СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК, СОДЕРЖАЩИЙ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЕЙ СВЕТОВОГО ПУЧКА
LED LIGHTING FIXTURE CONTAINING LIGHT BEAM GEOMETRY CONTROL DEVICE

Область техники
Изобретение относится к светильникам, снабженным светодиодами (СД), в частности к головному светильнику с устройством для формирования пучка с варьируемой геометрией.
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.
В течение ряда лет ведутся исследования, направленные на улучшение функциональности новых головных светильников.
Заявителем настоящего изобретения изобретен принцип "динамического освещения", предусматривающий регулирование испускания света светильником, в отличие от "статического" режима, основанного на постоянной световой мощности. В патентной заявке FR 2930706 от 24.04.2008 описан 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.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на существенное улучшение функциональности светильника описанного типа, в частности путем формирования светового пучка, имеющего варьируемую геометрию.
Другими словами, изобретение направлено на создание головного светильника, формирующего световой пучок с варьируемой геометрией, что позволит полностью реализовать преимущества динамического освещения, в частности увеличения срока службы батареи.
Задача заключается также в создании светильника, имеющего пучок с варьируемой геометрией, повышающей практичность светильника, в частности, позволяющей адаптировать его к различным применениям и специфичным профилям.
Еще одна задача состоит в разработке головного светильника, обладающего новыми возможностями, которые можно использовать в широком круге применений.
Перечисленные задачи решены посредством светильника, в частности головного светильника, содержащего:
- источник света, содержащий один или более светодиодов (СД);
- управляющее средство для управления геометрией формируемого источником света светового пучка в качестве отклика на управляющую информацию или управляющий сигнал и
- блок управления для генерирования управляющей информации или управляющего сигнала.
Светильник по изобретению 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 источник света содержит дисплейный блок, снабженный по меньшей мере двумя СД, у каждого из которых имеется своя фокусирующая оптическая система, а управление питанием каждого из СД осуществляется посредством управляющей информации или управляющего сигнала.
Альтернативно, источник света содержит один или более СД, ассоциированных с оптической системой, управляемой посредством управляющей информации или управляющего сигнала, генерируемой (генерируемого) в результате обработки изображения.
В качестве другой альтернативы, источник света содержит по меньшей мере первый СД и второй СД с непараллельными осями, при этом токи питания указанных СД являются функциями управляющей информации или управляющего сигнала.
В одном конкретном варианте светильник содержит дополнительный датчик, предназначенный для детектирования части света, отраженного субъектом, попавшим в световой пучок, с обеспечением возможности регулирования световой энергии и геометрии пучка в соответствии с управляющей информацией, генерируемой дополнительным датчиком, в комбинации с обработкой изображения.
В качестве опции, светильник может содержать также средство для определения скорости, причем процессор изображений выполнен с возможностью использовать для управления геометрией светового пучка как результаты обработки изображения, так и указанное средство для определения скорости.
В одном конкретном варианте указанное средство для обработки задает в изображении контролируемую зону (КЗ), подвергаемую обработке с целью сгенерировать управляющую информацию или управляющий сигнал для управления геометрией светового пучка.
В другом конкретном варианте указанное средство для обработки 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 для управления геометрией светового пучка.
В одном конкретном варианте процессор изображений производит анализ контраста в указанном изображении с целью детектировать туман, дымку и/или частицы дыма, чтобы сгенерировать управляющую информацию или управляющий сигнал для управления геометрией светового пучка.
Светильник предпочтительно содержит также средство для конфигурирования светильника, в частности, согласно одному или более заданным профилям.
Светильник по изобретению предназначен, прежде всего, для реализации головного светильника, который может быть использован в различных применениях: лазаньи, пеших прогулках и т.д.
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 "динамического" светильника, обеспечивающего регулирование энергопотребления.
На фиг. 2 иллюстрируется первый вариант светильника согласно изобретению, обеспечивающий получение пучка с варьируемой геометрией.
На фиг. 3 иллюстрируется второй вариант светильника, обеспечивающий получение пучка с варьируемой геометрией.
На фиг. 4 иллюстрируется третий вариант светильника, имеющего пучок с варьируемой геометрией.
На фиг. 5 иллюстрируется общая архитектура третьего варианта по фиг. 4.
Фиг. 6 иллюстрирует первый вариант способа управления световым пучком на основе обработки всего изображения, захваченного датчиком изображения.
