邊緣的檢測，其中邊緣被定義為其中存在明顯的顏色或亮度梯度的區(qū)域。如果物體邊緣的照相機(jī)視場(視圖)被陰影扭曲，則邊緣檢測算法的可靠性和精確性被降低。包括物體識(shí)別的機(jī)器視覺應(yīng)用對照明條件特別敏感。暗角(死角)、由于照明引起的顏色變化、由表面照明的不同角度產(chǎn)生的亮度變化、陰影和熱點(diǎn)可以由于照明條件而使得物體不可識(shí)別。當(dāng)照明源被限制為鄰近被照明的物體時(shí)，物體的受控照明尤其不同。例如，這種限制可歸因于例如期望使設(shè)備緊湊和/或通過將照明僅限制在照相機(jī)的視場來減少功率消耗。使用安裝到眼鏡或頭戴式裝置上的設(shè)備來照明眼睛時(shí)就是這種情況。這些類型的系統(tǒng)或設(shè)備的實(shí)例可以在William C. Torch的美國專利7515054B2中找到，其公開了通過監(jiān)測眼睛運(yùn)動(dòng)促進(jìn)的生物傳感器、通信和控制器應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于控制物體的照明的設(shè)備和方法。更具體地，本發(fā)明涉及通過調(diào)節(jié)照明的多束源(mu 11 ip I e sources )來例如在物體例如個(gè)體的眼睛或面部的攝像機(jī)圖像內(nèi)產(chǎn)生空間上受控的亮度，例如基本上一致(均勻)的亮度的設(shè)備和方法，例如，用于機(jī)器視覺的目的。根據(jù)前述背景，本文中的設(shè)備、系統(tǒng)和方法可為機(jī)器視覺應(yīng)用提供改善的照明方法和系統(tǒng)。該方法通常包括兩個(gè)或多個(gè)以與照相機(jī)的視角不同的角度照射景物的不同區(qū)域的電磁輻射源。這些照明源可以各自包括一個(gè)或多個(gè)照明裝置，如白熾燈泡、弧光燈、或發(fā)光二極管(LED)。照相機(jī)可以是幀接收器和處理系統(tǒng)的部件，其產(chǎn)生反饋信號(hào)以基于捕獲的圖像來單獨(dú)控制照明源。目標(biāo)亮度水平可以是恒定的或者可以根據(jù)空間(例如，為了產(chǎn)生穿過景物的亮度梯度)和/或時(shí)間(例如，當(dāng)通過源以不同波長交替照明景物)變化。受控的和/或一致的照明可允許涉及位置測量和物體識(shí)別的機(jī)器視覺應(yīng)用更簡單、快速和可靠地進(jìn)行。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，提供了尤其當(dāng)在景物內(nèi)存在反射率的空間變化時(shí)，產(chǎn)生具有基本上空間一致和/或受制的景物亮度的照相機(jī)圖像的系統(tǒng)和方法。根據(jù)另一實(shí)施方式，提供了由彎曲的和/或與照相機(jī)的圖像平面(像平面)不共面的表面產(chǎn)生具有受控的或基本上一致亮度的圖像的系統(tǒng)和方法。例如，該系統(tǒng)和方法可使用適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在遠(yuǎn)離照相機(jī)的視線的一個(gè)或多個(gè)照明源。從銳角的照明可幫助展現(xiàn)如表面裂紋或缺口的精細(xì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)又一實(shí)施方式，提供的系統(tǒng)和方法可以減少由超過(rise above)表面的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的陰影效應(yīng)。例如，可通過使用從對比角(襯度角，contrasting angle)照明景物的電磁輻射的多束源來減少陰影效應(yīng)。根據(jù)又一實(shí)施方式，提供的系統(tǒng)和方法可以減少或避免由于照明的點(diǎn)源引起的所謂“閃爍”或亮點(diǎn)效應(yīng)。閃爍效應(yīng)可以通過以很好地遠(yuǎn)離照相機(jī)視點(diǎn)的角度使用源將光轉(zhuǎn)向景物中來避免。根據(jù)另一實(shí)施方式，提供了用于監(jiān)測人眼睛的系統(tǒng)，其包括被構(gòu)造成戴在人的頭上的裝置；安裝在所述裝置上并定位成觀察佩戴所述裝置的人的第一只眼睛的照相機(jī)；和在所述裝置上的優(yōu)先照明第一只眼睛周圍且在照相機(jī)的視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域(focal regions)的多個(gè)光源。在一個(gè)可替換的實(shí)施方式中，照相機(jī)和/或光源安裝在遠(yuǎn)離人處，例如，到交通工具的儀表板或其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)?？刂破骺梢择罱又琳障鄼C(jī)和光源，控制器被構(gòu)造成用于使用照相機(jī)對光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣并且基于采樣亮度來調(diào)節(jié)光源以在各自的焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。例如，控制器可以被構(gòu)造成用于從與照相機(jī)的視場內(nèi)的被第一光源照明的第一焦點(diǎn)區(qū)域相對應(yīng)的照相機(jī)的多個(gè)像素(multiple pixels)對亮度采樣,控制器結(jié)合(合并)采樣的亮度以確定由第一光源提供的平均亮度，控制器調(diào)節(jié)第一光源以在第一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。類似地，控制器可以被構(gòu)造成從被第二或另外的各自光源照明的第二或另外的焦點(diǎn)區(qū)域?qū)α炼炔蓸?，并調(diào)節(jié)光源以在相應(yīng)的焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。 在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器可以被構(gòu)造成用于振幅調(diào)節(jié)光源的電流和電壓中的至少一個(gè)以在各自的焦點(diǎn)區(qū)域中提供期望的亮度水平。另外或可替換地，控制器可以被構(gòu)造成用于脈沖寬度調(diào)節(jié)光源的電流和電壓中的至少一個(gè)以提供期望的亮度水平。 可選地，處理單元可以耦接至照相機(jī)，用于接收第一只眼睛的圖像，例如，用于監(jiān)測和/或分析第一只眼睛的圖像。處理單元可以包括控制器或可以是一個(gè)或多個(gè)分開的處理器。根據(jù)又一實(shí)施方式，提供了用于產(chǎn)生空間受制照明的反饋控制系統(tǒng)，其包括在視場的兩個(gè)或更多空間區(qū)域中測量景物亮度的照相機(jī)；優(yōu)先照明在照相機(jī)的視場內(nèi)的相應(yīng)區(qū)域的光源；和處理器，其計(jì)算照相機(jī)的視場的每一區(qū)域內(nèi)的平均亮度并且將相應(yīng)光源調(diào)節(jié)到一個(gè)或更多目標(biāo)亮度水平以在視場內(nèi)提供期望的亮度水平。在一個(gè)實(shí)例中，該系統(tǒng)可以包括電子顯示器，和照相機(jī)和/或光源，其可以相對于顯示器安裝，使得照相機(jī)和光源朝向觀看電子顯示器的人的面部定向。在另一實(shí)例中，可以以使該照相機(jī)和/或光源朝向交通工具的操作者面部定向的方式將該照相機(jī)和/或光源安裝至交通工具的儀表板或其他表面。在又一個(gè)實(shí)例中，照相機(jī)和/或光源可以被安裝至鄰近裝配線或傳送帶的結(jié)構(gòu)以獲得沿裝配線或傳送帶指向的物體的圖像。在又一個(gè)實(shí)例中，照相機(jī)和/或光源可以安裝至鄰近多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的結(jié)構(gòu)以獲得位于存儲(chǔ)區(qū)中的物體的圖像。例如，光源鄰近裝配線、傳送帶或存儲(chǔ)區(qū)安裝以優(yōu)先照明照相機(jī)視場內(nèi)的各自焦點(diǎn)區(qū)域，例如，基于由照相機(jī)獲取的圖像來促進(jìn)物體的識(shí)別。