(57)【要約】  機械視覚アプリケーション用に空間的に均一なあるいは制御された輝度レベルを作るシーン照明システムが提供されている。このシステムは、カメラと、このカメラの視野内の異なる領域を選択的に照明する複数の光源と、カメラと光源に接続された処理ユニットと、を具える。カメラの視野内の光源の焦点領域をサンプリングして、平均的な領域輝度を決定し、目標輝度レベルと比較する。処理ユニットは、光源を制御して照明レベルを増減させて、視野内の目標輝度レベルに近づける。この光源の変調を、目標輝度レベルに達するまで、連続するビデオ画像について繰り返すことができる。目標に達したら、いくつかのアプリケーションについては、反復フィードバック制御を固定するが、その他のアプリケーションについては反復プロセスを周期的あるいは連続的に続けて、異なるシーン又は照明状態の変化を取り入れる。【選択図】図１
2013521710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の眼をモニタするシステムにおいて：
人の頭部に装着するように構成されたデバイスと；
前記デバイスに装填し、前記デバイスを装着している人の第１の眼を見るように配置したカメラと；
前記第１の眼の周りであって、前記カメラの視野内の前記人の顔の各焦点領域を選択的に照明する、前記デバイス上の複数の光源と；
前記カメラと前記光源に接続されたコントローラであって、前記カメラを用いて前記光源の各焦点領域の輝度をサンプリングするとともに、少なくとも部分的に当該サンプリングした輝度に基づいて前記光源を変調して前記各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供するように構成されたコントローラと；
を具えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記コントローラが前記デバイスに装填されていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記コントローラが前記デバイスから離れて配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記コントローラが、第１の光源で照明されている前記カメラの視野内の第１の焦点領域に対応する前記カメラの複数のピクセルからの輝度をサンプリングするように構成されており、当該コントーラが、前記サンプリングした輝度を組み合わせて前記第１の光源によって提供される平均輝度を決定し、前記コントローラが、前記第１の光源を変調して前記第１の焦点領域内の所望の輝度レベルを提供する、ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記コントローラが、前記第１の光源への電流と電圧の少なくとも一方を振幅変調して、所望の輝度レベルを提供するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記コントローラが、前記第１の光源への電流と電圧の少なくとも一方をパルス幅変調して、所望の輝度レベルを提供するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記コントローラが、前記カメラが作動している期間のみ前記光源を活性にして、前記第１の眼の画像を取得するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記光源所望の輝度レベルがほぼ均一であることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記光源がＬＥＤを具えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記カメラがＣＣＤとＣＭＯＳ検出器の一方を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムが更に、前記カメラに接続された処理ユニットを具え、前記カメラからの第１の眼の画像を受信することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
空間的に制御された照明を行うフィードバック制御システムにおいて：
視野の二又はそれ以上の空間領域のシーン輝度を測定するカメラと；
前記カメラの視野内の対応する領域を選択的に照明する光源と；
前記カメラの視野内の各領域内の平均輝度を計算して、対応する光源を一又はそれ以上の目標輝度レベルに変調して当該視野内に所望の輝度レベルを提供するプロセッサと；
を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記カメラと前記光源が、人の頭に装着するように構成したデバイスに装填されており、前記カメラが前記デバイスを装着している人の第１の眼を見るように前記デバイスに配置されており、前記光源が前記第１の眼の周りであって、前記カメラの視野内の前記人の顔の各焦点領域を選択的に照明するように前記デバイスに配置されている、ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記デバイスから離れて配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが、第１の光源で照明されている前記カメラの視野内の第１の焦点領域に対応する前記カメラの複数のピクセルからの輝度をサンプリングするように構成されており、当該プロセッサが、前記サンプリングした輝度を組み合わせて前記第１の光源によって提供される平均輝度を決定し、前記プロセッサが、前記第１の光源を変調して前記第１の焦点領域内の所望の輝度レベルを提供する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが、前記光源への電流と電圧のうちの少なくとも一方を振幅変調して、所望の輝度レベルを提供するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが、前記光源への電流と電圧のうちの少なくとも一方をパルス幅変調して、所望の輝度レベルを提供するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記光源に接続されて、前記カメラが作動している期間のみ前記光源を活性化させて、前記第１の眼の画像を取得するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが、前記カメラが作動している期間に前記光源への電流及び電圧の少なくとも一方をパルス幅変調して、所望の輝度レベルを提供するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記光源に接続されて、前記カメラが稼働していないときに前記光源を活性化させないことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記光源の所望の輝度レベルがほぼ均一であることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記視野内の各焦点領域の位置に少なくとも部分的に基づいて前記光源の所望の輝度レベルが可変であることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記光源がＬＥＤを具えることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記カメラがＣＣＤとＣＭＯＳ検出器のうちの一方を具えることを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項１２に記載のシステムが更に電子ディスプレイを具え、前記カメラと光源が当該ディスプレイに対して、当該カメラと光源が前記電子ディスプレイを見ている人の顔の方向を向くように装着されていることを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムにおいて、前記カメラと光源が前記ディスプレイの上に装着されていることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記カメラが車両のダッシュボードの上に、当