СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК, СОДЕРЖАЩИЙ УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ
LED LIGHTING FIXTURE HAVING POWER CONTROL DEVICE

Область техники
Изобретение относится к светильникам, снабженным светодиодами (СД), в частности к головному светильнику с устройством для регулирования мощности СД.
Уровень техники
Головные светильники используются во многих приложениях, например в профессиональной деятельности, в спорте и на отдыхе.
Такие светильники предназначены для использования "без участия рук", при этом они должны быть удобны в использовании и гарантировать максимальный срок службы батареи.
Патентная заявка FR 2930706 от 24.04.2008 описывает саморегулирующийся светильник, использующий датчик для восприятия света, отраженного объектом, освещаемым светильником, чтобы сделать возможным управление яркостью светильника. Такой светильник, проиллюстрированный на фиг.1, содержит оптический датчик, помещенный в корпус 14 вблизи испускающего свет СД 11 и служащий для генерирования сигнала, характеризующего свет, отраженный поверхностью освещаемого объекта 16, и для подачи этого сигнала на второй вход блока 13 управления с целью автоматического управления мощностью СД в соответствии с заданным пороговым уровнем. Данный метод обеспечивает автоматическое регулирование светового пучка, испускаемого светильником, без необходимости какой-либо ручной настройки с целью согласования яркости света с окружающим пространством при одновременном управлении энергопотреблением.
Таким образом, благодаря описанному способу интенсивность света варьирует в зависимости от освещаемого объекта, повышаясь, когда пользователь смотрит на удаленные объекты, и, наоборот, уменьшаясь в случае рассматривания близких объектов, особенно при фокусировании света на объекте, расположенном "вплотную" к светильнику.
Данный способ существенно повышает удобство пользования светильником и увеличивает срок службы его батареи.
Тем не менее, возникают новые потребности в регулировании интенсивности света, которые не могут быть удовлетворены описанным светильником.
В частности, желательно располагать более разнообразными механизмами регулировки, отвечающими новым ожиданиям пользователей головными светильниками в таких областях, как спорт, военная и профессиональная деятельность, или просто со стороны "продвинутых" любителей.
Раскрытие изобретения
В связи с этим одна из задач, решаемых изобретением, состоит в разработке альтернативной технологии управления мощностью, потребляемой головным светильником.
Другая задача состоит в создании головного светильника, обладающего эффективным механизмом управления для обеспечения повышенной безопасности, новых функциональностей и улучшенного срока службы батареи.
Еще одна задача состоит в создании способа управления интенсивностью света, излучаемого головным светильником, обеспечивающего улучшенную управляемость по сравнению с известными светильниками, что сделает светильник более практичным, в том числе адаптируемым к различным применениям и специальным профилям.
Задача, решаемая изобретением, состоит также в создании головного светильника, обладающего новыми функциональностями, которые могут оказаться полезными во многих различных применениях.
Перечисленные задачи решены созданием светильника, содержащего:
- источник света, содержащий один или более светодиодов (СД);
- блок питания для подведения к указанному источнику электрической энергии, при этом управление указанным блоком осуществляется посредством управляющей информации или управляющего сигнала, и
- блок управления для управления светом, генерируемым указанным источником света.
Светильник характеризуется тем, что блок управления содержит датчик изображения, способный формировать по меньшей мере одно изображение места, освещаемого указанным источником света, и средство для обработки указанного изображения с целью генерирования управляющей информации или управляющего сигнала.
В одном конкретном варианте средство для обработки задает в изображении специальную контролируемую зону (СКЗ), подвергаемую обработке с целью сгенерировать управляющую информацию или управляющий сигнал.
Средство для обработки предпочтительно содержит процессор изображений для расчета средней яркости пикселей, которые являются репрезентативными для указанного изображения в отношении сравнения с пороговым значением, чтобы сгенерировать управляющую информацию или управляющий сигнал.
В одном конкретном варианте процессор изображений производит анализ контраста в изображении с целью детектировать туман, дымку и/или частицы дыма.
В другом конкретном варианте светильник содержит второй датчик для генерирования второй информации, характеризующей интенсивность света, отраженного от освещенного места. При этом управление источником света осуществляется на основании сигналов, полученных в результате указанной цифровой обработки пикселей и указанной второй информации.
Процессор изображений предпочтительно осуществляет детектирование примерно вертикальной полосы пикселей, обладающих яркостью, превышающей пороговое значение. При этом пиксели, соответствующие указанной полосе, исключаются из указанной СКЗ, заданной процессором изображений.
Альтернативно, процессор изображений обеспечивает детектирование периодического движения рук и/или внешних источников, таких как снежные хлопья или автомобильные фары, чтобы исключить из СКЗ соответствующие пиксели, которые могли бы создать помехи для регулярной обработки.