在這些實(shí)例的任何一個(gè)中，光源可以基本上持續(xù)地或間歇地運(yùn)行。例如，當(dāng)照相機(jī)不工作時(shí)光源停止工作。例如，如果照相機(jī)用于獲取視場的圖像與對優(yōu)先被各自光源照明的區(qū)域內(nèi)的亮度采樣分開，光源可以僅在當(dāng)照相機(jī)被啟動(dòng)以獲取圖像和/或?qū)α炼炔蓸拥闹芷谄陂g啟動(dòng)，盡管光源可以在這些周期期間間歇地啟動(dòng)(激活)，例如，如果脈沖寬度調(diào)節(jié)用于控制光源的亮度。根據(jù)又一實(shí)施方式，提供了用于控制人的第一只眼睛的照明的方法。照相機(jī)可以朝向人面部定位使得人的第一只眼睛位于照相機(jī)的視場內(nèi)，并且可以用優(yōu)先照明第一只眼睛周圍且在照相機(jī)的視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域的多個(gè)光源照明人的面部的至少一部分?？梢允褂谜障鄼C(jī)對光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣，并且至少部分基于采樣亮度來調(diào)節(jié)光源以在各自的焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生期望的亮度水平。根據(jù)又一實(shí)施方式，提供了可以產(chǎn)生用于機(jī)器視覺應(yīng)用的空間一致或受控的亮度水平的景物照明系統(tǒng)。例如，目標(biāo)亮度水平在整個(gè)照相機(jī)的視場內(nèi)可以基本上相同，例如，用于產(chǎn)生基本一致的亮度，或可以根據(jù)位置變化，例如，用于在景物內(nèi)產(chǎn)生受控的亮度水平。另外或可替換地，目標(biāo)亮度水平也可隨時(shí)間進(jìn)行變化。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該系統(tǒng)包括照相機(jī)、優(yōu)先照明照相機(jī)視場內(nèi)的不同區(qū)域的多個(gè)光源(多重光源，multiple light sources)、以及稱接至照相機(jī)和光源的處理單元?？梢詫φ障鄼C(jī)視場內(nèi)光源的焦點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行采樣以確定平均區(qū)域亮度并與目標(biāo)亮度水平比較。該處理單元可以控制光源以增加或降低照明水平從而會(huì)聚到視場內(nèi)的目標(biāo)亮度水平。可以以每個(gè)連續(xù)的視頻圖像或周期性圖像來重復(fù)光源的這種調(diào)節(jié)直到獲得目標(biāo)亮度水平。一旦獲得目標(biāo)亮度水平，迭代(重復(fù))反饋控制可鎖定(關(guān)閉)用于一些機(jī)器視覺應(yīng)用。對于其他應(yīng)用，迭代過程可周期性地或持續(xù)地進(jìn)行以解決不同景物或照明條件的變化。
根據(jù)又一實(shí)施方式，提供了用于控制景物的照明的方法，該方法包括將照相機(jī)集中于景物，使得景物中的一個(gè)或更多物體(目標(biāo))處于照相機(jī)的視場內(nèi)；用優(yōu)先照明照相機(jī)的視場內(nèi)的各自焦點(diǎn)區(qū)域的多個(gè)光源來照明景物；使用照相機(jī)對光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣；以及至少部分基于采樣亮度來調(diào)節(jié)光源以在各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。例如，景物可以包括人面部的至少一部分，并且一個(gè)或多個(gè)物體可以包括人的至少一只眼睛。照相機(jī)和/或光源可以安裝在人頭部的裝置上或位于遠(yuǎn)離人頭部的位置。在另一個(gè)實(shí)例中，景物可以包括電子顯示器，以及照相機(jī)和/或光源，其可以相對于該顯示器被定位，使得所述照相機(jī)和光源朝向觀看電子顯示器的人的面部定向。在該實(shí)例中，可以調(diào)節(jié)光源以為照相機(jī)視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域提供期望的亮度水平。在又一個(gè)實(shí)例中，照相機(jī)和/或光源可以安裝到交通工具的儀表板，使得照相機(jī)朝向交通工具操作者的面部定向。在該實(shí)例中，景物可以包括操作者面部的至少一部分，并且光源可以朝向操作者面部定向以優(yōu)先照明照相機(jī)視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域。在又一個(gè)實(shí)例中，照相機(jī)和/或光源可以指向(引導(dǎo)朝向)裝配線或傳送帶以獲得沿裝配線或傳送帶指向的物體的圖像。在又一個(gè)實(shí)例中，照相機(jī)和/或光源可以被指向多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)以獲得位于存儲(chǔ)區(qū)中的物體的圖像。光源可以被指向裝配線、傳送帶或存儲(chǔ)區(qū)以優(yōu)先照明在照相機(jī)視場內(nèi)的各自焦點(diǎn)區(qū)域，例如，以在視場內(nèi)產(chǎn)生基本一致的亮度水平或在視場內(nèi)產(chǎn)生變化的亮度水平。例如，可以調(diào)節(jié)光源從而為比其他焦點(diǎn)區(qū)域更遠(yuǎn)離照相機(jī)的焦點(diǎn)區(qū)域提供更高的亮度水平。本發(fā)明的其他方面和特征將通過結(jié)合附圖的以下描述而變得顯而易見。


了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，其中圖I是使用從照相機(jī)獲取圖像的處理單元控制下的三個(gè)發(fā)光二極管的眼睛和周圍面部區(qū)域的空間一致照明的透視圖。圖2是由三個(gè)分開的光源產(chǎn)生的眼睛和周圍面部區(qū)域的照明圖案的實(shí)例。
圖3是眼睛和周圍面部區(qū)域的照相機(jī)圖像的實(shí)例，其中對三簇像素采樣以確定在照相機(jī)視場內(nèi)的三個(gè)區(qū)域中的平均照明強(qiáng)度。圖4是其中在照明圖案中期望空間梯度的雜貨店或倉庫貨架的受控照明的實(shí)例。照明被分為朝向圖像右側(cè)具有逐漸增加的亮度的四個(gè)(4)水平區(qū)域。圖5是使用振幅調(diào)節(jié)和脈沖寬度調(diào)節(jié)技術(shù)的用于控制照明的反饋和信號(hào)的時(shí)序(time sequence)的實(shí)例。圖6是示出了用于控制多個(gè)光源的照明水平以產(chǎn)生空間一致亮度的示例性算法的流程圖。圖7是用于基于人眼的移動(dòng)來監(jiān)測人的設(shè)備的又一實(shí)施方式的透視圖。
具體實(shí)施方式

轉(zhuǎn)向附圖，圖I示出了系統(tǒng)10的示例性實(shí)施方式，其可以提供人的眼睛和/或附近面部區(qū)域的反饋控制的照明。通常，系統(tǒng)10包括多個(gè)光源12 (示出了 3個(gè))、一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)14 (示出了 I個(gè))、以及耦接至光源12和/或一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)14的處理單元16。系統(tǒng)10的部件包括在單一裝置或兩個(gè)或多個(gè)分開的裝置上。例如，如圖7所示，照相機(jī)14和光源12可以設(shè)置在框架18或構(gòu)造成戴在人頭部上的其他裝置上。在示出的實(shí)施方式中，框架18包括橫梁(bridge piece) 18a、在每只眼睛上方或周圍延伸并限定開口 18c的邊緣(眼睛框，rim)18b、和/或一對耳部支架(ear supports) 18d,例如,類似于一副眼鏡。可選地，可以在或者可以不在開口 18c中設(shè)置鏡片，例如，期望的處方鏡片、遮光鏡片、偏光鏡片，和/或防護(hù)鏡片等，盡管這樣的鏡片對于系統(tǒng)10的運(yùn)行來說不是必須的。