УПРАВЛЕНИЕ ЗАТЕНЯЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ ПОСРЕДСТВОМ РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ
SHADING DEVICE CONTROL BY MEANS OF IMAGE RECOGNITION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к системе и способу для управления затеняющим устройством с множеством управляемых затеняющих элементов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затеняющие устройства, например жалюзи, используются в ряде промышленных и бытовых применений для защиты строительных конструкций, например административных зданий, от чрезмерного света и тепла. Обычно затеняющие устройства устанавливаются либо внутри, либо снаружи окон, или между оконными стеклами и являются управляемыми для того, чтобы количество солнечного света, попадающего в здание, можно было регулировать вручную или с использованием подходящей системы управления.
В данной области техники известны автоматические системы управления, которые управляют затеняющими устройствами в соответствии с одним или несколькими измеренными параметрами окружающей среды, например условиями дневного освещения, ветром, или в соответствии с глобальными настройками управления зданием или пользовательскими предпочтениями. Документ WO 2008/149285 A1 раскрывает управляемые оконные жалюзи, имеющие несколько ламелей, в которых угол наклона упомянутых ламелей управляется в ответ на обнаруженную интенсивность внутреннего освещения.
Документ WO 2005/014319 A1 раскрывает противоослепляющую систему для транспортного средства. Система содержит противоослепляющие средства, то есть механическую защиту от ослепления, например роликовую шторку или солнцезащитные жалюзи. Средства против ослепления управляются регулятором на основе сигнала изображения по меньшей мере от одного блока формирования изображений. Блок формирования изображений обнаруживает положение глаз, трехмерное положение головы и положение тела водителя транспортного средства. Кроме того, чтобы определить защиту от ослепления, определяется сила света на лице водителя транспортного средства. Противоослепляющее средство управляется на основе определенных параметров.
Документ JP 2007 093352 относится к установке, способу определения образования конденсата и системе определения образования конденсата. В соответствии с этим документом компонент обнаружения ожидаемого конденсата может быть предусмотрен между внутренним и наружным стеклом в окне с двойным стеклопакетом. Компонент обнаружения ожидаемого конденсата содержит часть с водоотталкивающей отделкой, которая предусмотрена по заранее установленному шаблону на поверхности компонента обнаружения ожидаемого конденсата. В случае образования ожидаемого конденсата заранее установленный шаблон, образованный на компоненте обнаружения ожидаемого конденсата, может определяться средствами формирования изображений при изменении цвета водоотталкивающей отделки.
Документ US 2005/0110416 A1 раскрывает систему для управления естественным освещением, искусственным освещением и солнечными бликами в некотором пространстве. Система содержит центральный процессор, приспособленный для управления множеством осветительных нагрузок и оконных драпировок, например штор, на основе выходного сигнала нескольких фотодатчиков и заданной предварительной установки освещения. В соответствии с одним из раскрытых вариантов осуществления центральный процессор управляет оконной драпировкой и осветительными нагрузками, чтобы получить нужную предварительную установку освещения. Чтобы уменьшить блики, система может содержать астрономические часы, чтобы было доступно время восхода и захода солнца. Центральный процессор соответственно адаптирует пороговую величину яркости или, в качестве альтернативы, коэффициент усиления фотодатчика.
DE 10 2004 023185 B3 раскрывает управляемые жалюзи. Раскрытые жалюзи содержат несколько ламелей, которые управляются для регулирования падающего света. Ламели приводятся в движение электрическим двигателем. Устройство измерения выполнено с возможностью определения падающего света. Так как затенение демонстрирует некий шаблон, устройство измерения имеет удлиненную форму, чтобы падающий свет определялся на заданной длине измерения, которая соответствует по меньшей мере длине шаблона. Предоставляется блок управления для определения средней интенсивности освещения для соответственного управления затенением ламелей.
Однако существует проблема, потому что, даже когда интенсивность внутреннего освещения управляется соответствующим образом, все-таки возможно, что прямой свет, например солнечный свет, проходит через затеняющее устройство, что может вызвать перегрев или блики на рабочих местах и других отражающих поверхностях, например компьютерных мониторах, приводя к существенной помехе или дискомфорту, особенно в офисной среде.
