CN103717964B - 多模式颜色可调谐光源 - Google Patents

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Abstract

在此描述的是利用至少一个多模式人工外界光源、控制单元和远程图像传感器的外界照明装置，方法和***。控制单元耦合至至少一个人工外界光源并且被配置成将至少一个控制信号输出到至少一个人工外界光源。所述至少一个多模式人工外界光源被配置成响应于所述至少一个控制信号而输出具有变化的颜色和色温的光。远程图像传感器耦合至至少一个控制单元并且被配置成检测至少一个颜色和亮度特性，并且基于所检测的颜色和亮度特性将输出信号输出到至少一个控制单元。

Description

多模式颜色可调谐光源
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年8月5日提交的名称为“多模式颜色可调谐光源（MULTIMODECOLOR TUNABLE LIGHT SOURCE）”的美国专利申请序列号13/198,854的权益和优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及利用多模式颜色可调谐光源的日光照明或背光照明***以及方法。
附图说明
图1描绘根据现有技术的照明***。
图2A-2D描绘根据本公开的照明***的各种非限制性实施例。
图3A和3B提供在晴天（图3A）和阴天（图3B）期间由至少一个日光传感器测量的示例的红色、绿色、蓝色和明朗传感器数据。
图4描绘根据本公开的照明***的非限制性实施例。
图5描绘根据本公开的照明***的另一非限制性实施例。
图6描绘根据本公开的颜色分析方法的另一非限制性实施例。
图7A，7B和7C描绘根据本公开的通过图像的选择性区分析的颜色分析方法的另一非限制性实施例。
具体实施方式
如在此所使用那样，术语“颜色”与术语“光谱”可互换地使用。然而，术语“颜色”一般用于指由观察者可感知的辐射性质（尽管该使用并不意图限制该术语的范围）。因此，术语“不同的颜色”意指具有不同波长分量和/或带宽的两种不同的光谱。此外，“颜色”可以被用于指白色光或非白色光。
为了本公开的目的，术语“色温”指白光的特定的颜色内涵或阴影（带红色的、带蓝色的等）。辐射样本的色温常规地根据本质上辐射与受检验辐射相同的光谱的黑体辐射器的以开尔文度数（K）为单位的温度来表征。日光典型地具有范围从大约700K到10,000K以上的色温，更低的色温对应于具有更明显的红色分量的光，并且更高的温度对应于具有更明显的蓝色分量的光。为了参考，早晨的光能够表现出约3,000K的色温，而阴沉的天空可以表现出约10,000K的色温。
现在将对本公开的示例实施例作详细的参考，在随附的附图中图解了实施例的例子。只要可能，贯穿附图使用相同的附图标记来指相同或相似的部分。
日光（日光照明）的使用和提供正变得愈加受建筑师和建筑物工程师关注。日光能够增强内部空间的外观，并且能够为建筑物居住者提供社会和心理上的益处。此外，日光可以被用作人工照明的代替或补充，这可以减小建筑物的总的能量使用并且给予建筑物所有者/居住者实质的节约。
传统地，窗口被用作用于使日光进入建筑物内部的主要机构。尽管窗口能够允许大量的光进入内部空间，但其用于日光照明的有用性受若干因素限制。例如，窗口—特别是当以大的数量来使用时—可能引起建筑物内部空间的实质上的阳光加热。这可能引起建筑物居住者的不适，并且可能增加用于控制建筑物中的内部空间的温度的空调***的负担。进一步地，窗口可能不能使自然光透入建筑物的所有内部空间，特别是那些远离建筑物外墙的内部空间。
结果，研究已经考察了用于将自然光提供到内部空间的其它方法和装置。从这样的研究得到的一种产品是所谓的“阳光管”。
图1图解了如安装在建筑物中的一种类型的阳光管的结构。如所示那样，阳光管100包括圆顶101，光导管102以及漫射器103。当被安装时，圆顶101与建筑物105的屋顶轮廓平齐或在屋顶轮廓之上，并且用于捕获日光（例如，来自太阳和/或天空）并使日光转向到光导管102。光导管102具有一个或多个高度反射的内表面（未标出）。结果，被捕获的日光从光导管的内部的（多个）表面反射一次或多次并且最终被递送到漫射器103。
尽管诸如在图1中描绘的一个的阳光管能够将明显多的日光带入到建筑物的内部空间，但它们并非没有限制。实际上，诸如太阳的定位、天气和天空的透彻度以及散射辐照等的因素均影响阳光管的利用。这些因素中的许多在一天的进程中改变，这意味着阳光管的效率、光质量和照射能力动态地改变。以例子的方式，诸如在图1中描绘的一个的阳光管一般对于建筑物的内部空间的夜间照射是无效的。此外，阳光管自身经常不足以照射较黑暗的区域。