可替換地，系統(tǒng)10的部件可以設(shè)置在被構(gòu)造成戴在人頭部的其他裝置上，如頭盔、面具、一副護(hù)目鏡、下拉面罩等(未示出)，諸如在美國專利號(hào)6，163，281,6, 542，081或7，488，294中公開的那些裝置。在取決于本申請的另外的備選方案中，部件可以設(shè)置在用于監(jiān)測人、物體、和/或其他景物的分開的裝置上，例如，靜止或移動(dòng)結(jié)構(gòu)，如在本文其他地方另外描述的。例如，照相機(jī)14和/或光源12可以遠(yuǎn)離人設(shè)置但仍允許監(jiān)測人。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，照相機(jī)14和/或光源12可以安裝至交通工具的儀表板或駕駛艙或其他內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的其他地方并朝向交通工具的駕駛員、飛行員或其他操作者、交通工具內(nèi)的乘客或其他人定向。照相機(jī)14和/或光源12的位置在交通工具內(nèi)可以是基本上固定的或可調(diào)節(jié)的，例如，使得照相機(jī)14和/或光源12可以朝向面部，例如，操作者或其他人的一只眼睛或雙眼定向。在另一個(gè)示例性實(shí)施方式中，照相機(jī)14和/或光源12可以安裝在計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)裝置的顯示器上或者可以位于其附近，例如，用于監(jiān)測電子裝置的使用者的一只眼睛或雙眼，例如，從而允許使用者至少部分基于一只眼睛或雙眼的移動(dòng)來控制或操作電子裝置?？蛇x地，回到圖I和7，如本文在別處描述的，處理單元16也可以由框架18承載或者可以與框架18 (和/或系統(tǒng)10的其他部件，如果設(shè)置在除了框架18的其他結(jié)構(gòu)上)分離和/或遠(yuǎn)離。例如，如圖7所示，處理單元16可以設(shè)置在與框架18分開的殼體中，并且可以包括從框架18延伸的一條或多條線纜17 (為了簡化示出I條)。一條或多條線纜170可以包括單獨(dú)的線纜或套線(sets of wires),其稱接至光源12、照相機(jī)14、和/或框架18上的其他部件且耦接至處理單元16。例如，單獨(dú)的線纜或套線可以包埋(嵌入)在框架18中，例如，沿邊緣18b，從各自的光源12、照相機(jī)14、15等，直到被捕獲在線纜15內(nèi)，例如用于減少如所期望的框架18的整體分布。在另外參考圖I的情況下，照相機(jī)14安裝和/或定位在框架18上，使得照相機(jī)14包括指向(引導(dǎo)朝向)佩戴框架18和/或以其他方式被系統(tǒng)10監(jiān)測的人的第一只眼睛20的視場，如所示出的。例如，如圖7所示，照相機(jī)14可以偏離框架18中的各自開口 18c，例如，設(shè)置照相機(jī)14遠(yuǎn)離佩戴框架18的人的通常視場，例如，如在2010年I月13日提交的共同未決申請系列號(hào)12/551，547中描述的。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，照相機(jī)14可以包括C⑶或CMOS或其他檢測器，其包括活動(dòng)區(qū)域(有源區(qū)域，active area)，例如，包括像素的矩形或其他陣列，用于利用照相機(jī)14捕獲圖像并生成表示圖像的視頻信號(hào)。照相機(jī)14的活動(dòng)區(qū)域可以具有任何期望的形狀，例如，正方形或矩形形狀、圓形或橢圓形形狀等。照相機(jī)14的活動(dòng)區(qū)域可以基本上是平坦的或可以是彎曲的，例如，位于可以朝向眼睛22定向的彎曲平面內(nèi)?？梢允褂玫氖纠訡MOS裝置包括Omnivision，型號(hào)0V7740，或Mocron型號(hào)MT9V032。另外，如果需要，照相機(jī)14可 以包括一個(gè)或多個(gè)濾色鏡(濾光片)、透鏡等(未示出)，例如用于將圖像聚集在活動(dòng)區(qū)域上，過濾不需要的光亮度和/或波長等?？蛇x地，可提供包括指向被系統(tǒng)10監(jiān)測的人的第二只眼睛(未示出)的視場的第二照相機(jī)。例如，如圖7中所示，一對照相機(jī)14可以安裝在框架18上，例如，在低于每只眼睛的邊緣18b的較低區(qū)域上以最小化對人視覺的干擾，由此允許監(jiān)測人的雙眼。另外或可替換地，可提供指向人的單獨(dú)的眼睛的多鏡頭照相機(jī)(多角照相機(jī)，多重照相機(jī)，multiplecameras)(或指向每只眼睛的多鏡頭攝影機(jī)，未示出)，例如，提供分開的或重疊的視場。在另一選項(xiàng)中，如圖7中的虛像(幻影)所示，可在框架18上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)15，其可以遠(yuǎn)離佩戴框架18的人定向，例如用于獲取人周圍的圖像，如在本專利其他地方所公開的。光源12可以安裝在框架18的幾個(gè)位置上，例如，鄰近照相機(jī)14的開口 18c的周圍。例如，如所示出的，示出了三個(gè)光源12a、12b、12c,例如,位于邊緣18b的上部區(qū)域的第一和第二光源12a、12b以及位于邊緣18b的下部區(qū)域的第三光源12c?？梢岳斫?，如果期望，可以提供僅兩個(gè)光源或多于三個(gè)光源(未示出)，并且可以使用本文描述的系統(tǒng)和方法對其進(jìn)行控制。如果系統(tǒng)10包括第二照相機(jī)14，如圖7所示，則可以在框架18上設(shè)置另外一組光源12以照明佩戴框架18的人的第二只眼睛和/或面部區(qū)域(未示出)。此外，如果系統(tǒng)10包括指向單獨(dú)的眼睛的多鏡頭攝影機(jī)(未示出)，則照相機(jī)可以共享多個(gè)光源或，或者可替換地，可以提供多組光源以照明照相機(jī)的各自視場(未示出)。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，每個(gè)光源12可以包括被構(gòu)造成用于發(fā)射相對窄或?qū)拵挼墓獾陌l(fā)光二極管，例如，在約640-700納米之間的一個(gè)或多個(gè)波長的紅外光，寬波段可見光，例如，白光等?？蛇x地，光源12可以包括透鏡、濾色鏡、漫射器或其他特征(未示出)，例如用于促進(jìn)人眼睛和/或面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域的照明。光源12可以例如以位于框架18中的各自開口 18c周圍的一或多個(gè)陣列而彼此隔開，從而提供期望的亮度水平，例如，人眼睛和/或面部和因此人眼睛和/或面部的使用照相機(jī)14捕獲的圖像的基本一致或可變的亮度水平。處理單元16可以包括一個(gè)或多個(gè)控制器或處理器，例如，一個(gè)或多個(gè)硬件部件和/或軟件模塊，用于操作系統(tǒng)10的各種部件。例如，處理單元16可以包括分開或集成的控制器(未示出)，用于控制光源12和/或照相機(jī)14，用于接收和/或處理來自照相機(jī)14的信號(hào)等?？蛇x地，處理單元16的一個(gè)或多個(gè)部件可以承載在框架18上，例如，在耳部支架18d或邊緣18b上，類似于本文別處識(shí)別的參考中所描述的實(shí)施方式。處理單元16也可以包括用于存儲(chǔ)來自照相機(jī)14、15的圖像信號(hào)的存儲(chǔ)器、用于編輯和/或處理所述圖像信號(hào)的過濾器等。此外，處理單元16可以包括一個(gè)或多個(gè)功率源(電源)(未示出)，例如，用于操作系統(tǒng)10的部件?？蛇x地，框架18和/或處理單元可以包括用于發(fā)射數(shù)據(jù)、接收指示等的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器和/或接收器(未示出)。另外或可替換地，系統(tǒng)10可以包括遠(yuǎn)離框架18和/或處理單元16的部件，類似于本文別處識(shí)別的參考中所描述的實(shí)施方式。例如，在遠(yuǎn)離處理單元16和/或框架18的位置，例如，在同一個(gè)空間，在監(jiān)測站附近或在更遠(yuǎn)的位置，系統(tǒng)10可以包括一個(gè)或多個(gè)接收器、處理器、和/或顯示器(未示出)。回到圖1，示出了使用系統(tǒng)10成像的人的眼睛20和周圍面部區(qū)域22，例如，用于·自動(dòng)瞳孔跟蹤的目的，其中基本上空間一致的照明可以是有用的。