(57)【要約】本発明は、環境内の空間光分布を決定する方法に関する。この方法は、カメラを用いて環境２０２からの光を収集することによって空間的に分解された光データセット１００を取得するステップ６０２であって、その光データセット１００は、第１のタイプ１０６の複数のデータ要素を含み、第１のタイプ１０６の各々のデータ要素は、垂直角度スパンおよび水平角度スパンに関連付けられ、垂直角度スパンおよび水平角度スパンは、環境２０２からの光がカメラに入射する角度に関連し、第１のタイプ１０６の各々のデータ要素は、第１のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する、取得するステップ６０２と、光データセット１００に基づいて、第１のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布１２２を決定するステップ６０４と、を含む。ＲＧＢカメラで計測され、行のピクセル強度は合計または平均される。【選択図】図１ｃ
2020504294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境内の空間光分布を決定する方法であって、
カメラを用いて前記環境（２０２）からの光を収集することによって空間的に分解された光データセット（１００）を取得するステップ（６０２）であって、前記光データセット（１００）は、第１のタイプ（１０６）の複数のデータ要素を含み、前記第１のタイプ（１０６）の各々のデータ要素は、垂直角度スパンおよび水平角度スパンに関連付けられ、前記垂直角度スパンおよび前記水平角度スパンは、前記環境（２０２）からの光が前記カメラに入射する角度に関連し、前記第１のタイプ（１０６）の各々のデータ要素は、第１のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する、ステップ（６０２）と、
前記光データセット（１００）に基づいて、前記第１のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップ（６０４）と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記光データセットは、第２のタイプの複数のデータ要素を含み、前記第２のタイプの各々のデータ要素は、第２のスペクトル範囲内の入射光の量に関連するデータを含み、前記第２のスペクトル範囲は、前記第１のスペクトル範囲とは異なり、前記方法は、前記光データセットに基づいて前記第２のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップ、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記取得するステップは、
前記カメラの画像センサの第１のタイプのそれぞれのセンサ要素に入射する光の量を検出することによって、前記第１のタイプの前記複数のデータ要素の各々に関する前記第１のスペクトル範囲内の前記入射光の量に関連する前記データを決定するステップ、および／または、
前記カメラの前記画像センサの第２のタイプのそれぞれのセンサ要素に入射する光の量を検出することによって、前記第２のタイプの前記複数のデータ要素の各々に関する前記第２のスペクトル範囲内の前記入射光の量に関連する前記データを決定するステップ、
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記光を収集するステップは、前記環境の複数の画像（２１６）を捕捉するステップを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の画像（２１６）のうちの第１の画像（２１６ａ）は、前記環境の第１の視野を示し、前記複数の画像（２１６）のうちの第２の画像（２１６ｂ）は、前記環境の第２の視野を示し、前記第１の視野と前記第２の視野とは異なる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記光データセットは、前記環境からの光が前記カメラに入射する角度に関連する基準垂直角度スパンおよび基準水平角度スパンに関連付けられる前記第１のタイプの基準データ要素を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記光データセットは、前記環境内の基準高さに関連する垂直角度スパンに関連付けられる前記第１のタイプの基準データ要素を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、前記カメラの光子束感度または絶対エネルギー尺度を較正するステップをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、前記カメラの放射測定較正をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記較正するステップは、前記カメラの光度測定較正をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境内の空間光分布を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光条件は、人および動物の活動ならびにそれらの環境認識にとって重要である。環境内の光は、例えば、ランプおよび電灯設備などの人工光源と、太陽、月または星による自然照明との両方を含むことができる。人工光源は、屋内環境において自然の屋外条件の模倣を可能にし、さらに独特の照明装置を作り出す新しい可能性をもたらす。光条件は、環境内に所望の効果を実現するために、自然とするか、または光源の計画的な使用の結果とすることができる。しかし、環境内に供給される光は、その環境内での所望の活動のために適切である必要がある。例えば、光条件は、環境を、その環境内の光設定に依存して、休養または生産性を助長するようにすることができる。効率的な光条件を設計する際には、人および動物の安全性をさらに考慮することができる。特に所与の光条件を模倣できることが望ましい場合には、環境内の光条件を正しく評価することができることがさらに重要である。