Поэтому цель настоящего изобретения - предоставить систему для управления затеняющим устройством, которая уменьшает пропускание прямого солнечного света и улучшает тепловой комфорт и условия освещения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель достигается с помощью системы для управления затеняющим устройством по пп.1, 10 и соответствующих способов управления затеняющим устройством по пп.9 и 11. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Основной идеей системы согласно изобретению является уменьшение пропускания прямого света через затеняющее устройство с множеством управляемых затеняющих элементов путем обнаружения характерного шаблона, обусловленного упомянутым пропусканием прямого света, и путем управления солнцезащитными элементами для уменьшения упомянутого характерного шаблона. В этом контексте термин "пропускание прямого света" или "прямой свет" относится к свету от направленного источника, например к солнечному свету.
В соответствии с изобретением система для управления затеняющим устройством с множеством управляемых затеняющих элементов содержит по меньшей мере один детекторный блок для предоставления сигнала изображения области затенения и блок управления, сконфигурированный для приема упомянутого сигнала изображения. Блок управления из упомянутого сигнала определяет, присутствует ли характерный шаблон в упомянутой области затенения, и в случае если упомянутый характерный шаблон обнаруживается, управляет упомянутыми затеняющими элементами для уменьшения упомянутого характерного шаблона. Солнцезащитное устройство является жалюзи с ламелями, а характерный шаблон является шаблоном ярких/темных полос.
Система согласно изобретению позволяет соответственно уменьшить или предпочтительно устранить пропускание прямого солнечного света, чтобы можно было успешно уменьшить из этого тепловой дискомфорт и блики, являющиеся результатом солнечного света.
Применительно к настоящему изобретению термин "область затенения" относится к любой области или пространственному участку, например, внутренней части строительной конструкции, которая по меньшей мере частично затеняется упомянутым затеняющим устройством. Например, область затенения может быть административным помещением, затененным затеняющим устройством от солнечного света, прошедшего через оконный проем в фасаде. Область затенения также может относиться только к части помещения, например области рабочего пространств или области стола для уменьшения бликов в некоторых интересующих участках, в зависимости от применения. Термин "область затенения" дополнительно может относиться к части помещения, затененной упомянутым затеняющим устройством и особенно подходящей для надежного обнаружения упомянутого характерного шаблона, например, к оконной раме.
Детекторный блок может относиться к любому подходящему типу для предоставления сигнала изображения упомянутой области затенения, например, фотокамере, матричному датчику с линейкой ПЗС или датчику с большой площадью на основе органических фотодиодов, аморфного кремния или трафаретной печати для толстых или тонких пленках. Конечно, в зависимости от размера или геометрии области затенения, за которой нужно следить, может использоваться несколько детекторных блоков, хотя количество детекторных блоков предпочтительно поддерживается небольшим для уменьшения общей сложности системы.
Сигнал изображения позволяет определить, присутствует ли характерный шаблон в упомянутой области затенения. По меньшей мере один детекторный блок может быть сконфигурирован соответственно для предоставления сигнала цветного изображения, сигнала полутонового изображения или даже только одномерного массива пикселей, например, полученного с помощью подходящего линейного датчика, при условии, что возможно распознавание характерного шаблона.
По меньшей мере один детекторный блок предоставляет сигнал изображения блоку управления, например, с помощью подходящего соединения. Соединение может быть проводным или беспроводным, например UART, SPI, LAN, W-LAN, DALI, Zigbee, Bluetooth, или любым другим подходящим типом постоянного или временного информационного соединения.
Как только принимается сигнал изображения, блок управления определяет из упомянутого сигнала, присутствует ли характерный шаблон в упомянутой области затенения в результате, например, пропускания прямого солнечного света.
Применительно к настоящему изобретению термин "характерный шаблон" относится к полосовому шаблону, который получается из характерного изображения прямого света, прошедшего через соответствующее затеняющее устройство, имеющее несколько затеняющих элементов.
Упомянутый характерный шаблон зависит от типа используемого затеняющего устройства и особенно от формы упомянутых затеняющих элементов, так что блок управления должен быть приспособлен к обнаружению шаблона в соответствии с определенным типом используемого затеняющего устройства.
Характерный шаблон может быть периодическим шаблоном областей с высокой яркостью, чередующихся с областями с низкой яркостью, происходящими от прямого света, прошедшего через упомянутое солнцезащитное устройство, и чередующихся с тенями упомянутых нескольких затеняющих элементов.