包括眼睛20的面部區(qū)域22可以由其中圖像被傳遞至處理單元16的照相機(jī)14可視化。瞳孔26位于虹膜27的中央。虹膜27又位于鞏膜28內(nèi)或眼睛的白色區(qū)域內(nèi)。在正常視覺期間，瞳孔26的位置由于自動(dòng)和非自動(dòng)肌肉控制而變化。在瞳孔26移動(dòng)的過程中，瞳孔26、虹膜27和與鞏膜28相關(guān)的區(qū)域的尺寸和形狀在照相機(jī)的視場內(nèi)變化。部分地，尺寸和形狀的變化可能是由于眼睛20的曲率。當(dāng)通過一個(gè)或多個(gè)光源照明時(shí)，多個(gè)因素可以影響從照相機(jī)視場內(nèi)的不同區(qū)域檢測的光的強(qiáng)度a)光源和視場區(qū)域之間的距離，b)每一光源的強(qiáng)度，c)每一光源的發(fā)散角，d)照明表面的反射率(在照明波長)，e)表面曲率，和f)在將光轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)中照相機(jī)的效率以及與照相機(jī)有關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)的收集效率和空間一致性。此外，如果用單個(gè)或少量光源照明，則三維結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生陰影。在眼睛20周圍的區(qū)域22的情況下，可以由包括眼瞼、眼睫毛和皮褶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生陰影。如本文在別處進(jìn)一步描述的，照相機(jī)(例如圖I中的照相機(jī)14)的視場內(nèi)的不同區(qū)域的亮度水平可以以反饋模式用于控制不同照明源的強(qiáng)度。從不同角度照明景物的多個(gè)光源的使用可幫助減少陰影的有害效應(yīng)。通過使用多個(gè)照明源(復(fù)合照明源)和/或通過將它們設(shè)置在戰(zhàn)略位置，例如，遠(yuǎn)離照相機(jī)的視角，也可以減少或避免閃爍。在圖I所示的實(shí)例中，紅外發(fā)光二極管(“LED”)被用作照明源。如所示出的，LED 12a優(yōu)先照明照相機(jī)14的視場的左上部區(qū)域，LED 12b優(yōu)先照明照相機(jī)14視場的右上部區(qū)域，并且LED 12c優(yōu)先照明照相機(jī)14視場的下部區(qū)域。圖2示出了由不同光源照明的各自焦點(diǎn)區(qū)域。在該實(shí)例中，三個(gè)光源照明瞳孔26和眼睛20周圍的面部區(qū)域22。可以理解，如圖2所示，光源通常不產(chǎn)生尖銳邊界。相反，虛線代表“焦點(diǎn)區(qū)域”，即，其中特定光源對與照相機(jī)視場內(nèi)的周圍區(qū)域相比的區(qū)域的照明具有優(yōu)先或增加的影響的區(qū)域。參考圖1，LED 12a優(yōu)先照明位于照相機(jī)視場的左上部區(qū)域中的圖2的區(qū)域121。類似地，圖I中的LED 12b照明位于照相機(jī)視場的右上部區(qū)域中的圖2的區(qū)域122。圖I中的LED 12c照明位于照相機(jī)視場的下部區(qū)域中的圖2的區(qū)域123。照明區(qū)域或焦點(diǎn)區(qū)域的尺寸可能取決于光源的發(fā)散角和/或光源與照明表面之間的距離。照明區(qū)域的一般形狀可能取決于光源的光分布以及光源的位置與正交于照明表面的矢量之間的角度?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)光源的強(qiáng)度來控制每個(gè)焦點(diǎn)區(qū)域的平均亮度。圖3是可以進(jìn)行采樣以確定在瞳孔26附近的區(qū)域的平均亮度的像素簇的實(shí)例。在該實(shí)例中，8乘8 (8x 8)像素元素簇(element cluster of pixels) 101的平均測量強(qiáng)度用于估計(jì)照相機(jī)視場內(nèi)的左上部區(qū)域的亮度。另一 8乘8 (8x 8)像素元素簇102用于計(jì)算照相機(jī)視場內(nèi)的右上部區(qū)域的亮度。第三個(gè)8乘32 (8x 32)像素元素簇103用于估計(jì)照相機(jī)視場內(nèi)的下部區(qū)域的亮度。
然而，可以理解，可由視場內(nèi)的任意數(shù)量區(qū)域來評估亮度?？梢杂擅恳唤裹c(diǎn)區(qū)域內(nèi)的任意尺寸、間隔或形狀的簇中的任意數(shù)量的像素來確定亮度的評估。例如，在每一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)在每一采樣期間可以對相同像素進(jìn)行采樣，或者如果需要，可以對不同像素(例如，在每一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇的)進(jìn)行采樣?？梢允褂脤?shí)際視頻信號(hào)在監(jiān)測眼睛20期間對亮度采樣或者可以在用于監(jiān)測眼睛20的數(shù)據(jù)流外部采樣。例如，除記錄、處理或另外監(jiān)測外，可以對來自一系列視頻信號(hào)的周期性幀進(jìn)行采樣，以使用本文描述的任意系統(tǒng)和方法來評估和/或調(diào)節(jié)亮度水平。例如，另外參考圖1-3，處理單元16可周期性地對焦點(diǎn)區(qū)域121、122、123 (在圖2中示出)中的預(yù)定的像素101、102、103 (在圖3中示出)采樣從而評估每一焦點(diǎn)區(qū)域121、122,123中的平均亮度水平。然后處理單元16可調(diào)節(jié)光源12a、12b、12c(在圖I中示出)以在各自焦點(diǎn)區(qū)域121、122、123內(nèi)提供期望的亮度水平。例如，當(dāng)照明眼睛20和用照相機(jī)14對眼睛20成像時(shí)，具有基本一致的亮度可能是期望的。處理單元16可以對像素101、102、103集進(jìn)行采樣，確定每一焦點(diǎn)區(qū)域121、122、123中的平均亮度并且提高或降低光源12a、12b、12c的強(qiáng)度，例如，用于維持平均亮度基本一致和/或另外在期望的范圍內(nèi)?？商鎿Q地，如果提供多鏡頭照相機(jī)(多角攝像機(jī))用于監(jiān)測單獨(dú)的眼睛(未示出)，則一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)可以用于對一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)的視場內(nèi)的亮度進(jìn)行采樣。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，第一照相機(jī)可以專用于亮度采樣，例如，如上所描述的，而第二照相機(jī)可用于獲得眼睛的圖像用于其他目的，例如，監(jiān)測人的意識(shí)、身體和/或精神狀態(tài)，控制一個(gè)或多個(gè)裝置等，如本文其它地方描述的和本文確定的參考中描述的。在另一個(gè)實(shí)施方式中，多鏡頭照相機(jī)可以用于對各自光源的焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的亮度進(jìn)行采樣并且可以平均或另外比較來自多鏡頭照相機(jī)的采樣亮度以對光源提供反饋控制。在其他應(yīng)用中，具有空間變化的景物照明可能是期望的。圖4示出了在其中可能期望亮度242的(不一致的)空間梯度的情形中控制照明的這種實(shí)例。在該實(shí)例中，照相機(jī)241可以用于對在一系列貨架或輸送帶系統(tǒng)240上的物體進(jìn)行成像，例如，諸如通常在雜貨店、倉庫和生產(chǎn)設(shè)備中見到的那些。照相機(jī)241和光源231-234可以彼此相對獨(dú)立地安裝，例如，遠(yuǎn)離貨架或輸送帶系統(tǒng)240并且可以基本上是靜止或移動(dòng)的。在這樣的情況下，使用照相機(jī)241獲取的圖像內(nèi)的一些物體或物體上的文字看起來比其他小。這可能是由于物體實(shí)際減小的尺寸或者是因?yàn)槲矬w離照相機(jī)更遠(yuǎn)。經(jīng)常地，通過增加在照相機(jī)視場內(nèi)看起來更小的物體的亮度(不產(chǎn)生飽和)可提高圖像處理算法的性能?？臻g控制的照明也可用于通過提高信噪比來幫助圖像處理算法補(bǔ)償鏡頭或其他光學(xué)部件的空間分辨率的變化。大多數(shù)鏡頭，尤其是小鏡頭，在鏡頭的外邊緣附近比鏡頭的中央?yún)^(qū)域具有降低的空間分辨率和/或光聚集能力。