該カメラが当該車両のオペレータの顔の方向を向くように装着されていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムにおいて、前記光源が、当該光源が前記オペレータの顔の方向を向くように車両に装着されて、前記カメラの視野内の前記オペレータの顔の各焦点領域を選択的に照明することを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記カメラが組み立てライン又はコンベヤベルト近傍の構造体に装填されており、当該組み立てライン又はコンベヤベルトに沿った方向にある対象物の画像を取得することを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記カメラが複数のストレージ領域近傍の構造体に装填されており、当該ストレージ領域に位置する対象物の画像を取得することを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムにおいて、前記光源が前記ストレージ領域近傍に装填されており、前記カメラの視野内のストレージ領域の各焦点領域を選択的に照明することを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記光源に接続されて、当該光源を前記各焦点領域内の平均輝度に基づいて変調し、前記視野内にほぼ均一な輝度レベルを提供することを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項３１に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記光源に接続されて、当該光源を前記各焦点領域内の平均輝度に基づいて変調し、前記視野内に可変輝度レベルを提供することを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが前記光源に接続されて、当該光源を変調し、その他の焦点領域より前記カメラから離れている焦点領域により高い輝度を提供することを特徴とするシステム。
【請求項３５】
人の第１の眼の照明を制御する方法において：
人の第１の眼がカメラの視野内に来るようにカメラを人の顔に向けて配置するステップと；
前記人の顔の少なくとも一部を、前記第１の眼の周りであり前記カメラの視野内の前記人の顔の各焦点領域を選択的に照明する複数の光源で照明するステップと；
前記カメラを用いて前記光源の各焦点領域の輝度をサンプリングするステップと；
前記サンプリングした輝度に少なくとも部分的に基づいて前記光源を変調して、前記各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法において、前記カメラが人の頭に装着するように構成されたデバイスに装填されており、前記カメラが、前記デバイスを人の頭の上に置くことによって当該人の顔を向くように位置することを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の方法において、前記カメラに接続したコントローラを用いて前記各焦点領域の輝度をサンプリングし、当該コントローラを前記光源に接続して、前記サンプリングした輝度に少なくとも部分的に基づいて前記光源を変調することを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、前記カメラが人の頭部に装着するように構成されたデバイスに装填されており、前記コントローラが前記デバイスから離れて配置されていることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３５に記載の方法において、輝度をサンプリングするステップが：
第１の光源で照明される前記カメラの視野内の第１の焦点領域に対応する、前記カメラの複数のピクセルから輝度をサンプリングするステップと；
前記第１の光源によって提供される平均輝度を決定するステップと；
を具え、
前記光源を変調するステップが、前記第１の光源を変調して、前記決定した平均輝度に少なくとも部分的に基づいて前記第１の焦点領域内に所望の輝度レベルを提供する、ことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３５に記載の方法において、前記光源を変調するステップが、前記光源への電流と電圧の少なくとも一方の振幅を変調して、前記各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３５に記載の方法において、前記光源を変調するステップが、前記光源への電流と電圧の少なくとも一方のパルス幅を変調して、前記各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３５に記載の方法において、前記光源を変調して、前記カメラの視野内にほぼ均一な輝度を提供することを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３５に記載の方法が更に、前記カメラを用いて前記第１の眼の画像をモニタするステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載の方法において、前記第１の眼の画像をモニタして：
ａ）前記人の眠気レベルを測定する、
ｂ）電子デバイスを少なくとも部分的に制御する、
ｃ）前記人からの生体自己制御を提供する、
のうちの少なくとも１つを行うことを特徴とする方法。
【請求項４５】
シーンの照明を制御する方法において：
シーンの一又はそれ以上の対象物がカメラの視野内に入るようにシーンにカメラを向けるステップと；
前記シーンを、前記カメラの視野内の各焦点領域を選択的に照明する複数の光源で照明するステップと；
前記カメラを用いて前記光源の各焦点領域の輝度をサンプリングするステップと；
前記サンプリングした輝度に少なくとも部分的に基づいて前記光源を変調して、前記各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の方法において、前記シーンが少なくとも人の顔の一部を含み、前記一又はそれ以上の対象物が、当該人の少なくとも一方の眼を具えることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項４５に記載の方法において、前記カメラが前記人の頭部にあるデバイスに装填されていることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４５に記載の方法において、前記複数の光源が前記人の頭部のデバイスに装填されていることを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４５に記載の方法において、前記カメラが前記人の頭部から離れた位置に装填されていることを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項４５に記載の方法において、前記複数の光源が前記人の頭部から離れた位置に装填されていることを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項４５に記載の方法において、前記各焦点領域内の輝度が、前記カメラに接続されたコントローラを用いてサンプリングされ、前記コントローラが前記光源に接続されて、前記サンプリングした輝度に少なくとも部分的に基づいて前記光源を変調することを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項４５に記載の方法において、輝度をサンプリングするステップが：
第１の光源によって照明される前記カメラの視野内の第１の焦点領域に対応する前記カメラの複数ピクセルからの輝度をサンプリングするステップと；
前記複数ピクセルからサンプリングした輝度から前記第１の光源によって提供される平均輝度を決定するステップと；
を具え、
前記光源を変調するステップが、前記第１の光源を変調して、前記決定した平均輝度に少なくとも部分的に基づいて前記第１の焦点領域内に所望の輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２に記載の方法において、輝度をサンプリングするステップが更に：