【０００３】
環境内の光条件を計測するための現在の標準的な方法は、入射光、または照度を、ルックス（Ｌｕｘ）値として計測することである。しかし、そのような計測値は、環境内の人または動物の眼に達する反射光を考慮していないので、制約を受ける。より適切な照度計測値は、任意の所与のシーンにおける種々異なる方向において、２桁以上も変化するので、使用するのが難しい。したがって、環境の光条件を特徴付けるための改善された方法に対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記を考慮して、本発明の目的は、環境の光条件を決定するための、具体的には、環境内の光分布を決定するための改善された方法を提供することである。第１の態様によれば、環境の光条件を特徴付ける方法が提供される。この方法は、カメラを使用して環境からの光を収集することによって空間的に分解された光データセットを取得するステップであって、その光データセットは、第１のタイプの複数のデータ要素を含み、第１のタイプの各々のデータ要素は、垂直角度スパンおよび水平角度スパンに関連付けられ、垂直角度スパンおよび水平角度スパンは、環境からの光がカメラに入射する角度に関連し、第１のタイプの各々のデータ要素は、第１のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する、ステップと、光データセットに基づいて、第１のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップと、を含む。
【０００５】
光条件という語句は、環境内に存在する光と解釈することができる。
【０００６】
光分布という語句は、さらに、環境内に存在する光が空間的に広がるかまたは分散する仕方と解釈することができる。環境内の光は、直接放射されるか、あるいは、環境内の対象または複数対象によって反射され、透過され、または散乱されることができる。
【０００７】
垂直角度スパンという語句は、空間内で垂直方向に広がる複数の角度と解釈することができる。垂直角度スパンは、仰角スパンということができる。
【０００８】
水平角度スパンという語句は、空間内で水平方向に広がる複数の角度と解釈することができる。基準面の存在下で、水平角度スパンは方位角スパンと呼ぶことができる。
【０００９】
カメラという語句は、広い意味で理解されるべきである。カメラは、環境から収集された光、環境内の種々の空間領域または方向に関連する光、を空間的に分解するように配置された機器と解釈することができる。カメラは、それにより、空間解像度を有する光の検出器として作動することができる。一例として、カメラは、各々が空間内のある特定の方向からの光を検出するように構成される、多数の導波路または光ファイバを備えることができる。さらに別の例として、カメラは、環境から収集される光を空間的に分解するように構成された光学レンズを備えることができる。したがって、カメラは、環境を撮像するように構成された機器として作動することができる。
【００１０】
カメラは、対象の画像を形成するように構成することができる。対象は、環境または環境の光景とすることができる。
【００１１】
カメラは、収集された光を記録する感光性表面を備えることができる。カメラは、収集された光をデジタル形式で記録するデジタルカメラとすることができる。カメラは携行機器とすることができる。
【００１２】
本方法は、環境の光条件の特徴の効率的な特徴付けを可能にする。したがって、後述のように、どの位多くの光が、１つまたは幾つかのスペクトル範囲内で種々の仰角からカメラに達するかを示す、環境に特徴的な光プロファイルを供給することができる。それ故に、本方法は、環境内の光分布に関する空間的に分解された情報を生成し、さらにスペクトル分解を生じることができる。本方法は、ある環境の異なる光条件の分類、あるいは異なる環境の間の比較を可能にする。この目的を達成するために、後述のように、種々の仰角からカメラに達する光の量を表す、環境に特徴的な光プロファイルを決定することができる。本方法は、環境の光条件に関する空間的に分解された情報を生成する。本方法はさらに、ある環境の種々の光条件の分類、または異なる環境の間の比較を可能にする。したがって、例えば、良好、快適または生産的と考えられる、環境の光条件を識別することができ、したがって、他の環境において、より容易に設定または模倣される。換言すれば、本方法は、種々の環境の光条件の改善された定量化を可能にする。環境は、人により、環境内での特定の作業、例えば、読書、学習、製造またはくつろぎなどを行うのに適した光条件を有するように、決定することができる。環境内の光条件はまた、環境内に存在する動物にも影響を与える可能性がある。代替的に、環境は、人または動物により、不満足な光条件を有する環境として、体験され得る。本方法は、環境の特徴付けおよび分類を可能にし、環境の光条件、およびそれの人または動物への影響の改善された理解を可能にする。本方法によって得られた知見に基づいて、屋内および屋外環境における改善された光条件をさらに実現することができる。
【００１３】
環境からの光を収集することにより、本方法は、観測内における、多数の、典型的には数百万の、輝度または放射輝度の同時計測を可能にする。本方法はさらに、例えば、従来技術の計測に基づくスポットメータと比較して、より信頼度の高い、空間的に分解された光データの収集をもたらす。
【００１４】
本方法はさらに、環境内の光統計の効率的な計算を可能にする。
【００１５】
光データセットは、第２のタイプの複数のデータ要素を含むことができ、第２のタイプの各々のデータ要素は、第２のスペクトル範囲内の入射光の量に関連するデータを含み、第２のスペクトル範囲は第１のスペクトル範囲とは異なり、ここで、本方法はさらに、光データセットに基づいて、第２のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップを含む。
【００１６】
それにより、本方法は、種々異なるスペクトル範囲内の光、即ち、種々異なる波長の光の空間分布を決定することを可能にする。したがって、スペクトル範囲ならびに種々異なる方向にわたるその光の空間分布についての情報を供給することができる。本方法は、それ故に、種々異なる色の光の特徴付けを可能にする。