Детектирование тумана, дымки и/или частиц дыма предпочтительно усовершенствуется с помощью инфракрасного излучателя, имеющего ось, смещенную относительно оси указанного источника света, и средство управления инфракрасным излучением для генерирования инфракрасного пучка, когда данный источник не испускает света. Средство детектирования отраженного инфракрасного излучения обеспечивает генерирование информации, характеризующей присутствие тумана, дымки и/или частиц дыма.
Желательно, чтобы светильник содержал также датчик скорости и/или ускорения (акселерометр), используемые при генерировании управляющей информации или управляющего сигнала.
Светильник предпочтительно содержит также конфигурирующее средство для конфигурирования светильника, в частности согласно одному или более заданным профилям. Таким средством, в частности, может быть порт USB для коммуникации с компьютером, тачпадом или смартфоном.
Светильник предпочтительно представляет собой головной светильник.
Изобретение также охватывает способ настройки света, генерируемого светильником, содержащим один или более СД, управляемый блок питания для обеспечения питанием светодиодов светильника и блок управления для управления светом, излучаемым светильником. Способ согласно изобретению включает следующие шаги:
- формирование, посредством датчика изображения, изображения места, освещаемого светильником;
- запись указанного изображения в постоянную память и
- обработку указанного изображения с целью сгенерировать управляющую информацию или управляющий сигнал для блока питания.
Способ предпочтительно включает следующие дополнительные шаги:
- вычисление средней яркости пикселей указанного изображения или специальной контролируемой зоны указанного изображения;
- сравнение результата указанного вычисления с заданным пороговым значением;
- генерирование управляющей информации или управляющего сигнала для повышения интенсивности света, излучаемого СД, если указанный результат меньше заданного порогового значения, и
- генерирование управляющей информации или управляющего сигнала для ослабления интенсивности света, излучаемого СД, если указанный результат превышает заданное пороговое значение.
В конкретном варианте заданное пороговое значение выбирают соответствующим чувствительности человеческого глаза.
Краткое описание чертежей
Другие особенности, решаемые задачи и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания неограничивающих примеров осуществления изобретения и из прилагаемых чертежей.
На фиг.1 представлена общая схема известного светильника, обеспечивающего регулирование энергопотребления.
На фиг.2 иллюстрируется первый вариант светильника согласно изобретению, осуществляющий регулирование энергопотребления.
Фиг.3 иллюстрирует первый вариант способа согласно изобретению для управления и регулирования света, генерируемого светильником.
Фиг.4 иллюстрирует второй вариант с реализацией особой контролируемой зоны.
На фиг.5 и 6 иллюстрируются два варианта обработки яркости, соответственно во всем изображении и в его специальной зоне.
Фиг.7 и 8 иллюстрируют два варианта обработки контраста, соответственно, во всем изображении и в его специальной зоне.
На фиг.9 иллюстрируется вариант способа управления светильником, адаптированного к конкретному профилю "лазание/движение в пещере".
На фиг.10 иллюстрируется другой вариант способа управления светильником, адаптированный к конкретному профилю "ходьба/джоггинг".
Фиг.11 иллюстрирует модификацию способа по фиг.10, дополнительно принимающую во внимание критерий скорости и/или ускорения.
На фиг.12a иллюстрируется вариант светильника, имеющего улучшенный датчик, чувствительный к ИК излучению, для детектирования тумана/дымки.
На фиг.12b иллюстрируется способ функционирования варианта по фиг.12a.
Осуществление изобретения
Далее будут проиллюстрированы примеры, в наибольшей степени подходящие для изготовления светильника, снабженного светодиодами (СД), в частности головного светильника.
Разумеется, приводимые примеры не являются ограничивающими, и специалист сможет адаптировать рекомендации изобретения к другим осветительным устройствам, чтобы повысить их операционную безопасность.
На фиг.2 представлена общая схема первого варианта светильника 10 - рассматриваемого в качестве головного светильника - с усовершенствованным средством управления интенсивностью света. Светильник 10 содержит блок 100 питания, скомбинированный с блоком 200 управления.
Блок 100 питания содержит все компоненты, которые обычно присутствуют в светильниках на базе СД (светодиодных светильниках), используемых для получения светового пучка высокой интенсивности.