第２の光源によって照明される前記カメラの視野内の第２の焦点領域に対応する前記カメラの複数ピクセルからの輝度をサンプリングするステップと；
前記第２の光源によって提供される平均輝度を決定するステップと；
を具え、
前記光源を変調するステップが、前記第２の光源を変調して、前記決定した平均輝度に少なくとも部分的に基づいて前記第２の焦点領域内に所望の輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項４５に記載の方法において、前記光源を変調するステップが、前記光源への電流及び電圧の少なくとも一方の振幅を変更して、前記各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項４５に記載の方法において、前記光源を変調するステップが、前記光源への電流及び電圧の少なくとも一方のパルス幅を変更して、前記各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項４５に記載の方法において、前記光源を変調して、前記カメラの視野内にほぼ均一な輝度を提供することを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項４５に記載の方法において、前記光源を変調して、前記カメラの視野内の異なる部分内で変化する所定の輝度を提供することを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項４５に記載の方法において、前記カメラと光源が電子ディスプレイを見ている人の顔を向くように当該電子ディスプレイに対して装填されており、前記光源を変調して前記カメラの視野内の前記人の顔の各焦点領域に所望の輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項４５に記載の方法において、前記カメラが車両のオペレータの顔を向くように当該車両のダッシュボードに装填されていることを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５９に記載の方法において、前記光源が、前記オペレータの顔を向くように前記車両に装填されて、前記カメラの視野内の前記オペレータの顔の各焦点領域を選択的に照明することを特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項４５に記載の方法において、前記カメラが組み立てライン又はコンベヤベルトに向けられており、当該組み立てライン又はコンベヤベルトに沿うように向けられた対象物の画像を得ることを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項４５に記載の方法において、前記カメラが複数のストレージ領域の方向を向いており、当該ストレージ領域に位置している対象物の画像を取得することを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項６２に記載の方法において、前記光源が前記ストレージ領域の方向を向いており、前記カメラの視野内の前記ストレージ領域の各焦点領域を選択的に照明することを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項６３に記載の方法において、前記光源を変調して、前記視野内にほぼ均一な輝度を提供することを特徴とする方法。
【請求項６５】
請求項６３に記載の方法において、前記光源を変調して、前記視野内に可変輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項６６】
請求項６５に記載の方法において、前記光源を変調して、その他の焦点領域より前記カメラから離れた位置にある焦点領域により高い輝度レベルを提供することを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項４５に記載の方法が更に、前記カメラを用いて画像を取得するステップを具え、前記光源の各焦点領域の輝度を前記カメラを用いて取得した画像からサンプリングすることを特徴とする方法。
【請求項６８】
請求項６７に記載の方法において、前記カメラが画像を取得していないときには、前記光源のスイッチが切られることを特徴とする方法。
【請求項６９】
請求項４５に記載の方法が更に、前記カメラを用いて画像を取得するステップを具え、前記光源の各焦点領域の輝度を前記カメラを用いて取得した画像と別にサンプリングすることを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項６９に記載の方法において、前記カメラが画像を取得している間と、前記光源の各焦点領域の輝度をサンプリングするときのみ光源が活性であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦支援の研究開発に関する記載
米国政府は、本発明に一括払いのライセンスを有しており、制限付きで、保健社会福祉省、公衆衛生局、疾病対策センター（ＣＤＣ）、国防省（米国陸軍）契約番号Ｗ８１ＸＷＨ−０５−Ｃ−００４５、米国国防省米国議会調査部発案番号Ｗ８１ＸＷＨ−０６−２−００３７、及び米国運輸省米国議会調査部発案承諾裁定番号ＤＴＮＨ２２−０５−Ｈ−０１４２４によって請求を認められた許可番号１  Ｒ４３  ＣＥ  ００１５１−０１の条件によって規定されている通り、特許所有者に妥当な条件で他人にライセンスを与えることを要求する権利を有する。
【０００２】
技術分野
本発明は、物体の照明を調節する装置と方法に関し、特に、例えば、機械視覚のための複数の光源を調節することによって、例えば、ヒトの眼又は顔といった物体のビデオカメラ画像内における、実質的に均一な輝度又は可変輝度といった、空間的に調整した輝度を作る装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、特に、カメラの視野内で表面及び物体の反射率が変化する機械視覚アプリケーション用の照明スキームに関するものである。従来の照明スキームでは、曲面又は物体を含むシーンに、二次元単平面上に出る影及び／又は閃光（例えば、ホットスポット）がしばしばできる。これらの問題は、照明が限られた数の光源に制限される場合及び／又は光源を照明されているシーン近くに配置しなければならない場合に、悪化してしまう。
【０００４】
機械視覚を含むアプリケーションは、次第に当たり前のことになりつつある。一部では、エレクトロニクスとソフトウエア開発業界における技術の進歩の結果として生じてきており、カメラと情報処理ユニットのコストを下げている。機械視覚アプリケーションの範囲での少数の例には：物体認識、距離測定、食物検査、組み立てラインにおける品質制御、バーコードの読み取り、物体計数、安全性モニタリング、生体認証、が含まれる。機械視覚を利用するセクタ及び産業には、軍事産業、医療、セキュリティ、半導体工程、製造業、ロボット工学、おもちゃ産業がある。
【０００５】
ほとんどすべての画像処理技術とアルゴリズムは、画像内領域の照明が不適切であると、影響を受ける。照明レベルが低すぎると、その結果、物体の境界を見分けるための輝度の変化が不十分であったり、反射率が局所的に変化したりする。低減された信号強度又は光強度も、画像内で検出器ノイズの支配を引き起こす。信号対ノイズ比が低いと、一般的に、画像粒子が粗くなり、処理が困難になる。
【０００６】
反対に、照明レベルが高すぎると、カメラ又は検出器の画素が飽和してしまう。また、完全に飽和した画素は、エッジ又は境界を区別するアルゴリズムを処理する画像の輝度レベルの変化に関する情報を提供しない。いくつかのタイプのビデオカメラでは、飽和した画素が流れ出てしまい（ｂｌｅｅｄ  ｏｖｅｒ）、近くの画素の見かけの明るさを上げることになる。
【０００７】
ほとんどの場合、光子が少なすぎたり、多すぎる画像領域では、情報コンテンツが失われる。画像処理量は、失われる情報を回復することができない。これらの場合、ビデオ画像の空間領域全体の照明を改善して、信頼できる機械視覚アプリケーションを生成するようにしなければならない。
【０００８】