Блок управления может конфигурироваться для определения наличия характерного шаблона любым подходящим способом. Предпочтительно, чтобы блок управления содержал схему распознавания изображений, которая сравнивает сигнал изображения с заданным набором параметров, чтобы можно было надежно обнаружить упомянутый характерный шаблон. В качестве альтернативы блок управления может конфигурироваться для "обучения" характерному шаблону путем сравнения изображений упомянутой области затенения с характерным шаблоном и без него. Например, шаблон ярких/темных полос может обнаруживаться с помощью выделения контуров к изображению и распознавания количества параллельных контуров с постоянным интервалом. Выделение контуров и дополнительные способы анализа изображения описываются в "L. O'Gorman, M.J. Sammon, M. Seul, Practical Algorithms for Image Analysis, Cambridge University Press, 2008".
В соответствии с изобретением блок управления приводит в действие или управляет упомянутыми затеняющими элементами, чтобы уменьшить характерный шаблон, как только определяется его наличие. Поэтому блок управления может быть подключен к затеняющему устройству с использованием подходящего постоянного или временного управляющего соединения, например соединения одного из рассмотренных выше типов.
Управление затеняющими элементами предпочтительно может проводиться в цикле с обратной связью, то есть управляют затеняющими элементами и получают соответствующий сигнал изображения, чтобы уменьшение характерного шаблона можно было определить с помощью упомянутого блока управления.
В качестве альтернативы блок управления может конфигурироваться для управления затеняющими элементами в соответствии с одной или несколькими предварительными установками. Например, затеняющие элементы могут приводиться в полностью закрытое положение, как только обнаруживается шаблон, так что характерный шаблон исключается.
Блок управления может относиться к любому подходящему типу, позволяющему определить упомянутый характерный шаблон и управлять затеняющими элементами, как рассматривалось выше. Например, блок управления может содержать компьютер или микропроцессор вместе с подходящим программированием.
Хотя блок управления и детекторный блок описаны раньше как отдельные компоненты, два блока могут быть выполнены как единое целое или могут быть объединены с дополнительными компонентами. Например, блок управления и/или детекторный блок могут быть объединены с затеняющим устройством для получения очень компактной системы.
Конечно, блок управления может конфигурироваться для управления более чем одним затеняющим устройством или для управления только некоторыми затеняющими элементами в солнцезащитном устройстве, например, в случае, когда первая группа затеняющих элементов используется для затенения, а вторая группа используется для перенаправления света, иногда называемого "сбором дневного света" (daylight harvesting). Особенно в этом случае первая группа может преимущественно управляться в соответствии с настоящим изобретением, тогда как вторая группа может управляться вручную или подходящим способом, например описанным в "A System for Optimizing Interior Daylight Distribution Using Reflective Venetian Blinds with Independent Blind Angle Control" под авторством Molly E. McGuire, кандидатской диссертации в Массачусетском технологическом институте, июнь 2005 г., и в материалах, использованных при экспертизе заявки. Блок управления в этом случае предпочтительно может быть отрегулирован для управления упомянутой первой и второй группой.
Дополнительно блок управления может подключаться к центральной системе управления для получения общих настроек управления для всего здания, например, для приведения наружных затеняющих устройств в безопасное положение в случае сильного ветра.
Конечно, система согласно изобретению может содержать дополнительные компоненты, например, дополнительные детекторы для обнаружения параметров окружающей среды, например яркость, внутренняя или наружная температура, ветер, подходящие интерфейсы для центральных систем управления, регуляторы с ручным управлением и т.д.
Система в соответствии с изобретением может использоваться для управления любым типом затеняющего устройства, то есть жалюзи с ламелями, с множеством отдельных затеняющих элементов, имеющих по меньшей мере один управляемый параметр. Затеняющее устройство может быть, например, вертикальными или горизонтальными жалюзи с ламелями при условии, что по меньшей мере один параметр упомянутых затеняющих элементов является управляемым. Изобретение особенно подходит для использования с горизонтальными жалюзи с ламелями, также обозначенными как "Венецианские (подъемные) жалюзи".
Управляемым параметром может быть, например, открытое/закрытое состояние, высота, до которой опускаются затеняющие элементы, или любой другой подходящий управляемый параметр.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере угловое положение затеняющих элементов является управляемым, и блок управления отрегулирован для управления по меньшей мере угловым положением для уменьшения характерного шаблона. Управление угловым положением позволяет надежно уменьшить упомянутый характерный шаблон, особенно в случае солнечного света, чей угол падения меняется в течение дня и года.