用于解决这些限制的一种机构是提供组合的照明***，其中一个或多个阳光管与诸如白炽灯或荧光灯的人工照明结合利用。人工照明补充由（多个）阳光管提供的自然光，并且提供用于夜晚照射的机构。能够利用对光亮度反应并改变人工光源的亮度（明亮度）的驱动器例如依据在建筑物中的位置和白天的时间来对这样的组合的照明***进行操作。
尽管添加人工光源解决了伴随用于内部照射的阳光管的使用的一些问题，但是它们造成来自不同的源—即阳光管和邻近灯具—的自然光和人工光的混合。由于人工光源典型地具有不同于自然光的颜色和色温的单一的颜色和色温，由这种光源提供的人工光与由阳光管提供的自然光的组合可能造成可察觉和不想要的颜色差异。因为由阳光管提供的自然光的色温和亮度例如随着太阳的定位而动态地改变，所以该颜色差异可能在白天的部分期间被加剧。
由于典型的组合的照明***利用具有固定的颜色和色温的人工照明，因此这样的***一般不能解决前面提及的颜色差异，即使它们配备有调节人工照明的亮度的驱动器。此外，这种***不提供在存在不想要的状况时覆盖由阳光管提供的自然光的颜色和/或温度，补充由阳光管提供的光的光谱和/或颜色，以及/或者模仿想要的照明状况（例如，即使在建筑物之外正在下雨时，也产生“晴天”内部照明轮廓）的能力。
因此，本公开的一个方面涉及将诸如阳光管的自然光源与能够产生具有变化的颜色和/或色温的光的至少一个人工光源组合的照明***。
图2A图解根据本公开的照明***200的一个例子。如所示出的那样，照明***200包括穿过建筑物205的屋顶轮廓204安装的阳光管。该阳光管包括用于捕获自然光的入口，在这种情况下为圆顶201。圆顶201捕获例如来自太阳和/天空的自然光，并且将该自然光传递到光导管202。类似于传统的阳光管，光导管202包括高度反射的内表面，所述内表面允许光导管将所捕获的自然光有效地传递到漫射器203。
尽管照明***被示出为包括捕获光的圆顶201，但是应当理解可以使用具有用于捕获自然光的任意结构或机构的入口。这种入口的非限制性例子包括窗口，镜子***，阳光集中器，透镜，圆顶或其组合。
尽管光导管202在图2中被描绘成相对于圆顶201的出口和漫射器203的入口是成角度的，但是本领域普通技术人员将理解该配置只是示例性的，并且光导管202可以是适合于将太阳光递送到漫射器203的任意配置。例如，光导管102可以是直的、曲线的、成角度的或其组合。光导管102还可以被配置成窗口或天窗的形式。在这样的情形下，光导管可以为任意适当的形状或配置，例如四边形（方形，矩形，梯形等），三角形，椭圆形等。在一些实施例中，光导管被配置成将所捕获的自然光以小于大约1%的损耗—诸如小于大约0.5%的损耗或者甚至小于大约0.1%的损耗—传递到漫射器203。此外，阳光管可以被配置成针对每个圆顶201和漫射器203利用一个（如所示出那样）或多于一个（例如两个，三个，四个等）光导管。
漫射器203接收来自光导管202的太阳光，并将其分布到建筑物205的内部。一般而言，漫射器203被配置成在被照射的空间内提供想要的自然光分布。例如，漫射器203可以被配置成凸起的圆顶，以便提供从光导管202接收的均匀或实质上均匀的自然光分布。然而，漫射器203的形状和配置可以被更改以实现各式各样的光分布和/或效果。此外，尽管漫射器203在图2A中被示出为安装在建筑物205的内部空间的天花板206之下，但是应当理解漫射器203能够以任意方式安装，并且放置于递送由圆顶201捕获的自然光所想要的任何地方。
除了前面提及的部件，在此描述的照明***包括至少一个人工光源207。作为可以根据本公开使用的适当的人工光源的非限制性例子，提及了多模式人工光源，和与单模式人工光源组合的多模式人工光源。
如在此所使用那样的，术语“多模式人工光源”指具有至少两种可选择颜色和/或色温的多种辐射源中的任意一种。这样的源包括但不限于如以下定义的基于LED的源：具有多个可选择颜色和/或色温的白炽源（丝极灯，卤素灯），具有多个可选择颜色和/或色温的荧光源（例如，具有两个或更多个色温的荧光灯），以及具有多个可选择颜色和/或色温的高亮度放电源（例如，钠灯，水银灯和金属卤化物灯）。在一些实施例中，在此使用的多模式光源能够表现出宽范围的颜色和色温，诸如红、绿、蓝（RGB）色域和/或红、绿、蓝和黄（RGBY）色域中的颜色。
如在此所使用的那样，术语“发光二极管”和“LED”可互换地使用，并且指任意的发光二极管或能够响应于电信号生成辐射的其它类型的基于载流子注入/结的***。因此，术语LED包括但不限于各种响应于电流来发射光的基于半导体的结构，发光聚合物，发光条和电致发光条等。