【００１７】
取得するステップはさらに、第１のタイプの複数のデータ要素の各々の第１のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する前記データを、カメラの第１のタイプの画像センサのそれぞれのセンサ要素の上に入射する光の量を検出することにより決定するステップ、および／または、第２のタイプの複数のデータ要素の各々の第２のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する前記データを、カメラの第２のタイプの画像センサのそれぞれのセンサ要素の上に入射する光の量を検出することにより決定するステップを含むことができる。
【００１８】
それにより、第１または第２のタイプのセンサ要素は異なってもよい。第１および第２のタイプの複数のデータ要素は、したがって、異なる画像センサの異なるセンサ要素またはピクセルに対応することができる。第１または第２のタイプのセンサ要素は、代替的に同じタイプのものとすることができる。この目的を達成するために、第１または第２のタイプのセンサ要素は、異なるスペクトル範囲内の光がそれぞれのセンサ要素によって検知されるように、光フィルタにより、異なるように光学的にフィルタすることができる。それにより、複数のセンサ要素が多色画像化および分析を可能にする。
【００１９】
光データセットはさらに、第３のタイプの複数のデータ要素を含むことができ、第３のタイプの各々のデータ要素は、第３のスペクトル範囲内の入射光の量に関連するデータを含み、第３のスペクトル範囲は、第１および第２のスペクトル範囲とは異なる。本方法はさらに、光データセットに基づいて、第３のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップを含むことができる。それにより、本方法は環境の光条件の効率的な色特徴付けを可能にする。
【００２０】
多重スペクトルの入射光に関連する空間的に分解された光データセットの同時取得を可能にするために、第１、第２または第３のスペクトル範囲内の光を取得するのに使用されるセンサ要素は、画像センサ上のピクセルを形成するように互いに隣接させることができる。
【００２１】
光を収集するステップは、環境の複数の画像を捕捉するステップを含むことができる。それにより環境内の異なるシーンを撮影することができる。利点は、環境の光条件のより良好な表示を得ることができることである。
【００２２】
複数の画像の内の第１の画像は、環境の第１の視野を示すことができ、複数の画像の内の第２の画像は、環境の第２の視野を示すことができ、ここで、第１の視野と第２の視野とは異なる。
【００２３】
第１および第２の視野は、環境内の異なるシーンに関連することができる。第１および第２の視野はさらに、環境を異なる視野方向において撮像することができる、即ち、より広い画角をカバーするために環境の第１および第２の画像を捕捉する合間にカメラを回転させることができる。複数の画像は、例えば、捕捉された画像のスティッチングまたは平均化によって、環境の改善された表示を可能にする。
【００２４】
より良好な光統計を、シーンの幾つかの画像としてさらに得ることができ、異なるダイナミックレンジを有する各々の画像を得ることができる。したがって、撮像中の信号飽和に関連付けられる問題は軽減され得る。
【００２５】
光データセットは、環境からの光がカメラに入射する角度に関連する基準垂直角度スパンおよび基準水平角度スパンに関連付けられる第１のタイプの基準データ要素を含むことができる。
【００２６】
光データセットは、環境内の基準高さに関連する垂直角度スパンに関連付けられる第１のタイプの基準データ要素を含むことができる。
【００２７】
本方法は、それにより、効率的な基準システムを供給することができる。基準システムは、複数の画像の改善された追加またはスティッチングを可能にする。
【００２８】
基準面は、例えば、環境の水平面とすることができる。
【００２９】
カメラによって取得された光データセットは、さらに、垂直および水平方向におけるデータ要素の入射角度スパンを記述する角度座標に変換することができる。
【００３０】
したがって、第１のタイプの基準データ要素は、環境からの光がカメラに入射する角度に関連する基準水平角度スパンに関連付けることができる。水平面内のそのような基準角度は、空間内の同じカメラ位置であるが、異なる方向において捕捉された画像のスティッチングを可能にするように定めることができる。スティッチングは、測定視野を広げるために使用することができる。換言すれば、画像を繋ぎ合わせることによって全角度範囲を広げるために、同じ有利な地点からの複数の画像を用いることができる。
【００３１】
同じ環境内の異なる有利な地点からの画像はまた、全環境をより良好に表示するのに使用することができる。
【００３２】
異なる露光量をひとまとめに扱うことは、さらに、シーンの最暗部から最明部までの全ての方向に対して信頼できる値が得られるように、ダイナミックレンジを改善するために、用いることができる。
【００３３】
本方法はさらに、カメラの光子束感度または絶対エネルギー尺度を較正するステップを含むことができる。それにより、環境内に放射される光子の量に関する知識を決定することができる。光子束の較正は、スペクトル範囲毎の光子束較正を含むことができ、種々異なるスペクトル範囲内の光の量の決定を可能にする。
【００３４】
本方法はさらに、カメラの放射測定較正を含むことができる。
【００３５】
較正するステップはさらに、カメラの光度測定較正を含むことができる。
【００３６】
カメラを放射測定較正するステップは、所定のスペクトル範囲内の絶対出力または光子束による光エネルギーの計測を含むと解釈することができる。カメラを光度測定較正するステップは、それにより、光の計測が人の眼に関するスペクトル範囲の知覚される明るさを考慮に入れる点で、カメラを放射測定較正するステップとは異なる。各々の波長または波長範囲における放射力または光子束は、人の眼の輝度感度をモデル化する光度関数によって重みを付けることができる。