Как описывалось выше, характерный шаблон является полосовым шаблоном, образованным посредством жалюзи с ламелями. Блок управления предпочтительнее всего конфигурируется для определения, присутствует ли полосовой шаблон, путем определения коэффициента контрастности полос полосового шаблона и в случае, если коэффициент контрастности выше максимального порога контраста, для управления упомянутыми затеняющими элементами, чтобы уменьшить упомянутый полосовой шаблон.
Определение коэффициента контрастности, то есть коэффициента яркостного контраста полос полосового шаблона, делает возможным расширенное обнаружение прямого света, приводящего к значительному дискомфорту.
Применительно к настоящему изобретению термин "полосовой шаблон" относится к шаблону по меньшей мере из четырех чередующихся полос с высокой и низкой яркостью. Конечно, геометрия полос зависит от типа используемого затеняющего устройства, угла падающего света и положения наблюдаемой области затенения по отношению к затеняющему устройству.
Блок управления предпочтительно может конфигурироваться для определения средней яркости нескольких полос, имеющих низкую яркость, и для сравнения итогового значения со средней яркостью нескольких полос, имеющих высокую яркость, чтобы получить коэффициент контрастности упомянутого полосового шаблона. В качестве альтернативы или дополнительно коэффициент контрастности может определяться путем сравнения полосы полосового шаблона, показывающей наименьшую яркость, с полосой, показывающей наибольшую яркость.
Чтобы определить, присутствует ли создающий помехи прямой свет в упомянутой области затенения и необходимо ли управление упомянутыми затеняющими элементами, определенный коэффициент контрастности сравнивается с максимальным порогом контраста.
Порог может устанавливаться блоком управления или может управляться пользователем, например, с использованием подходящего регулятора с ручным управлением. В качестве альтернативы или дополнительно максимальный порог контраста может устанавливаться центральной системой управления, как описано выше.
Максимальный порог контраста может выбираться в зависимости от соответствующего применения. Например, хотя некоторая степень пропускания прямого света может быть приемлема в бытовом применении, любые блики могут быть недопустимы на рабочем месте, оборудованным ЭВМ, в офисной среде.
Предпочтительно, чтобы максимальный порог контраста был 10:1 в показателях максимального коэффициента контрастности упомянутых светлых/темных полос полосового шаблона, который обеспечивает достаточную защиту от прямого света для большинства применений. Наиболее предпочтительно, чтобы максимальный порог контраста был 10:2, еще предпочтительнее 10:3.
Как упоминалось выше, как только обнаруживается полосовой шаблон, блок управления конфигурируется для управления упомянутыми затеняющими элементами, чтобы уменьшить полосовой шаблон. Конечно, предпочтительно, чтобы затеняющие элементы управлялись так, что полосовой шаблон полностью устраняется и что отсутствуют блики в области затенения. Из-за чувствительности человеческого восприятия яркости упомянутое полное устранение полосового шаблона соответствует приблизительно коэффициенту контрастности, меньше либо равному 10:9.
Однако во многих применениях могла бы быть приемлемой заданная величина пропускания прямого света через упомянутое затеняющее устройство. Поэтому предпочтительно, чтобы блок управления приводил упомянутые затеняющие элементы к коэффициенту контрастности ниже максимального порога контраста. Это может быть особенно полезно, когда для пользователя важен обзор через затеняющее устройство, чтобы пользователи, например, в помещении с соответствующим затеняющим устройством обеспечивались обзором наружу, улучшающим самочувствие пользователей.
В соответствии с разработкой изобретения блок управления конфигурируется для управления упомянутыми затеняющими элементами, чтобы упомянутый коэффициент контрастности соответствовал практически максимальному порогу контраста. Таким образом, мешающие блики от пропускания прямого света преимущественно уменьшаются до приемлемого уровня, тогда как максимально увеличивается обзор через затеняющее устройство, например, за пределы помещения. В этом контексте термин "практически" соответствует небольшим отклонениям ±10%, хотя предпочтительно, чтобы коэффициент контрастности был немного ниже упомянутого максимального порога контраста.
В случае жалюзи с ламелями, имеющих ламели с управляемым углом, иногда обозначаемые как "управление с мертвым углом", ламели закрываются только настолько, сколько необходимо, чтобы уменьшить блики до приемлемого уровня, в то же время преимущественно максимально увеличивая обзор через жалюзи.