Фиг. 7 иллюстрирует второй вариант способа управления световым пучком, использующего контролируемую зону (КЗ).
Фиг. 8 и 9 иллюстрируют два варианта способа, основанного на расчете яркости изображения, обработанного процессором изображений.
Фиг. 10 и 11 иллюстрируют два варианта способа, основанного на расчете контраста в изображении, выполняемом процессором изображений.
Фиг. 12 и 13 соответственно иллюстрируют способ управления светильником, который может быть использован для построения двух различных профилей.
Фиг. 14 иллюстрирует вариант, альтернативный варианту по фиг. 11.
Фиг. 15а и 15b иллюстрируют конкретный вариант, обеспечивающий детектирование тумана и/или частиц дыма.
Осуществление изобретения
Далее будут описаны 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.
А. Первый вариант, использующий СД с отдельными фокусирующими системами
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, и световой блок 300, содержащий множество электролюминесцентных СД 302, имеющих собственные (индивидуальные) фокусирующие системы.
В примере по фиг. 2 для наглядности представлены только два диода 301 и 302, подключенных к выводам 303 и 304 блока питания соответственно. В общем случае, чтобы увеличить световой поток светильника, можно использовать большее количество диодов в сочетании с единственной фокусирующей оптической системой и даже использовать большее количество оптических систем с целью расширить область применения светильника.
В конкретном варианте источник (блок) 100 питания диодов 301 и 302 через выводы 303 и 304 соответственно функционирует под управлением управляющей информации или управляющего сигнала 110, генерируемого 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, и в типичном варианте использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), которая хорошо известна специалистам как аналогичная применяемой в аудиосистемах класса D. Управление ШИМ осуществляется посредством управляющего сигнала 110. Следует также отметить, что термин "сигнал" в контексте изобретения относится к электрическому параметру - току или напряжению, используемому для управления блоком питания и, более конкретно, контуром ШИМ, служащим для обеспечения питанием СД. 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.
Более подробно вариант блока питания будет описан далее со ссылками на фиг. 5. Из фиг. 2 можно видеть, что блок 200 управления содержит датчик 210 изображения, оптическая ось которого параллельна оси СД 302 и который генерирует изображения для процессора 230 изображений, способного производить их обработку. В конкретном и оптимальном варианте имеется также средство определения скорости, такое как датчик 290 скорости, или даже датчик Системы глобального позиционирования (GPS), способный генерировать информацию о положении светильника и о его скорости.
В соответствии с вариантом по фиг. 2 изображения, захваченные (воспринятые) датчиком 210 изображения, и, в качестве опции, информация, характеризующая скорость, определенную датчиком 290, используются как данные для обработки, производимой процессором 230 изображений в блоке 200 управления, вырабатывающем в результате управляющую информацию или управляющий сигнал 110, передаваемый в блок 100 питания для целей управления источником света на основе СД 301 и 302, в том числе для управления фокальным расстоянием светового пучка, формируемого светильником.
Таким образом, обеспечивается возможность, посредством компьютерной программы обработки изображений, захваченных датчиком 210, управлять геометрией светового пучка, формируемого головным светильником, и, в частности, формировать световой конус, который может быть более или менее широким (расходящимся) в зависимости от конкретной ситуации, проанализированной процессором изображений.
В некоторых ситуациях процессор 230 изображений может затем автоматически контролировать формирование более или менее широкого светового конуса, как это проиллюстрировано для пучков 11 и 12 по фиг. 2.
В общем случае управляющие воздействия 110 могут являться результатом использования нескольких критериев, применяемых независимо или даже совместно.
В конкретном варианте информация о скорости может быть использована для управления геометрией пучка очень простым образом, например, для увеличения "дистанции наблюдения" пользователя светильником, когда датчик детектирует быстрые движения, в частности, когда пользователь светильником бежит или быстро движется. Аналогично, блок 200 управления может содержать дополнительный датчик (или иметь соответствующий алгоритм), чтобы определять, что пользователь светильником находится в ситуации движения "вверх" или "вниз", чтобы адекватно управлять геометрией светового пучка в случае "спуска" по склону с целью улучшения видности и безопасности.
Альтернативно, особое управление фокусным расстоянием светового пучка может являться результатом детектирования повышения яркости света, излучаемого СД. Такое детектирование может являться результатом поступления управляющего сигнала 110, полученного после обработки изображения, захваченного датчиком 210, и соответствующего ситуации, требующей выбора адекватного СД и ассоциированной с ним оптической системы.