尤其是，术语LED指可以被配置成在可见、紫外和UV光谱中的一个或多个的所有或各种部分中生成光的所有类型的发光二极管（包括半导体和有机发光二极管）。可以被使用的适当的LED的非限制性例子包括各种类型的红外LED，紫外LED，红光LED，绿光LED，蓝光LED，黄光LED，琥珀色光LED，橙光LED和白光LED。这样的LED可以被配置成在宽光谱（例如整个可见光光谱）或窄光谱上发射光。
在本公开中使用的LED光源可以由一个或多个单独的LED形成。例如，LED光源可以被配置成包括发射不同光谱但其全体地发射出具有想要的颜色（例如，白色，红色，蓝色，绿色，黄色，橙色，琥珀色等）和/或色温的光的许多单独的LED。LED还可以与作为LED的组成部分的磷光体关联。
在一些实施例中，人工光源207是包括至少一个红光（R），绿光（G）和蓝光（B）LED，并且可选地包括至少一个黄光（Y）LED的多模式光源。R，G，B和可选地Y LED的每一个在可见光谱的单独的区中发射光，但全体地使得人工光源207能够发射包括RGB和/或RGBY色域的任意颜色或者颜色子集的任意颜色的光。替换地或附加地，本公开的照明***可以利用所谓的颜色可调谐LED，即具有可调节的色温和可选地可调节的亮度的单独的LED。作为这样的颜色可调节LED的非限制性例子，提及了磷光体转换LED。
本公开的多模式人工光源可以被单模式人工光源补充以例如增加想要的光谱范围上的亮度和/或颜色再现。如在此所使用的那样，术语“单模式人工光源”指表现出单一颜色和色温的宽范围的光源。这样的源包括但不限于常规的白炽源、荧光源和高亮度放电源（例如，灯），以及单模式LED源（例如，不具有可调节或可选择的颜色和色温的高亮度白光LED）。
在一些实施例中，在此描述的照明***利用多模式LED光源与荧光灯的组合。例如，上面描述的多模式LED光源可以与具有不同色温的单模式荧光灯、多模式荧光灯和/或多个单模式荧光灯组合。在这些实施例中，荧光灯可以被调光/驱动以提供具有想要的亮度的光，同时LED源被驱动以供给附加的颜色加强/偏移。
单模式和多模式人工源可能能够在宽范围的亮度（明亮度）值上发射光。在一些实施例中，在在此描述的照明***中使用的单模式源和多模式源可以单独地或全体地发射亮度达到大约25,000勒克斯或更大的光，其中1勒克斯=1流明每平方米。例如，这样的源可以单独地或全体地表现出范围从大于0到大约25,000勒克斯的亮度，诸如大约1000到大约20,000勒克斯，大约2500到大约15000勒克斯，大约5000到大约12500勒克斯，或者甚至从大约8000到大约12000勒克斯。在本公开中所使用的一些人工光源中表现出近似为由至少一个阳光管供给的自然光的亮度。在一些实施例中，单模式和多模式人工光源的亮度能够例如经由调光而被主动地改变。
在一些实施例中，在此描述的人工光源中的至少一个被安装在阳光管的至少一个部件内。例如，并且如在图2A中所示那样，人工光源207可以被沿着光导管202的内部周期性地安装。当然，图2中的人工光源的207的放置只是示例，并且这样的源可以被放置在阳光管内的任意适当的位置处，包括在圆顶201和漫射器203内。此外，如果使用多个人工光源207，则它们可以被以任意方式布置在阳光管内。例如，可以将人工光源207关于圆顶201，光导管202和/或漫射器203中的任意一个的内部的周缘布置成几何（圆形，三角形，方形，矩形等）或不规则形状。在一个非限制性例子中，人工光源经由光导板被布置在漫射器203中。替换地或附加地，可以以随机的、成图案的和/或非随机的、非成图案的方式设置人工光源207。
在一些实施例中，在阳光管的内部或外部并且以从人工光源发射的光与由阳光管供给的自然光混合的方式设置人工光源。在图2C中一般性地图解了该构想，其中人工光源207（在该情况下为颜色可调谐LED源）被相邻于日光源—例如包含圆顶201，光导管202和漫射器203的光管—设置。如所示出那样，来自人工光源207的光和由日光源供给的自然光在被发射到被照射空间—例如建筑物的内部空间（未示出）—中之前在混合室215中混合。
通过以这种方式混合由人工和自然光源供给的光，来自所有源的光在离开诸如漫射器203的公共出口之前被混合（例如，在阳光管的部件本身中）。这能够给出从出口辐射的所有光来自于单个源的感受。这还能够消除或解决上面讨论的可察觉到的颜色差异问题。
如在稍后描述的那样，本公开的一些实施例利用被安装在阳光管和任意的混合室的外部的人工光源。尽管这样的配置可能摒弃了上面描述的“单个源”的益处，但是它们能够提供其它有用的特征和/或设计灵活性。