Как описывалось выше, обзор через затеняющее устройство может быть полезным для дополнительного улучшения самочувствия пользователей. Поэтому предпочтительно, чтобы упомянутые затеняющие элементы также управлялись, в случае если упомянутый коэффициент контрастности ниже минимального порога контраста. В соответствии с настоящим вариантом осуществления система не только управляет затеняющими элементами, чтобы уменьшить блики, если пропускание прямого света высокое, но также и в случае, когда ограничивается обзор через затеняющее устройство.
Минимальный порог контраста может выбираться в соответствии с применением. Предпочтительно, чтобы минимальный коэффициент контрастности был 10:9, еще предпочтительнее 10:5 и наиболее предпочтительно 10:4.
В соответствии с разработкой изобретения блок управления конфигурируется для управления упомянутыми затеняющими элементами, чтобы упомянутый коэффициент контрастности полосового шаблона находился между 10:5 и 10:1, а предпочтительно между 10:4 и 10:2, позволяя значительное управление и сокращение бликов, поддерживая одновременно достаточный обзор через затеняющее устройство.
Особенно в этом случае блок управления может предпочтительно конфигурироваться для управления упомянутыми затеняющими элементами с подходящим гистерезисом, чтобы, например, коэффициент контрастности 10:3 выбирался в качестве целевого коэффициента контрастности, но управление упомянутыми затеняющими элементами осуществляется, только в случае если коэффициент контрастности выше максимального или ниже минимального порога контраста.
Чтобы получить самый компактный монтаж системы согласно изобретению, детекторный блок может предпочтительно конфигурироваться для установки на оконную раму. В качестве альтернативы детекторный блок может располагаться для слежения за оконной рамой.
Затеняющая система, содержащая по меньшей мере одно затеняющее устройство с множеством управляемых затеняющих элементов, может снабжаться системой для управления упомянутым затеняющим устройством, как рассматривалось выше.
Независимое или дополнительное решение для вышеупомянутых и других целей рассматривается ниже в дополнительном аспекте изобретения.
Основной идеей этого аспекта системы согласно изобретению является уменьшение пропускания прямого света через затеняющее устройство, содержащее множество затеняющих элементов, имеющих по меньшей мере один управляемый параметр, путем определения яркости в области затенения упомянутого затеняющего устройства при изменении упомянутого управляемого параметра и определения подходящей установки параметра из градиента соответственного сигнала яркости. В этом контексте термин "пропускание прямого света" или "прямой свет" относится к свету от направленного источника, например к солнечному свету.
Система для управления затеняющим устройством с множеством затеняющих элементов в соответствии с настоящим аспектом содержит по меньшей мере один детекторный блок для предоставления сигнала яркости области затенения и блок управления. Затеняющие элементы имеют по меньшей мере один управляемый параметр.
Блок управления в соответствии с настоящим аспектом конфигурируется для изменения по меньшей мере одного упомянутого управляемого параметра и для приема упомянутого сигнала яркости. Блок управления вычисляет градиент упомянутого сигнала яркости и определяет подходящую установку параметра для затеняющих элементов путем определения разрыва/существенного изменения градиента. Затеняющие элементы управляются с помощью соответственной установки параметра.
Ассоциированная установка параметра соответствует настройке затеняющих элементов, при которой прямой свет практически блокируется, тогда как обзор через затеняющее устройство максимально увеличивается.
Система в соответствии с настоящим аспектом дает возможность уменьшения бликов путем определения подходящей установки параметра из упомянутого градиента, то есть путем изменения яркости в упомянутой области затенения при изменении упомянутого управляемого параметра. Градиент соответственно может относиться по меньшей мере к одному значению, описывающему изменение яркости в упомянутой области затенения, так что предпочтительно возможно преобразование между несколькими значениями упомянутого управляемого параметра и ассоциированным градиентом яркости. Настоящий аспект основывается на выводе, что при последовательном изменении по меньшей мере одного управляемого параметра яркость в основном будет меняться соответственно. Градиент, то есть изменение яркости, является постоянным. При изменении управляемого параметра от установки, при которой прямой свет проходит через затеняющее устройство, к установке, при которой практически никакой прямой свет не пропускается, то есть в области затенения присутствует только отраженный свет, или наоборот, то есть можно заметить существенное изменение градиента, то есть резкое увеличение яркости.