В. Второй вариант, основанный на управляемой оптической системе
Далее, со ссылками на фиг. 3, будет описан второй вариант, в котором блок 300, содержащий множество фокусирующих систем, заменен новым световым блоком 305, содержащим комплект СД, ассоциированных с общей оптической системой 306, контролируемой управляющим сигналом 111 в целях управления геометрией светового пучка светильника.
Элементы, аналогичные представленным на фиг. 2, сохраняют свои цифровые обозначения.
В отношении второго варианта можно отметить, что блок управления теперь генерирует два вида управляющей информации: первая такая информация поступает в виде сигнала 110 в блок 100 питания для управления током питания диода 302 (через выводы 304), а вторая информация, в виде сигнала 111, контролирует оптическую систему 306 для управления геометрией пучка, например, для создания с ее помощью эффекта "зуммирования". Для реализации оптического блока (модуля) могут быть рассмотрены системы 306 любого типа с управляемой оптикой, в частности использующие последние достижения в микроэлектричестве, например относящиеся к микрозеркалам, применяющим микроэлектромеханические системы (MEMS).
Благодаря обработке изображения, аналогичной применяемой в первом варианте, можно вырабатывать такие управляющие сигналы 110 и 111, которые обеспечат формирование светового пучка 14, имеющего желательные яркостные и геометрические характеристики.
Описанным способом может быть достигнут эффект "зуммирования", автоматически контролируемый управляющим сигналом 111, и, в общем случае, любой геометрический эффект, применяемый к световому пучку.
Светильник, снабженный подобным устройством, становится особенно функциональным, как это будет показано далее на конкретных примерах обработки изображения.
Однако, как станет ясно из дальнейшего, возможности управления геометрией светового пучка, безусловно, не ограничиваются рассмотренным вторым вариантом.
С. Третий вариант, реализующий управление различными световыми пучками
Далее, со ссылками на фиг. 4, будет описан третий вариант, в котором блок 300 первого варианта заменен двумя комплектами СД с непараллельными осями. Как показано на фиг. 4, первый комплект СД (показан только один СД 401 этого комплекта) излучает первый пучок вдоль оси 15, тогда как второй комплект СД (показан только один СД 403 этого комплекта) излучает второй пучок вдоль оси 16. Питание двух комплектов СД 401, 403 осуществляется блоком 100 питания соответственно через выводы 402 и 404, также под контролем блока 200 управления.
Хотя на фиг. 4 проиллюстрирован вариант только с двумя комплектами СД, ориентированными по двум различным осям 15 и 16, специалист сможет легко адаптировать изобретение для получения большего количества световых пучков.
Применительно к варианту по фиг. 4 можно видеть, что блок 200 управления генерирует два вида управляющей информации или управляющих сигналов 113 и 114, предназначенных для управления световой мощностью потоков, излучаемых соответственно комплектами СД 401 и 403.
Как и в первых двух рассмотренных вариантах, генерирование управляющей информации или управляющих сигналов 113, 114 определяется результатами обработки изображения, осуществляемой процессором 230 изображений, в качестве опции, совместно с информацией по скорости, поставляемой датчиком 290.
Для большей понятности вариант по фиг. 4 более подробно представлен на фиг. 5. В этом варианте блок 100 питания содержит батарею (не изображена) для генерирования напряжения Vcc питания, и два силовых ключа 121 и 122, через которые ток подается на СД 403 и 401 соответственно. Ключи 121 и 122 управляются соответственно контурами 131 и 132, реализующими режим ШИМ. Ключи 121 и 122 могут являться, в частности, полупроводниковыми ключами, например в виде полевых транзисторов или полевых МОП-транзисторов.
Контуры 131 и 132 и, следовательно, ключи 121 и 122 управляются соответственно управляющей информацией (управляющими сигналами) 113 и 114, генерируемой (генерируемыми) управляющим контуром 240, интегрированным в блок 200 управления. Это только один вариант, и специалист, несомненно, может реализовать другие варианты архитектуры, в частности, интегрируя контуры 131 и 132 в единый электронный контур.
Как показано на фиг. 4, управляющий блок 240 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.