本公开的照明***还可以包括一个或多个开闭器208，开闭器进行操作以控制通过阳光管进入的自然光的亮度。开闭器208可以被手动或电动机械地致动，由此允许对由阳光管发射的自然光的亮度进行手动的、电子的和自动的控制。在一些实施例中，如以下描述的那样，开闭器208被电动机械地致动，并且响应由还可以被包括在照明***中的控制单元发射的控制信号。
开闭器208能够被配置成通过阻止自然光的全部或一部分通向漫射器203来更改通过阳光管进入的自然光的亮度。在一些实施例中，开闭器208能够阻挡达到大约50%，诸如达到大约75%，或者甚至达到大约99%的由圆顶201捕获的自然光进入要被照射的空间。开闭器208还可以包括精细马达控制，这允许在任意的前述范围内以小增量（例如1%，5%等）进行对光的阻挡。
与本公开的其它方面相结合，开闭器208能够例如通过限制自然光对由如以下所描述的照明***供给的全体光的贡献，来协助在此描述的照明***以“覆盖”或补充由圆顶201捕获的自然光。
当在此描述的照明***被安装在包括至少一个窗口的位置时，它们可以进一步包括手动地或自动地致动的窗口开闭器。在图2B和2D中反映了该构想，其中日光传感器209（稍后描述）被安装在窗口213。窗口开闭器214被安装在窗口213中，并且用来例如响应于从控制单元（稍后描述）传送的控制信号，控制经窗口213进入建筑物的自然光的量和亮度。
如在图2B中进一步示出的那样，在此描述的照明***可以包括与人工光源207和/或开闭器208通信的控制单元211。在操作中，控制单元211将控制信号输出到人工光源207，以及可选地输出到开闭器208。基于那些控制信号的内容，人工光源207发射具有想要的颜色，色温，以及可选地具有想要的亮度的光。此外，开闭器208进行致动以调节由阳光管提供的自然光的亮度。按这种方式，控制单元211将“指令”提供给开闭器208和人工光源207以便实现想要的照明轮廓。
如在此所使用的那样，术语“照明轮廓”指由光源或***提供的光的光谱特性（颜色，温度，亮度等）。照明轮廓可以是自然的（例如，从诸如户外的自然环境记录或测量的），或者是合成的（例如，从诸如相片的非自然源手动地显影或测量的）。可以从对自然环境的主动并且可选地实时的数据测量、手动输入、对照明环境的样本（例如，相片，视频图像等）的测量、或者这些的组合来生成构成照明轮廓的数据。例如，可以通过利用日光传感器测量或记录诸如在明朗的晴天或在诸如受欢迎的海滩的有名的位置处遇到的照明状况的想要的自然光状况，来生成“自然”照明轮廓。另一方面，“人工”照明轮廓可以被手动地创建，其是通过照明算法或者对诸如相片的照明环境的样本实行光谱分析而确定的。
控制单元211可以包括能够例如以机器可读格式存储一个或多个照明轮廓的存储器。按这种方式，在此描述的控制单元允许对能够补充或覆盖由阳光管或另外的自然光源供给的自然光的想要的照明轮廓进行自动或手动的选择。
控制单元211可以进一步包括处理器。该处理器能够进行操作以分析并解释从诸如稍后描述的（多个）日光传感器或照相机209以及（多个）外界传感器210的环境传感器接收的环境信号。基于该分析，控制单元能够将控制信号输出到人工光源207和/或开闭器208。这样的控制信号可以为任意想要的格式，包括但不限于在照明***中通常使用的DMX和DALI协议。
如在上面所提及的那样并且如在图2B中图解的那样，在此描述的照明***可以进一步包括至少一个环境传感器，诸如日光传感器209。日光传感器209可以被布设在监视自然光的颜色特性所想要的任意想要的位置。例如，日光传感器209可以被布设在建筑物的窗口中，在那里日光传感器能够从该窗口的视角检测并监视自然光的颜色。
在操作中，日光传感器209监视外部环境（例如，户外）的光谱特性，并将一个或多个环境信号传送到控制单元211以用于分析和解释。例如，日光传感器可以进行操作以监视在户外环境中呈现的颜色特性（例如，波长（颜色），色温和亮度）。在一些实施例中，多个日光传感器被使用并被布设在贯穿建筑物的不同位置处。每个日光传感器进行操作以从其各自的位置监视日光的颜色特性，并且生成用于传送到控制单元211的环境信号。
基于包含在由日光传感器209产生的环境信号中的信息，控制单元211将控制信号输出到人工光源207（和/或开闭器208），并且更改由人工光源207产生的光的颜色和亮度以应对自然光中的不想要的特性。在一些实施例中，由人工光源207产生的光的颜色和/或亮度被控制单元211调节从而实质上模拟或补充自然光的颜色和/或亮度。在其中人工光补充自然光的情况下，人工光可以“填补”或覆盖自然光的光谱中的间隙和/或不想要的变化，从而实现具有想要的质量，颜色和/或光谱特性的光。