例えば、物体サイズを正確に測定するには、色又は輝度に鋭い傾きがある領域として物体のエッジが認識されるように、物体のエッジの検出を行う。物体のエッジのカメラの視野が、影でひずんでいる場合は、エッジ検出アルゴリズムの信頼性と正確性が悪化する。
【０００９】
物体認識を含む機械視覚アプリケーションは、特に、照明条件に敏感である。暗いコーナー、照明による色の変化、表面照明の様々な角度から生じる輝度の変化、影、及びホットスポットは、照明条件が原因で認識できない物体をレンダリングすることがある。
【００１０】
物体の制御された照明は、特に、光源が封じられていて、照明されている物体に近い場合に、困難である。この閉じ込めは、例えば、装置を小型化する、及び／又は、カメラの視野にのみ照明を当てることによって電力消費を低減することを所望することが原因かもしれない。このような場合とは、メガネや、頭部装着型デバイスに装着した装置を使用している眼を照明する場合である。これらのタイプのシステム又は装置の例は、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｃ．Ｔｏｒｃｈに付与された、眼の動きをモニタリングすることによって容易になるバイオセンサ、通信、及びコントローラのアプリケーションを開示している米国特許第７，５１５，０５４Ｂ２に見られる。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、物体の照明を制御する装置及び方法に関する。特に、本発明は、空間的に制御された輝度、例えば、機械視覚用の複数の光源を調整することによって、例えば人間の眼又は顔に向けたビデオカメラ画像内においてほぼ均一な輝度を作る装置及び方法に関する。
【００１２】
上述した背景を考慮すると、ここに述べる装置、システム及び方法は、機械視覚アプリケーション用の改良された照明方法とシステムを提供する。この方法は、一般的に、カメラの視角と異なる角度でシーンの様々な領域を照明する二又はそれ以上の電磁放射線源を具える。これらの照明源は、それぞれ、白熱電球、アーク灯、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの、一又はそれ以上の照明デバイスを具えている。カメラは、フレーム取り込み器と、取り込み画像に基づいて照明源を個々に制御するためのフィードバック信号を生成する処理システムの構成部品であっても良い。目標となる輝度レベルは、一定であっても良く、空間の機能（例えば、シーンに亘って輝度に勾配を付ける）及び／又は時間（例えば、シーンが異なる波長で照明源によって交互に照明される場合）に応じて変化しても良い。制御された及び／又は均一な照明によって、位置の測定と物体の特定を含む機械視覚アプリケーションを、より簡単で、迅速、かつ高い信頼性をもって実行できるようになる。
【００１３】
一の実施例によれば、特に、シーン内の反射率が空間的に変化する場合に、空間的にほぼ均一及び／又は制御されたシーン輝度をもつカメラ画像を生成するシステム及び方法が提供されている。
【００１４】
別の実施例によれば、カーブしている及び／又はカメラの画像平面と同一平面にない面から制御された又はほぼ均一な輝度をもつ画像を生成するシステム及び方法が提供されている。
【００１５】
例えば、このシステム及び方法は、カメラの視線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）に向かって位置している一又はそれ以上の照明源を用いている。鋭角からの照明によって、表面クラック又は刻み目などの細かい構造を明らかにすることができる。
【００１６】
更に別の実施例によれば、表面上に生じる三次元構造によって発生する影の影響を低減するシステム及び方法が提供されている。例えば、この影の影響は、対照的角度からシーンを照明する複数の電磁放射源を用いることによって低減することができる。
【００１７】
更に別の実施例によれば、照明の点光源の結果生じる、いわゆる「閃光（ｇｌｉｎｔｓ）」又は輝点の影響を低減する又は防ぐシステム及び方法が提供されている。閃光の影響は、カメラの視点から離れた角度で源を使用して、光をシーンの中に誘導することによって防ぐことができる。
【００１８】
別の実施例によれば、人の頭に装着するように構成されたデバイスと；このデバイスの上に配置して、デバイスを装着している人の第１の眼を見るように配置したカメラと；この第１の眼の周り及びカメラの視野内で人の顔の各焦点領域を選択的に照明するデバイス上の複数の光源と；を具える人間の眼をモニタリングするシステムが提供されている。代替の実施例では、このカメラ及び／又は光源が、人から遠隔に、例えば、車両のダッシュボードや、その他のインテリア構造に装着されている。
【００１９】
コントローラは、カメラ及び光源に接続することができる。このコントローラは、カメラを用いて光源の各焦点領域における輝度をサンプリングし、サンプリングした輝度に基づいて光源を変調して、各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供するように構成されている。例えば、このコントローラは、第１の光源で照明されるカメラの視野内の第１の焦点領域に対応するカメラの複数の画素から輝度をサンプリングするように構成されており、このコントローラは、サンプリングされた輝度を組み合わせて、第１の光源によって提供された平均輝度を決定し、第１の焦点領域内で所望の輝度レベルを提供するように第１の光源を変調する。同様に、コントローラは、第２の又は追加の光源によって照明される第２の又は追加の焦点領域から輝度をサンプリングして、対応する焦点領域内に所望の輝度レベルを提供するように第２の光源を変調するように構成されている。
【００２０】
一の実施例では、コントローラは、光源への電流及び電圧の少なくとも１つの振幅変調を行って、各焦点領域内で所望の輝度レベルを提供するように構成されている。追加で、又は代替的に、コントローラは、光源への電流及び電圧の少なくとも１つのパルス幅変調を行って、各焦点領域内で所望の輝度レベルを提供するように構成されている。
【００２１】
選択的に、処理ユニットをカメラに接続して、例えば、第１の眼の画像をモニタする及び／又は分析するために、第１の眼の画像を受信するようにしても良い。処理ユニットはコントローラを具えていても良く、あるいは一又はそれ以上の別のプロセッサであっても良い。
【００２２】
更に別の実施例によれば、空間的に制御された照明を行うためのフィードバック制御システムが提供されており、このシステムは、視野の二又はそれ以上の空間領域におけるシーン輝度を測定するカメラと、カメラの視野内の対応する領域を選択的に照明する光源と、カメラの視野の各領域内の平均輝度を計算し、対応する光源を一又はそれ以上の輝度レベルに変調して視野内に所望の輝度レベルを提供するプロセッサと、を具える。
【００２３】
一例では、このシステムは、電子ディスプレイを具え、カメラ及び／又は光源は、このディスプレイに対して、カメラと光源が電子ディスプレイを見ている人の顔の方向を向くように装着されている。別の例では、カメラ及び／又は光源は、車両のダッシュボード又はその他の構造に装着して、カメラ及び／又は光源が車両のオペレータの顔の方向を向くようになっている。
【００２４】
更に別の例では、カメラ及び／又は光源が、組み立てライン又はコンベヤベルトに沿った方向を向いている物体の画像を得るように、組み立てライン又はコンベヤベルト近傍の構造体に装着されている。更に別の例では、カメラ及び／又は光源が、複数のストレージ領域近傍の構造体に装着されており、ストレージ領域に位置する物体の画像を得るようにしている。例えば、光源は、組み立てライン、コンベヤベルト、又はストレージ領域近傍に装着して、選択的にカメラの視野内の各焦点領域を照明し、例えば、カメラで取得する画像に基づいて物体の同定を容易にすることができる。
【００２５】
これらの例のうちのいずれにおいても、光源は実質的に連続的又は間欠的に動作している。例えば、光源は、カメラが作動しないときは、不活性化される。例えば、カメラを使用して、各光源によって選択的に照明された領域内の輝度をサンプリングして個別に視野の画像を取得する場合、光源は、カメラが活性化された画像を取得する及び／又は輝度をサンプリングする間にのみ活性化されるが、例えば、パルス幅変調を用いて光源の輝度を制御している場合、この期間に光源が間欠的に活性化されるようにしても良い。
