CN103430626A - 光检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种光检测系统，该系统能够通过检测由包括一个或多个光源（111,112,113）的照明系统（110）照射的场景中的光确定光中的嵌入码，每个光源提供包括作为发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的嵌入码（ID#1，ID#2，ID#3）的光贡献（I₁₁₁，I₁₁₂，I₁₁₃）。光检测系统包括光检测装置（220），其被布置用于获取场景的至少一个图像，其中该图像通过多个时间转换的线实例来获取。所获取的图像的每条线包括第一嵌入码的时间调制序列的实例。光检测系统进一步包括用于从调制的空间模式来确定嵌入码的装置（230）。

Description

光检测系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及照明光检测系统的领域，并且更具体地涉及一种用于检测嵌入到这样的照明系统的光输出中的数据的系统和方法。

背景技术

近年来，高度先进的照明系统正得到发展以允许用户获得用于特定房间或空间的期望的气氛。在这些照明系统中，采用了所谓的场景设置，其中与对单独光源关于例如开/关、调光和颜色设置的传统控制相反，一组或多组光源被同时控制。对于这些场景设置的应用，直观的用户交互是重要的成功因素。向用户提供与光源有关的信息（如单独光源的局部标识、它们的能力以及它们目前的设置）是实现直观交互的关键。

为了向用户提供这样的信息，已经提出了基于编码光CL的技术。CL基于将数据嵌入光源的光输出中。光源的光输出典型地响应于重复的数据信号而被调制，该重复的数据信号可以包含标识符码，例如用于标识光源或光源所属的光源组的标识码。所述调制典型地以高到足以不被人类察觉的频率发生。通过以独特的方式调制每一个光源，对来自多个光源的光贡献的同时检测是可能的。存在允许对（理论上）无限数量的光源进行同步与异步检测的各种方法，连续的和二进制的。

先前已经示出CL技术可以如何用于调试光照系统，例如通过指向单独光源并读出标识符码。

光源的光输出中的嵌入码（例如标识符码）可以由光学接收器检测，该光学接收器可以在例如用于控制灯或包括在诸如开关或传感器设备之类的另一个单元中的遥控器中实现。这具有以下缺陷：仅可以检测在单个位置处存在的嵌入数据。相比之下，期望的是，依据当前存在的标识符码并且区分光场景中不同光源的标识符码来实时地表征整个二维（2D）场景。

已经提出了可以确定场景的图像内多个位置处存在的嵌入数据的相机传感器。然而，先前的采用相机传感器的技术的缺陷在于，后续图像获取之间的时间通常必须等于或小于嵌入码内的单个位的持续时间。然后，通过分析在相机的连续获取中获得的结果，检测嵌入码的连续位。这需要使用能够提供高获取速率的先进的且因此昂贵的相机。常规的低成本相机传感器典型地具有太低的获取速率，而对检测人眼不可见的嵌入数据（即高频率CL）是无用的。

因此，在本领域需要用于检测嵌入光源的光输出中的CL的、解决上面提及的问题中的至少一些的技术。

发明内容

本发明的一个目的是克服上面提及的问题，并且提供一种能够以允许标识在2D场景中存在的不同光源的嵌入码的方式检测嵌入光源的光输出中的2D CL的光检测系统和方法。本发明的另一个目的是提供一种适合用于在使用与先前技术中所用的那些相机相比较不昂贵的相机的同时检测高频率CL的检测系统和方法。

该目的通过如所附独立权利要求1中限定的根据本发明的光检测系统和如独立权利要求14中限定的对应的方法实现。优选实施例在从属权利要求中并在下面的说明书和附图中阐述。

因此，根据本发明的思想，提供一种光检测系统，该系统包括被布置用于获取由照明系统照射的场景的至少一个图像的光检测装置，该照明系统至少包括第一光源，其提供包括作为发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的第一嵌入码的光贡献。该图像包括像素矩阵，每个像素表示场景内不同物理位置处照明系统的总光输出的强度。该图像通过多个时间转换的线实例来获取，每个实例包括第一嵌入码的时间调制序列的实例。光检测系统进一步包括被布置用于从调制的空间模式确定第一嵌入码的处理装置。

