用于圖像和目標(biāo)增強的方法以及光照系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】新穎的光照系統(tǒng)包括圖像捕捉裝置、圖像處理器、以及圖像投影儀。在特別實施例中，圖像捕捉裝置捕捉目標(biāo)的圖像并將其轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)，圖像處理器基于圖像數(shù)據(jù)生成照明圖案，并且圖像投影儀將照明圖案投影到目標(biāo)上?？蛇x擇地，光照系統(tǒng)包括用于周期性地更新照明圖案的受控制的反饋機構(gòu)。在更特別的實施例中，光照系統(tǒng)持續(xù)地更新照明圖案以實時地照射目標(biāo)。
【專利說明】用于圖像和目標(biāo)增強的方法以及光照系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年3月13日提交的美國臨時專利申請No. 61/610, 293的優(yōu)先權(quán)， 其全文內(nèi)容通過參考被并入于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明一般涉及光照系統(tǒng)，并且更特別地涉及具有受控制的圖像捕捉和照明能力 的光照系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004] 存在許多不同類型的用于增強或改變實物的外觀的光照系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的最簡單 形式之一是那些通常被用在藝術(shù)畫廊中以展示諸如繪畫、照片、雕塑等的靜態(tài)藝術(shù)品的光 照系統(tǒng)。這些系統(tǒng)典型地包括一個或更多個從一個或更多個固定的位置連續(xù)地照射目標(biāo) (subject)的燈。
[0005] 雖然傳統(tǒng)的固定位置的光照系統(tǒng)可在某種程度上增強可見度和外觀，但是它們的 能力基本上受它們固有的簡單性而限制。例如，這類系統(tǒng)典型地用單一的特定的光照條 件（例如強度、顏色，等等）來均勻地照射整個目標(biāo)，從而使得不可能獲得對于增強目標(biāo)的 總體外觀為最佳的光照條件。這是因為單個目標(biāo)典型地具有許多不同的差別很大的紋理 (texture)和/或顏色，并且對于一個特定的紋理和/或顏色的最佳光照條件不一定是對 于另一個特定的紋理和/或顏色的最佳條件。作為另一個限制，難以在也不照射非特別關(guān) 心的相鄰細(xì)節(jié)的情況下，選擇性地隔離和增強目標(biāo)上的特定細(xì)節(jié)（例如某些顏色、紋理、圖 案，等等）的外觀。
[0006] 所以，需要的是可以同時使用多個不同的光照條件的光照系統(tǒng)。還需要的是可以 選擇性地增強目標(biāo)的隔離的細(xì)節(jié)的外觀的光照系統(tǒng)。還需要的是可以使在正常光照條件下 不可見的目標(biāo)的特征可見的光照系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明通過提供精確地增強被照射目標(biāo)的特定細(xì)節(jié)的可見度和/或外觀的光照 系統(tǒng)，克服了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。
[0008] 光照系統(tǒng)包括：圖像捕捉裝置，能操作為捕捉目標(biāo)的圖像作為圖像數(shù)據(jù)；以及圖 像處理器，被耦接以接收來自圖像捕捉裝置的圖像數(shù)據(jù)。圖像處理器能操作為至少部分地 基于圖像數(shù)據(jù)來生成照射圖案。圖像投影儀被耦接以接收來自圖像處理器的照射圖案并能 操作為將照射圖案投影到目標(biāo)上。
[0009] 在一個示例性實施例中，圖像捕捉裝置適于捕捉表示由可見光譜外（對于人來 說）的電磁輻射形成的圖像的圖像數(shù)據(jù)。圖像處理器將與由可見光譜外的電磁輻射形成的 圖像有關(guān)的圖像數(shù)據(jù)和表示由可見光譜內(nèi)的電磁輻射形成的另一圖像的其他圖像數(shù)據(jù)相 關(guān)聯(lián)。通過將可見圖像數(shù)據(jù)和不可見圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，可以生成投影圖案，所述投影圖案當(dāng) 被投影到目標(biāo)上時使不可見特征可見。