В качестве примера, датчик 210 изображения, представленный на фиг. 5, это - аналоговый датчик, такой, например, как модуль видеокамеры или модуль аналоговой камеры, снабженный соответствующей оптической системой и ассоциированный с аналого-цифровым преобразователем (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, у) будет приписано значение, характеризующее яркость изображения или его цветовые компоненты.
Можно также рассмотреть возможность объединения в единственной интегральной схеме двух функций: захвата и обработки изображений, чтобы достичь адекватной миниатюризации.
В предпочтительном варианте ось датчика 210 изображения, по существу, параллельна оси СД, так что изображение, захватываемое этим датчиком, совпадает с местом, освещенным светильником.
В другом варианте предусмотрен 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, и управление расходимостью светового пучка.
Благодаря захвату изображений датчиком изображения и их обработке можно осуществлять управление световым пучком на основе этой обработки. Более конкретно, можно скомбинировать обработку изображения с любой информацией, характеризующей скорость, чтобы добиться более точного управления пучком.
Один вариант способа проиллюстрирован на фиг. 6. Он начинается с шага 310, на котором изображение захватывается (воспринимается) 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. 5.
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) 110 для блока 100 питания, а также управляющий сигнал 111 для дисплейного (светового) блока (305) по фиг. 2 (фиг. 3) или для управления диодами 401 и 403 в вариантах по фиг. 4 и 5, 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 и для разворота светового блока 300 с целью осуществления периодического контроля световой мощности светильника и геометрии светового пучка 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 "контролируемой зоной" (КЗ)). 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, а также геометрией светового пучка.
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 управляющих сигналов (т.е. сигналов 110, 111 - см. фиг. 3-й 113, 114 - см. фиг. 4 и 5) для управления блоком 100 питания, который в результате будет способен сформировать световой поток, управляемый и регулируемый, в том числе в отношении его геометрии, с высокой точностью согласно результату цифровой обработки, осуществленной процессором 230 изображений.
На фиг. 7 иллюстрируется второй вариант способа управления и/или регулирования интенсивности излучения СД, согласно которому процессор изображений осуществляет обработку только части изображения, именуемой далее контролируемой зоной (КЗ).
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 контролируемой зоны (КЗ).
Затем, на шаге 440, способ осуществляет обработку данной КЗ посредством процессора 230 изображений, чтобы сгенерировать управляющую информацию или управляющие сигналы 110, 111 (см. фиг. 3) или 113, 114 (см. фиг. 4 и 5).
Далее, на шаге 450, способ производит передачу управляющей информации или управляющего сигнала блоку 100 питания и, в случае варианта по фиг. 3, дисплейному блоку, более конкретно, управляемой оптической системе 306, чтобы обеспечить управление интенсивностью излучения СД 401, 403 в соответствии с результатами обработки, выполненными на шаге 440. Тем самым достигается управление геометрией светового пучка и интенсивностью света СД в соответствии только с той частью информации, принятой устройством приема изображения, которая соответствует КЗ, определенной на шаге 430.
Это позволяет оценить гибкость способа, который допускает различные возможности управления по цепи обратной связи и регулирования мощности светильника.
Далее будут более подробно описаны варианты способа, обеспечивающего вычисление световой мощности светильника. Должно быть понятно, что результаты подобных вариантов будут полезны, как уже упоминалось, в качестве критериев для управления разворотом светового пучка вверх.
На фиг. 8-9 более конкретно иллюстрируются примеры обработки данных по яркости, а на фиг. 10-11 - примеры обработки данных по контрасту.
Способ по фиг. 8 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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
Затем способ возвращается на шаг 510, на котором датчик 210 изображения захватывает новое изображение.
На фиг. 9 иллюстрируется вариант способа управления интенсивностью света, излучаемого светильником, с более специфичным использованием контролируемой зоны (КЗ).
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 КЗ изображения.
Затем, на шаге 640, способ, посредством процессора 230 изображений, производит расчет средней яркости пикселей КЗ данного изображения.
Далее, на шаге 650, процессор 230 изображений производит тест, а именно сравнение значения средней яркости пикселей КЗ 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 КЗ превышает заданное пороговое значение. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
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 КЗ оказалось ниже заданного порогового значения, способ переходит на шаг 670, на котором генерируется управляющая информация или управляющий сигнал для увеличения интенсивности света, излучаемого СД. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
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) как уровень испускания света СД, так и геометрию светового пучка. 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. 10. 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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
Затем способ возвращается на шаг 710, чтобы осуществить захват нового изображения.