为了图解该构想，参考图3A和3B，图3A和3B对由日光传感器在晴天（图3A）和阴天（图3B）期间测量的红色（R），绿色（G），蓝色（B）以及明朗（C）的光亮度对比于白天的时间进行了绘制。如在图3B中所示那样，与对应于晴天的RGBC数据相比，对应于阴天的RGBC数据可能表现出明显的并且看起来随机的变化。在阴天期间，由阳光管供给的自然光可能会与在图3B中示出的数据相符，这可能导致在内部空间中的不想要的照明状况。
在本公开的一些实施例中，本公开的控制单元211能够通过将由日光传感器获取的数据与一个或多个照明轮廓比较来解决该不想要的变化性。基于该比较，控制单元211能够输出引起人工照明单元补偿所监视的自然光中的不想要的变化性的控制信号。使用图3A和3B作为例子，控制单元211能够执行在阴天期间测量的RGBC传感器数据（图3B）与在晴天期间测量的想要的RGBC传感器数据（图3A）的比较。基于该比较，控制单元211能够指示人工照明单元207输出具有足以应对雨天的RGBC数据的变化性的颜色和亮度的光。
例如，如果RGBC数据示出相对于晴天，在阴天期间发射相对少的蓝光，则控制单元211能够指示人工照明单元207发射具有对应的颜色（波长）和亮度的蓝光以将阴天的RGBC数据“标准化”为晴天的RGBC数据。按这种方式，如上面所描述的人工光源能够被本地传感器驱动，因此允许由在此描述的照明***供给的照明状况的动态改变。
如在现有技术中所理解的那样，由诸如日光传感器的环境传感器提供的数据并不总是与诸如LED源的人工光源的所发射的颜色和亮度水平相关。因此，例如如果由日光传感器209产生的环境信号将RGB和亮度传感器数据提供给控制单元211，则可能需要将这样的数据变换成符合人工光源207的RGB和亮度水平。因此，在其中LED源被用在人工光源207中的情形下，控制单元211能够使用合适的的算法将传感器数据变换成实现想要的照明轮廓所需的必要的LED颜色和亮度值。
控制单元211能够通过有线或无线连接来调整人工光源207的光输出、开闭器208的操作以及窗口开闭器213（当被使用时）的操作。例如，控制单元211可以或是直接地或是通过一个或多个无线转发器212与人工光源207、开闭器208和窗口开闭器213上的接收器215无线通信。这样的无线通信可以使用802.11无线标准、802.15.4无线标准或另外的适当的无线通信协议来发生。
在一些实施例中，每个人工光源207可单独地被控制单元211寻址。结果，即使在采用大量人工光源时，控制单元211仍能够单独地控制每个人工光源207的输出。此外，控制单元211能够独立于安装在一个位置处的人工光源来更改安装在另一位置处的人工光源的输出。
除了前面提及的（多个）日光传感器209，本公开的照明***可以进一步包括至少一个外界光传感器210。与日光传感器209一样，外界传感器210运转以监视颜色和其它环境特性，并且将环境信号传送到控制单元211。然而，替代监视外部环境，外界传感器210被配置成监视由在此描述的照明***照射的区域的照明状况（例如，颜色，色温，亮度等），并将包含该信息的环境信号输出到控制单元211。这些环境信号能够由控制***211例如通过把由照明***输出的光的颜色和亮度特性相对存储在控制单元211的存储器中的照明轮廓进行比较来用于精细调谐人工光源207的输出。
此外，外界传感器210能够准许人工光源207的更灵活的放置。例如，人工光源可以被安装在阳光管的外部，并且不使用先前描述的混合室215。在一些实施例中，人工光源能够被布设为离阳光管非常远，诸如从大于0到大约100英尺或更多。
如在上面注意到的那样，在阳光管的外部布设人工光源可能造成在由人工光源供给的光和由阳光管供给的自然光之间的可察觉的颜色变化。尽管这样的布设为本公开所预想，但可能想要控制在此描述的人工光源和自然光源之间的颜色差异的程度。因此，在本公开的一些实施例中，（多个）外界传感器210和控制单元211协同地运转以相对于从诸如阳光管的自然光源输出的光的颜色和亮度，监视并调节由人工光源输出的光的颜色、色温和/或亮度。按这种方式，在此描述的照明***能够利用实质上一致或者合并了由具有变化的颜色、色温和/或亮度的光照射的区的照明轮廓来照射区域。
图2D图解该构想的一个非限制性例子。如所示出的那样，照明***200包括具有圆顶201、光导管202、漫射器203和开闭器208的多个阳光管。人工光源207，例如可调谐的LED源，被安装在阳光管的外部，诸如安装到建筑物205的内部空间的天花板206。日光传感器209测量窗口213外部的颜色和亮度信息，并且把包含这样的信息的环境信号传送到控制单元211。在建筑物205的内部空间周围设置多个外界传感器210。多个外界传感器210测量呈现在建筑物205的内部空间中的光、由人工光源207发射的光、以及/或者由自然光源—例如阳光管和/或（多个）窗口213阳光管—发射的光的颜色、色温和亮度。在一些实施例中，外界传感器被配置成或是独自地或是与在上面描述的颜色、色温和亮度信息组合地测量诸如温度和/或湿度的其它环境因素。这样的温度和湿度数据可以例如被输入到HVAC控制中，由此准许对被控制的环境的照明、温度和湿度进行控制。