[0010] 在另一個示例性實施例中，圖像捕捉裝置是移動主機裝置（例如，移動電話、平板 電腦，等等）的照相機系統(tǒng)?？蛇x擇地，圖像投影儀是適于與移動主機裝置協(xié)作的可拆卸配 件。在另一個示例性實施例中，圖像捕捉裝置、圖像投影儀和圖像處理器是移動主機裝置的 組成部分。
[0011] 在一個實施例中，光學(xué)地對準(zhǔn)圖像捕捉裝置和圖像投影儀。例如，使用分束器光學(xué) 地對準(zhǔn)圖像投影儀和圖像捕捉裝置。在該示例性實施例中，投影儀和成像器在光學(xué)路徑中 共享一個或更多個透鏡?？商娲兀队肮鈱W(xué)裝置和成像光學(xué)裝置可以是分離的。
[0012] 在一個示例性實施例中，光照系統(tǒng)包括能操作為在圖像捕捉裝置捕捉目標(biāo) 的圖像的同時照射目標(biāo)的目標(biāo)照明系統(tǒng)。在一個實施例中，光照系統(tǒng)是獨立自足 (self-contained)的裝置，并且照明源是該裝置的組成部分。在另一個示例性實施例中，光 照系統(tǒng)還包括輔助光照系統(tǒng)接口并且照明源是被耦接到輔助光照接口的輔助光照系統(tǒng)。照 明源可以用可見光譜內(nèi)或可見光譜外中的任一者或兩者的光來照射目標(biāo)。
[0013] 可選擇地，可以基于目標(biāo)的多個單獨的所捕捉的圖像來生成照明圖案。在那種情 況下，圖像數(shù)據(jù)至少表示目標(biāo)的第一圖像和目標(biāo)的第二圖像。舉例來說，可以在第一圖像的 捕捉期間由照明源以第一強度照射目標(biāo)。然后在第二圖像的捕捉期間由照明源以第二強度 (不同于第一強度）照射目標(biāo)?？商娲兀?dāng)以均勻的強度但是從各種不同的角度照射目標(biāo) 的同時，可以捕捉多個圖像。使用多個被捕捉的圖像，圖像處理系統(tǒng)可以生成投影圖案，所 述投影圖案是目標(biāo)的高動態(tài)范圍圖像。
[0014] 還描述了一種照射目標(biāo)的方法。該方法包括如下步驟：將目標(biāo)的第一圖像轉(zhuǎn)換為 圖像數(shù)據(jù)；處理圖像數(shù)據(jù)以生成照明圖案；以及將照明圖案投射到目標(biāo)上。在一種特別的 方法中，目標(biāo)的第一圖像由可見光譜外的電磁輻射形成。在一種更特別的方法中，處理圖像 數(shù)據(jù)以生成照明圖案的步驟包括將第一圖像（不可見光譜）的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為表示可見光 譜內(nèi)的圖像的圖像數(shù)據(jù)。
[0015] 在一種示例性方法中，捕捉第一圖像的步驟包括在捕捉第一圖像的同時照射目 標(biāo)。在一種更特別的實施例中，捕捉目標(biāo)的第一圖像的步驟還包括在捕捉第一圖像的同時 以第一強度水平照射目標(biāo)，并且在以不同的第二強度水平照射目標(biāo)的同時捕捉目標(biāo)的第二 圖像。可選擇地，該方法還包括使用目標(biāo)的多個圖像來生成投影圖案，所述投影圖案是目標(biāo) 的高動態(tài)范圍圖像。
[0016] 本發(fā)明的應(yīng)用包括但不局限于：制造、勘探、采礦、博物館和藝術(shù)畫廊、消費產(chǎn)品、 研究、衛(wèi)星照片分析、教育、會議室和劇院。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 參照下列附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示基本上類似的元素：
[0018] 圖1示出了用于增強目標(biāo)的外觀和/或可見度的光照系統(tǒng)；
[0019] 圖2是用于增強目標(biāo)的外觀和/或可見度的基于微處理器的光照系統(tǒng)的框圖；
[0020] 圖3示出了由圖1的系統(tǒng)或圖2的系統(tǒng)照射的目標(biāo)的正視圖；
[0021] 圖4示出了由圖1的系統(tǒng)或圖2的系統(tǒng)照射的圖3的目標(biāo)的另一正視圖；