因此，提供了一种捕获从2D图像中的场景输出的光的光检测系统，并且其中时间转换的线实例用作光采样时刻。在图像捕获过程期间光检测装置上连续行的捕获之间的时间转换引起场景的最后捕获的图像中对应于利用所述调制的光源照射的对象的部分或对应于光源本身的那些区域的像素值的线方式（line-wise）的变化。像素值的线方式的变化构成在被照射对象处图像上面的叠加的水平线的模式。编码光中的消息（即，嵌入码）的解码需要恢复与调制的光源的原始强度变化关联的一维（1D）信号。

通过利用基于逐线获取图像的图像获取，并且当图像的线频率倾向于比对应的视频帧速率高10²到10³数量级时，调制的光的时间采样速率增加相同的数量级。从而，提供了一种光检测系统，其通过测量一个单个帧时间内多个信道位来提供显著缩短的测量时间。该系统可以基于滚动快门（rolling-shutter）图像捕获，即光检测装置包括图像传感器和滚动快门装置。对当前用在移动设备中的低成本图像传感器而言，这是典型的，因而为检测系统提供了低成本的解决方案。而且，滚动快门图像捕获的使用允许将当前的智能电话变换成编码光检测器，这打开了利用在公共或私人区域的照明中存在的例如编码光中提供的信息的应用的世界。当前的电话的附加的无线连接性（Wi-Fi，蓝牙）为控制信号的反馈提供了各种机会。除了检测光中编码的数据之外，图像传感器继续提供关于对所见场景的单独的光贡献的空间信息。

根据光检测系统的一个实施例，处理装置被配置用于基于沿着每个线实例像素值的组合来确定第一嵌入码。因此，从（2D）图像恢复1D信号基于沿着获取的图像的每行的像素值的组合。像素值的组合可以是沿着每行（即沿着每个线实例）的像素值的累计求和或平均。

根据光检测系统的一个实施例，沿着线实例的像素值的组合被限于获取的图像的至少一个预先确定的子区域。通过将行方式的像素值的组合限制于预先确定的子区域，例如是图像中对应于场景中的被照射对象的那些区，可以改进恢复的信号的信噪比（SNR）。这些相关图像区的选择可以以若干方式执行，其中最简单的方式是选择图像中最亮的区域。来自被恢复的1D信号的消息的解码可以利用电子计算机网络中使用的方法来完成。

根据光检测系统的一个实施例，预先确定的子区域的选择通过将图像与具有滤波器内核的滤波器进行卷积来执行，该滤波器内核被布置成和与所述第一嵌入码关联的调制的预期空间模式相匹配。该滤波器可以是1D或2D滤波器，并且因此被布置以使得滤波器内核和与光调制信号的特性关联的预期强度模式相匹配。

根据光检测系统的一个实施例，光检测装置包括图像传感器，该图像传感器包括像素矩阵，其中在不同时间实例处读出像素的互补组。这是有利的，因为不需要读出作为整行或整列的互补像素组，而是仅仅需要读出所选数量的像素，这提供了快速的读出。从调制光的码恢复可以在知道像素组的时间顺序时有利地完成。注意到，每个像素组不必由邻近像素组成。

根据光检测系统的一个实施例，像素的每个互补组构成图像传感器的像素矩阵的像素行。在此情况下，当后续地执行对传感器的像素行的读出时，读出的时间顺序不一定必须对应于像素行的空间顺序，这是有利的。

根据光检测系统的一个实施例，光检测装置包括包含像素矩阵的图像传感器，并且线实例对应于来自像素矩阵的后续行读出。

根据光检测系统的一个实施例，在像素的行的不同时间实例处的读出以空间单调的顺序发生，从而邻近的时间实例对应于空间邻近的像素行。在此情况下，例如当每个线实例对应于图像传感器的像素矩阵的行读出时，获得正常的滚动快门读出。