Ассоциированная установка параметра преимущественно соответствует настройке затеняющих элементов, где обзор через затеняющее устройство максимально увеличивается, тогда как прямой свет практически блокируется.
Существенное изменение градиента может определяться любым подходящим способом. Блок управления может, например, сравнивать градиент сигнала яркости для последовательных установок параметра и определять таким образом существенное изменение градиента.
В качестве альтернативы или дополнительно блок управления может конфигурироваться для вычисления второй производной сигнала яркости. Вышеупомянутое резкое увеличение соответствует особой точке или максимуму во второй производной сигнала яркости, соответственно ассоциированную установку параметра можно определить путем сравнения второй производной с пороговой величиной амплитуды, которая может выбираться в зависимости от применения.
В качестве альтернативы упомянутая установка параметра может определяться путем обнаружения наивысшего максимума во второй производной сигнала яркости. Предпочтительно, чтобы упомянутый максимум имел амплитуду в два раза больше амплитуды всех дополнительных максимумов.
Детекторный блок может относиться к любому подходящему типу для предоставления упомянутого сигнала яркости упомянутой области затенения, как, например, к фотодиоду. Конечно, в зависимости от размера или геометрии области затенения, за которой нужно следить, может использоваться несколько детекторных блоков, и сигнал яркости может быть сформирован, например, средним сигналом яркости каждого из детекторных блоков. Предпочтительно, чтобы детекторный блок размещался близко к затеняющему устройству для слежения по меньшей мере за частью упомянутой области затенения, где отношение прямого света к отраженному свету большое, например на оконной раме.
Сигнал яркости позволяет определить яркость в упомянутой области затенения или ее части по меньшей мере при изменении по меньшей мере одного управляемого параметра.
Детекторный блок подает сигнал яркости на блок управления, например, с помощью подходящего соединения. Соединение может быть проводным или беспроводным, например UART, SPI, LAN, W-LAN, DALI, Zigbee, Bluetooth, или любым другим подходящим типом постоянного или временного информационного соединения.
Система в соответствии с изобретением может использоваться для управления любым типом затеняющего устройства с множеством отдельных затеняющих элементов, имеющих по меньшей мере один управляемый параметр. Затеняющее устройство может быть, например, роликовыми ставнями, гофрированными жалюзи или вертикальными или горизонтальными жалюзи с ламелями при условии, что по меньшей мере один параметр упомянутых затеняющих элементов является управляемым. Изобретение особенно подходит для использования с горизонтальными жалюзи с ламелями, также изображенными как "Венецианские (подъемные) жалюзи".
Управляемым параметром может быть, например, открытое/закрытое состояние, высота, до которой опускаются затеняющие элементы, или любой другой подходящий управляемый параметр. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один управляемый параметр являлся угловым положением затеняющих элементов, и блок управления был приспособлен для изменения и управления по меньшей мере упомянутым угловым положением.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения поясняются нижеследующим описанием предпочтительных вариантов осуществления, в котором:
фиг.1 - трехмерный вид первого варианта осуществления системы для управления затеняющим устройством в соответствии с изобретением,
фиг.2 - схематическая блок-схема варианта осуществления, показанного на на фиг.1,
фиг.3 - второй вариант осуществления системы в соответствии с изобретением,
фиг.4 - третий вариант осуществления системы в соответствии с изобретением, и
фиг.5 - блок-схема алгоритма типового способа управления затеняющим устройством в соответствии с вариантом осуществления на фиг.4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1 показывает трехмерный вид первого варианта осуществления системы для управления затеняющим устройством, установленным в помещении 1, например в помещении административного здания. Помещение 1 содержит окно 2, выходящее наружу административного здания.
Окно 2 содержит распространенные Венецианские (подъемные) жалюзи 3 с ламелями, имеющие множество отдельных прямоугольных ламелей 4, размещенных горизонтально. Угол ламелей 4, то есть угол наклона, является управляемым с использованием электрического двигателя и соответствующей подвесной системы (не показана). Кроме того, высота, до которой опускаются ламели, является управляемой.
Жалюзи 3 с ламелями подключаются к блоку 5 управления с использованием беспроводного соединения для управления углом наклона ламелей 4.
