光檢測(cè)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及光照，編碼光光照系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于檢測(cè)該樣 的光照系統(tǒng)的光輸出中的調(diào)制光的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 編碼光（CL)是承載W使得附加信息的存在對(duì)人類視覺系統(tǒng)而言感知不到的形式 編碼的嵌入信息的可見光。一般而言，該意味著編碼是基于光強(qiáng)度的高頻調(diào)制的使用。經(jīng) 編碼的信息可W是從燈特定標(biāo)識(shí)符到皿-TV信號(hào)的任何事物。所公開的發(fā)明主要關(guān)注但不 限于用于不同光源的標(biāo)識(shí)W及它們分別在被光照的場(chǎng)景中的光貢獻(xiàn)或足跡的標(biāo)識(shí)和量化 的CL的使用。燈特定標(biāo)識(shí)符的檢測(cè)促進(jìn)大型照明系統(tǒng)的調(diào)試期間的定位，而且還使得能夠 實(shí)現(xiàn)所檢測(cè)的燈的局部化光控制。此外，燈特定標(biāo)識(shí)符可W形成用于諸如室內(nèi)導(dǎo)航之類的 基于位置的服務(wù)或用于維護(hù)信息的局部化傳輸?shù)幕A(chǔ)。
[0003] 由于化光牽涉高頻光調(diào)制，因此通常使用光電二極管來檢測(cè)它。然而，該些僅提 供點(diǎn)測(cè)量，該在存在多個(gè)編碼光源的情況下是繁重的并且不提供關(guān)于空間足跡的信息，即 來自場(chǎng)景中的每一個(gè)單獨(dú)光源的光貢獻(xiàn)的地理強(qiáng)度分布和空間定位。
[0004] 先前已經(jīng)展示了還可W通過采用足夠短W檢測(cè)每一峽中的單個(gè)代碼位的曝光時(shí) 間來使用常規(guī)全局快口相機(jī)檢測(cè)編碼光。通過精確地調(diào)諧峽速率和代碼特性，然后在多個(gè) 峽之上序列性地讀取整個(gè)代碼。然而，該方案導(dǎo)致非常緩慢的讀出能力并且遭受低光靈敏 度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服W上提到的問題，并且提供能夠W允許檢測(cè)由存在于2D場(chǎng) 景中的不同光源發(fā)送的嵌入數(shù)據(jù)(例如唯一標(biāo)識(shí)符）的方式檢測(cè)嵌入到光源的光輸出中的 化的經(jīng)改進(jìn)的光檢測(cè)系統(tǒng)和方法。
[0006] 該目的通過如隨附獨(dú)立權(quán)利要求1中限定的用于基于借助于滾動(dòng)快口相機(jī)獲取 的圖像集合檢測(cè)調(diào)制光的方法來實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中和W下描述及附圖中闡述優(yōu)選實(shí) 施例。
[0007] 因此，依照本發(fā)明概念，提供了一種用于檢測(cè)調(diào)制光的方法。該方法包括接收借助 于具有包括峽速率在"。和線速率&。。的圖像獲取設(shè)置的滾動(dòng)快口相機(jī)獲取的圖像集合，在 圖像的連續(xù)峽中標(biāo)識(shí)由調(diào)制光源的調(diào)制頻率與線速率&。。之間的比決定的圖案W及在 連續(xù)峽之間的由光調(diào)制頻率與巾貞速率這》。之間的比決定的圖案的空間偏移，W及基于 圖案及其空間偏移來提供來自光源的調(diào)制光振幅的估計(jì)。作為通常在諸如集成于大多數(shù)智 能電話中的那些之類的低成本圖像傳感器中使用的技術(shù)，滾動(dòng)快口圖像獲取因此被有利地 用于檢測(cè)編碼光。當(dāng)滾動(dòng)快口獲取將編碼光的時(shí)間調(diào)制轉(zhuǎn)換成所記錄的圖像上的豎直(空 間）調(diào)制時(shí)，它通過使用滾動(dòng)快口圖像傳感器的連續(xù)線讀出之間的相對(duì)短時(shí)間間隔提供了 光的高效采樣。然后通過分析所觀察的圖案的豎直簽名，快速且光高效的代碼檢測(cè)是可行 的。
[0008] 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，光源使用不同調(diào)制頻率的生成和/或變化作為將數(shù)據(jù)嵌入在光 中的手段。當(dāng)從頻率值的離散集合中選取不同調(diào)制頻率時(shí)，該樣的調(diào)制方案可W被視為頻 分復(fù)用（FDM)的形式。在大多數(shù)初步情況中，F(xiàn)DM方案可W使得向每一個(gè)照明器指派來自預(yù) 定集合的唯一頻率；在該情況中，數(shù)據(jù)可W用作燈特定標(biāo)識(shí)符。在另一情況中，每一個(gè)照明 器正在序列性地改變其調(diào)制頻率，其中調(diào)制頻率的不同順序編碼不同數(shù)據(jù)符號(hào)，該已知為 頻移鍵控（FSK)。在FDM的最為一般的使用中，每一個(gè)照明器正在使用多個(gè)頻率來同時(shí)調(diào)制 光，并且序列性地改變一個(gè)或多個(gè)頻率W編碼數(shù)據(jù)符號(hào)的序列。