【００２６】
更に別の実施例によると、人間の第１の眼の照明を制御する方法が提供されている。カメラは、人の顔に向けて、人の第１の眼がカメラの視野内に入るように配置されており、第１の眼の周りでカメラの視野内にある人の顔の各焦点領域を選択的に照明する複数の光源で人の顔の少なくとも一部が照明される。光源の各焦点領域でカメラを用いて輝度をサンプリングし、少なくとも部分的にサンプリングした輝度に基づいて光源を変調して、各焦点領域内で所望の輝度レベルを提供する。
【００２７】
更に別の実施例によると、機械視覚アプリケーション用に空間的に均一なあるいは制御された輝度レベルを生成するシーン照明システムが提供されている。例えば、目標輝度レベルはカメラの視野全体でほぼ同じで、例えばほぼ均一な輝度が生じるか、あるいは、位置の機能に応じて変化して、例えば、シーン内に制御された輝度レベルを作る。加えて、あるいは代替的に、目標輝度レベルが時間と共に変化するようにしても良い。
【００２８】
例示的実施例では、このシステムは、カメラと、カメラの視野内の異なる領域を選択的に照明する複数の光源と、カメラと光源に接続された処理ユニットと、を具える。カメラの視野内の光源の焦点領域をサンプリングして、平均局所輝度を測定して、目標輝度レベルと比較する。処理ユニットは、光源を制御して、照明レベルを上下させ、視野内の目標輝度レベルに向けて収束させる。この光源の変調は、各成功したビデオ画像についてあるいは周期的な画像について、目標輝度レベルが達成されるまで繰り返される。目標輝度レベルが一旦達成されると、反復フィードバック制御がいくつかの機械視覚アプリケーション用に固定される。その他のアプリケーションについては、反復プロセスを周期的にあるいは連続的に継続して、異なるシーン又は照明条件の変化を構成する。
【００２９】
更に別の実施例によると、シーンの照明を制御する方法が提供されており、この方法は、シーン内の一又はそれ以上の物体がカメラの視野内にあるようにカメラをシーンの方へ向けるステップと；カメラの視野内の各焦点領域を選択的に照明する複数の光源でシーンを照明するステップと；カメラを用いて光源の各焦点領域内の輝度をサンプリングするステップと；サンプリングした輝度の少なくとも一部に基づいて光源を変調して、各焦点領域内に所望の輝度レベルを提供するステップと；を具える。
【００３０】
例えば、このシーンは人の顔の少なくとも一部を含んでおり、一又はそれ以上の物体は、この人の少なくとも一方の眼を含んでいる。カメラ及び／又は光源は、人の頭の上、又は人の頭から離れた位置にあるデバイスに装着することができる。
【００３１】
別の例では、シーンが電子ディスプレイを具え、カメラ及び／又は光源はこのディスプレイに対して、カメラと光源が電子ディスプレイを見ている人の顔を向くように配置されている。この例では、光源を変調してカメラの視野内で人の顔の各焦点領域に所望の輝度レベルを提供することができる。
【００３２】
更に別の例では、カメラ及び／又は光源が、カメラがこの車両のオペレータの顔に向けられるように車両のダッシュボードに装着されている。この例では、シーンが少なくともオペレータの顔の一部を含み、光源をオペレータの顔に向けて、カメラの視野内でオペレータの顔の各焦点領域を選択的に照明している。
【００３３】
更に別の例では、カメラ及び／又は光源が、組み立てライン又はコンベヤベルトの方向を向いており、組み立てライン又はコンベヤベルトに沿って方向づけられている物体の画像を取得する。更に別の例では、カメラ及び／又は光源が複数の収納領域の方向を向いており、この収納領域に配置された物体の画像を取得する。光源は、組み立てライン、コンベヤベルト、又は収納領域を向いており、カメラの視野内で各焦点領域を選択的に照明し、例えば視野内でほぼ均一な輝度レベルを、又は視野内で変化する輝度レベルを提供する。例えば、光源を変調して、その他の焦点領域よりカメラから離れている焦点領域について、より高い輝度レベルを提供する。
【００３４】
本発明のその他の態様及び特徴は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を考慮することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の例示的実施例が図面に示されている。
【図１】図１は、カメラから画像を取得する処理ユニットを制御して３個の発光ダイオードを用いて眼と顔領域周辺の空間的に均一な照明を示す斜視図である。
【図２】図２は、３つの個別の光源で生成した、眼と顔領域周辺の照明パターンの一例を示す図である。
【図３】図３は、眼と顔領域周辺のカメラ画像の一例であり、３つの画素クラスタをサンプリングして、カメラの視野内の３つの領域における平均照度を測定している。
【図４】図４は、照明パターンに空間的な勾配が必要とされる食料品棚又は倉庫棚の制御された照明の一例である。照明は、画像の右側に向かって輝度が徐々に高くなっており、４つの水平領域に分けられている。
【図５】図５は、振幅変調とパルス幅変調技術を用いて照明を制御するのに使用する、フィードバックと信号の時間シーケンスの一例である。
【図６】図６は、空間的に均一な輝度を生じさせるために複数光源の照明レベルを制御するのに使用できる例示的アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】図７は、人の眼の動きに基づいて人をモニタリングする装置の更に別の実施例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１を参照すると、システム１０の例示的実施例が示されており、これは、人の眼及び／又は眼近傍の顔領域のフィードバック制御照明を提供する。一般的に、システム１０は、複数の光源１２（３つの光源が示されている）と、一又はそれ以上のカメラ１４（１台のカメラが示されている）と、光源１２及び／又はカメラ１４に接続された処理ユニット１６を具える。
【００３７】
システム１０の構成要素には、単一デバイス、又は二又はそれ以上の個別デバイスが含まれる。例えば、図７に示すように、カメラ１４と光源１２が、人の頭部に装着されるように構成したフレーム１８又はその他のデバイス上に設けられている。図に示す実施例では、フレーム１８が、ブリッジ片１８ａと、各眼の上方又は周囲に延在して、開口１８ｃを規定しているリム１８ｂと、及び／又は、例えば眼鏡などの、一対の耳サポート１８ｄを具える。選択的に、開口１８ｃに、所望の例えば度付きレンズ、陰影付きレンズ、偏光レンズ、及び／又は保護レンズ、その他のレンズが設けられていてもいなくとも良いが、このようなレンズは、システム１０の操作には不要である。代替的に、システム１０の構成要素は、ヘルメット、マスク、ゴーグル、プルダウン式マスク、及び米国特許第６，１６３，２８１号、第６，５４２，０８１号、又は第７，４８８，２９４号に開示されたデバイスなどのその他（図示せず）などの人の頭部に装着するように構成されたその他のデバイスに設けられていても良い。
【００３８】
本出願の更なる代替例では、以下に更に説明するように、構成要素が、例えば文房具あるいは移動する構造体といった、個別デバイスに設けられており、人、物体、及び／又はその他のシーンをモニタするようになっている。例えば、カメラ１４及び／又は光源１２は、人から離れて設けて、その人をモニタするようにしても良い。一の例示的実施例では、カメラ１４及び／又は光源１２は、ダッシュボード、又はコックピット内に、又は車両のその他の内装領域に、車両のドライバ、パイロット、あるいはその他のオペレータ、乗客、又は車両内のその他の人の方向に向けて装着することができる。カメラ１４及び／又は光源１２の位置は、例えば、カメラ１４及び／又は光源１２が例えばオペレータ又はその他の人の片方の眼又は両方の眼というように、顔に向けて、車両内に実質的に固定されていても、調整可能であっても良い。別の例示的実施例では、カメラ１４及び／又は光源１２は、コンピュータのディスプレイ又はその他の電子装置に装着あるいは隣接させて、例えば、その電子装置のユーザの片方の眼又は両方の眼をモニタリングして、ユーザが、片方の眼又は両方の眼の動きの少なくとも一部に基づいて、当該電子装置を制御又は操作できるようにしても良い。
【００３９】