在圖4所示的實(shí)例中，可以通過將視場劃分為4個(gè)垂直區(qū)域來產(chǎn)生亮度的水平梯度。用LED 231照明的最左邊區(qū)域221對于可靠的圖像處理可能需要最小的亮度。用LED232照明的次最左區(qū)域222對于可靠的圖像處理可能需要次最低水平的亮度。用LED 233照明的區(qū)域223由于更小物體的存在可能需要更高的亮度。用LED 234照明的最后區(qū)域224由于離照相機(jī)最遠(yuǎn)的小物體的存在和/或使用照相機(jī)241獲得的圖像的邊緣附近的降低的光學(xué)分辨率而可能會(huì)需要最高照明。類似于本文其他地方描述的那些的處理單元(未示出)可以耦接至照相機(jī)241以對垂直區(qū)域221-224內(nèi)的亮度水平采樣，和/或可以耦接至光源231-234從而響應(yīng)于采樣的亮度水平來調(diào)節(jié)光源231-234的強(qiáng)度。例如，如上面所解釋的，處理單元可以調(diào)節(jié)光源231-234以在每一區(qū)域221-224中提供增加的亮度水平從而促進(jìn)來自照相機(jī)241的監(jiān)測圖像。圖5是用于監(jiān)測和控制照相機(jī)視場的不同區(qū)域中的照明(照度)的信號(hào)的時(shí)序的實(shí)例。跡線141可以表示單獨(dú)的像素簇的測量平均亮度，而虛線140可以表示光源焦點(diǎn)區(qū)域的目標(biāo)光強(qiáng)度。點(diǎn)142可以表示收集新照相機(jī)圖像以用于對亮度進(jìn)行采樣的時(shí)間。如果測量的平均光強(qiáng)度落在目標(biāo)強(qiáng)度之下，則不同的方案可用于提高與相應(yīng)區(qū)域相關(guān)的光源的強(qiáng) 度。相反，如果測量的平均光強(qiáng)度超過目標(biāo)強(qiáng)度，則可以使用相同的一種或多種方案來降低與相應(yīng)區(qū)域相關(guān)的光源強(qiáng)度。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，跡線143說明了其中可以使用驅(qū)動(dòng)光源的電壓或電流的振幅來控制光強(qiáng)度的方案。這通常稱為“振幅調(diào)節(jié)”。在另一實(shí)施方式中，跡線144說明其中可以改變電壓或電流的持續(xù)時(shí)間或“停留時(shí)間”以控制光強(qiáng)度的方案。這通常稱為“脈沖寬度調(diào)節(jié)”?？蛇x地，也可以同時(shí)使用兩種方案。如果需要，在當(dāng)不需要時(shí)例如當(dāng)照相機(jī)不將光轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)時(shí)或者當(dāng)全部裝置未使用時(shí)可以關(guān)閉照明，例如，用于節(jié)約能源和/或用于減少整體照明強(qiáng)度，例如，出于安全原因。例如，圖4中的光源231-234 (或在本文描述的任何其他實(shí)施方式中)可以間歇地運(yùn)行，例如，當(dāng)照相機(jī)241不啟動(dòng)時(shí)停止工作。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，照相機(jī)241可以周期性運(yùn)行以獲取其視場的圖像以及對亮度采樣，例如，從獲得的圖像。在該實(shí)例中，光源231-234可以僅在當(dāng)照相機(jī)241獲取具有如本文其他地方描述所控制的光源亮度的圖像的周期期間內(nèi)啟動(dòng)，例如，在啟動(dòng)的周期期間內(nèi)使用振幅調(diào)節(jié)和/或脈沖寬度調(diào)節(jié)。在另一個(gè)示例性實(shí)施方式中，照相機(jī)241可以周期性地運(yùn)行以獲取視場的圖像并且分別對亮度采樣。在該實(shí)例中，光源231-234可以僅在當(dāng)照相機(jī)241啟動(dòng)以獲取圖像和/或?qū)α炼炔蓸拥闹芷谄陂g內(nèi)間歇性地啟動(dòng)，例如在啟動(dòng)期間內(nèi)使用振幅調(diào)節(jié)和/或脈沖寬度調(diào)節(jié)。圖6是可以用于產(chǎn)生反饋控制的示例性算法的流程圖，例如，用于產(chǎn)生受控或一致的照明，如使用圖I和7的系統(tǒng)10或圖4的系統(tǒng)。每一區(qū)域(標(biāo)記為“η”)的平均亮度可在視頻圖像內(nèi)連續(xù)測量。例如，在步驟310，可以從被多個(gè)光源照明的照相機(jī)收集新圖像。在步驟320，與第一光源相對應(yīng)的第一焦點(diǎn)區(qū)域的平均亮度可以通過對來自第一區(qū)域內(nèi)的新圖像的多個(gè)像素采樣來采樣。例如，可以獲得并平均第一區(qū)域內(nèi)的多個(gè)像素的實(shí)際亮度水平以確定第一區(qū)域的平均亮度。在步驟330，平均亮度可以與第一區(qū)域的目標(biāo)強(qiáng)度進(jìn)行比較。如果平均亮度大于目標(biāo)強(qiáng)度(分支330a)，則在步驟332，降低第一光源的輸出。如果平均亮度小于目標(biāo)強(qiáng)度(分支330b)，則在步驟334，提高第一光源的輸出。因此，在步驟336，將第一光源調(diào)節(jié)到期望的強(qiáng)度。在步驟338，增加數(shù)字“n”，并且在步驟340，證實(shí)了，存在仍未采樣的另一焦點(diǎn)區(qū)域。如果“η”小于或等于焦點(diǎn)區(qū)域和光源的總數(shù)，則重復(fù)過程，即，用于第二焦點(diǎn)區(qū)域和光源的步驟320-336，等。如果已經(jīng)從新圖像采樣所有焦點(diǎn)區(qū)域并且光源已經(jīng)調(diào)節(jié)，則利用新圖像重復(fù)過程(在步驟310再次開始)。因此，利用每一采樣，包括在系統(tǒng)中的光源的整個(gè)陣列的輸出可以被調(diào)節(jié)到期望的水平。然后可以在下一視頻圖像的收集之后或僅周期性重復(fù)過程，例如，在每隔一個(gè)或每十個(gè)使用照相機(jī)獲取的用于提供采樣亮度的圖像之后。目標(biāo)亮度水平對所有遍及照相機(jī)視場的區(qū)域可以是相同的 以產(chǎn)生具有基本一致亮度的景物，例如，在圖I和7的系統(tǒng)10中?？商鎿Q地，也可以選擇目標(biāo)亮度水平以在照相機(jī)視場內(nèi)的不同空間區(qū)域中變化，如圖4中描述的系統(tǒng)，從而部分補(bǔ)償圖像內(nèi)減少的物體尺寸的效果?？蛇x地，也可以提高一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)亮度以產(chǎn)生空間梯度模式，例如，用于提高分析，例如，以便顯示表面中的詳細(xì)裂紋或顏色的微小變化。也可以選擇目標(biāo)亮度水平以根據(jù)時(shí)間變化。如果使用在不同波長發(fā)射的多組照明源，則由于選擇每一波長以顯示照相機(jī)圖像內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)可能需要單獨(dú)的目標(biāo)亮度水平。在一些應(yīng)用中，亮度可以被作為應(yīng)用的照明系統(tǒng)的一部分的電磁源控制。在其他應(yīng)用中，來自反饋控制的照明系統(tǒng)的光可以被疊加在如太陽或室內(nèi)照明的環(huán)境光源上。在后面的實(shí)例中，只要環(huán)境照明水平變化可能會(huì)需要重新匯聚到期望的亮度水平。其中可以使用反饋控制的動(dòng)態(tài)照明設(shè)備的應(yīng)用的另一實(shí)例包括安全檢查點(diǎn)，其中當(dāng)交通工具或個(gè)人接近照相機(jī)視場時(shí)他們被識(shí)別。在這種情況下，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)可見或紅外照明源以避免陰影和/或照明物體用于一致的景物亮度，同時(shí)避免圖像中的熱點(diǎn)。