【００３７】
本発明の適用性のさらに別の範囲は、以下に与えられる詳細な説明から明白となるであろう。しかし、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、この詳細な説明から本発明の範囲内の様々な変化物および修正物が当業者には明白となるので、例証のためだけに与えられることを理解されたい。
【００３８】
それ故に、本発明は説明された機器の特定の構成部分または説明された方法のステップに、そのような機器および方法を変化させることができるので、限定されないことを理解されたい。さらに、本明細書で使用される用語は特定の実施形態のみを説明するためであり、限定することは意図されていないことを理解されたい。本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「前記（ｓａｉｄ）」は、文脈が明白に別に指示しない限り、１つまたはそれ以上の要素が存在することを意味することが意図されていることに留意されたい。したがって、例えば、「１つのユニット（ａ  ｕｎｉｔ）」または「そのユニット（ｔｈｅ  ｕｎｉｔ）」に対する言及は幾つかの機器を含むことができる、などである。さらに、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」および類似の語句は、他の要素またはステップを除外しない。
【００３９】
次に、本発明の上記および他の態様を、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、より詳細に説明することになる。図は、本発明を特定の実施形態を限定すると考えられるべきではなく、それよりむしろ、それらは、本発明を説明し、理解するために使用される。
【００４０】
図に示される場合、層および領域のサイズは、説明のために誇張されており、したがって、本発明の実施形態の一般的な構造を示すために与えられる。全図を通して、同様の要素には同様の参照符号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】カメラを用いて環境からの光を収集することによって空間的に分解された光データセットを取得するステップの概略図を示す。
【図１ｂ】画像センサを示す。
【図１ｃ】環境の光条件を特徴付ける方法の結果を示す。
【図２ａ】屋外環境の画像を示す。
【図２ｂ】画像センサを示す。
【図２ｃ】光の垂直空間分布を示す。
【図３ａ】屋外環境の画像を示す。
【図３ｂ】図３ａの環境の光条件を特徴付ける方法によって得られる光の垂直空間分布を示す。
【図４ａ】屋内環境の２つの画像を示す。
【図４ｂ】環境の光条件を特徴付ける方法によって得られる光の垂直空間分布を示す。
【図５】環境の光条件を特徴付ける方法の実験的な実現を示す。
【図６】環境の光条件を特徴付ける方法のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
ここで、本発明の一般に好ましい実施形態が示される添付の図面を参照しながら、以下で本発明をより完全に説明する。しかし、この発明は多くの異なる形態で実施することができるので、本明細書で示される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は徹底性および完全性のため、および、当業者に対して本発明の範囲を十分に伝えるために、与えられる。
【００４３】
以下で、環境の光条件を特徴付ける方法が、図１〜図６に関連して説明されるであろう。
【００４４】
図１ａは、カメラを用いて環境１０２からの光を収集することにより、空間的に分解された光データセットを取得するステップ６０２によって、空間的に分解された光データセット１００を得るステップの概略図を示す。さらに、図６の方法のブロック図６００を参照されたい。説明のために、環境１０２のサブ部分１０４のみが示される。環境１０２のサブ部分１０４は、簡単のために平坦な表面として描かれていることに留意されたい。サブ部分１０４は、代替的に、球面、例えば、円弧または外被表面を有する領域、の一部分とすることができる。環境１０２のサブ部分１０４は、カメラによって撮像される例となる。環境の一部分または全環境は、広角または統合型光学系により、あるいは、環境の複数のシーンを撮像することによって、撮像することができることに留意されたい。図１ａにおいては、カメラによって撮像された全垂直スパンが、例えば、魚眼対物レンズを用いて達成することができる１８０°にわたって広がる。しかし、全垂直スパンの量は、カメラに使用されている対物レンズまたは画像センサに応じて異なる。
【００４５】
光データセット１００は、第１のタイプ１０６の複数のデータ要素を含み、第１のタイプ１０６の各々のデータ要素は、垂直角度スパンΔθＶおよび水平角度スパンΔθＨに関連付けられる。垂直角度スパンΔθＶおよび水平角度スパンΔθＨは、環境１０２からの光がカメラに入射する角度に関連する。カメラは、図１ａにおいては画像センサ１０８によって示され、その上に環境からの光が向けられ検出される。第１のタイプ１０６の各々のデータ要素は、第１のスペクトル範囲Δλ１内の入射光の量に関連するデータを含む。より具体的には、第１のタイプのデータ要素は、要素［（ｘｉ、ｙｉ）１；＃（Δλ１）］のように記述することができ、即ち、空間座標（ｘｉ、ｙｉ）１およびカウント＃（Δλ１）を含む。
【００４６】
各々の空間座標は、垂直角度スパンΔθＶ，ｉおよび水平角度スパンΔθＨ，ｉに関連付けられ、カウントは、例えば、第１のスペクトル範囲Δλ１内の入射光の光子の数、またはその入射光によって生成される電子の数を表す。
【００４７】
第１のタイプ１０６のデータ要素は、マトリックス内の要素として、アレイ内の要素として、またはベクトルとして、表すことができる。このため、第１のタイプ１０６の各々のデータ要素は、画像センサ１０８の個々のセンサ要素１１０、例えば、ピクセル、または図示されていない複数のセンサ要素に、対応することができる。
【００４８】