根据光检测系统的一个实施例，它被布置用于检测和分析包括来自多个光源的贡献的获取的图像，其中各个光源的每个光贡献包括作为发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的嵌入唯一码。

根据光检测系统的一个实施例，它进一步包括用于提供获取的图像的散焦的光学系统。

根据光检测系统的一个实施例，该光学系统包括用于在被散焦的获取的图像中提供模式的孔掩模（aperture mask）元件。

根据光检测系统的一个实施例，孔掩模元件的空间形状被选择以用于空间地分离源自不同光源的光贡献。

根据光检测系统的一个实施例，对于时间转换的线实例的线读出之间已选择的时间延迟，光检测装置的曝光时间被选择成比线读出之间已选择的时间延迟更长。

根据光检测系统的一个实施例，对于时间转换的线实例的线读出之间已选择的时间延迟，光检测装置的曝光时间被选择成等于线读出之间已选择的时间延迟。

根据光检测系统的一个实施例，对于时间转换的线实例的线读出之间已选择的时间延迟，光检测装置的曝光时间被选择成比线读出之间已选择的时间延迟更短。

根据光检测系统的一个实施例，光检测装置是滚动快门相机。

根据光检测系统的一个实施例，嵌入码以重复的方式被传输，该重复方式是连续的重复数据流、以规则的时间间隔具有分组的分组化数据流以及以不规则的时间间隔具有分组的分组化数据流之一。

根据光检测系统的一个实施例，所发射的光的特性是强度调制和颜色调制之一。

根据本发明的思想的另一个方面，提供了一种用于确定照明系统中的第一光源的光贡献是否存在于场景内的被选择的位置处的方法，其中第一光源的光贡献包括作为所发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的第一嵌入码，该方法包括：取回光贡献的时间转换的线实例，并且从调制的空间模式确定第一嵌入码。

如本文中所使用的术语“像素”是指对应于场景内的特定点的图像数据的单元。图像数据包括在场景内不同点处照明系统的总光输出的强度（或其派生物）。将图像数据布置在像素的行和列中是在2D图像中表示三维（3D）场景的一种方式。

本发明的这些和其他方面、特征和优点将根据下面描述的实施例变得显而易见并且将参照这些实施例对其进行阐述。应当注意，本发明涉及权利要求中叙述的特征的所有可能的组合。

附图说明

现在将参照示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的这个和其他方面。

图1是其中采用根据本发明的思想的光检测系统的一个实施例的照明系统的示意性图示；

图2是根据本发明的思想的光检测系统的一个实施例的示意性框图；

图3a是在视频流模式期间典型的全局快门相机的时间图，并且图3b是在视频流模式期间典型的滚动快门相机的时间图；

图4是图示如在根据本发明的思想的光检测系统中使用的，相对于光强度调制的平均频率的长曝光时间的时间图；

图5图示了在傅立叶变换之后时域和频域中的信号表示；

图6是图示如在根据本发明的思想的光检测系统中使用的，相对于光强度调制的平均频率的短曝光时间的时间图；

图7是图示如在根据本发明的思想的光检测系统中使用的，相对于光强度调制的平均频率的非常短的曝光时间的时间图；以及

图8图示了滤波器操作的使用，该滤波器内核和与光调制信号（即嵌入码）的特性关联的预期强度模式相匹配。

具体实施方式

现在，将在下文中参照附图更充分地描述本发明。下面的实施例通过示例的方式提供，使得本公开将是透彻的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。同样的数字自始至终指代同样的元件。