外界传感器209将前面提及的数据以环境信号的形式通信给控制单元211。控制单元211分析由日光传感器209和多个外界传感器210提供的环境信号，并经由接收器215和可选的无线转发器212将控制信号无线地输出到开闭器208和多个人工光源。响应于这些控制信号，开闭器208进行致动以调节由阳光管供给到建筑物205的内部空间的自然光的亮度。此外，可以调节人工光源207中的每一个的颜色、色温和/或亮度。按这种方式，控制单元211能够主动地调节由照明***200供给的光的颜色、温度、质量和亮度。
基于上面的描述，应当理解在此描述的照明***的部件可以位于多种不同的位置。因此，例如，传感器、阳光管和人工光源可以被设置在相同的房间或建筑物内的不同位置处。不管它们怎么放置，这样的部件可以被控制单元211单独地寻址和控制。此外，控制单元211可以被配置有将不同的控制信号发送到照明***的各个部分（例如，不同的人工光源，开闭器等）的能力。结果，控制单元211能够发出相对于***中的一个点，在***中的另一点处引起不同的光输出和开闭器控制的控制信号。结果，控制***211能够在更改内部空间的全体照明环境方面为照明设计者提供很大的灵活性。实际上，这样的***可以使照明设计者能够设计利用具有实质上一致的颜色和/或亮度的光的照明环境，或者利用具有依赖于建筑物内的位置、白天的时间或其它因素而变化的颜色和/或亮度的光。
本公开的另一方面涉及利用在此描述的照明***的照明方法。作为这样的方法的例子，参考图4，其中利用箭头来图解根据本公开的示例的照明***400的部件之间的信息和/或信号的流动。如所示出的那样，在此描述的方法包括提供照明***400，照明***400包括至少一个自然光源（例如阳光管），至少一个人工光源407（例如多模式人工光源），至少一个环境传感器409和至少一个控制单元411。自然光源还可以包括至少一个开闭器408（未示出）。还可以包括至少一个外界传感器409和至少一个窗口开闭器410。
在这样的方法中，环境传感器（例如日光传感器）测量诸如户外环境的颜色、色温和/或亮度的至少一个环境特性。环境传感器409将包含有关至少一个环境特性的信息的环境信号输出到控制***411。在利用外界传感器410的***中，外界传感器410独立于环境传感器409地测量要被照明***400照射的环境的环境特性（例如，颜色，色温和/或亮度），以及由自然光源和人工光源407输出的光。基于这些测量，外界传感器410将环境信号输出到控制***411。
当接收到来自环境传感器409以及可选地来自外界传感器410的环境信号时，控制***411将至少一个控制信号输出到人工光源407以及可选地输出到开闭器408和窗口开闭器414。响应于这些控制信号，人工光源407输出具有想要的颜色、色温和/或亮度的光。此外，开闭器408和/或窗口开闭器414可以进行致动以使更多或更少的自然光进入。按这种方式，控制***411能够独立地控制照明***400的单独的元件，以便在被照射的空间中实现想要的照明轮廓。
本公开的照明***和方法通过使得能够更多地使用自然光而具有用于实质上的能量节约的潜力。此外，这样的***能够复现当前的日光状况，并且能够利用想要的可选照明轮廓来覆盖当前的日光状况，因此为终端用户提供多种选择。
本公开的另一方面涉及利用在此描述的照明***的照明装置和方法。作为这样的方法和***的例子，参考图5，其中利用箭头来图解根据本公开的示例性照明***500的部件之间的信息和/或信号的流动。如所示出的那样，在此描述的方法包括提供照明***500，照明***500至少包括传感器或照相机或颜色信息源、至少一个人工光源（例如，多模式人工光源）、至少一个外部传感器/监视器和至少一个控制单元。还可以包括（但并不要求）如先前所描述的自然光源。
如在此所使用的那样的照相机、图像传感器或颜色信息源指任意的成像装置，例如但不限于视频照相机、网络摄像机、数字单透镜反射照相机（DSLR）、移动/智能电话照相机、游戏装置、R-G-B图像传感器或获取图像信息的其它成像装置。可以使用多种通信和网络协议通过有线或无线将照相机连接到计算机或处理。信息可以被作为图像和/或流视频帧来通信。视频信号可以要求“帧抓取器”处理以提供图像或单独的帧用于分析。