図１ｂは、それからセンサ要素１１０を読み取ることによって光データセット１００を得ることができる、図１ａと同じ画像センサ１０８を示す。一例として、センサ要素１１０の各々は、垂直角度スパンΔθＶおよび水平角度スパンΔθＨに関連付けられ、この垂直角度スパンΔθＶおよび水平角度スパンΔθＨは環境１０２からの光がカメラに入射する種々の角度に関連する。第１のスペクトル分布内の光の垂直空間分布は、それにより、各々の垂直角度スパンΔθＶおよび水平角度スパンΔθＨに対して評価することができ、個々のセンサ要素１１０によって検出される光の量を、例えば、光データセット１００の対応するデータ要素から、各々の空間座標（ｘｉ、ｙｉ）１に対するカウント＃（Δλ１）の、カウント量を計算することによって、決定する。したがって、第１のスペクトル範囲Δλ１内の光の垂直空間分布は、得られた光データセット１００に基づいて決定する６０４ことができる。図６の方法６００のステップ６０４を参照されたい。
【００４９】
例えば、水準器またはニベル（ｎｉｖｅｌ）を用いて水平にされた、水平にされたカメラに関して、本明細書では行１１２、１１４、１１６、および１１８によって示される、センサ要素の行の中の第１のタイプ１０６の各々のセンサ要素は、行の要素が異なる水平角度スパンに対応するが同じ垂直角度スパンに対応するので、平均する１２０ことができる。
【００５０】
当業者であれば、光データセットの取得は、センサ要素の行内の第１のタイプのセンサ要素が、同じ垂直角度スパンに関連することを必ずしも条件とはしないことを認識する。換言すれば、センサのピクセル線は同じ垂直角度スパンに従わない。
【００５１】
したがって、カメラによって取得される空間的に分解された光データセットの変換は、同じ垂直角度スパンに関連するセンサ要素が平均されるように、行うことができる。
【００５２】
したがって、例えば、それぞれのセンサ要素を加え合わせるかまたは平均することによって検出される光を決定するために、所定の垂直角度スパンに関連するセンサ要素を用いることができる。
【００５３】
センサ要素は、例えば、種々の統計的尺度、例えば、平均値、中央値、分散、標準偏差、または他の確信間隔内の変動などによって、共に平均することができる。
【００５４】
図１ｃは、方法６００によって得られた結果１２２を示す。図１ｃのグラフ１２２から、例えば、第１のスペクトル範囲Δλ１のどの垂直角度の光が最も強いかを推定することができる。この例において、第１のスペクトル範囲Δλ１の光は、環境の上部分、即ち、０°〜９０°の範囲において最も強い。＋４５°付近の極大１２６は、第１のスペクトル範囲Δλ１の光が、どの垂直角度において撮像時に支配的であるかに関する情報を与えるものとしてさらに識別することができる。一例として、第１のスペクトル範囲Δλ１は太陽によって放射される光に対応させることができる。それにより、本方法は、撮像時の入射光の角度を決定することを可能にする。日中の異なる時間において撮像することにより光条件の変化をさらに決定することができる。別の例として、環境が屋内環境、例えばオフィス空間など、である場合、本方法は、それにより、スペクトル範囲内の光がどのようにオフィス空間内の有利な地点に入射するかについての洞察をもたらす。撮像するときに種々異なるスペクトル範囲を選択することにより、種々異なるスペクトル範囲内の光の分布の検出を決定することができる。換言すれば、光データセットを得ることができ、ここで、その光データセットは、第２のタイプの複数のデータ要素を含み、第２のタイプのデータ要素の各々は第２のスペクトル範囲内の入射光の量に関連するデータを含み、第２のスペクトル範囲は第１のスペクトル範囲とは異なり、ここで、本方法は、光データセットに基づいて、第２のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップをさらに含む。
【００５５】
自然光は、例えば、人工光源から区別することができる。光の種々異なる色をさらに検出することができる。本方法によって与えられる情報に基づいて、種々異なる環境の光条件を特徴付けることができ、およびより容易に模倣することができる。
【００５６】
カメラの画像センサは、代替的に、一方向に引き延ばされた複数のセンサ要素を含むことができる。引き延ばされたセンサ要素が環境の水平方向に対応するように画像センサを配置することにより、カメラによって検出される水平角度スパンにわたる平均を得ることができる。
【００５７】
光データセットは、センサ要素の行および列を有する画像センサを有するカメラによって取得することができる。代替的に、光データセットは、サンプリングするために線形画像センサを走査することにより、２次元データセットとして取得することができる。
【００５８】
図２ａは、屋外環境２０２の、例えば、日中の草原の画像２００を示す。画像の上部分２０４は空を可視化した画像であり、下部分２０６は草原を示す。水平線２０８は、撮像の間、環境を撮像するとき、画像２００の中心にあるように設定される。環境２００を撮像するために使用されるカメラは、画像センサ２１０を含む。図２ｂを参照されたい。画像センサ２１０は、カメラの画像センサ２１０を覆うバイエル（Ｂａｙｅｒ）マスク２１２を含むことができる。それにより、４つのセンサ要素の正方形またはピクセル２１２は、人の眼が赤色または青色のいずれよりも緑色により敏感であることを効率的に模倣するために、１つの赤色フィルタ付きセンサ要素、例えば、センサ要素（ｘｉ，ｙｉ）Ｒ、１つの青色フィルタ付きセンサ要素（ｘｉ−１，ｙｉ−１）Ｂ、ならびに、２つの緑色フィルタ付きセンサ要素（ｘｉ−１，ｙｉ）Ｇおよび（ｘｉ，ｙｉ−１）Ｇを含むように形成される。したがって、画像センサ２１０は、第１、第２、および第３のタイプのセンサ要素を含むように記述することができる。
【００５９】