選択的に、図１及び図７を参照すると、処理ユニット１６も、フレーム１８によって行われるか、本明細書に記載されているように、フレーム１８とは別に、及び／又は、フレーム１８（及び／又は、フレーム１８以外の構造が設けられている場合は、システム１０のその他の構成要素）から遠隔で実行することができる。例えば、図７に示すように、処理ユニット１６は、フレーム１８とは別のケースに設けるようにしても良く、フレーム１８から延在する一又はそれ以上のケーブル１７（明確化のために１本のケーブルのみが示されている）を具えていても良い。ケーブル１７は、個別のケーブルか又は光源１２、カメラ１４、及び／又はフレーム１８上のその他の構成要素、及び処理ユニット１６に接続されたワイヤセットを具えていても良い。個別のケーブル又はワイヤセットは、例えばフレーム１８内に、例えば、リム１８ｂに沿って、各光源１２、カメラ１４、１５、その他から、ケーブル１５内に捕捉されて、例えば、フレーム１８の全プロファイルを所望のように小さくなるまで、埋め込まれていても良い。
【００４０】
更に図１を参照すると、カメラ１４がフレーム１８に装着及び／又は配置されており、このカメラ１４は、フレーム１８を装着しているか、さもなければ、図に示すように、システム１０でモニタされている人の第１の眼２０に向けられた視野を有する。例えば、図７に示すように、カメラ１４は、フレーム１８の各開口１８ｃからオフセットされており、例えば、２０１０年１月１３日に出願した係属中の特許出願第１２／５５１，５４７号に記載されているように、カメラ１４を、フレーム１８を装着している人の全体的な視野から離して配置する。
【００４１】
例示的実施例では、カメラ１４がＣＣＤ又はＣＭＯＳあるいはその他の、例えば、矩形又はその他のピクセルアレイを含む活性領域を含む検出器を具えており、カメラ１４で画像を捕捉し、この画像を表わすビデオ信号を生成するようにしている。カメラ１４の活性領域は、例えば、正方形、矩形、円形、楕円形、その他の所望の形状を有している。カメラ１４の活性領域は、ほぼ平坦であるか、あるいは曲面であり、例えば、眼２２の方向を向いている曲面内にある。使用できる例示的ＣＭＯＳ装置には、Ｏｍｎｉｖｉｓｉｏｎ  モデル番号ＯＶ７７４０、又はＭｏｃｒｏｎ  モデル番号ＭＴ９Ｖ０３２が含まれる。更に、カメラ１４は、一又はそれ以上のフィルタ、レンズ、その他（図示せず）を具えており、必要に応じて、例えば、画像を活性領域上にフォーカスする、望ましくない光の強度及び／又は波長にフィルタをかける、などすることができる。
【００４２】
選択的に、このシステム１０でモニタしている人の第２の眼（図示せず）を向いた視野を具える第２のカメラを設けるようにしても良い。例えば、図７に示すように、一対のカメラ１４をフレーム１８の、例えば各眼の下のリム１８ｂの下側領域上に装着して、人の視覚との干渉を最小にして、人の両眼をモニタすることができる。追加で、あるいは代替的に、人のそれぞれの眼に向けた複数のカメラ（又は、各眼に向けた複数のカメラ、図示せず）を設けて、例えば、離れたあるいはオーバーラップした視野を提供するようにしても良い。別の選択肢では、図７に破線で示すように、一又はそれ以上のカメラ１５を、フレーム１８を装着している人から離れる方向に向けてフレーム１８上に設けて、例えば、本明細書に記載の特許に開示されているように、人の周辺の画像を取得するようにしても良い。
【００４３】
光源１２は、例えば、カメラ１４近傍の開口１８ｃの周りなど、フレーム１８上の複数箇所に装着することができる。例えば、図に示すように、３つの光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられており、例えば、第１及び第２の光源１２ａ、１２ｂはリム１８ｂの上側領域上に、第３の光源１２ｃはリム１８ｂの下側領域上に設けるようにしても良い。２つ又は３つ以上の光源（図示せず）のみを設けて、必要があれば個別に記載のシステムと方法を用いて制御することができる。図７に示すように、システム１０が第２のカメラ１４を有する場合、追加の光源セット１２をフレーム１８上に設けてフレーム１８を装着している人の第２の眼及び／又は顔領域（図示せず）を照明するようにしても良い。更に、システム１０が単一の眼（図示せず）の方を向いた複数のカメラを有する場合、これらのカメラは、複数の光源をシェアしても良く、また代替的に、複数の光源セットを設けてカメラの各々の視野（図示せず）を照明しても良い。
【００４４】
例示的実施例では、各光源１２が、例えば約６４０乃至７００ナノメータの一又はそれ以上の波長の赤外線、例えば白光などの高帯域可視光線、その他といった比較的狭い又は広い波長の光を発するように構成した発光ダイオードを具えていても良い。選択的に、光源１２は、例えば、人の眼及び／又は顔の各焦点領域を照明するのを容易にする、レンズ、フィルタ、デフューザ、あるいはその他の構造（図示せず）を具えていても良い。光源１２は、例えば、フレーム１８の各開口１８ｃの周りに配置した一又はそれ以上のアレイ内で、互いから離れて配置されており、例えば、人の眼及び／又は顔のほぼ均一又は可変レベルの輝度など、所望の輝度レベルを提供して、カメラ１４を用いて捕捉した人の眼及び／又は顔の画像を提供することができる。
【００４５】
処理ユニット１６は、例えば、一又はそれ以上のハードウエア構成部品及び／又はソフトウエアモジュールなど、システム１０の様々な構成要素を操作する一又はそれ以上のコントローラ又はプロセッサを具えている。例えば、処理ユニット１６は、光源１２及び／又はカメラ１４を制御する、個別のあるいは一体化したコントローラ（図示せず）を具えており、カメラ１４からの信号、その他を受信及び／又は処理する。選択的に、処理ユニット１６の一又はそれ以上の構成要素は、本明細書に記載した引例に述べられている実施例と同様に、例えば、耳サポート１８ｄ又はリム１８ｂの上など、フレーム１８上に担持されている。
【００４６】
処理ユニット１６は、カメラ１４、１５、画像信号を編集及び／又は処理するフィルタ、その他からの画像信号を保存するメモリを具えていても良い。更に、処理ユニット１６は、例えば、システム１０の構成要素を操作する一又はそれ以上の電源（図示せず）を具えている。選択的に、フレーム１８及び／又は処理ユニット１６は、データを送信し、指示を受信する、などのための一又はそれ以上の送信機及び／又は受信機（図示せず）を具えていても良い。追加で、又は代替的に、システム１０は、本明細書に記載した引例に述べられている実施例と同様に、フレーム１８及び／又は処理ユニット１６から遠隔位置にある構成要素を具えていても良い。例えば、システム１０は、例えば、同じ部屋の、モニターステーション近傍や、より離れた位置の処理ユニット１６及び／又はフレーム１８から遠隔にある位置に、一又はそれ以上の受信機、プロセッサ、及び／又はディスプレイ（図示せず）を具えていても良い。
【００４７】
図１を参照すると、例えば、空間的にほぼ均一な照明が有益である自動瞳トラッキングを行うためのシステム１０で、画像を撮像している人の眼２０と周辺の顔領域２２が示されている。眼２０を含む顔領域２２は、カメラ１４によって視覚化され、ここで画像が処理ユニット１６に送られる。瞳２６は、虹彩２７の中心に位置している。従って、虹彩２７は、強膜２８又は白目の領域に位置している。正視している間は、随意筋及び不随意筋の両方を制御する結果、瞳２６の位置が変化する。瞳２６が移動している間は、瞳２６、虹彩２７、及び強膜２８に関連する領域が、カメラの視野内で変化する。一部分においては、サイズ及び形状の変化は、眼２０の曲率半径によるものである。
【００４８】
一又はそれ以上の光源で照明する場合は、カメラの視野内における異なる領域から検出される光強度に複数の要因が影響することがある。この要因とは：ａ）光源と視野領域間の距離、ｂ）各光源の強度、ｃ）各光源の発散角、ｄ）照明する面の反射率（照明波長における）、ｅ）その面の曲率、及びｆ）光を使用する信号に変換するときのカメラの効率、並びに、このカメラに関連する光学の効率と空間均一性、である。更に、三次元構造体は、単一光源又は少数光源から照明されている場合に影を作ることがある。眼２０の周りの領域２２の場合、瞼、まつ毛、及び皮膚の襞を含む構造によって影ができることがある。
【００４９】