Так, электрический контур светильника содержит батарею (не изображена) для генерирования напряжения Vcc питания, один или более светодиодов СД (на фиг.2 показаны, в качестве примера, два СД 140 и 150), питание на который (которые) подается через силовой полупроводниковый ключ 130, например в виде биполярного транзистора, полевого транзистора или полевого МОП-транзистора. Чтобы уменьшить джоулевы потери, ключ 130 управляется с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая хорошо известна специалистам как аналогичная применяемой в аудиосистемах класса D. Эта модуляция осуществляется посредством контура 120 ШИМ, управление которым обеспечивается управляющим сигналом 110, подаваемым на его вход. Следует также отметить, что термин "сигнал" в контексте изобретения относится к электрическому параметру - току или напряжению, - используемому для управления блоком питания. Однако данный пример не является ограничивающим, и "управляющий сигнал 110" может быть заменен "управляющей информацией", т.е. логической информацией, которая может храниться в регистре или в памяти и переноситься любыми подходящими средствами в блок 100 питания, чтобы управлять световой мощностью пучка. В одном конкретном варианте представляется возможным интегрировать блок управления и блок питания в единый модуль или в единую интегральную схему.
Поэтому специалисту будет нетрудно понять, что термин "управляющий сигнал 110" охватывает как варианты, основанные на управляющей электрической переменной - токе или напряжении, - так и варианты, в которых управление осуществляется посредством логической информации, доставляемой в блок питания. В связи с этим далее понятия управляющего сигнала и управляющей информации рассматриваются как эквивалентные.
Компоненты, составляющие блок 100 питания (ключи и контура), хорошо известны специалистам, так что для облегчения понимания изобретения их описание будет сокращено. Аналогично, сведения о различных аспектах ШИМ можно найти в опубликованной литературе.
Блок 200 управления содержит управляющий контур 240, который генерирует управляющий сигнал 110 (или управляющую информацию), подаваемый (подаваемую) на вход блока 100 питания для целей управления контуром 120 ШИМ и, в конечном итоге, для осуществления регулирования интенсивности света, излучаемого СД.
В варианте по фиг.2 управляющий контур 240 дополнительно содержит процессор 230 изображений, подключенный посредством обычных адресной шины, шины данных и управляющей шины к памяти 250 с произвольным доступом (RAM) и к постоянной памяти 260 (ROM), например к электрически стираемой программируемой постоянной памяти.
Блок 200 управления дополнительно содержит датчик 210 изображения, который представлен на фиг.2, как аналоговый датчик, такой, например, как модуль видеокамеры или модуль аналоговой камеры, снабженный соответствующей оптической системой. Блок 200 содержит также аналого-цифровой преобразователь (A/D) 220 для преобразования аналоговых сигналов, генерируемых датчиком 210 изображения, в цифровую информацию, которая после этого становится доступна процессору 230 изображений через указанные шины.
Применительно к одному конкретному варианту будет рассмотрена полностью цифровая схема. Блоки 210, 220 будут заменены цифровым датчиком на базе ПЗС-датчика, хорошо известного в области цифровой фотографии. В результате будет доступно цифровое изображение, организованное в пиксели, например, с размерностью 640×480 пикселей. Каждому пикселю I(x, y) будет приписано значение, характеризующее яркость изображения или его цветовые компоненты.
В предпочтительном варианте у датчика изображения имеется ось, соответствующая оптической оси СД, так что изображение, воспринимаемое датчиком 210, совпадает с зоной, освещаемой СД.
В другом варианте обеспечивается возможность обмена данными через порт 280 USB, доступный через модуль 270 USB, входящий в состав блока управления и подключенный к соответствующей шине; тем самым обеспечена возможность обмена данными в стандарте USB. В частности, как это будет показано далее, наличие USB-интерфейса обеспечит возможность хранения в светильнике различных параметров и профилей.
При таком выполнении блок управления сможет осуществлять коммуникацию с устройством обработки данных, таким как персональный компьютер, лэптоп, тачпад, карманный компьютер или даже смартфон.
Следует отметить, что USB-порт - это только один возможный пример средств для обеспечения связи между светильником и компьютером и специалист может рассмотреть использование и других средств связи, в том числе беспроводных (Bluetooth, Wi-Fi и т.д.). В одном конкретном варианте головной светильник будет иметь свой собственный IP адрес, чтобы облегчить его конфигурирование, например через соответствующий веб-сервер.
Такая коммуникация особенно эффективна, например, для обмена конфигурационными данными и настройками ("профилями"), которые могут использоваться с целью сохранения и выбора, по мере необходимости, настроек светильника в соответствии с его использованием по желанию пользователя, в частности настроек для реализации функциональных диаграмм, которые будут описаны далее. Альтернативно или дополнительно, "профили" можно использовать, как это будет описано далее, для реализации специальных процедур или режимов, таких, как так называемый статический режим (в котором процесс регулировки и возможность управления геометрией пучка деактивируются) и динамический режим (в котором режим регулировки полностью функционален).
Далее будет подробно описано функционирование рассмотренного варианта, обеспечивающего особенно эффективную регулировку мощности, подаваемой на СД.