したがって、画像センサ２１０は、種々異なるスペクトル範囲内の光を検出し、分離することができることを理解することができる。ここで例示されるように、画像センサは、例えば、可視光スペクトルの赤色、青色および緑色部分に対応することができる第１、第２および第３のスペクトル範囲に敏感である。例えば、青色部分は、４００〜５００ｎｍの波長範囲を含むことができ、緑色部分は５００〜６００ｎｍの波長範囲を含むことができ、赤色部分は６００〜７００ｎｍの波長範囲を含むことができる。それにより、光条件のＲＧＢタイプの特徴付けを得ることができる。第１、第２、第３または付加的なスペクトル範囲が、代替的に、紫外光または赤外光またはそれらの部分範囲に対応することができることをさらに留意することができる。図示されないが、異なるフィルタ付きセンサ要素２１０によって検知される異なる量の光に関連する情報を含む光データセットは、それにより取得することができる。換言すれば、光データセットは、第１のタイプの複数のデータ要素、第２のタイプの複数のデータ要素、および第３のタイプの複数のデータ要素を含み、ここで、複数のデータ要素の各々は、第１、第２および第３のスペクトル分布内で検出される光の量に対応する。
【００６０】
多色画像センサは、第１のタイプの複数のデータ要素の各々の第１のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する前記データを、カメラの第１のタイプの画像センサのそれぞれのセンサ要素に入射する光の量を検出することによって決定するステップ、および／または、第２のタイプの複数のデータ要素の各々の第２のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する前記データを、カメラの第２のタイプの画像センサのそれぞれのセンサ要素に入射する光の量を検出することによって決定するステップをさらに含む、取得するステップを可能にする。取得するステップは、第３のタイプの複数のデータ要素の各々の第３のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する前記データを、カメラの第３のタイプの画像センサのそれぞれのセンサ要素に入射する光の量を検出することによって決定するステップをさらに含むことができる。
【００６１】
一例として、図２ｃは、画像センサ２１０の個々のセンサ要素によって検出される光の量を決定することによって得られる、画像２００の第１、第２および第３のスペクトル分布内の光の垂直空間分布を示す。より具体的には、異なるタイプの個々のセンサ要素、即ち、空間座標（ｘｉ，ｙｉ）Ｒ、（ｘｉ，ｙｉ）Ｂおよび（ｘｉ，ｙｉ）Ｇを有するセンサ要素、に対応する光データセットのデータ要素に対するカウント＃（ΔλＲ）、＃（ΔλＢ）および＃（ΔλＧ）の量を得ることによる。図２ｃから、図２ｃ内でΔλＢとラベル付けされた青色光が画像２００の上部分２０４において支配的であり、これに対して図２ｃ内でΔλＧとラベル付けされた緑色光が、画像２００の下部分２０６において最も強いことを推測することができる。さらに、色分布は、０°に近い垂直角度スパンに対応する水平線２０８の近傍で急激に変化する。図２ｃ内でΔλＲとラベル付けされた赤色光の寄与は環境２００内ではあまり目立たない。赤色光ΔλＲの量は、画像２００の全ての垂直空間角度に対して緑色光ΔλＧの量より少ない。検出された光ΔλＴＯＴの総量がさらに、図２ｃのグラフ内に示される。
【００６２】
図３ａは、同じ環境、即ち草原の、但し午後の間の画像２１２を示す。図３ｂは、上で論じられた画像センサ２１０の個々のセンサ要素によって検出された光の量を決定することにより、画像２１２に対して得られる第１、第２および第３のスペクトル分布内の光の垂直空間分布を示す。図３ｂから、ΔλＲとラベル付けされた赤色光の量が、環境に達する太陽光の光プロファイルの変化に対応して、日中のより遅くに、より顕著になることが示される。赤色光は、画像２１２の下部分２０６において、例えば、緑色光よりも強い。図３ｂ内の囲まれた領域２１４を参照されたい。
【００６３】
上記の議論は、例として屋外環境を有する。しかし、環境の光条件を特徴付ける本方法は、屋内環境に対しても使用することができる。そのような屋内環境の非限定的な例は、オフィス、会議場または講堂、教室、公共空間、手術室、老人ホーム、納屋または家畜小屋とすることができる。それにより、そのような環境の光条件は効率的に特徴付けることができる。本方法はさらに、屋内環境の種々異なる光条件の分類、または種々異なる屋内環境の間の比較を可能にする。したがって、例えば、良好、快適または生産的と考えられる環境の光条件を識別することができる。望ましい光条件はさらに、ある特定の環境内において、本方法によって特徴付けられる特定の環境の光条件を模倣することによって、実現することができる。それにより、本方法は、他の屋内環境において良好で効率的な光条件を生成するための改善された可能性を可能にする。
【００６４】
図４ａは、屋内環境、例えばオフィス環境の複数の画像２１８の内の２つの画像２１６ａおよび２１６ｂを示す。複数の画像２１８の内の第１の画像２１６ａは、環境内の第１の有利な地点からのものとすることができる第１の視野を示し、複数の画像の内の第２の画像２１６ｂは、環境２１８内の第２の有利な地点からのものとすることができる第２の視野を示す。第１および第２の視野は、環境のより大きい部分がサンプリングされるように異なる。それにより、環境のより良好な特徴付けがもたらされる。種々の露光を通してダイナミックレンジを改善するために、同じシーンの１つより多くの画像をさらに取得することができることに留意されたい。換言すれば、取得するステップ６０２は、環境の複数の画像を捕捉するステップを含む。
【００６５】
図４ｂは、上で論じられた画像センサ２１０の個々のセンサ要素によって検出された光の量を決定することによって、平均された画像２１６ａおよび２１６ｂに対して得られた、第１、第２および第３のスペクトル分布内の光の垂直空間分布を示す。
【００６６】
平均という語句は、本明細書では、種々の統計的尺度、例えば、平均値、中央値、分散、標準偏差、または他の確信間隔内の変動などを含むように、取られるべきであることに留意されたい。
【００６７】