图1图示了照明系统110被安装于其中的结构100，这里是房间。照明系统110包括三个光源111、112和113，以及一个或多个用于控制光源111、112和113的控制单元。在这里，照明系统包括用于允许用户控制光源的遥控器150。光源可以包括任何适当的光源，比如高/低压气体放电源、激光二极管、无机/有机发光二极管、白炽光源或卤素源。在操作期间，分别从每个光源111、112、113单独提供的光输出I₁₁₁、I₁₁₂、I₁₁₃贡献给照明系统的总光输出，以用于照射结构100。来自各种光源111、112、113在结构上的照明贡献在这里被示出为足迹（footprint）114、115。来自光源的足迹可以重叠。每个光源被编码成使得其光输出I包括单独的标识符码ID#1-3，其典型地是作为在从单独的光源发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的嵌入码。编码的光可以进一步包括关于光源的其他信息（如当前光的设置和/或其他信息），但是为了简明起见，本文仅讨论了标识符码以说明本发明的思想的基本构思。标识符码包括N个符号（例如位）的重复序列。在下面的描述中，符号将被称为位。然而，应当认识到，每当词语“位”被用在本申请中时，适用也可以包括由单个符号表示多个位的更宽泛的“符号”定义。这方面的示例是多级符号，其中不仅存在0和1以嵌入日期，而且存在多个离散级。照明系统的总光输出可以包含多个标识符码，每个标识符码源自单独的光源。

存在用于将代码嵌入光源的光输出中的各种技术，这些技术是本领域技术人员已知的并且因此这里未被详细描述。

继续，遥控器150包括根据本发明的思想的光检测系统，其在图2中被示意性地图示。光检测系统200包括用于获取场景的图像的图像传感器210，该图像在该例示性的实施例中是用户将遥控器指向的结构100的区域的图像。而且，光检测系统包括用于选择图像传感器210的定时、曝光时间和曝光区域的快门220、处理单元230、可选的存储器240。光检测系统可以进一步可选地包括光学系统250。当获取图像时，快门220打开，并且当不获取图像时，快门220关闭。所获取的图像包括像素矩阵，其中每一个像素表示场景内不同物理位置处照明系统的总光输出的强度。处理单元230依据例如下述情况而被配置成实现用于处理包含在所获取的图像（图像行）中的数据以确定场景内的特定位置处存在的光源标识符码的不同方法：（i）图像传感器210的分辨率（即每个图像/图像部分中包含的像素的数量）、（ii）照明系统中包括多少光源以及（iii）这些光源是同步地还是异步地操作。

对光检测系统中实现的方法，处理单元230可能有机会访问标识符码或标识符码的派生物，即可以从中获得关于标识符码的信息的参数。

根据光检测系统的一个实施例，标识符码最初不为光检测系统所知。在此情况下，光检测系统仅具有用来对编码光中的消息进行编码的协议的知识。在所使用的协议未被提前得知的情况下，光检测器系统被布置成能够识别出所使用的协议，以便能够对编码光中的消息进行解码。

尽管该例示性的实施例中的光检测系统被布置在遥控器中，但是它可以被布置成集成在所述结构中，例如壁装式的或任何其他方便的方式。

在本发明的思想中，快门220是滚动快门类型，并且可以是机械快门或电子快门。滚动快门210和图像传感器220可被集成，并且在下文中被称为滚动快门图像传感器或摄影机。

滚动快门图像传感器典型地被应用在摄影中，其中空间分辨率的要求通常超过（HD）视频的空间分辨率的要求。滚动快门图像的捕获通过在每条线的曝光之后图像传感器的逐线数据传送进行，而在全局的快门传感器中，所有像素行被同时重置和曝光。在曝光结束时，全局快门传感器的所有行同时被移到图像传感器的变暗区域。然后，像素被逐行读出。如在全局快门传感器中，同时曝光所有像素具有以下优点：可以在没有几何失真的情况下捕获快速移动的物体。使用全局快门系统的图像传感器在设计方面比滚动快门传感器更复杂。

继续，图3分别图示了在视频流模式期间，典型的全局快门系统（图3b）和典型的滚动快门系统（图3b）的时间图。图像传感器（这里是相机中的CMOS传感器）中的像素在第一步骤s1中首先被重置，然后在步骤s2中被暴露在来自场景的光下，接着是电荷转移的步骤s3，并且最终在最后一个步骤s4中像素被读出。全局快门系统和滚动快门系统的两种主要原理被图示。