其中可以使用反饋控制的動(dòng)態(tài)照明設(shè)備的應(yīng)用的另一實(shí)例是在裝配線或傳送帶系統(tǒng)如用于分選產(chǎn)品或其他食品，如蘋果或魚(未示出)的分選過程中。隨著不同反射性、尺寸、形狀、和/或取向的物體進(jìn)入照相機(jī)的視場中，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)照明設(shè)備以更好地測量尺寸和/或識(shí)別物體。在該實(shí)例中，照相機(jī)(或如本文其他地方描述的多鏡頭照相機(jī))和多個(gè)光源可以被安裝在鄰近裝配線或傳送帶的固定支架和指向承載在裝配線或傳送帶(未示出)上的物體?？商鎿Q地，可提供多重靜止照相機(jī)和可以提供多套光源，例如，其與各個(gè)照相機(jī)相對靜止或其被安裝至裝配線或傳送帶使得光源與裝配線或傳送帶上的物體一起移動(dòng)。其中可以使用反饋控制的動(dòng)態(tài)照明設(shè)備的應(yīng)用的另一實(shí)例包括校準(zhǔn)系統(tǒng)如用于精確校準(zhǔn)車輪和驅(qū)動(dòng)軸的校準(zhǔn)系統(tǒng)。其中可以使用反饋控制的動(dòng)態(tài)照明設(shè)備的應(yīng)用的另一實(shí)例是在面部識(shí)別的領(lǐng)域中。為了說明和描述的目的，已經(jīng)給出了示例性實(shí)施方式的上述公開內(nèi)容。其并不旨在詳盡或?qū)⒈景l(fā)明限制于公開的精確形式。根據(jù)以上公開內(nèi)容，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，本文描述的實(shí)施方式的許多變化和修改將是顯而易見的。而且，在描述代表性實(shí)施方式時(shí)，說明書可能將方法和/或過程(工藝)描述為步驟的特定順序。然而，就方法或過程不依賴于本文闡述的步驟的特定順序來說，所述方法或過程不應(yīng)限于所述步驟的特定順序。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的，步驟的其他順序可以是可行的。因此，說明書中闡述的步驟的特定順序不應(yīng)解釋為對權(quán)利要求的限制。雖然本發(fā)明容許不同的改進(jìn)和可替換的形式，但其具體實(shí)施例已經(jīng)在附圖中示出并且在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所披露的特定形式或方法，相反，本發(fā)明覆蓋落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、等價(jià)物和備選方案。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測人的眼睛的系統(tǒng)，包括 被構(gòu)造成佩戴在人頭部上的裝置； 照相機(jī)，安裝在所述裝置上并被定位成用于對佩戴所述裝置的人的第一只眼睛取景； 位于所述裝置上的多個(gè)光源，優(yōu)先照明所述第一只眼睛周圍和所述照相機(jī)視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域；以及 耦接至所述照相機(jī)和所述光源的控制器，所述控制器被構(gòu)造成使用所述照相機(jī)在所述光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域中對亮度進(jìn)行采樣并且至少部分基于采樣的亮度來調(diào)節(jié)所述光源以在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器安裝在所述裝置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器位于遠(yuǎn)離所述裝置的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被構(gòu)造成用于從與被第一光源照明的所述照相機(jī)的視場內(nèi)的第一焦點(diǎn)區(qū)域相對應(yīng)的照相機(jī)的多個(gè)像素對亮度采樣，所述控制器結(jié)合采樣的亮度以確定由所述第一光源提供的平均亮度，所述控制器調(diào)節(jié)所述第一光源以在所述第一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被構(gòu)造成用于振幅調(diào)節(jié)所述第一光源的電流和電壓中的至少一個(gè)以提供期望的亮度水平。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被構(gòu)造成用于脈沖寬度調(diào)節(jié)所述第一光源的電流和電壓中的至少一個(gè)以提供期望的亮度水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被構(gòu)造成用于僅在當(dāng)所述照相機(jī)被啟動(dòng)以獲取所述第一只眼睛的圖像的周期期間內(nèi)啟動(dòng)所述光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述光源的期望的亮度水平基本上一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括LED。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)包括CCD和CMOS檢測器中的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦接至所述照相機(jī)的處理單元，用于接收來自所述照相機(jī)的第一只眼睛的圖像。
12.一種用于產(chǎn)生空間控制照明的反饋控制系統(tǒng)，包括 在視場的兩個(gè)或多個(gè)空間區(qū)域中測量景物亮度的照相機(jī)； 優(yōu)先照明所述照相機(jī)視場內(nèi)的相應(yīng)區(qū)域的光源；以及 處理器，計(jì)算所述照相機(jī)視場的每一區(qū)域內(nèi)的平均亮度并且將相應(yīng)光源調(diào)節(jié)到一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)亮度水平以在視場內(nèi)提供期望的亮度水平。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)和所述光源安裝在被構(gòu)造成佩戴在人頭部上的裝置上，所述照相機(jī)定位在所述裝置上用于對佩戴所述裝置的人的第一只眼睛取景，所述光源位于所述裝置上用于優(yōu)先照明所述第一只眼睛周圍和所述照相機(jī)視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器位于遠(yuǎn)離所述裝置處。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被構(gòu)造成用于從與被第一光源照明的照相機(jī)的視場內(nèi)的第一焦點(diǎn)區(qū)域相對應(yīng)的照相機(jī)的多個(gè)像素對亮度進(jìn)行采樣，所述處理器結(jié)合采樣的亮度以確定由所述第一光源提供的平均亮度，所述處理器調(diào)節(jié)所述第一光源以在所述第一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被構(gòu)造成用于振幅調(diào)節(jié)所述光源的電流和電壓中的至少一個(gè)以提供期望的亮度水平。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被構(gòu)造成用于脈沖寬度調(diào)節(jié)所述光源的電流和電壓中的至少一個(gè)以提供期望的亮度水平。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被耦接至所述光源，用于僅在當(dāng)所述照相機(jī)被啟動(dòng)以獲取第一只眼睛的圖像的周期期間內(nèi)啟動(dòng)所述光源。