図４ｂから、ΔλＢとラベル付けされる青色光が、ここでは環境内の強度が減少し、他方、ΔλＲとラベル付けされる赤色光の量が画像の至る所で支配的である、即ち、環境の全ての垂直空間角度に対して赤色光が、青色および緑色光ΔλＧの量よりも大きいことを推測することができる。図４ｂの結果を図２ｃまたは図３ｂと比較すると、光条件が異なることに気付く。この目的を達成するために、所望であれば、オフィス環境の光条件を、しかし、屋外環境に類似するように、屋内環境内の光源を、光源によって放射される光の垂直空間分布が屋外環境の垂直空間分布に類似するように実現されるように調節することによって、調節することができることに留意することができる。上記の考察から、本方法は環境の光条件の効率的な特徴付けを可能にすることが例証される。本方法はさらに、環境内の異なる位置における光条件を比較するため、または種々異なる環境内の光条件を比較するための簡略化された方法を提供する。上記の光の垂直空間分布の結果は、典型的な屋内垂直光視野は全ての自然環境とは異なり、自然の屋内光視野のシミュレーションが、幸福を増し、ストレスを減らすことになる可能性を高めるであろうことを示す。同じ議論を、牛、豚、家禽などを収容するための設備に拡張することができ、ことによると、生産量を改善し、ストレスおよび不健康を減らす。
【００６８】
図５は、上記の方法を用いて達成された実験結果を示す。より詳細には、ある画像の種々異なるシーンの複数の広視野画像を記録するために、較正されたデジタルカメラが使用された。較正されたカメラを準備するために、方法６００はさらに、そのカメラの光子束感度または絶対エネルギースケールを較正するステップを含むことができる。この方法はさらに、カメラを放射測定較正するステップを含むことができる。較正するステップは、さらに、カメラを光度測定較正するステップを含むことができる。
【００６９】
環境の画像は、図示しないが円形画像を生成する１８０°魚眼カメラ対物レンズを用いて、シーンの水平面が画像の中央に配置されるように、得られた。画像内の水平面のセンタリングは簡単な基準システムを提供する。より具体的には、環境からの光がカメラに入射する角度に関連する基準垂直角度スパンおよび基準水平角度スパンに関連付けられる第１のタイプの少なくとも１つの基準データ要素を含む光データセットを取得することができる。
【００７０】
光データセットは、環境内の基準高度に関連する垂直角度スパンに関連付けられる第１のタイプの基準データ要素を含むことができることに留意されたい。光の垂直角度分布は、それにより、環境内の高度が異なる場所において特徴付けることができる。
【００７１】
単一の画像が環境を表すことができ、または、幾つかの画像を捕捉してそれらを平均することは、環境の改善された特徴付けを可能にすることができる。取得された較正された画像から、異なる垂直空間分布、即ち垂直角度における平均放射輝度を決定することができる。スペクトル光子放射輝度の計測単位を与える、垂直角度スパンおよび波長スペクトル範囲当たりの、光子放射輝度の較正は、例えば、平方メートル当たり、秒当たり、ステラジアン当たり、ナノメートル波長当たりの光子の数、即ち、＃光子ｍ２ｓ−１ｓｒ−１ｎｍ−１とすることができる。この目的を達成するために、平方メートル当たり、秒当たり、ステラジアン当たり、ナノメートル当たりの照度を代替的に導くことができる。この目的を達成するために、放射輝度という語句は、特に人のスペクトル感度に基づく等価な尺度である輝度を含むことができる。
【００７２】
本方法の、種々の環境からの実験的実現が図５に示される。図５のグラフは、可視波長範囲４００〜７００ｎｍの平均放射輝度を示す。ΔλＢ、ΔλＧおよびΔλＲとラベル付けされた曲線は、光スペクトルの青色４００〜５００ｎｍ部分、緑色５００〜６００ｎｍ部分、および赤色６００〜７００ｎｍ部分に対応する。検出された光の総量ΔλＴＯＴがさらに図５のグラフに示される。図５ａおよび図５ｂは、それぞれ、セコイアの密林および開けた森林地帯における光条件を示す。
【００７３】
計測値は、水平面に中心が置かれた１８０°魚眼レンズを取り付けたニコン（Ｎｉｋｏｎ）ＳＬＲカメラによって得られた。これは、単一の露光による、真っ直ぐ下から真っ直ぐ上までの全ての垂直角度の範囲を意味するが、代替的に、より標準的なレンズを用いて広い角度視野をカバーするための傾斜計が取り付けられたカメラを動かすことが可能であることに留意されたい。
【００７４】
当業者であれば、本発明は上で説明された好ましい実施形態には決して限定されないことを認識する。むしろ、添付の特許請求の範囲内には多くの修正物および変化物が可能である。
【００７５】
例えば、カラーカメラには、カメラの画像センサを覆う幾つかの光フィルタを使用することができる。カメラは、例えば、赤色光フィルタ、青色光フィルタおよび緑色光フィルタを備えることができる。
【００７６】
第１のタイプの複数のデータ要素の各々は、第１のタイプの少なくとも２つのセンサ要素に対応することができる。第１のタイプの複数のセンサ要素の使用は、「ピクセル」ビニングを可能にする。「ピクセル」ビニングは、隣接する「ピクセル」からの信号を結合することを可能にし、このことが、減らされた空間解像度の犠牲にも関わらず、より迅速な読み出し速度および改善された信号対雑音比における利益を提供することができる。
【００７７】
第２のタイプまたは第３のタイプのセンサ要素をビニングすることができる。
【００７８】
センサ要素は、紫外、可視、または赤外光に対して敏感にすることができる。
【００７９】
さらに、図面、本開示、および添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求された本発明を実施する上で、開示された実施形態に対する変形物が当業者によって理解されおよび達成されることができる。
【図１ａ】
2020504294.tif 000003
【図１ｂ】
2020504294.tif 000004
【図１ｃ】
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【図２ａ】
2020504294.tif 000006
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
2020504294.tif 000009
【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月30日(2019.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境内の空間光分布を決定する方法であって、