现在参照图3a，在全局快门系统中，在帧期间所有行中的所有像素首先被重置（s1），随后所有行R在曝光时间T_e期间同时被曝光（s2），接着是电荷转移（其中所有行同时被移到传感器的变暗区域）（s3），并且最终然后在读出时间T_r期间逐行读出像素（s4）。

现在参照图3b，在滚动快门系统中，在帧期间，每行像素R首先被重置（s1），随后在曝光时间T_e期间同时被曝光（s2），接着是电荷转移（其中该行被移到传感器的变暗区域）（s3），并且最后在读出时间T_r期间被读出（s4）。这些行一行接一行地被重置和曝光并且读出。与全局快门CMOS-传感器相比，滚动快门传感器提供了更高的像素密度。后续行的相继曝光导致邻近行曝光之间的时间延迟。这造成所捕获的移动对象的图像失真。

而且，在本发明的思想中，在滚动快门图像传感器中各行的相继曝光期间照明变化的情况下，线方式的伪影的引入被利用来捕获高频编码光信号，在这里高频编码光信号由编码的光源中的标识符码例示。

在根据本发明的思想的光检测系统的例示性实施例中，如参照图2所述，快门220和图像传感器210是滚动快门图像传感器，下文中被称为相机。在捕获场景的图像时所创建的线方式的伪影被用来提供用于区分照明系统100的光输出中远远超出相机的帧刷新频率或帧速率的时间光变化的机制。在例示性实施例中，视频帧速率被选择在25至60Hz的范围内。该范围提供了大约10000Hz至20000Hz的线读出频率。该线读出频率确定了时间采样率并且因此确定了用于清楚恢复调制的光信号的时间带宽限制，该时间带宽限制由尼奎斯特（Nyquist）采样定理提供，该定理叙述了只有高达采样频率的一半（尼奎斯特频率）的信号才可以从采样的数据中恢复。这里，采样频率f_s由线读出之间的时间延迟确定，

                       (1)。

影响调制的光信号的恢复的第二方面是传感器的曝光时间T_e。在本段中，我们讨论三种情形。

长曝光时间，使得：

T_e>T_r                       (2)

其中大曝光时间易于使快速光调制的可检测性恶化，然而曝光时间的明智选择可以抑制低于尼奎斯特频率的干扰信号，

“最佳”曝光时间

T_e=T_r                       (3)

这是针对低于尼奎斯特频率的有限带宽的光调制的检测的最佳选择，以及

短曝光时间，使得：

T_e<T_r                       (4)

这种情形提供用于检测超过尼奎斯特频率的光调制的选项。

这三种可能的操作模式在下面的部分中详尽阐述。

在图4中，描绘了典型的情形，其中曝光时间比线读出之间的延迟长得多。为了清楚且不丧失普适性，我们忽略如图3a和图3b中描绘的重置时间和电荷转移时间。采样过程可以被认为是等距狄克拉（Dirac）函数梳（comb）的相乘。曝光过程可以被表达为调制的光信号与矩形滤波器在曝光时间的时间宽度上的卷积。在频域中，这使信号谱乘以辛克函数（sinc-function）。这在图5中被描绘，图5图示了给定连续线之间的某个时间延迟的情况下不同的曝光时间设置的过滤效果。左图描绘了作为时间的函数的信号值，并且右图描绘了作为频率的函数的傅立叶变换的模量。为了增加曝光时间，该滤波器通过在高达尼奎斯特频率的频率范围内创建零并且否则衰减信号幅度来越来越多地抑制调制的光信号的高频成分。低于尼奎斯特频率的零的出现可以被用来抑制该频率范围内那些零位置处存在的干扰信号。

图6图示了相对于光强度调制的频率的短曝光时间。在（s₂）期间曝光时间T_e在这里等于在（s₄）期间的数据转移时间，即读出时间T_r。这允许获取高达采样率一半的信号。当曝光时间等于读出时间，T_e=T_r时，辛克函数的前若干零点出现在采样频率的倍数处。在高达尼奎斯特频率的基频带内，辛克响应的中心凸起（lobe）的幅度下降仅造成适度的高频衰减，这可以容易地被校正。