ПЗС-камера 6 выполнена с возможностью наблюдения за помещением 1 и, в особенности, за столом 7, затененным жалюзи 3 с ламелями от солнечного света, падающего через окно 2. Камера 6 подключается к блоку 5 управления с использованием беспроводного соединения.
Схематическая блок-схема системы в соответствии с настоящим вариантом осуществления показана на фиг.2. Как видно из фиг.2, система дополнительно может быть подключена к центральной системе 8 управления зданием для получения общих параметров управления, например заданные настройки управления на основе температуры, условий дневного освещения, времени года, ветра и т.д. Кроме того, центральная система 8 управления может конфигурироваться с конкретными параметрами управления для помещения 1, полученными в процессе ввода в эксплуатацию.
Система дополнительно или в качестве альтернативы может быть подключена к регулятору 9 с ручным управлением, например установленному в помещении 1 для предоставления пользователю возможности устанавливать угол наклона ламелей 4 и высоту, до которой ламели 4 в жалюзи 3 опускаются вручную, если необходимо.
Система для управления активируется посредством снижения ламелей 4 в жалюзи 3 либо с помощью ручного управления с использованием регулятора 9, либо по соответствующей команде центральной системы 8 управления. Блок 5 управления принимает соответствующую управляющую команду и опускает ламели 4. Блок 5 управления затем запрашивает камеру 6 для получения сигнала изображения стола 7.
Если прямой солнечный свет падает через жалюзи 3, как схематически показано на фиг.1, то присутствует полосовой шаблон 10, образованный упомянутым солнечным светом и чередующийся с тенями от ламелей 4, и приводит к дискомфорту из-за бликов и тепла.
При приеме сигнала изображения блок 5 управления определяет, присутствует ли упомянутый полосовой шаблон 10, и как только обнаруживается полосовой шаблон, отправляет соответствующую управляющую команду на жалюзи 3 для изменения угла наклона ламелей 4. Во время управления углом наклона камера 6 постоянно снабжает блок 5 управления сигналом изображения стола 7, обеспечивая работу системы с обратной связью для уменьшения полосового шаблона 10.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления блок 5 управления определяет, присутствует ли полосовой шаблон 10, используя алгоритм распознавания изображений на основе выделения контуров.
Блок 5 управления затем определяет коэффициент яркостного контраста полос в полосатом шаблоне, то есть путем сравнения полосы, имеющей наибольшую яркость, с полосой, имеющей наименьшую яркость. Управление жалюзи 3 осуществляется, если коэффициент контрастности выше чем 10:2, чтобы уменьшить блики, или ниже чем 10:4, чтобы предоставить пользователю помещения обзор наружу через окно 2. Блок 5 управления конфигурируется с гистерезисом и управляет углом наклона ламелей 4 до целевого коэффициента контрастности 10:3.
Угол наклона ламелей 4 соответственно приводится к оптимальному положению для уменьшения бликов, в то же время сохраняя вид наружу, то есть жалюзи 3 закрываются только настолько, насколько это необходимо для уменьшения бликов.
Дополнительно или в качестве альтернативы расположению камеры 6, наблюдающей за помещением 1, на оконной раме 32 окна 2 могут быть предусмотрены сенсорные модули 31, как показано во втором варианте осуществления патентоспособной системы на фиг.3.
Вариант осуществления фиг.3 соответствует варианту осуществления фиг.1 и 2 за исключением того, что вместо камеры 6 два сенсорных модуля 31 размещаются на оконной раме 32 окна 2, чтобы обнаруживать полосовой шаблон 10, предоставляя возможность очень компактного монтажа системы.
Сенсорные модули 31 содержат, например, матрицы линейных датчиков типа MRX90255BC, доступные от компании Melexis Corp. Частности работы варианта осуществления на фиг.3 соответствуют варианту осуществления фиг.1 и 2.
Третий вариант осуществления системы для управления затеняющим устройством согласно изобретению показан на фиг.4 в трехмерном виде помещения 1. Настоящий вариант осуществления практически соответствует варианту осуществления фиг.1, но вместо камеры 6 в помещении 1 размещается фотодиод 41, подключенный к блоку 5 управления. Работа системы, показанной на фиг.4, объясняется ниже со ссылкой на блок-схему алгоритма фиг.5.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления обнаружение бликов, происходящих от прямого света, прошедшего через затеняющее устройство, основывается на обнаружении изменения градиента яркости в помещении 1 при изменении угла наклона ламелей 4.