以下に更に説明するように、図１に示すカメラ１４などのカメラ視野内の様々な領域の輝度レベルをフィードバックモードで用いて、異なる照明源の強度を制御することができる。あるシーンを複数の照明を用いて異なる角度から照明することで、影の有害な影響を低減することができる。複数の照明源を用いて、及び／又は、複数の照明源を例えばカメラの視野角から十分に離すなど、戦略的な位置に配置することによって、閃光を低減又は防止することができる。図１に示す例では、赤外線発光ダイオード（ＬＥＤｓ）を照明源として用いている。図に示すように、ＬＥＤ１２ａは選択的に、カメラ１４の視野の左上領域を照明し、ＬＥＤ１２ｂは選択的に、カメラ１４の視野の右上領域を照明し、ＬＥＤ１２ｃは選択的に、カメラ１４の視野の下側領域を照明する。
【００５０】
図２は、異なる光源で照明した各焦点領域を示す図である。本例では、３つの光源が、瞳２６と、眼２０周囲の顔領域２２を照明している。図２に示すように、光源が一般的には鮮明な領域を作らないことは理解される。むしろ、破線は、「焦点領域」、すなわち、特定の光源が、カメラの視野内の周辺領域に比べて、ある領域の照明に選択的又は強化された影響がある領域を表わしている。図１を参照して、ＬＥＤ１２ａは、カメラの視野の左上の領域に位置する、図２の領域１２１を選択的に照明する。同様に、図１のＬＥＤ１２ｂは、カメラの視野の右上の領域に位置する図２の領域１２２を照明する。図１のＬＥＤ１２ｃは、カメラの視野の下側領域に位置する図２の領域１２３を照明する。照明している領域又は焦点領域のサイズは、光源の発散角及び／又は光源と照明表面との距離に依存する。照明している領域のおよその形状は、光源の光プロファイル、並びに光源の位置と照明表面に垂直なベクトル間の角度に依存する。各焦点領域の平均輝度は、関連する光源の強度を調整することによって制御することができる。
【００５１】
図３は、ピクセルクラスタの一例であり、これをサンプリングして瞳２６近傍の領域の平均輝度を決定することができる。この例では、ピクセル１０１の８×８エレメントクラスタの測定平均強度を用いて、カメラの視野内の左上領域の輝度を評価している。別のピクセル１０２の８×８エレメントクラスタを用いて、カメラの視野内の右上領域の輝度を計算する。第３のピクセル１０３の８×３２エレメントクラスタを用いて、カメラの視野内の下側領域の輝度を評価する。
【００５２】
しかしながら、任意数の視野領域から輝度を評価できることは自明である。輝度の評価は、各焦点領域内の、任意のサイズ、スペース、形状のクラスタ中の任意数のピクセルから決定することができる。例えば、各焦点領域内での各サンプリングの間に、同じピクセルをサンプリングすることができるし、また、所望であれば例えば各焦点領域内でランダムに選択した異なるピクセルをサンプリングすることもできる。輝度は、眼２０をモニタしている間の実際のビデオ信号を用いてサンプリングしても良く、あるいは、眼２０をモニタするのに使用するデータストリーム外でサンプリングすることもできる。例えば、一連のビデオ信号からの周期フレームを、記録、処理、又はモニタするのに加えてサンプリングして、本明細書に記載のシステムと方法を用いて、輝度レベルを予測及び／又は調整することができる。
【００５３】
例えば、図１乃至３を更に参照すると、処理ユニット１６が焦点領域１２１、１２２、１２３（図２に示す）中の所定のピクセル１０１、１０２、１０３（図３に示す）を周期的にサンプリングして、焦点領域１２１、１２２、１２３のいずれかにおける平均輝度レベルを評価することができる。処理ユニット１６は、光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃ（図１に示す）を変調して、各焦点領域１２１、１２２、１２３内の所望の輝度レベルを提供する。例えば、カメラ１４で眼２０を照明し撮像している間、ほぼ輝度が均一であることが好ましい。処理ユニット１６は、ピクセル１０１、１０２、１０３のセットをサンプリングして、各焦点領域１２１、１２２、１２３の平均輝度を決定し、光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃの強度を増減させて、例えば、平均輝度をほぼ均一に、及び／又は、所望の範囲内に維持することができる。
【００５４】
代替的に、複数のカメラを設けて人の眼（図示せず）をモニタするのに、一又はそれ以上のカメラを用いて、カメラの視野内の輝度をサンプリングすることができる。例えば、一の実施例では、輝度サンプリング専用の第１のカメラを使用する一方で、例えば、上述した通り、第２のカメラを用いて眼の画像を取得して、例えば、本明細書や本明細書に述べた引用例に記載されているような、人の認識度、物理的及び／又は精神的状態をモニタする、一又はそれ以上のデバイスを制御するなど、その他の目的のために用いることができる。別の実施例では、複数のカメラを用いて、各光源の焦点領域内の輝度をサンプリングして、複数のカメラからサンプリングした輝度を平均化したり、あるいは比較して、光源へのフィードバック制御を提供することができる。
【００５５】
その他のアプリケーションでは、空間的に可変であるシーンの照明を行うことが望ましい。図４は、輝度２４２の（非均一）空間的勾配が望ましい状況で照明を制御する例を示している。この例では、カメラ２４１を用いて、例えば、食料品店、大規模卸売店、製造工場に共通して見られるような一連の棚又は搬送システム２４０上にある対象物を撮像する。カメラ２４１と光源２３１乃至２３４を、例えば、棚又は搬送システム２４０から離れた一のアンカに個別に装着し、ほぼ静止させる又は移動させることができる。
【００５６】
このような場合、いくつかの対象物と対象物上の文字は、カメラ２４１を用いて取得した画像内でその他のものより小さく見える。これは、おそらく、対象物のサイズが実際に小さくなったことに起因するか、あるいは対象物がカメラから離れているためである。しばしば、カメラの視野内により小さく表れる対象物の輝度を高める（飽和することなく）ことによって、画像処理アルゴリズムの性能が改善される。空間的に制御された照明は、画像処理アルゴリズムが信号対ノイズ比を上げることによって、レンズやその他の光学成分の解像度の空間的変化を補償する助けになる。ほとんどのレンズ、特に小さいレンズは、レンズの中央領域に比較して外側エッジにより近い部分で空間解像度が小さく、及び／又は、集光能力が低い。
【００５７】
図４に示す例では、視野を４つの縦領域に分割することによって、輝度に水平方向の勾配ができている。最も左側の領域２２１は、ＬＥＤ２３１で照明されており、信頼性のある画像処理を行うのに最小の輝度を要する。最も左側から２番目の領域２２２は、ＬＥＤ２３２によって照明されており、信頼性のある画像処理を行うのに最小の輝度の次に小さい輝度を要する。領域２２３は、ＬＥＤ２３３によって照明されており、より小さい対象物の存在により、より大きな輝度を要する。最後に、領域２２４は、ＬＥＤ２３４によって照明されており、小さい対象物が存在するため、最も大きい照明が必要である。この対象物は、カメラから最も遠くにあるか、及び／又は、カメラ２４１を用いて取得した画像のエッジ近傍の光学解像度が低い。
【００５８】
処理ユニット（図示せず）は、本明細書に述べたものと同様に、カメラ２４１に接続して、縦領域２２１乃至２２４内の輝度レベルをサンプリングすることができ、及び／又は、光源２３１乃至２３４に接続して、サンプリングした輝度レベルに応じて光源２３１乃至２３４の強度を変調することができる。例えば、上述した通り、処理ユニットは光源２３１乃至２３４を変調して、各領域２２１乃至２２４の輝度レベルを上げ、カメラ２４１からの画像を容易にモニタすることができる。
【００５９】
図５は、カメラの視野の様々な領域で照明をモニタし制御するのに使用する信号の時間シーケンスの一例である。実線１４１は、個々のピクセルクラスタの測定した平均輝度を表わしており、破線１４０は、光源の焦点領域についての目標光強度を表わしている。ドット１４２は、新しいカメラ画像を集めて輝度サンプリングする時間を表わしている。測定した平均輝度が目標強度の下にあれば、別のスキームを用いて、対応する領域に関連する光源の強度を上げることができる。逆に、測定した平均光強度が目標強度の上にあれば、同じスキームを用いて、対応する領域に関連する光源の輝度を下げることができる。
【００６０】