По контрасту с известным светильником, в котором управление подводимой мощностью осуществлялось в соответствии со степенью отражения от освещенного объекта, изобретение предлагает управлять этой мощностью в соответствии с результатами логической обработки изображения, принимаемого (захватываемого) датчиком 210 и передаваемого в процессор 230 изображений. Более конкретно, можно скомбинировать обработку изображения с информацией, являющейся репрезентативным представлением сигнала, отраженного освещенным объектом, уже известным рассматриваемому светильнику.
Вариант способа, проиллюстрированный фиг.3, начинается с шага 310, на котором происходит захват (прием) изображения посредством датчика 210 изображения.
Затем, на шаге 320, изображение переносится по шине данных и адресной шине блока 200 управления, причем способ производит запись изображения в память, такую как RAM 250, проиллюстрированную на фиг.2.
После этого, на шаге 330, способ осуществляет логическую обработку записанного изображения посредством процессора 230 изображений. В одном варианте, чтобы сгенерировать управляющую информацию (или управляющий сигнал) для блока 100 питания, каждое изображение обрабатывается по отдельности. Альтернативно, процессор изображений осуществляет коллективную (пакетную) обработку серии из многих изображений, хранящихся в памяти, чтобы периодически генерировать управляющую информацию (управляющий сигнал) для блока 100 питания с целью осуществления периодического контроля световой мощности светильника по цепи обратной связи.
При этом могут быть рассмотрены различные варианты логической и цифровой обработки принятых изображений.
Например, специалист может предпочесть последовательную проработку различных индивидуальных пикселей, составляющих каждое изображение, а также различных компонентов цвета, яркости и контраста. Можно также рассмотреть возможность обработки всего изображения или только его конкретной зоны (которая далее будет именоваться "специальной контролируемой зоной" (СКЗ)). В дополнение, способ может предусматривать обработку последовательности изображений, чтобы обеспечить возможность интегрирования по времени различных компонентов изображения с извлечением при этом статистической информации, которая может быть затем использована для управления интенсивностью света светодиодных светильников.
В качестве дальнейшего усовершенствования, можно включить, в рамках логической и/или цифровой обработки изображения, некоторые алгоритмы, обеспечивающие распознавание контуров и/или объектов для целей генерирования управляющей информации или управляющего сигнала, направляемого в блок 100 питания, как это будет более подробно описано далее.
По завершении описанной обработки изображения, выполнявшейся на шаге 330, способ переходит на шаг 340, соответствующий генерированию и передаче управляющей информации (или управляющего сигнала) для управления блоком 100 питания, который в результате будет способен сформировать световой поток, управляемый и регулируемый с высокой точностью согласно результату цифровой обработки, осуществленной процессором 230 изображений.
На фиг.4 иллюстрируется второй вариант способа управления и/или регулирования интенсивности излучения СД, согласно которому процессор изображений осуществляет обработку только части изображения, именуемой далее специальной контролируемой зоной (СКЗ).
Способ начинается с шага 410, на котором датчик 210 изображения осуществляет захват изображения.
Затем, на шаге 420, способ продолжается тем, что записывает изображение в память, такую как RAM 250.
После этого, на шаге 430, способ производит, посредством процессора 230 изображений, определение на изображении специальной контролируемой зоны (СКЗ).
Затем, на шаге 440, способ осуществляет обработку данной СКЗ посредством процессора 230 изображений, чтобы сгенерировать управляющую информацию или управляющий сигнал.
Далее, на шаге 450, способ производит передачу управляющей информации или управляющего сигнала блоку 100 питания, чтобы обеспечить управление интенсивностью излучения СД 140, 150 в соответствии с результатами обработки, выполненными на шаге 440. Тем самым достигается управление интенсивностью света СД в соответствии только с той частью информации, принятой устройством приема изображения, которая соответствует СКЗ, определенной на шаге 430.
Это позволяет оценить гибкость способа, который допускает различные возможности управления по цепи обратной связи и регулирования мощности светильника.
В качестве иллюстрации далее, со ссылками на фиг.5 и 6, будет более конкретно, рассмотрена обработка данных по яркости, а со ссылками на фиг.7 и 8 - обработка данных по контрасту.
Способ по фиг.5 начинается с шага 510, на котором датчик 210 изображения принимает изображение (т.е. осуществляет его захват).
Затем, на шаге 520, способ продолжается тем, что записывает изображение в память.
После этого, на шаге 530, способ, посредством процессора 230 изображений, производит расчет средней яркости пикселей данного изображения.
Затем, на шаге 540, процессор 230 изображений производит тест, а именно сравнение значения средней яркости пикселей указанного изображения и заданного порогового значения, записанного в RAM 250. В одном варианте заданное пороговое значение выбирается соответствующим чувствительности человеческого глаза с целью сделать процесс регулирования максимально естественным для среднего пользователя.