[0022] 圖5示出了由圖1的系統(tǒng)或圖2的系統(tǒng)照射的另一目標(biāo)的正視圖；
[0023] 圖6示出了由圖1的系統(tǒng)或圖2的系統(tǒng)照射的另一目標(biāo)的正視圖；
[0024] 圖7示出了另一光照系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0025] 圖8示出了圖7的光照系統(tǒng)的頂視圖；
[0026] 圖9示出了又一光照系統(tǒng)的后視圖；
[0027] 圖10示出了圖9的光照系統(tǒng)的側(cè)視圖；以及
[0028] 圖11示出了概述一種用于照射目標(biāo)的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明通過提供捕捉目標(biāo)的圖像、基于捕捉的圖像生成照明圖案并將照明圖案投 影回到目標(biāo)上的光照系統(tǒng)，克服了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。所投影的照明圖案增強目標(biāo)的 外觀和/或可見度。在下面的描述中，闡述許多具體的細(xì)節(jié)（例如，具體的目標(biāo)）以便提 供對本發(fā)明的透徹理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到可以脫離這些具體的細(xì)節(jié)來實 踐本發(fā)明。在其他實例中，已省略眾所周知的數(shù)字圖像處理實踐（例如，對象擴充（object augmentation)、模式識別，等等）和部件的細(xì)節(jié)，以免不必要地混淆本發(fā)明。
[0030] 圖1例示了光照系統(tǒng)100,所述光照系統(tǒng)100通過捕捉目標(biāo)的圖像、生成照明圖案 (例如，目標(biāo)的高對比度圖像）并將照明圖案投影回到目標(biāo)上來增強目標(biāo)的外觀。在該特定 實施例中，示出光照系統(tǒng)100照射目標(biāo)102,所述目標(biāo)102以舉例的方式被描繪為繪畫。目 標(biāo)102通過例如小畫架106被安置在目標(biāo)平臺104 (例如，桌面）上。雖然目標(biāo)102是基本 上二維的對象（即，繪畫），但是系統(tǒng)100也可以用于增強三維的目標(biāo)的外觀，所述三維的目 標(biāo)包括但不局限于雕塑、人、人工制品、制造的部件/組件、舞臺道具、建筑結(jié)構(gòu)以及自然結(jié) 構(gòu)。另外，本發(fā)明的照明系統(tǒng)可用于增強在諸如繪畫102的基本上二維的對象中的相對小 的三維特征（例如筆觸、紋理，等等）的外觀。
[0031] 光照系統(tǒng)100包括目標(biāo)照明系統(tǒng)108、系統(tǒng)光學(xué)裝置110、分束器112、圖像捕捉裝 置（I⑶)114、圖像處理系統(tǒng)（IPS) 116、圖像投影儀（IP) 118、輔助照明系統(tǒng)接口（AISI) 120、 輔助照明系統(tǒng)122和用戶接口 124。照明系統(tǒng)108包括一個或更多個被布置為充分地照射 目標(biāo)102的光源。系統(tǒng)光學(xué)裝置110將目標(biāo)102的圖像聚焦通過分束器112并到I⑶114 上。I⑶114將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)并且將圖像數(shù)據(jù)傳送至圖像處理系統(tǒng)116。圖像處理 系統(tǒng)116處理圖像數(shù)據(jù)以生成投影圖案并將投影圖案傳送至圖像增強投影儀118,所述圖 像增強投影儀118將圖案通過分束器112和系統(tǒng)光學(xué)裝置110投影到目標(biāo)102上。被投影 到目標(biāo)102上的圖案被特別地設(shè)計以增強目標(biāo)102的某些特征的可見度。
[0032] 在該實施例中，目標(biāo)照明系統(tǒng)108是能操作為在I⑶114捕捉目標(biāo)102的一個或 更多個圖像的同時照射目標(biāo)102的一圈燈。在該示例性實施例中，照明系統(tǒng)108包括多個 光源，所述多個光源被耦接至IPS116并受其控制以使照明系統(tǒng)108的目標(biāo)照明操作和ICD 114的圖像捕捉操作同步。另外，每個光源由IPS 116選擇性地控制，使得可以改變曝光照 明條件（即，強度、顏色、源位置、方向，等等）。