В настоящем варианте осуществления блок 5 управления конфигурируется для проведения процедуры калибровки, которая инициируется на этапе 51 блоком 5 управления в ответ на управляющую команду центральной системы 8 управления или регулятора 9 с ручным управлением. В качестве альтернативы процедура может проводиться периодически, например, каждые два часа.
Блок 5 управления конфигурируется для изменения угла наклона ламелей 4 на этапе 52, например, от полностью закрытого положения до открытого положения. Наряду с изменением угла наклона блок 5 управления принимает сигнал яркости от упомянутого фотодиода 41, таким образом, получается значение яркости для каждой установки угла наклона и сохраняется в подходящем запоминающем устройстве блока 5 управления.
На этапе 53 блок 5 управления вычисляет градиент сигнала яркости и на этапе 54 определяет, присутствует ли существенное изменение, например разрыв градиента, путем вычисления второй производной сигнала яркости и определения наивысшего максимума упомянутой второй производной.
Если такое существенное изменение присутствует, то угол наклона ламелей 4 на этапе 55 приводится блоком 5 управления к установке, соответствующей существенному изменению градиента, и процедура завершается на этапе 56. Если никакого существенного изменения градиента не определяется, то процедура завершается непосредственно поднятием ламелей 4 или установкой углового положения, которое максимально увеличивает обзор наружу.
Настоящий вариант осуществления основывается на выводе, что при изменении угла наклона ламелей 4 в жалюзи 3 яркость будет меняться соответственно. Градиент сигнала яркости, то есть изменение яркости, будет постоянным.
При изменении угла наклона от закрытого состояния жалюзи 3 до открытого состояния и в случае, когда прямой солнечный свет падает через жалюзи 3 в некотором угловом положении, яркость в этом угловом положении будет значительно увеличиваться. Соответственно, изменяется градиент сигнала яркости. Получается оптимальный угол наклона для ламелей 4, где блокируется прямой свет наряду с обеспечением достаточного обзора через жалюзи 3.
Возможны некоторые модификации к вышеприведенным вариантам осуществления:
- Система может использоваться для управления более чем одними жалюзи 3 или для управления только группой ламелей 4 в жалюзи 3.
- Если управляется только группа ламелей 4, то дополнительная группа может использоваться для перенаправления света в помещение, также обозначаемого как "daylight harvesting" в соответствии со способом, раскрытым в "A System for Optimizing Interior Daylight Distribution Using Reflective Venetian Blinds with Independent Blind Angle Control" под авторством Molly E. McGuire, кандидатской диссертации в Массачусетском технологическом институте, июнь 2005 г., и в материалах, использованных при экспертизе заявки.
- Вместо использования камеры 6 или сенсорного модуля 31 для предоставления сигнала изображения может использоваться органический многослойный фотодиод типа, раскрытого, например, в "H. Tanaka, T. Yasuda, K. Fujita, T. Tsutsui, Transparent image sensors using an organic multilayer photodiode, Advanced Materials, 2006, том 18, стр. 2230-2233".
- В качестве альтернативы может использоваться матрица датчиков типа, раскрытого в "Tse Nga Ng и др., Low temperature a-Si: Photodiodes and flexible image sensor arrays patterned by digital lithography, Applied Physics Letters, 2007, том 91, 0635050, 3 страницы".
- В еще одном альтернативном варианте может использоваться фотодиод, который описан в "M. Yahaya и др., Fabrication of photodiode by screen printing technique, Proceedings IEEE, ICSE 1998, стр. 254-259".
- В качестве альтернативы настройке в варианте осуществления из фиг.3 полосовой шаблон может отображаться на поверхности линейного датчика с помощью подходящей оптики формирования изображений. Если используется оптика формирования изображений, то полосовой шаблон может располагаться на той же стороне оконной рамы, что и сенсорный модуль 31, или они могут располагаться на противоположной стороне.
Изобретение проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании. Такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как пояснительные или типовые, а не ограничительные; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов, и единственное число не исключает множества. Сам факт, что некоторые критерии перечисляются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих критериев не может использоваться с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающие объем.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 помещение
2 окно
3 жалюзи
4 ламели
5 блок управления
6 камера
7 стол
8 центральная система управления
9 регулятор с ручным управлением
10 полосовой шаблон
31 сенсорный модуль
32 оконная рама
41 фотодиод