Если значение средней яркости превышает заданное пороговое значение, способ переходит на шаг 550, на котором генерируется управляющая информация (или управляющий сигнал) с передачей ее (его) в блок питания, чтобы уменьшить количество света, генерируемое СД.
Затем способ возвращается на шаг 510, на котором датчик 210 изображения захватывает новое изображение.
Если же в тесте на шаге 540 значение средней яркости пикселей захваченного изображения будет меньше заданного порогового значения, способ продолжается шагом 560, на котором управляющий блок 240 генерирует управляющую информацию (или управляющий сигнал), чтобы увеличить интенсивность света, генерируемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 510, на котором датчик 210 изображения захватывает новое изображение.
На фиг.6 иллюстрируется вариант способа управления интенсивностью света, излучаемого светильником, с более специфичным использованием специальной контролируемой зоны (СКЗ).
Способ начинается с шага 610, на котором датчик 210 изображения захватывает изображение.
Затем, на шаге 620, способ продолжается тем, что записывает изображение в память, такую как RAM 250 и ROM 260, показанные на фиг.2.
После этого, на шаге 630, способ, посредством процессора 230 изображений, производит определение СКЗ изображения.
Затем, на шаге 640, способ, посредством процессора 230 изображений, производит расчет средней яркости пикселей СКЗ данного изображения.
Далее, на шаге 650, процессор 230 изображений производит тест, а именно сравнение значения средней яркости пикселей СКЗ указанного изображения и заданного порогового значения, записанного в памяти.
Затем, на шаге 660, способ осуществляет, посредством управляющего контура 240, генерирование управляющей информации или управляющего сигнала для ослабления света, генерируемого СД, если значение средней яркости пикселей СКЗ превышает заданное пороговое значение.
После этого способ возвращается на шаг 610, на котором датчик 210 изображения захватывает новое изображение.
Если же в ходе теста на шаге 640 значение средней яркости пикселей указанной СКЗ оказалось ниже заданного порогового значения, способ переходит на шаг 670, на котором генерируется управляющая информация или управляющий сигнал для увеличения интенсивности света, излучаемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 610 для захвата нового изображения.
Таким образом, процессор 230 изображений осуществляет соответствующую обработку изображения, чтобы выработать управляющую информацию или управляющий сигнал, задающую (задающий) уровень испускания света СД, т.е. яркость светильника. На практике изменения яркости могут быть непрерывными или дискретными. В качестве простейшего варианта можно рассмотреть упрощенную модуляцию излучаемой мощности, использующую заданное количество уровней, образующих убывающую прогрессию номинальных значений этой мощности: 100%, 80%, 60% и т.д. В более сложных вариантах можно использовать линейное управление по цепи обратной связи, обеспечивающее непрерывное изменение в соответствии со средней яркостью, определяемой при обработке изображения.
Кроме учета только яркости, способ может дополнительно включать обработку контраста, как это иллюстрируется фиг.7. В этом случае способ начинается с шага 710, на котором датчик 210 изображения также производит захват изображения.
Затем, на шаге 720, способ продолжается тем, что записывает изображение в память
После этого, на шаге 730, способ, посредством процессора 230 изображений, производит вычисление разности интенсивностей для светлых и темных пикселей, чтобы сгенерировать информацию, которая является репрезентативной для контраста изображения, например среднее значение контраста для всего захваченного изображения.
Затем, на шаге 740, процессор изображений производит тест, а именно сравнение между значением среднего контраста и заданным пороговым значением, записанным в памяти.
Если значение среднего контраста превышает заданное пороговое значение, способ переходит на шаг 750, на котором генерируется управляющая информация или управляющий сигнал, направляемая (направляемый) в блок 100 питания, чтобы уменьшить интенсивность света, излучаемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 710, чтобы осуществить захват нового изображения.
Если в ходе теста на шаге 740 значение среднего контраста оказывается меньше заданного порогового значения, способ переходит на шаг 760, на котором управляющий контур 240 генерирует управляющую информацию или управляющий сигнал для повышения интенсивности света, излучаемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 710, чтобы осуществить захват нового изображения.
Из описания варианта по фиг.7 можно видеть, что анализ контраста также может быть эффективен в отношении генерирования полезной информации для регулирования мощности светильника. Соответствующая обработка может включать обнаружение присутствия тумана, дымки и т.д. во многих ситуациях, в которых может оказаться целесообразным повысить яркость светильника. В общем случае, подобный учет контраста может целиком дополнять другие виды обработки, рассматриваемые в данном описании.