[0033] 系統(tǒng)光學(xué)裝置110是能操作為將目標(biāo)102的圖像聚焦通過分束器112并到I⑶ 114上的透鏡系統(tǒng)。另外，由IP 118投影通過分束器112的照明圖案也經(jīng)由光學(xué)裝置110 聚焦到目標(biāo)102上。分束器112使得I⑶114能夠從與投影儀118將照明圖案投影到目標(biāo) 102上的視角相同的視角捕捉目標(biāo)102的圖像。可替代地，I⑶114可以在與投影儀118分 離的光軸上直接面朝目標(biāo)102,從而消除對分束器112的需求。
[0034] I⑶114是能操作為捕捉目標(biāo)102的圖像的電子圖像捕捉裝置（例如，CMOS傳感 器系統(tǒng)、CCD傳感器，等等）。合適的圖像捕捉裝置的選擇將依賴于系統(tǒng)的預(yù)期用途。例如， 如果系統(tǒng)意圖增強對于光的某個波長為高度反射的對象的可見度，那么圖像捕捉裝置應(yīng)該 對光的該特定波長靈敏，不管該波長是否在可見光譜內(nèi)。作為另一個示例，圖像捕捉裝置可 以包括過濾器（filter)以限制對一個或更多個特定光譜范圍的靈敏度?；谔囟ǖ膽?yīng)用， ICD 114可被配置為以某預(yù)定周期性間隔拍攝低分辨率圖像的流或高分辨率的圖像。
[0035] IPS 116被耦接以接收來自I⑶114的圖像數(shù)據(jù)并基于該圖像數(shù)據(jù)生成照明圖 案。照明圖案將添加給目標(biāo)102的特定圖像增強效果將依賴于期望的增強，并因此依賴于 被選擇來處理該圖像數(shù)據(jù)以獲得期望的結(jié)果的特定的數(shù)字圖像處理技術(shù)。例如，為了增強 目標(biāo)102的對比度，所投影的照明圖案可以是原始捕捉的圖像的通過使用已知的對比度增 強數(shù)字圖像處理技術(shù)處理圖像數(shù)據(jù)而生成的高對比度版本。將明白的是照明圖案可以通過 使用任何現(xiàn)在已知的或?qū)⒁婚_發(fā)的數(shù)字圖像處理技術(shù)處理圖像數(shù)據(jù)而生成。
[0036] 圖像投影儀118被耦接以接收來自IPS 116的照明圖案并且將其投影通過分束器 112并到目標(biāo)102上。投影儀的具體類型將根據(jù)預(yù)期用途而改變。例如，圖像投影儀118可 以是任何類型的單色或多色投影儀系統(tǒng)。另外，任何已知的投影技術(shù)可以在本發(fā)明中實施。 這類技術(shù)包括但不局限于激光掃描、數(shù)字光處理（DLP)和硅基液晶（LC0S)。
[0037] 輔助照明系統(tǒng)接口 120便于IPS 116和輔助照明系統(tǒng)122之間的通信。接口 120 例如可以是用于建立與系統(tǒng)122的有線連接的電氣端口?？商娲兀涌?120可以是用于 與輔助照明系統(tǒng)122無線通信的無線收發(fā)器。作為又一個示例，接口 120可以是計算機總 線連接。
[0038] 系統(tǒng)122包括出于圖像捕捉目的來照射目標(biāo)102的外部光源（例如，舞臺光照系 統(tǒng)、目標(biāo)顯示光照、外部圖像捕捉閃光系統(tǒng)，等等）。可替代地，系統(tǒng)122也可包括出于觀看 者觀看的目的來增強目標(biāo)102的照明的光源。
[0039] 用戶I/O接口 124包括便于與圖像處理系統(tǒng)116的用戶交互的用戶輸入/輸出裝 置（一個或更多個）（例如，計算機鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器屏幕、觸屏顯示器，等等）。