图7图示了在（s₂）期间相对于光强度调制的频率的非常短的曝光时间T_e。曝光时间T_e在这里短于在（s₄）期间的数据转移时间（即读出时间T_r），即T_e<T_r。假如光强度信号是重复的，这种情形允许基于混叠的对高于采样率的一半的信号的检测。当曝光时间可被选择成短于线读出延迟时，如图7中所描绘的，在曝光时间等于读出时间，T_e=T_r时如上所述的中心凸起的衰减变得可忽略。在这种情形下，没有高频衰减，有可能检测远远超出采样频率的高频光调制，因为短的曝光时间允许超越线速率的检测。

在图8中，示出了根据本发明的一个实施例的用于选择用于图像检测的相关图像区域的滤波器的使用的示例。给定示例中使用的滤波器内核旨在标识具有特定的调制频率的区域。所示出的2D滤波器内核基于1D加博（Gabor）滤波器，该加博滤波器的（复）滤波器系数基本上是由高斯窗衰减过的余弦和正弦函数。1D加博滤波器通常用于检测特定频率的孤立出现。通过在水平方向、也在高斯窗内延伸滤波器，我们利用以下事实：来自特定灯的光调制在图像中造成将几乎同样地出现在邻近列中的行方式调制。所得的2D滤波器内核的实部和虚部被表示为801和802。

在二进制的光调制的情况下，所述方法可以用来基于数据流中嵌入的特定时钟信号的存在检测场景中的所有光源。否则，在连续调制的情况下，所述方法可以用来从多个光源检测特定光源，所述多个光源中的每一个由唯一的调制频率表征。在该示例中，示出由两个不同的灯照射的场景的输入图像803与复加博滤波器的两个内核801和802进行卷积，得到复值的结果图像，其幅度（模量）被描绘为804。对由对应于另一个灯的另一个频率表征的另一个加博滤波器的幅度响应被描绘为805。特定灯的标识由针对多个加博滤波器的幅度响应的比较产生，每个加博滤波器围绕不同频率设计。局部具有最高幅度响应的滤波器披露了哪个光源局部地给场景贡献。这些不同频率值被选择以避免由于光检测中非线性强度变换造成谐波失真（例如由于相机中的伽马校正）而引起的含糊的新频率的出现。因此，在此示例中，这些频率已被从用作电话系统中的拨号音的频率系列（所谓的双音多频（DTMF））中选择。参考: L. Schenker, ”Pushbutton calling with a two-group voice-frequency code”, The Bell System Technical Journal, 39(1):235-255, Jan. 1960, 即由21/19的增量因子分离, 导致697 Hz, 770 Hz, 852 Hz, 941 Hz, 1209 Hz, 1336 Hz, …。分类结果806示出用对应光源（分别为LED 4和LED 6）标记的被检测到的光足迹。

当滚动快门捕获在垂直方向行进时，捕获获取的场景的图像。因此，光调制也在视频帧的垂直方向上分布。作为结果，视频帧中光现象的垂直尺寸限制了可以观察到的调制的时间窗。当编码光照射场景时，光调制出现在光源自身的图像中以及被照射的场景的图像中。假如标识符码周期性地重复并且标识符码的每个位最终出现在捕获的光足迹中，只要捕获的光足迹（其是场景中单独的光贡献的空间定位）足够大并且足够多的图像被记录，完整的标识符码（或调制的光中的其他编码消息）就可以被重构。

根据光检测系统的一个实施例，该系统进一步包括光学系统（见图2中的光学系统250）。光学系统（例如摄影机的透镜）被用于提供检测的光的散焦，即获取的图像的散焦。在光源的尺寸或照射的足迹的尺寸不切实际地小的情况下，例如当光源包括一小组发光二极管LED（举例而言，四个LED）时，该透镜被布置成失焦（out-of-focus）。因此，甚至点状的编码灯将创建圆形的模糊模式，其通常使用日语术语“bokeh（焦外成像）”来引用。当利用失焦的透镜捕获场景中点状光源的图像时，来自点状光源的光输出创建比在图像帧中聚焦时其尺寸大得多的bokeh。在短曝光时，适当聚焦的图像将光源显示为点（实际上示出其四个LED元件）。失焦图像示出具有由于光源的调制引起的线模式的bokeh。