На фиг.8 более подробно иллюстрируется вариант, в котором расчет контраста выполняется только в специальной контролируемой зоне (СКЗ) изображения. В этом случае способ начинается с шага 810, т.е. с захвата изображения датчиком 210.
Затем, на шаге 820, способ продолжается тем, что записывает это изображение в память
После этого, на шаге 830, способ, посредством процессора 230 изображений, производит определение СКЗ.
Затем, на шаге 840, способ производит вычисление разности интенсивностей для светлых и темных пикселей внутри СКЗ, чтобы сгенерировать информацию, которая является репрезентативной для контраста, например его среднее значение.
После этого, на шаге 850, выполняется тест, чтобы сравнить значение среднего контраста в специальной зоне с заданным пороговым значением.
Если значение среднего контраста в специальной зоне превышает заданное пороговое значение, способ генерирует, на шаге 860, управляющую информацию или управляющий сигнал, чтобы понизить уровень света, излучаемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 810, чтобы осуществить захват нового изображения.
Если, напротив, в тесте на шаге 840 значение среднего контраста в СКЗ оказывается ниже заданного порогового значения, способ продолжается шагом 870 генерирования управляющей информации или управляющего сигнала для повышения уровня света, генерируемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 810, чтобы осуществить захват нового изображения.
Примеры, проиллюстрированные на фиг.5-8, показывают, насколько эффективным и гибким могут быть процесс управления и регулирование световой мощности светильника, которые могут быть адаптированы к различным ситуациям с целью повысить эффективность управления по цепи обратной связи и/или увеличить количество функциональностей светильника.
В одном варианте специальная зона СКЗ (которая, в частности, рассчитывается на шагах 630 и 830 (см. фиг.6 и 8)) определяется посредством согласованных алгоритмов, реализуемых с целью детектировать в изображении четко выраженные объекты или артефакты, или особые зоны.
В одном конкретном варианте специальный алгоритм, выполняемый в контексте лазания или изучения пещер, используется для идентификации переэкспонированной примерно вертикальной полосы, соответствующей формированию на ПЗС-датчике изображения веревки. Затем способ продолжается, на упомянутых шагах 630 и 830, но с исключением из СКЗ пикселей, которые соответствуют переэкспонированному следу веревки. Тем самым устраняются помехи в процессе регулирования.
В другом конкретном варианте шаги 630 и 830 реализуют иной специальный алгоритм, который идентифицирует периодическое прохождение рук перед датчиком изображения, например, когда пользователь светильником взбирается по веревке. В таком контексте активности лазания обработка изображения, осуществляемая процессором 230 изображений, идентифицирует изображение рук, периодически проходящих перед датчиком, и исключает из СКЗ пиксели, соответствующие рукам, чтобы минимизировать помехи для процесса регулирования светильника.
Однако ситуации лазания и/или движения в пещере не являются единственными, которые позволяют воспользоваться значительными возможностями, обеспечиваемыми обработкой изображения. Действительно, в другом варианте, который может соответствовать более традиционной ситуации "джоггинга" ("бега трусцой") или "пешей прогулке", процессор изображений реализует алгоритм, направленный на распознавание специальных объектов, таких как автомобильные огни или любой иной внешний источник, чтобы и в этом случае исключить из СКЗ пиксели, соответствующие этим объектам.
В другом варианте шаги 630 и 830 реализуют еще один специальный алгоритм для целей идентификации в изображении артефактов типа "снега", чтобы исключить соответствующие пиксели из СКЗ вследствие их переэкспонирования под действием светового потока, что могло бы создать помехи для регулирования, осуществляемого светильником. В одном варианте при распознавании снега процесс производит деактивацию системы регулирования, т.е. переключается в статический режим.
Как можно видеть, светильник, имеющий датчик изображения, способен предложить разнообразные возможности, и специалист сможет адаптировать изобретение к различным практическим и конкретным ситуациям.
В одном конкретном варианте, чтобы облегчить пользование датчиком изображения, алгоритмы распознавания объектов и обработки изображения в целом, реализуемые процессором 230, используются только при активации конфигураций, соответствующих различным заданным профилям, (например профилю "лазанье/движение в пещере"), которые пользователь может активировать или нет до начала использования светильника. В частности, профиль "движение в пещере" может быть активирован через порт 280 USB или любое эквивалентное средство связи.
На фиг.9 более подробно иллюстрируется способ управления светильником, который может быть использован применительно к первому профилю (лазание или движение в пещере).
На шаге 910 способ начинается с активации соответствующего профиля, путем конфигурирования светильника через внешний терминал (портативный компьютер, смартфон и т.д.).
Затем, на шаге 920, способ продолжается захватом изображения посредством датчика 210 изображения.
После этого, на шаге 930, способ продолжается записью указанного изображения в память.