[0040] 下面是以舉例的方式，對光照系統(tǒng)100在開環(huán)單圖像捕捉模式中的操作的描述。 首先，IPS 116指示照明系統(tǒng)108、輔助照明系統(tǒng)122和I⑶114將目標(biāo)102的圖像轉(zhuǎn)換為圖 像數(shù)據(jù)。作為響應(yīng)，照明系統(tǒng)108和輔助照明系統(tǒng)122根據(jù)預(yù)定的照明設(shè)置照射目標(biāo)102。 然后，I⑶114捕捉由光學(xué)裝置110和分束器112聚焦到I⑶114上的目標(biāo)102的圖像。IPS 116接收來自ICD 114的圖像數(shù)據(jù)并且使用預(yù)先選擇的數(shù)字圖像處理技術(shù)來生成照明圖案 (例如，原始的捕捉圖像的經(jīng)處理版本）。接下來，經(jīng)處理的圖像被傳送到投影儀118,所述 投影儀118將照明圖案經(jīng)過分束器112和光學(xué)裝置110投影到目標(biāo)102上。光學(xué)裝置110 將所投影的圖像合適地聚焦到目標(biāo)102上。經(jīng)處理的圖像保持被投影在目標(biāo)102上直到用 戶經(jīng)由用戶I/O 124提供使光照系統(tǒng)100另有操作的輸入。
[0041] 下面是以舉例的方式，對光照系統(tǒng)100在開環(huán)單圖像捕捉模式中的操作的描述。 首先，IPS 116指示照明系統(tǒng)108、輔助照明系統(tǒng)122和I⑶114將目標(biāo)102的圖像轉(zhuǎn)換為圖 像數(shù)據(jù)。作為響應(yīng)，照明系統(tǒng)108和輔助照明系統(tǒng)122根據(jù)預(yù)定的照明設(shè)置照射目標(biāo)102。 然后，I⑶114捕捉由光學(xué)裝置110和分束器112聚焦到I⑶114上的目標(biāo)102的圖像。IPS 116接收來自ICD 114的圖像數(shù)據(jù)并且使用預(yù)先選擇的數(shù)字圖像處理技術(shù)來生成照明圖案 (例如，原始的捕捉圖像的經(jīng)處理版本）。接下來，經(jīng)處理的圖像被傳送到投影儀118,所述 投影儀118將照明圖案經(jīng)過分束器112和光學(xué)裝置110投影到目標(biāo)102上。光學(xué)裝置110 將所投影的圖像合適地聚焦到目標(biāo)102上。到此為止，光照系統(tǒng)100的操作基本上與在閉環(huán) 模式中的操作相同。但是，在閉環(huán)模式中，實時地用閉環(huán)的方式以足以照射目標(biāo)102的刷新 速率重復(fù)該過程。應(yīng)理解的是通過將目標(biāo)102的經(jīng)修改圖像實時地投影回到目標(biāo)102上， 被添加到目標(biāo)102的圖像增強效果會對光照系統(tǒng)100和目標(biāo)102之間的相對運動明顯地更 不敏感。
[0042] 下面是以舉例的方式，對光照系統(tǒng)100在閉環(huán)多圖像捕捉模式中的操作的描述。 首先，IPS 116指示系統(tǒng)108、系統(tǒng)122和I⑶114將目標(biāo)102的多個圖像轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)。 作為響應(yīng)，目標(biāo)照明系統(tǒng)108和輔助照明122根據(jù)第一預(yù)定照明設(shè)置照射目標(biāo)102。然后， I⑶114將目標(biāo)102的第一圖像轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)。接下來，目標(biāo)照明系統(tǒng)108和輔助照明 系統(tǒng)122根據(jù)不同的第二預(yù)定照明設(shè)置照射目標(biāo)102。然后，I⑶114捕捉目標(biāo)102的第 二圖像。接下來，IPS 116接收來自I⑶114的圖像數(shù)據(jù)（目標(biāo)102的第一圖像和第二圖 像），并且至少部分地基于第一圖像數(shù)據(jù)的一部分和第二圖像數(shù)據(jù)的至少一部分，使用選擇 的、預(yù)定義的數(shù)字圖像處理技術(shù)來生成投影圖像數(shù)據(jù)（例如，目標(biāo)102的單個高動態(tài)范圍圖 像）。接下來，投影圖像數(shù)據(jù)被傳送給投影儀118,所述投影儀118經(jīng)由光學(xué)裝置110將投 影圖像投影到目標(biāo)102上。然后，實時地用閉環(huán)的方式以足以維持目標(biāo)102的合適的照明 的刷新速率來重復(fù)第一步驟。應(yīng)理解的是光照系統(tǒng)100也可通過簡單地不重復(fù)圖像捕捉和 圖像處理步驟來以開環(huán)多圖像捕捉模式進行操作。