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被構(gòu)造成用于在當(dāng)所述照相機(jī)被啟動(dòng)周期期間內(nèi)脈沖寬度調(diào)節(jié)所述光源的電流和電壓中的至少一個(gè)以提供期望的亮度水平。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被耦接至所述光源，用于在所述照相機(jī)不運(yùn)行時(shí)停用所述光源。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述光源的期望的亮度水平基本上一致。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述光源的期望的亮度水平至少部分基于視場內(nèi)的各自焦點(diǎn)區(qū)域的位置是可變的。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括LED。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)包括CCD和CMOS檢測器中的一個(gè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電子顯示器，所述照相機(jī)和光源相對于所述顯示器安裝，使得所述照相機(jī)和光源朝向觀看所述電子顯示器的人的面部定向。
26.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)和光源被安裝至所述顯示器。
27.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)被安裝至交通工具的儀表板，使得所述照相機(jī)朝向所述交通工具的操作者的面部定向。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述光源被安裝至所述交通工具，使得所述光源朝向所述操作者的面部定向以優(yōu)先照明所述照相機(jī)視場內(nèi)的操作者面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域。
29.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)被安裝至鄰近裝配線或傳送帶的結(jié)構(gòu)以獲得沿所述裝配線或傳送帶指向的物體的圖像。
30.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)被安裝至鄰近多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的結(jié)構(gòu)以獲得位于所述存儲(chǔ)區(qū)中的物體的圖像。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，鄰近所述存儲(chǔ)區(qū)來安裝所述光源以優(yōu)先照明所述照相機(jī)視場內(nèi)的所述存儲(chǔ)區(qū)的各自焦點(diǎn)區(qū)域。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被耦接至所述光源以基于每一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的平均亮度來調(diào)節(jié)所述光源從而在視場內(nèi)提供基本一致的亮度水平。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被耦接至所述光源以基于每一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的平均亮度來調(diào)節(jié)所述光源從而在所述視場內(nèi)提供可變的亮度水平。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被耦接至所述光源以調(diào)節(jié)所述光源從而為比其他焦點(diǎn)區(qū)域離照相機(jī)更遠(yuǎn)的焦點(diǎn)區(qū)域提供更大的亮度水平。
35.一種用于控制人的第一只眼睛的照明的方法，包括 朝向人的面部定位照相機(jī)使得人的第一只眼睛位于所述照相機(jī)的視場內(nèi)； 用優(yōu)先照明所述第一只眼睛周圍和所述照相機(jī)視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域的多個(gè)光源來照明人面部的至少一部分； 使用所述照相機(jī)對所述光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣；以及 至少部分基于采樣的亮度來調(diào)節(jié)所述光源以在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述照相機(jī)安裝在被構(gòu)造成佩戴在人頭部上的裝置上，并且其中，通過將所述裝置置于人頭部上而使所述照相機(jī)朝向人的面部定位。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，使用耦接至所述照相機(jī)的控制器對在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣，所述控制器耦接至所述光源用于至少部分基于采樣的亮度來調(diào)節(jié)所述光源。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述照相機(jī)安裝在被構(gòu)造成佩戴在人頭部上的裝置上，并且其中所述控制器位于遠(yuǎn)離所述裝置處。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，對亮度進(jìn)行采樣包括 從與被第一光源照明的所述照相機(jī)視場內(nèi)的第一焦點(diǎn)區(qū)域相對應(yīng)的所述照相機(jī)的多個(gè)像素對亮度采樣；和 確定由所述第一光源提供的平均亮度，并且 其中調(diào)節(jié)所述光源包括至少部分基于確定的平均亮度來調(diào)節(jié)所述第一光源以在所述第一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源包括調(diào)節(jié)所述光源的電流和電壓中的至少一個(gè)的振幅以在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源包括調(diào)節(jié)所述光源的電流和電壓中的至少一個(gè)的脈沖寬度以在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源以在所述照相機(jī)視場內(nèi)提供基本一致的亮度。
43.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述照相機(jī)來監(jiān)測第一只眼睛的圖像。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，監(jiān)測第一只眼睛的圖像以進(jìn)行以下中的至少一個(gè)a)確定人的睡意水平，b)至少部分地控制電子裝置，和c)提供來自人的生物反饋。
45.一種用于控制景物的照明的方法，包括 使照相機(jī)指向景物使得所述景物中的一個(gè)或多個(gè)物體位于所述照相機(jī)的視場內(nèi)； 用優(yōu)先照明所述照相機(jī)視場內(nèi)的各自焦點(diǎn)區(qū)域的多個(gè)光源來照明所述景物； 使用所述照相機(jī)對所述光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣；以及 至少部分基于采樣的亮度來調(diào)節(jié)所述光源以在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述景物包括人面部的至少一部分，并且其中，所述一個(gè)或多個(gè)物體包括人的至少一只眼睛。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述照相機(jī)安裝在人頭部上的所述裝置上。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述多個(gè)光源安裝在人頭部上的所述裝置上。