计算机可以利用软件和/或硬件将来自由照相机获取的图像的颜色/亮度信息转换成例如R-G-B位图格式。该格式可以被用于驱动具有R-G-B输入的照明器具或灯具。由于人类视觉***以类似于—虽然不完全相同—R-G-B颜色空间的方式工作，因此R-G-B是用于计算机图形学的方便的颜色模型。R-G-B颜色模型是其中红色、绿色和蓝色光被以各种方式添加在一起以再现宽的颜色阵列的加性颜色模型。该模型的名称来自三种加性原色—红色，绿色和蓝色的首字母。
最通常使用的R-G-B颜色空间是sRGB 和Adobe RGB（其具有明显更大的域）。sRGB被认为是最通常使用的R-G-B颜色空间，特别是在消费者级数字照相机，HD视频照相机和计算机监视器中。HDTV使用类似的空间，共用sRGB原色—这通常被称为Rec.709。sRGB被认为对于大多数消费者应用而言是足够的。使所有的装置使用相同的颜色空间是方便的，因为图像不需要在显示前被从一种颜色空间转换到另一种颜色空间。
计算机可以使用已经针对良好的所成像场景颜色复现来优化的照相机软件算法，该信息可以被有利地利用以提供用于R-G-B通道类型的照明器具的颜色/亮度控制信息。可以从减小的、照相机不得不操作于其中以与当前的计算机（R-G-B）监视器***兼容的动态范围（对于每个颜色通道等于255的亮度值的8比特）来取得当前的照相机算法的附加的优点。这些优点并不限制于8比特并且可以提供针对16比特或更高成像装置的优点。
为了补偿真实日光亮度的高得多的范围，该算法可以动态地调节照相机传感器的曝光时间或光圈开口，因此已经针对典型的当前数字照明器具驱动电子设备提供了R-G-B值的必要的限制值范围。
计算机将颜色/亮度信息馈送到控制器/驱动器。控制器引起照明器具发射重建图像的颜色和亮度的想要的颜色和亮度。可以布设附加的传感器（图5中未示出）以确定在被照射的区域内的光的当前发射，如先前所描述的那样。照明器具然后可以被用于补充当前发射以在被照射的区域内复现图像中的想要的照明轮廓。
如在图6中所示那样，计算机或照相机的处理算法600可以从流视频帧或保存的图像中提取颜色/亮度信息。这些R-G-B值可能不必然导致来自照明器具的相同的R-G-B输出。照明器具的输出R'-G'-B'可能通常需要被调节以创建与图像相同的R-G-B值。经常能够通过以稍微不同的比例混合照明器具颜色来进行该“调节”。该混合可以由变换矩阵（依赖于照明器具）来描述：
。
矩阵元素M11…M33可能不得不通过测量来加以确定；该处置可以被称作“校准”。然后由下式给出驱动器需要提供给照明器具的R'-G'-B'值。
该矩阵描述的优点可以在于其被容易地实施为微处理器算法的事实。
本发明的实施例还可以包括基于图像的区选择性地定义颜色分析的多种处理算法。示例的模式可以包括但不限于下面的实施例。在一个实施例中，如图7A中所示那样，该方法仅将中心像素用于颜色分析。在另一实施例中，如图7B中所示那样，被积分的中央区域被用于颜色分析。在另一实施例中，如图7C中所示那样，用户可以例如通过放置光标来选择区域。可以基于预期的应用来选择该区的大小。在另一例子中，整个图像可以被使用或选择一部分，例如，图像的边缘或边框可以被用于颜色分析。此外，可以对颜色/亮度值应用加权函数；例如，图像的边缘区域与中心相比可以被更高地加权。这能够导致从图像到可能的背景照射的更平滑的转变。在其它实施例中，可以应用在若干图像上的平均。这可能导致在时域中更平滑的转变。
在另一实施例中，可以对时域中的颜色/亮度值应用加权函数。可以使用具有美国的典型地为30帧/秒（NTSC）或欧洲的25帧/秒（PAL）的帧速率的视频来更新颜色/亮度信息，可能想要的是减小更新速率。降低的帧速率减小了对网络和电子驱动器要求的需求。实际上，在日光应用中，可能想要的是以减小得多的速率（例如，每五分钟一次）来更新照明器具输出。实施例可以鉴于人类感知上的限制将照明器具的更新最小化。
示例实施例能够被用于重建想要的位置和/或天气状况，例如，单人旅行可能想要具有在家里或在所喜爱的位置处的当前状况的照明轮廓。在另一例子中，一个人可能想要具有在明朗夜晚的加勒比海日落的照明轮廓。
在其它应用中，实施例可以与监视器上的图像显示组合地使用。在一个例子中，可以用从对幻灯片播放的每个图像进行分析而获得的复现的照明轮廓的发射来补充图像的幻灯片播放。在另一例子中，可以用从电影获得的复现的照明轮廓的发射来对电影进行补充。在该例子中，通过在场景期间的照明轮廓的发射来增强室内，户外，夜晚，中午和/或早上的场景。在这些例子中，可以在显示之前对图像进行分析或者可以将照相机导向显示图像或视频的监视器。如先前所讨论的那样，该处理可以检验图像的边框或图像的指定区，以获得所要求的信息。在场景复现的例子中，例如，如果值的范围可能指示例如室内场景或晴朗的户外场景，则该处理可以使用已知的一组值以提供用于场景的一组发射。