Затем, на шаге 940, способ реализует алгоритм распознавания веревки, позволяющий идентифицировать в пикселизированном изображении вертикальную полосу примерно одинаковых, существенно переэкспонированных пикселей. Будучи идентифицированными, такие пиксели становятся репрезентативными для данной полосы, после чего их исключают из СКЗ и производят обновление этой зоны.
Далее, на шаге 950, способ продолжается запуском алгоритма, осуществляющего пакетную обработку последующих изображений, чтобы определить период прохождения рук перед датчиком 210. Соответствующие пиксели, после их идентификации, также исключаются из СКЗ.
После того как СКЗ будет определена, способ продолжается путем вычисления, на шаге 960, значения средней яркости в СКЗ.
Затем, на шаге 970, процессором изображений производится тест, чтобы сравнить значение средней яркости с заданным пороговым значением (определенным в результате активации соответствующего профиля).
Если значение средней яркости превышает заданное пороговое значение, способ переходит на шаг 980, на котором производится генерирование управляющей информации или управляющего сигнала, которые отсылаются в блок питания, чтобы понизить уровень света, излучаемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 920 с целью захвата нового изображения.
Если в ходе теста на шаге 970 значение среднего контраста оказывается ниже заданного порогового значения, способ переходит на шаг 990, на котором управляющий контур 240 генерирует управляющую информацию или управляющий сигнал для повышения интенсивности света, излучаемого СД.
Затем способ возвращается на шаг 920 с целью захвата нового изображения.
Фиг.10 более подробно иллюстрирует способ управления светильником, используемый применительно ко второму профилю типа "джоггинг/ходьба".
На шаге 1010 способ начинается с активации соответствующего профиля, который, как было упомянуто, может быть создан посредством устройства, внешнего по отношению к светильнику, такого как компьютер, смартфон и др.
Затем, на шаге 1020, способ продолжается захватом изображения посредством датчика 210 изображения.
После этого, на шаге 1030, способ продолжается записью указанного изображения в память.
Затем, на шаге 1040, способ реализует алгоритм распознавания с целью детектировать внешние источники света, такие как автомобильные фары, которые могут быть идентифицированы путем детектирования в пикселизированном изображении двух светлых дисков. После их идентификации пиксели, соответствующие этим дискам, вычитаются из СКЗ, после чего производится ее обновление.
Затем, на шаге 1050, способ продолжается вычислением средней яркости в СКЗ.
Затем, на шаге 1060, процессором изображений производится тест, чтобы сравнить значение средней яркости с заданным пороговым значением (определенным в результате активации заданного профиля "джоггинг/ходьба").
Если значение средней яркости превышает заданное пороговое значение, способ переходит на шаг 1070, на котором процессор изображений вырабатывает первый результат, чтобы понизить световую мощность СД.
Затем способ переходит на шаг 1080, включающий алгоритм детектирования тумана, основанный на описанном выше специальном анализе контраста, чтобы выработать следующий элемент коррекции (положительный или отрицательный) первого результата, сгенерированного на предыдущем шаге, и, тем самым, сформировать управляющую информацию или управляющий сигнал для блока 100 питания.
Затем способ возвращается на шаг 1020 с целью захвата нового изображения.
Если в ходе теста на шаге 1060 значение среднего контраста оказывается ниже заданного порогового значения, способ переходит на шаг 1090, на котором процессор изображений генерирует второй результат с целью повысить световую мощность СД.
Затем способ продолжается, на шаге 1100, подобном шагу 1080, запуском алгоритма детектирования тумана, чтобы выработать следующий элемент коррекции и в итоге получить управляющую информацию или управляющий сигнал для блока 100 питания.
Затем способ возвращается на шаг 1020 с целью захвата нового изображения.
Далее, со ссылкой на фиг.11, будет описан способ, альтернативный способу по фиг.10, предусматривающий, вместо детектирования тумана/дымки, детектирование скорости с целью скорректировать процесс управления по цепи обратной связи.
Дело в том, что авторы изобретения обнаружили возможность существенного улучшения процесса регулирования светильника путем повышения яркости, когда пользователь светильником находится в ситуации быстрого движения. Напротив, в ситуации статичной активности, способ по изобретению способен несколько сократить энергопотребление, чтобы продлить срок службы батареи.
Шаги 1110-1160 точно соответствуют шагам 1010-1060 и поэтому не требуют дальнейшего рассмотрения.
Если в ходе теста на шаге 1160 значение средней яркости превышает заданное пороговое значение, способ переходит на шаг 1170, на котором процессор изображений формирует первый результат с целью понизить световую мощность СД.