根据光检测系统的一个实施例，光学系统250包括用于在散焦的检测光中提供模式的孔掩模元件（未示出）。模糊模式的轮廓主要由孔的尺寸和形状确定，孔的形状一般是圆形的。但是，通过用衰减掩模取代圆形孔，每个点状光将采取衰减掩模的模式。这被称为使用编码孔。优选地，如在光源是一组LED的情况下，孔掩模元件的空间形状可以被选择以用于空间地分离源自不同光源的光贡献。由于模糊的尺寸随着物距与焦距之间的差而缩放，因此甚至小孔也能够创建大散焦模式。在散焦模式中，调制光的模式保持不变。编码的相机孔的空间形状可以被选择成最佳地分离点状光簇，其中每一个点状光用其自己的唯一信号调制。

根据光检测系统的一个实施例，点状光源的形状通过使用将每个点形状延伸到单一的主方向中的非各向同性光学元件（例如柱面透镜）或将每个点形状漫射到捕获的图像中的大空间区域中的光漫射元件来改变。当延伸的方向被选择为垂直的方向时，大空间传播提供了更大的时间窗，其示出具有更多码信息的片断。其他适合的光学元件可以是漫射元件、衍射光栅和波前编码透镜。根据本发明的思想的照明系统的输出光信号的线方式实例的使用对信号检测而言具有各种优点，其可以在分析图像数据时用在处理装置中。水平传播允许使用沿着图像行的多个像素值的累积，使得恢复的信号的信噪比提高并且由不均匀的背景引起的干扰可以被抑制。

在期望没有调制光伪影的正常图像的恢复的情况下，需要相对简单的操作来移除干扰，类似于去交错的过程，这是普遍应用的视频格式转换。去交错用来创建交错的视频序列中的丢失的图像行，以便创建渐进的图像序列。

如上文所提及的，在针对足迹合成的应用中，图像处理可以隔离不同的光贡献并且重构没有调制干扰的单独的图像。

一般地，在人类不希望的光调制感知、相机图像中的不想要的信号可见性与相机的可检测性之间存在平衡。当不希望的人类感知普遍流行时，第一组条件被施加在光调制的方法和特性上。为了确保无伪影相机图像，所述调制应当被选择成使每个捕获的图像中的像素值在像素值的量化步长内变化，其一般地在从0至255的范围内。沿着行的多个像素的所述累积已知允许调制信号的恢复。

单独的灯的标识以及其他特定于灯的数据的转移可以基于连续值或基于二进制调制方案。

不同的灯（在本上下文中：不同的灯）的分离可以基于向每个灯分配不同的调制频率或频率组合。调制的重复性是，假如不同的唯一光源标识符码的数量是相对较小的，小信号片断对于不同的数据信道的清楚的分离而言是足够的。在对传感器的不同光贡献在空间上重叠的情况下，该方法也可以提供足够的正交性以分离堆叠的信号。

取而代之，在不同的光源标识符码的数量大的情况下且特别是当每个光源传输随时间缓慢地改变的附加数据（比如，温度、燃烧小时数）时，数字数据的转移通常更加适合。在不同的光贡献重叠的情况下，数字调制方法也应当提供足够的正交性，以确保针对同步和异步光源的信道分离。

为了实现由滚动快门相机以及由点状检测器（例如光电二极管）进行的检测，各种调制方案的组合是可能的。基于相机的检测的相对低频（高达~10kHz）的性质典型地对仍然可以由光电二极管拾取的高频（高达~10MHz）调制不敏感。这样的混合光调制方案允许小数据量向基于相机的传感器和大数据量向基于点的传感器同时传输。