例示的実施例では、実線１４３は、光源を分割する電圧又は電流の振幅を用いて光強度を制御するスキームを示している。これは、一般に「振幅変調」と呼ばれる。別の実施例では、実線１４４は、制御電圧又は電流の継続時間又は「滞留時間」を変えて、光強度を制御するスキームを示している。これは、一般に、「パルス幅変調」と呼ばれる。選択的に、両方のスキームを同時に使用することもできる。
【００６１】
所望であれば、カメラが使用できる信号に光を変換していないとき、あるいは、デバイス全体が使用されていない時など、必要がない時には照明を切るようにして、エネルギィを節減し、及び／又は、例えば安全性の理由から全体の照明強度を低減することができる。例えば、図４に示す（あるいは、本明細書に述べたその他の実施例における）光源２３１乃至２３４を、例えば、カメラ２４１が作動していないときにスイッチを切るなど間欠的に動作させることができる。一の例示的実施例では、カメラ２４１を、周期的に動作させて、その視野の画像並びにサンプル輝度を、例えば取得した画像から得ている。この例では、例えば、カメラが動作している期間の振幅変調及び／又はパルス幅変調を用いて、本明細書に述べたように制御された光源の輝度を有するカメラ２４１が画像を取得している期間のみ光源２３１乃至２３４のスイッチを入れるようにしている。別の例示的実施例では、カメラ２４１を周期的に動作させて視野の画像を取得し、別に輝度をサンプリングすることができる。この例では、例えば、動作期間に振幅変調及び／又はパルス幅変調を用いて、カメラ２４１が動作して画像を取得する及び／又は輝度をサンプリングする期間のみ光源２３１乃至２３４を間欠的に動作させるようにしている。
【００６２】
図６は、図１及び７のシステム１０と、図４のシステムを用いるなどして、例えば制御された又は均一の照明を生成するフィードバック制御を行うために使用できる例示的アルゴリズムのフローチャートである。各領域（「ｎ」で示す）の平均輝度を、ビデオ画像内で順次測定する。例えば、ステップ３１０では、複数の光源で照明されているカメラから新しい画像を集めることができる。
【００６３】
ステップ３２０では、第１の光源に対応する第１の焦点領域の平均輝度を、第１の領域内の新しい画像から複数のピクセルをサンプリングすることで、サンプリングすることができる。例えば、第１の領域内の複数のピクセルの実際の輝度レベルを取得して平均化し、第１の領域の平均輝度レベルを決定することができる。ステップ３３０では、この平均輝度を、第１の領域についての目標強度と比較することができる。平均輝度が目標強度より高い場合（ブランチ３３０ａ）、ステップ３３２において、第１の光源の出力が低減される。平均輝度が目標強度より低い場合（ブランチ３３０ｂ）、ステップ３３４において、第１の光源の出力が上がる。このように、ステップ３３６では、第１の光源を所望の強度に変調する。ステップ３３８では、数「ｎ」が増えて、ステップ３４０では、まだサンプリングされていない別の焦点領域が存在することを確認する。「ｎ」が、焦点領域と光源の総数より少ない、あるいはこれと同じである場合は、この処理、すなわち、ステップ３２０乃至３３６を第２の焦点領域と光源、その他について繰り返す。全ての焦点領域が、新しい画像と変調された光源からサンプリングされている場合は、新しい画像と共にこの手順を繰り返す（ステップ３１０から再度スタートする）。このように、各サンプリングに伴って、システムに含まれる光源の全アレイへの出力を、所望のレベルに変調することができる。この処理は、新しいビデオ画像が集められると、あるいは、例えば、サンプリングした輝度を提供するカメラを用いて取得した画像を１つおきに、あるいは画像１０枚ごとに、ただ周期的に繰り返される。
【００６４】
目標輝度レベルは、例えば、図１及び７に示すシステム１０など、カメラの視野を通して全領域について同じとして、ほぼ均一な輝度を持つシーンを作成するようにしても良い。代替的に、目標輝度をまた選択して、カメラの視野内の異なる空間領域を変化させ、図４に示すシステムのように、画像内の低減した対象物サイズの効果を部分的に補償するようにしても良い。また、選択的に、一又はそれ以上の領域内の目標輝度を上げて、空間的勾配があるパターンを作り、例えば、分析を強化し、例えば、表面あるいは微妙な色の変化における詳細なクラックを顕在化することができる。
【００６５】
また、目標輝度レベルを選択して、時間の関数として変化させることができる。異なる波長で発光する照明源セットを用いた場合、各波長を選択してカメラ画像内で異なる構造を顕在化するので、別の目標輝度レベルが求められるであろう。
【００６６】
いくつかのアプリケーションでは、輝度が、適用した照明システムの一部である電磁源によって支配されている。別のアプリケーションでは、フィードバック制御した照明システムからの光を、太陽あるいは室内光などの周辺光源に重畳することができる。後者の場合、周辺光レベルが変わったときに、所望の輝度レベルに再度変換する必要がある。
【００６７】
フィードバック制御を行う動的照明を用いたアプリケーションの別の例には、カメラの視野にアプローチするときに車両又は人間を認識する安全チェックポイントが含まれる。この場合、可視又は赤外線照明源のいずれかを動的に変調して、影を防止し及び／又は対象物を照明して均一なシーン輝度とする一方で、画像内でのホットスポットを防止する。
【００６８】
フィードバック制御を行う動的照明を用いたアプリケーションの別の例は、生産物あるいは、リンゴや魚（図示せず）などのその他の食品の分別に使用されているものなどの組み立てライン又はコンベヤベルトシステム内の分別プロセスである。様々な反射特性、サイズ、形状、及び／又は方向性がある対象物がカメラの視野に入ると、照明が動的に調節されて、より良好に寸法を測定し、及び／又は、対象物を認識する。本例では、カメラ（又は、本明細書に記載されているように、複数のカメラ）と、複数の光源を、組み立てライン又はコンベヤベルト近傍の静止したサポートに装着して、組み立てライン又はコンベヤベルト（図示せず）上を搬送される対象物に向ける。代替的に、複数の静止カメラを設けて、例えば、それぞれのカメラに対して静止している、あるいは、組み立てライン又はコンベヤベルト上の対象物と共に光源が移動するように組み立てライン又はコンベヤベルトに装着された、複数の光源セットを設けるようにしても良い。
【００６９】
フィードバック制御を行う動的照明を用いたアプリケーションの別の例には、タイヤと駆動シャフトを正確に整列させるのに使用するといった、アラインメントシステムが含まれる。フィードバック制御を行う動的照明を用いたアプリケーションの別の例は顔認証の分野である。
【００７０】
例示的実施例に関する上記の開示は、図解と説明の目的で提示されている。開示されている詳細な形式に本発明を排除あるいは制限することは意図していない。本明細書に記載した実施例の多くの変形例や変更例は、上記開示に照らして当業者には自明である。
【００７１】
更に、代表的な実施例を説明するにあたって、本明細書は、特定のシーケンスのステップとして方法及び／又はプロセスを提供している。しかしながら、この方法又はプロセスの範囲は、本明細書に記載のステップの特定の順序に頼るものではなく、この方法又はプロセスは、特定のシーケンスのステップに限定されない。当業者には自明であるが、その他のシーケンスのステップが可能である。従って、本明細書に記載のステップの特定の順序は、特許請求の範囲における限定とはならない。
【００７２】
本発明は、様々な変形例を受け入れるが、本発明は、ここに開示された特定の形式や方法に限定されるものではなく、この変更フォームや、特定の例は、図面に示されており、詳細に説明されている。しかしながら、本発明は、本明細書に開示した特定の形式又は方法に限定されるものではなく、むしろ、特許請求の範囲内にある変形例、均等物、変更例を全てカバーしている。  
【図１】
2013521710.tif 000003
【図２】
2013521710.tif 000004
【図３】
2013521710.tif 000005
【図４】
2013521710.tif 000006
【図５】
2013521710.tif 000007
【図６】
2013521710.tif 000008
【図７】
2013521710.tif 000009
【国際調査報告】
2013521710.tif 000010
2013521710.tif 000011