Затем способ продолжается, на шаге 1180, запуском алгоритма детектирования скорости, который может быть основан на различных критериях. В первом тесте можно провести анализ изображения, включая анализ вариаций пикселей на границе изображения относительно пикселей, расположенных в его центре. В такой ситуации алгоритм выдаст информацию, характеризующую скорость. Альтернативно, можно ввести в светильник отдельный датчик скорости, акселерометр (например типа пьезоакселерометра, интегрированного в кристалл, т.е. изготовленного по микромеханической технологии MEMS), или чип системы глобального позиционирования (GPS), чтобы обеспечить получение информации о скорости движения светильника. На шаге 1180, если алгоритм установит существенное движение светильника, первый результат, сгенерированный процессором 230 изображений, будет скорректирован с учетом дополнительной информации в рамках управления соответствующим повышением яркости.
Затем способ возвращается на шаг 1120 с целью захвата нового изображения.
Если в ходе теста на шаге 1160 значение средней яркости меньше заданного порогового значения, способ продолжается шагом 1190, на котором процессор изображений формирует второй результат с целью повысить световую мощность СД.
Затем способ продолжается, на шаге 1200, запуском алгоритма детектирования скорости, обеспечивающим, аналогично шагу 1180, коррекцию второго результата, сгенерированного процессором изображений, и, в завершение, передачу управляющей информации или управляющего сигнала в блок 100 питания.
Затем способ возвращается на шаг 1120 с целью захвата нового изображения.
Варианты, описанные со ссылками на фиг.3-11, приведены только, чтобы продемонстрировать множество возможностей, которые создаются введением процессора 230 изображений в головной светильник (упомянутый в этих примерах).
Возможны и многие другие варианты.
В частности, авторы изобретения обнаружили возможность (никак не связанную с процессором изображений) значительно повысить эффективность детектирования тумана, дымки или дыма посредством инфракрасных (ИК) светодиодов с оптической осью, слегка отклоненной (вверх) относительно оптической оси основных СД, испускающих излучение в видимом диапазоне (свет).
На фиг.12a иллюстрируется вариант светильника, содержащего блок 100 питания для обеспечения питания одного или более высокоинтенсивных СД (показан только один СД 140) и инфракрасного СД 299 для генерирования ИК пучка 20 вдоль оси, слегка смещенной относительно (предположительно горизонтальной) оптической оси 10 СД 140.
Блок 200 управления содержит, как и в варианте по фиг.2, датчик 210 изображения, который посылает изображения в процессор 230 изображений и который в рассматриваемом варианте способен воспринимать информацию в инфракрасном диапазоне.
Далее будет описано использование варианта по фиг.12a применительно к временным диаграммам по фиг.12b.
0
1
0
1
0
1
2
3
2
3
2
3
На фиг.12b показаны, сверху вниз, излучение СД 140, испускание инфракрасного СД 299 и излучение, воспринимаемое датчиком 210 изображения. На фиг.12b обозначен также период T модуляции ШИМ, иллюстрирующий частоту импульсов света, генерируемых СД 140 в условиях ШИМ, т.е. во временных интервалах [t, t], [t+T, t+T], [t+2T, t+2T] и т.д. Можно видеть также, что блок питания (контролируемый блоком 200 управления) подает ток питания на ИК диод 299 во временных интервалах [t, t], [t+T, t+T], [t+2T, t+2T], т.е. тогда, когда светодиод 140 никакого света не испускает.
Более конкретно, рассматриваемый способ включает следующие шаги:
- генерирование света интенсивными СД светильника в режиме ШИМ;
- генерирование ИК пучка в отсутствие генерирования света;
- прием отраженного сигнала во время испускания ИК пучка и
- сравнение отраженного сигнала с заданным пороговым значением и, если отраженный сигнал превышает пороговое значение, определение присутствия тумана, дымки или частиц дыма.
2
3
Представленная диаграмма показывает, что сигнал, воспринимаемый датчиком 210 изображения, имеет пик в интервале [t+T, t+T]. Он обусловлен тем, что туман или дым вызывает отражение ИК излучения, так что датчик генерирует соответствующий сигнал. В результате процессор изображений может различать ситуацию с присутствием тумана или частиц (дымки, дыма) и ситуацию, когда туман или частицы отсутствуют.
Данный процесс можно эффективно реализовать на шагах 1080 и 1100 варианта способа по изобретению, описанного со ссылками на фиг.10.
Следует также отметить, что диаграмма по фиг.12b соответствует первому конкретному варианту. Во втором варианте можно рассмотреть также генерирование ИК пучка одновременно со световым пучком, так что датчик изображения будет одновременно воспринимать видимое излучение и инфракрасный пик, соответствующий отражению водяного пара. В этом, втором варианте в рамках алгоритма обработки изображения следует предусмотреть средство фильтрации для детектирования наличия инфракрасного пика и, следовательно, присутствия тумана, дымки или дыма.