49.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述照相機(jī)安裝在遠(yuǎn)離人頭部處。
50.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述多個(gè)光源安裝在遠(yuǎn)離人頭部處。
51.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，使用耦接至所述照相機(jī)的控制器對所述各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣，所述控制器耦接至所述光源用于至少部分基于采樣的亮度來調(diào)節(jié)所述光源。
52.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，對亮度進(jìn)行采樣包括從與被第一光源照明的所述照相機(jī)視場內(nèi)的第一焦點(diǎn)區(qū)域相對應(yīng)的所述照相機(jī)的多個(gè)像素對亮度進(jìn)行采樣；和由從所述多個(gè)像素采樣的亮度來確定由所述第一光源提供的平均亮度，并且 其中調(diào)節(jié)所述光源包括至少部分基于確定的平均亮度來調(diào)節(jié)所述第一光源以在所述第一焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中，對亮度進(jìn)行采樣進(jìn)一步包括從與被第二光源照明的照相機(jī)視場內(nèi)的第二焦點(diǎn)區(qū)域相對應(yīng)的所述照相機(jī)的多個(gè)像素對亮度進(jìn)行采樣；和 確定由所述第二光源提供的平均亮度，并且 其中調(diào)節(jié)所述光源包括至少部分基于確定的平均亮度來調(diào)節(jié)所述第二光源以在所述第二焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
54.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源包括調(diào)節(jié)所述光源的電流和電壓中的至少一個(gè)的振幅以在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
55.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源包括調(diào)節(jié)所述光源的電流和電壓中的至少一個(gè)的脈沖寬度以在所述各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)提供期望的亮度水平。
56.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源以在所述照相機(jī)視場內(nèi)提供基本一致的亮度。
57.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源以提供在所述照相機(jī)視場的不同部分內(nèi)變化的預(yù)定亮度。
58.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述照相機(jī)和光源與電子顯示器相對安裝，使得所述照相機(jī)和光源朝向觀看所述電子顯示器的人的面部定向，并且其中調(diào)節(jié)所述光源從而為所述照相機(jī)視場內(nèi)的人面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域提供期望的亮度水平。
59.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述照相機(jī)安裝至交通工具的儀表板，使得所述照相機(jī)朝向所述交通工具的操作者面部定向。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述光源安裝至所述交通工具，使得所述光源朝向所述操作者的面部定向，以優(yōu)先照明所述照相機(jī)視場內(nèi)的操作者面部的各自焦點(diǎn)區(qū)域。
61.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述照相機(jī)指向裝配線或傳送帶以獲得沿所述裝配線或傳送帶指向的物體的圖像。
62.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述照相機(jī)指向多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)以獲得位于所述存儲(chǔ)區(qū)中的物體的圖像。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中，所述光源指向所述存儲(chǔ)區(qū)以優(yōu)先照明所述照相機(jī)視場內(nèi)的存儲(chǔ)區(qū)的各自焦點(diǎn)區(qū)域。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源以在視場內(nèi)提供基本一致的亮度水平。
65.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源以在視場內(nèi)提供可變的亮度水平。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述光源從而為比其他焦點(diǎn)區(qū)域離所述照相機(jī)更遠(yuǎn)的焦點(diǎn)區(qū)域提供更大的亮度水平。
67.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述照相機(jī)來獲取所述照相機(jī)視場的圖像，并且其中由使用所述照相機(jī)獲取的圖像對所述光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的亮度進(jìn)行采樣。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，其中，當(dāng)所述照相機(jī)不捕獲圖像時(shí)停用所述光源。
69.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述照相機(jī)來獲取所述照相機(jī)視場的圖像，并且其中由使用所述照相機(jī)獲取的圖像分別對所述光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的亮度進(jìn)行采樣。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中，光源僅在當(dāng)所述照相機(jī)獲取圖像時(shí)的周期期間內(nèi)和在當(dāng)對所述光源的各自焦點(diǎn)區(qū)域中的亮度進(jìn)行采樣的周期期間內(nèi)啟動(dòng)。
全文摘要
提供為機(jī)器視覺應(yīng)用產(chǎn)生空間一致的或受控亮度水平的景物照明系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括照相機(jī)、優(yōu)先照明照相機(jī)視場內(nèi)不同區(qū)域的多個(gè)光源、以及耦接至所述照相機(jī)和光源的處理單元。對照相機(jī)視場內(nèi)的光源的焦點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行采樣以確定平均區(qū)域亮度并且與目標(biāo)亮度水平進(jìn)行比較。處理單元控制光源以增加或降低照明水平以朝向視場內(nèi)的目標(biāo)亮度水平會(huì)聚?？梢砸赃B續(xù)的視頻圖像來重復(fù)光源的調(diào)節(jié)直到實(shí)現(xiàn)目標(biāo)亮度水平。一旦實(shí)現(xiàn)，迭代反饋控制可以鎖定用于一些應(yīng)用，而對于其他應(yīng)用，迭代過程可以周期性地或連續(xù)地繼續(xù)以解決不同的景物或照明條件的變化。
文檔編號(hào)H04N7/18GK102918834SQ201180022056
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者納爾遜·G·普布利科費(fèi)爾, 詹森·赫弗南 申請人:艾肯姆有限公司