通过考虑在此公开的本发明的说明书和实施，对于本领域技术人员来说本发明的其它实施例将变得明显。意图仅将说明书和例子认为是示例的，本发明的真实精神和范围由后附的权利要求所指示。

Claims (18)

1.一种照明***，包括：
至少一个多模式人工外界光源；
至少一个控制单元，其被耦合至所述至少一个多模式人工外界光源并且被配置成将至少一个控制信号输出到所述至少一个多模式人工外界光源，其中所述至少一个多模式人工外界光源被配置成响应于所述至少一个控制信号而输出具有变化的颜色和色温的光；
被耦合至所述至少一个控制单元的一个远程图像传感器，其中所述远程图像传感器被配置成检测至少一个颜色和亮度特性，并基于所检测的颜色和亮度特性将输出信号输出到所述至少一个控制单元；以及
被耦合至所述至少一个控制单元的附加传感器，其中所述附加传感器被配置成检测当前照明状况的至少一个颜色和亮度特性，以及其中所述控制单元补偿用于当前照明状况的控制信号。
2.根据权利要求1所述的照明***，其中所述远程图像传感器仅利用一个像素来用于辅助的颜色和亮度特性。
3.根据权利要求1所述的照明***，其中所述远程图像传感器利用被检测图像的比该被检测图像的区域小的区。
4.根据权利要求1所述的照明***，其中所述远程图像传感器仅利用被检测图像的比该被检测图像的区域小的边界区。
5.根据权利要求1所述的照明***，其中所述远程图像传感器利用被检测图像的被加权的边界区和中心区。
6.根据权利要求1所述的照明***，其中所述远程图像传感器利用帧抓取器来提供图像以通过所述远程图像传感器检测至少一个颜色和亮度特性。
7.根据权利要求1所述的照明***，其中所述远程图像传感器将颜色和亮度特性转换成具有R-G-B位图格式的输出信号。
8.根据权利要求1所述的照明***，进一步包括混合室，所述混合室被配置成接收来自自然光源的光和来自所述至少一个多模式人工外界光源的光。
9.根据权利要求1所述的照明***，其中所述至少一个多模式人工外界光源包括多个发光二极管（LED），其中所述多个发光二极管中的每一个能够由所述至少一个控制单元单独地寻址和控制。
10.根据权利要求1所述的照明***，其中所述至少一个多模式人工外界光源被设置在至少一个阳光管内。
11.一种照明方法，包括：
利用远程图像传感器检测至少一个颜色和亮度特性并且基于颜色和亮度特性产生到至少一个控制单元的输出信号；
由所述至少一个控制单元将至少一个控制信号输出到至少一个多模式人工外界光源；
由至少一个多模式人工外界光源响应于所述至少一个控制信号而输出具有变化的颜色和色温的光；
由耦合至所述至少一个控制单元的附加传感器检测当前照明状况的至少一个颜色和亮度特性；以及
由所述控制单元补偿用于当前照明状况的控制信号。
12.根据权利要求11所述的照明方法，其中所述远程图像传感器仅利用一个像素用于辅助的颜色和亮度特性。
13.根据权利要求11所述的照明方法，其中所述远程图像传感器利用被检测图像的比该被检测图像的区域小的区。
14.根据权利要求11所述的照明方法，其中所述远程图像传感器利用帧抓取器来提供图像以通过所述远程图像传感器检测至少一个颜色和亮度特性。
15.根据权利要求11所述的照明方法，其中所述远程图像传感器将颜色和亮度特性转换成具有R-G-B位图格式的输出信号。
16.根据权利要求11所述的照明方法，进一步包括混合室，所述混合室被配置成接收来自自然光源的光和来自所述至少一个多模式人工外界光源的光。
17.根据权利要求11所述的照明方法，其中所述至少一个多模式人工外界光源包括多个发光二极管（LED），其中所述多个发光二极管中的每一个能够由所述至少一个控制单元单独地寻址和控制。
18.一种照明***，包括：
至少一个多模式人工外界光源；
至少一个控制单元，其被耦合至所述至少一个多模式人工外界光源并且被配置成将至少一个控制信号输出到所述至少一个多模式人工外界光源，其中所述至少一个多模式人工外界光源被配置成响应于所述至少一个控制信号而输出具有变化的颜色和色温的光；以及
被耦合至所述至少一个控制单元的一个远程图像传感器，其中该远程图像传感器被配置成检测至少一个颜色和亮度特性，并基于所检测的颜色和亮度特性将输出信号输出到所述至少一个控制单元；
阳光混合管，其被配置成接收来自自然光源的光和来自所述至少一个多模式人工外界光源的光；以及
附加的自然光传感器，其被耦合至所述至少一个控制单元，其中所述附加的自然光传感器被配置成检测所述自然光源的至少一个颜色和亮度特性以及其中所述控制单元补偿用于自然光源的控制信号。
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