在上面的描述中，参照用于检测编码光源的低成本相机的应用描述本发明的思想，但是本发明的思想不应当被限于所述应用。在作为现有产品（如智能电话）的一部分的低成本相机的限制内，已经提出了各种措施来改进检测（短的曝光时间、故意的散焦）。由于滚动快门传感器继续比全局快门传感器更成本高效，因而定制的相机可以被制成照明系统自身的部分，作为手持设备中的感测元件或作为永久的光检测系统的部分。在这些情况下，也已经提出了其他措施来改进检测（编码孔）。

上文已经描述了如所附权利要求中限定的根据本发明的光检测系统的实施例。这些应当仅被看作非限制性的示例。如本领域技术人员所理解的，在本发明的范围内的许多修改和可替换实施例是可能的。

应当注意，为了本申请的目的且特别是关于所附权利要求，词语“包括”不排除其他元件或步骤，词语“一”或“一个”不排除多个，其本身对本领域技术人员而言将是显然的。

Claims (15)

1.一种光检测系统，包括：

光检测装置（220），其被布置用于获取由照明系统（110）照射的场景的至少一个图像，该照明系统至少包括第一光源（111,112,113），该第一光源提供包括作为发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的第一嵌入码（ID#1，ID#2，ID#3）的光贡献，其中所述图像包括像素矩阵，每个像素表示场景内不同物理位置处所述照明系统的总光输出的强度，并且其中所述图像作为多个时间转换的线实例而被获取，每个所述时间转换的线实例包括第一嵌入码的所述时间调制序列的实例；以及

处理装置（230），其被布置用于从调制的空间模式确定所述第一嵌入码。

2.根据权利要求1的光检测系统，其中所述处理装置被配置用于基于沿着每个线实例的像素值的组合确定所述第一嵌入码。

3.根据权利要求1或2的光检测系统，其中沿着线实例像素值的所述组合被限于所述获取的图像的至少一个预先确定的子区域。

4.根据权利要求3的光检测系统，其中所述预先确定的子区域的选择通过将所述图像与具有滤波器内核的滤波器进行卷积来执行，该滤波器内核被布置成和与所述第一嵌入码关联的调制的预期的空间模式相匹配。

5.根据任一前述权利要求的光检测系统，其中所述光检测装置包括图像传感器，该图像传感器包括像素矩阵，其中在不同时间实例处读出像素的互补组。

6.根据权利要求5的光检测系统，其中像素的每个互补组构成图像传感器的所述像素矩阵的像素行。

7.根据权利要求6的光检测系统，其中在像素行的不同时间实例处的所述读出以空间单调的顺序发生，使得邻近的时间实例对应于空间邻近的像素行。

8.根据任一前述权利要求的光检测系统，进一步被布置用于检测和分析包括来自多个光源的贡献的获取的图像，其中各个光源的每个光贡献包括作为发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的嵌入唯一码。

9.根据任一前述权利要求的光检测系统，进一步包括用于提供所述获取的图像的散焦的光学系统。

10.根据在从属于权利要求8时的权利要求9的光检测系统，其中所述光学系统包括用于提供所述散焦的获取的图像中的模式的孔掩模元件。

11.根据权利要求10的光检测系统，其中所述孔掩模元件的空间形状被选择用于空间地分离源自不同光源的光贡献。

12.根据任一前述权利要求的光检测系统，其中所述光检测装置是滚动快门相机。

13.根据任一前述权利要求的光检测系统，其中所述嵌入码以重复的方式被传输，该重复方式是连续的重复数据流、以规则时间间隔具有分组的分组化数据流以及以不规则时间间隔具有分组的分组化数据流之一。

14.根据任一前述权利要求的光检测系统，其中所发射的光的特性是强度调制和颜色调制之一。

15.一种用于确定照明系统中的第一光源的光贡献是否存在于场景内选择的位置处的方法，其中所述第一光源的所述光贡献包括作为发射的光的特性中的时间调制序列而被发射的第一嵌入码，该方法包括：

取回所述光贡献的时间转换的线实例；以及

从调制的空间模式确定所述第一嵌入码。

Images