Из описания варианта по фиг. 10 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, а также модифицировать геометрию светового пучка, например, развернув вверх ось пучка данного светильника. В общем случае, подобный учет контраста может целиком дополнять другие виды обработки, рассматриваемые в данном описании.
На фиг. 11 более подробно иллюстрируется вариант, в котором расчет контраста выполняется только в контролируемой зоне (КЗ) 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 КЗ.
Затем, на шаге 840, способ производит вычисление разности интенсивностей для светлых и темных пикселей внутри КЗ, 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 зоне с заданным пороговым значением.
Если значение среднего контраста в зоне превышает заданное пороговое значение, способ генерирует, на шаге 860, управляющую информацию или управляющий сигнал, чтобы понизить уровень света, излучаемого СД. В качестве опции, такое управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
Затем способ возвращается на шаг 810, чтобы осуществить захват нового изображения.
Если, напротив, в тесте на шаге 840 значение среднего контраста в КЗ оказывается ниже заданного порогового значения, способ продолжается шагом 870 генерирования управляющей информации или управляющего сигнала для повышения уровня света, генерируемого СД. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
Затем способ возвращается на шаг 810, чтобы осуществить захват нового изображения.
Примеры, проиллюстрированные на фиг. 8-11, показывают, насколько эффективными и гибкими 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 зона КЗ (которая, в частности, рассчитывается на шагах 630 и 830 (см. фиг. 8 и 10)) 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 КЗ пикселей, которые соответствуют переэкспонированному следу веревки. Тем самым устраняются помехи в процессе регулирования. В качестве опции, такое управление может быть скомбинировано с разворотом светового пучка, чтобы опустить его.
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 КЗ пиксели, соответствующие рукам, чтобы минимизировать помехи для процесса регулирования светильника. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка, например, с его разворотом с целью опустить ось пучка.
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 КЗ 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 КЗ 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. 12 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 КЗ 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 КЗ.
После того как КЗ будет определена, способ продолжается путем вычисления, на шаге 960, значения средней яркости в КЗ.
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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка, например с его разворотом.
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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
Затем способ возвращается на шаг 920 с целью захвата нового изображения.
Фиг. 13 более подробно иллюстрирует способ управления светильником 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 КЗ, после чего производится ее обновление.
Затем, на шаге 1050, способ продолжается вычислением средней яркости в КЗ.
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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка, например с его разворотом.
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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
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. 14, будет описан способ, альтернативный способу по фиг. 13 и 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 использовании датчика 290 или на продолжении обработки изображения. На шаге 1180, если алгоритм установит существенное движение светильника, первый результат, сгенерированный процессором 230 изображений, будет скорректирован с учетом дополнительной информации, чтобы обеспечить относительное 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. В качестве опции, описанное управление может быть скомбинировано с управлением геометрией светового пучка.
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. 6-14, 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, можно скомбинировать преимущества использования данного светильника с достоинствами, свойственными известному светильнику, описанному в патентной заявке FR 2930706, путем введения дополнительного датчика, отличного от датчика 210 изображения и предназначенного для детектирования части света, отраженного субъектом, попавшим в световой пучок. При таком подходе можно добиться особо быстрого регулирования процесса излучения света посредством СД при комбинировании такого регулирования с управлением геометрией светового пучка, основанным на цифровой обработке изображения.
Можно также достичь, в комбинации с обработкой изображения или совершенно независимо от нее, более эффективного детектирования тумана, дымки или дыма посредством инфракрасных (ИК) светодиодов с оптической осью, отклоненной (вверх) относительно оптической оси основных СД, испускающих излучение в видимом диапазоне (свет).
На фиг. 15а 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, 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. 15а применительно к временным диаграммам по фиг. 15b.
0
1
0
1
0
1
2
3
2
3
2
3
На фиг. 15b показаны, сверху вниз, излучение СД 140, испускание инфракрасного СД 299 и излучение, воспринимаемое датчиком 210 изображения. На фиг. 15b обозначен также период Т 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. Это позволяет управлять геометрией светового пучка, например путем опускания светового пучка, т.е. используя его подобно противотуманным фарам, которыми оснащены некоторые автомобили.
Данный процесс можно эффективно реализовать на шагах 1080 и 1100 варианта способа по изобретению, описанного со ссылками на фиг. 13.
Следует также отметить, что диаграмма по фиг. 15b 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.