−カメラを用いて前記環境（２０２）からの光を収集することによって空間的に分解された光データセット（１００）を取得するステップ（６０２）であって、前記光データセット（１００）は、第１のタイプ（１０６）の複数のデータ要素を含み、前記第１のタイプ（１０６）の各々のデータ要素は、垂直角度スパンおよび水平角度スパンに関連付けられ、前記垂直角度スパンおよび前記水平角度スパンは、前記環境（２０２）からの光が前記カメラに入射する角度に関連し、前記第１のタイプ（１０６）の各々のデータ要素は、第１のスペクトル範囲内の入射光の量に関連する、ステップ（６０２）と、
−前記光データセット（１００）に基づいて、前記第１のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップ（６０４）と、
−前記カメラによって検出される水平角度スパンにわたる平均をとるステップと、
を含み、
前記方法は効率的な基準システムを含む、方法。
【請求項２】
前記光データセットは、第２のタイプの複数のデータ要素を含み、前記第２のタイプの各々のデータ要素は、第２のスペクトル範囲内の入射光の量に関連するデータを含み、前記第２のスペクトル範囲は、前記第１のスペクトル範囲とは異なり、前記方法は、前記光データセットに基づいて前記第２のスペクトル範囲内の光の垂直空間分布を決定するステップ、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記取得するステップは、
−前記カメラの画像センサの第１のタイプのそれぞれのセンサ要素に入射する光の量を検出することによって、前記第１のタイプの前記複数のデータ要素の各々に関する前記第１のスペクトル範囲内の前記入射光の量に関連する前記データを決定するステップ、および／または、
−前記カメラの前記画像センサの第２のタイプのそれぞれのセンサ要素に入射する光の量を検出することによって、前記第２のタイプの前記複数のデータ要素の各々に関する前記第２のスペクトル範囲内の前記入射光の量に関連する前記データを決定するステップ、
をさらに含み、
前記方法は、前記第１のスペクトル範囲内の前記光の空間分布を決定するステップおよび前記第２のスペクトル範囲内の前記光の空間分布を決定するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記光を収集するステップは、前記環境の複数の画像（２１６）を捕捉するステップを含み、
前記複数の画像のそれぞれ単一の画像は、同じカメラ位置からとられた、同じ方向においてとられた、同じ高さを用いてとられた、同じｆストップ設定を用いた、のうちの１つ以上を共通に有し、
前記複数の画像は、測定視野の拡張、全角度範囲、光統計、ダイナミックレンジ、のうちの１つ以上を改良するために使用される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の画像（２１６）のうちの第１の画像（２１６ａ）は、第１の有利な地点からの前記環境の第１の視野を示し、前記複数の画像（２１６）のうちの第２の画像（２１６ｂ）は、第２の有利な地点からの前記環境の第２の視野を示し、前記第１の視野と前記第２の視野とは異なる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記光データセットは、前記環境からの光が前記カメラに入射する角度に関連する基準垂直角度スパンおよび基準水平角度スパンに関連付けられる前記第１のタイプの基準データ要素を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記光データセットは、前記環境内の基準高さに関連する垂直角度スパンに関連付けられる前記第１のタイプの基準データ要素を含み、前記基準高さは水平に比べて０であり得て、前記基準データ要素は前記画像の中央にある、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、前記カメラの光子束感度または絶対エネルギー尺度を較正するステップをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、前記カメラの放射測定較正をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記較正するステップは、前記カメラの光度測定較正をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記空間分布を決定するステップは、それぞれ空間的に分解された光データセットのうちの１つ以上に基づいてかつ各垂直角度スパンのために、同じ垂直角度スパンを有する水平角度スパンに対応する強度の平均としての対応する強度値を決定するステップを含む、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記平均を決定するステップは、平均値、中央値、標準偏差、および／または分散、または他の確信間隔内の変動、のうちの１つ以上の計算するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
スティッチングするステップ、ひとまとめに扱うステップ、引き延ばされたセンサ要素を用いるステップ、バイエルマスクを用いるステップ、のうちの１つ以上を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
屋内および屋外環境の光条件を特徴付けるグラフ用のデータを用意するための請求項１に記載の方法の使用であって、前記環境は、オフィス、会議場、講堂、教室、公共空間、手術室、老人ホーム、納屋または家畜小屋、の群から選択され得る、使用。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法を使用して、環境から収集された光を空間的に分解するように調整されるデバイス。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、基準平面は環境の水平面である、方法。
【国際調査報告】
2020504294.tif 000015
2020504294.tif 000016