[0009] 有利地，所提出的方法提供抵抗背景結(jié)構(gòu)的存在的增加的檢測(cè)魯棒性、在小光源 足跡的情況中的經(jīng)改進(jìn)的數(shù)據(jù)檢測(cè)(例如唯一標(biāo)識(shí)符的檢測(cè))、W及光源自身的空間足跡的 經(jīng)改進(jìn)的檢測(cè)。來自每一個(gè)編碼光源的光的時(shí)間光調(diào)制和時(shí)移線實(shí)例的豎直空間分布導(dǎo) 致在該光源的所獲取的足跡圖像中的對(duì)應(yīng)空間豎直圖案，其具有表征該特定圖案的某些特 性。該些特性根據(jù)本發(fā)明被有利地利用在空間時(shí)間分析中W將光源的光調(diào)制圖案從不涉及 編碼光源的圖像中的任何事物分離，并且可W被進(jìn)一步用于允許在圖像傳感器的視場(chǎng)中容 易地檢測(cè)由多個(gè)編碼光源嵌入在光中的數(shù)據(jù)。例如，它可W用于檢測(cè)由每一個(gè)燈發(fā)送的唯 一標(biāo)識(shí)符。
[0010] 根據(jù)該方法的實(shí)施例，圖像獲取設(shè)置和調(diào)制光源的調(diào)制頻率被選擇成提供圖案 的可檢測(cè)空間偏移?？臻g偏移被視為在時(shí)間分離的圖像中的表觀圖案運(yùn)動(dòng)。光源調(diào)制頻率 與峽速率之間的關(guān)系確定表觀圖案運(yùn)動(dòng)的速度和方向。提供特定圖像獲取設(shè)置可W包括選 擇或確定例如相機(jī)的峽速率和/或線速率。典型地，使用如在特定相機(jī)中給定的線速率和 峽速率，并且光源的調(diào)制頻率被選擇W用于最大可檢測(cè)性。
[0011] 在工業(yè)相機(jī)中，可W調(diào)節(jié)相機(jī)的線速率，盡管在大多數(shù)其它實(shí)現(xiàn)中它是固定的。然 而，它然后仍舊取不同的值W用于不同的視頻格式，例如不同的峽大小和傳感器像素集群 (所謂的像素裝倉(cāng))中的差異。另外，在商業(yè)上可得到的相機(jī)中的峽速率被設(shè)置成恒定的，但 是非常經(jīng)常地允許其變化(例如在低光條件中降低W允許較長(zhǎng)的曝光時(shí)間)。盡管提供預(yù)定 的可檢測(cè)空間偏移的概念在恒定峽速率下是最容易理解的，但是在實(shí)踐中可W任意選擇峽 間隔，只要它們對(duì)于在空間時(shí)間分析中所使用的檢測(cè)算法是已知的即可。
[0012] 對(duì)于給定峽速率在"。，光源調(diào)制頻率的選取優(yōu)選地被約束到表觀空間和時(shí)間頻率 域中的特定區(qū)段，所述特定區(qū)段被選擇W避免人類可感知頻率的低頻區(qū)段(在此被選取成 200化），避免其中存在極少或沒有圖案運(yùn)動(dòng)的靠近/frame的倍數(shù)的區(qū)段，并且避免靠近 由于利用ikm。的采樣所引起的奈奎斯特（Nyquist)頻率的重復(fù)的區(qū)段，其中不存在圖案運(yùn) 動(dòng)而是僅有每一個(gè)交替峽的180°相位改變。所避免的區(qū)段在圖12中圖示。當(dāng)不考慮由于 滾動(dòng)快口相機(jī)的曝光時(shí)間所引起的衰減時(shí)，不處于所避免的區(qū)域中的任何調(diào)制頻率可W被 視為是可檢測(cè)的。通過分配光源調(diào)制頻率使得它們的表觀空間和時(shí)間頻率落在該些可檢測(cè) 區(qū)段中，光源信號(hào)從其背景的分離是可能的。當(dāng)要檢測(cè)多個(gè)光源時(shí)，不同光源調(diào)制頻率中的 每一個(gè)優(yōu)選地布置成在可檢測(cè)區(qū)段內(nèi)與彼此充分分離。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過在表觀空間和時(shí)間頻率域中定義空間時(shí)間頻率通道W 用于選擇調(diào)制頻率使得它們繞相關(guān)聯(lián)的表觀空間和時(shí)間頻率中的每一個(gè)為中也來執(zhí)行圖 像獲取設(shè)置和調(diào)制頻率的選擇。在實(shí)踐中，通道的頻率邊界與所期望的信號(hào)衰減水平相關(guān) 聯(lián)，例如到通帶傳輸?shù)?3地的值。在圖14中圖示了頻率通道的可能拓?fù)洹?br>[0014] 根據(jù)該方法的實(shí)施例，標(biāo)識(shí)步驟還包括；標(biāo)識(shí)多個(gè)圖案，每一個(gè)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)調(diào)制光 源，W及比較所標(biāo)識(shí)的圖案和/或所標(biāo)識(shí)的圖案偏移W在對(duì)應(yīng)于各個(gè)調(diào)制光源的圖案之間 進(jìn)行區(qū)分，該是有利的。
[0015] 根據(jù)該方法的實(shí)施例，相應(yīng)光源的調(diào)制頻率是固定的唯一頻率，選自候選頻率 的集合，包括同時(shí)應(yīng)用的候選頻率的集合，或者選自根據(jù)給定序列的候選頻率的集合。選擇 固定的唯一調(diào)制頻率提供了從其它光源區(qū)分光源的簡(jiǎn)單方式。可W在被適配成適合商業(yè)上 可得到的滾動(dòng)快口相機(jī)的常見圖像獲取設(shè)置的候選集合之中做出選擇或者在序列中選擇。 多個(gè)頻率的同時(shí)傳輸而不是一個(gè)單個(gè)頻率是有利的，例如當(dāng)頻率分配的可能的第H階段涉 及曝光時(shí)間的瞬時(shí)值時(shí)。在一些實(shí)現(xiàn)中，不能選擇滾動(dòng)快口相機(jī)的曝光時(shí)間。然而，它 的值是已知的。為了避免由于與曝光時(shí)間相關(guān)聯(lián)的頻率特性中的零值所引起的信號(hào)消除， 光源的調(diào)制頻率可W從所分配的頻率的總集合中系統(tǒng)地選取光源調(diào)制頻率的較小子集。例 女口，可W選取總數(shù)24個(gè)中的18個(gè)"最佳"頻率。對(duì)于曝光時(shí)間的不同值，該18個(gè)頻率的子 集傾向于不同。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，頻率的固定集合被用于所有光源并且因此在所有所獲取的 空間圖案中，但是每一個(gè)空間圖案的唯一特性是頻率W其重復(fù)的唯一順序。該調(diào)制方法是 頻移鍵控（FSK)的形式。
[0017] 根據(jù)該方法的實(shí)施例，調(diào)制頻率被選擇成提供所記錄的圖像像素強(qiáng)度從靜止背 景的最佳空間時(shí)間分離，和/或提供針對(duì)多個(gè)光源所記錄的圖像像素強(qiáng)度或其圖像處理導(dǎo) 出物關(guān)于彼此的最佳空間時(shí)間分離。
[0018] 根據(jù)該方法的實(shí)施例，提供調(diào)制光的估計(jì)的步驟還包括對(duì)于至少兩個(gè)連續(xù)峽；W 預(yù)定方式將每一個(gè)圖像子劃分成一個(gè)或多個(gè)空間區(qū)，對(duì)于每一個(gè)空間區(qū)，在水平方向上對(duì) 空間區(qū)中的預(yù)定像素的強(qiáng)度值積分W創(chuàng)建區(qū)特定且峽特定的值陣列，W及通過堆疊空間區(qū) 的峽特定且區(qū)特定的值陣列來創(chuàng)建區(qū)特定值陣列堆疊，使得區(qū)特定值陣列堆疊提供來自在 區(qū)內(nèi)成像的光源的調(diào)制光的真實(shí)時(shí)間調(diào)制的空間時(shí)間表示?？臻g時(shí)間分析是基于一個(gè)或多 個(gè)區(qū)中的強(qiáng)度圖案的空間和時(shí)間特性，該是有利的。
[0019] 像素值在水平方向上的積分提供了水平方向上的降低的空間分辨率，該是有利 的。由于每一個(gè)所獲取的圖像包括豎直空間分布的時(shí)移線實(shí)例的集合，因此沿所獲取的圖 像中的相同線的所有像素屬于相同時(shí)刻。多個(gè)相鄰像素之上的積分可W有利地用于改善值 陣列(表示平均像素值的一維信號(hào))的信噪比。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于區(qū)特定值陣列堆疊的較小集 合的處理比分別處理整個(gè)圖像的每一列在計(jì)算上更高效。
[0020] 根據(jù)該方法的實(shí)施例，當(dāng)圖像獲取設(shè)備的當(dāng)前曝光時(shí)間已知時(shí)，提供調(diào)制光的 估計(jì)的步驟還包括：針對(duì)所獲取的圖像中由于曝光期間的時(shí)間積分所引起的頻率相關(guān)衰減 執(zhí)行校正，該是有利的。
[0021] 根據(jù)該方法的實(shí)施例，當(dāng)在包括用于獲取至少一個(gè)調(diào)制光源的圖像的滾動(dòng)快口相 機(jī)的光檢測(cè)系統(tǒng)中使用時(shí)，通過執(zhí)行滾動(dòng)快口相機(jī)的校準(zhǔn)來提供圖像獲取設(shè)置，或者從滾 動(dòng)快口相機(jī)的內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)庫(kù)檢索圖