[0043] 雖然圖1的示例性實施例被集成到單個部件中，但是應(yīng)理解的是本發(fā)明的替代實 施例可用分離的部件實現(xiàn)。例如，在替代實施例中，圖像增強投影儀118和光學(xué)裝置110被 包括在常規(guī)投影儀中，圖像捕捉裝置114是數(shù)字照相機或攝像放像機（具有其本身單獨的 光學(xué)裝置），并且圖像處理系統(tǒng)116運行在個人計算機上。
[0044] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的基于微處理器的光照系統(tǒng)200的框圖。系統(tǒng) 200包括一個或更多個處理單元202、非易失性數(shù)據(jù)存儲器204、一個或更多個用戶輸入/輸 出裝置206、1⑶208、目標(biāo)照明系統(tǒng)210、圖像投影儀212、輔助照明系統(tǒng)接口 214以及工作 存儲器216,上述所有部件都經(jīng)由系統(tǒng)總線218互連。
[0045] 處理單元（一個或更多個）202執(zhí)行存儲在工作存儲器216中的數(shù)據(jù)和代碼，使系 統(tǒng)200執(zhí)行它的各種功能。非易失性存儲器204 (例如，只讀存儲器、硬盤驅(qū)動器（一個或 更多個），等等）為即使當(dāng)光照系統(tǒng)100掉電時仍被保留的數(shù)據(jù)和代碼（例如，引導(dǎo)代碼和 程序）提供存儲。I/O裝置206便于用戶和系統(tǒng)200之間的交互。I⑶208提供用于捕捉 目標(biāo)的圖像的裝置。照明系統(tǒng)210提供用于在ICD 208捕捉目標(biāo)的圖像的同時照射目標(biāo)的 裝置。圖像投影儀212提供用于將照明圖案投影到目標(biāo)上的裝置。輔助照明系統(tǒng)接口 214 提供系統(tǒng)200和輔助光照/照明系統(tǒng)之間的通信的裝置（例如，無線連接、直接的電連接， 等等）。最后，系統(tǒng)總線218便于系統(tǒng)200的各種部件之間的相互通信。
[0046] 工作存儲器216 (例如，隨機訪問存儲器）為在啟動和操作期間被載入到工作存儲 器216中的數(shù)據(jù)和可執(zhí)行代碼提供臨時存儲。工作存儲器216包括協(xié)調(diào)/控制模塊220、 目標(biāo)信息數(shù)據(jù)庫222、圖像捕捉例行程序224、所捕捉的圖像數(shù)據(jù)226、圖像處理例行程序 228、經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)230、圖像投影例行程序232、目標(biāo)照明例行程序234和輔助例行程 序 236。
[0047] 工作存儲器216的內(nèi)容提供以下功能。協(xié)調(diào)/控制模塊220提供各種運行程序的 整體的協(xié)調(diào)和控制。目標(biāo)信息數(shù)據(jù)庫222存儲與目標(biāo)相關(guān)的設(shè)置（例如，對比度設(shè)置、高亮 的顏色/圖案、圖像處理操作模式、目標(biāo)具體信息，等等）。圖像捕捉例行程序224提供用于 控制圖像捕捉裝置208、使I⑶208和照明系統(tǒng)210的操作同步、以及任何其他將目標(biāo)的光 學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)所必需的操作的功能。所捕捉的圖像數(shù)據(jù)包括來自ICD 208的未經(jīng) 處理的圖像數(shù)據(jù)，該未經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)將被用于生成照明圖案。圖像處理例行程序228 基于所捕捉的圖像數(shù)據(jù)226來生成經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)（例如，照明圖案/圖像）。經(jīng)處理 的圖像數(shù)據(jù)230包括由圖像處理例行程序228生成的照明圖案/圖像。圖像投影例行程序 232提供用于控制圖像投影儀212以實現(xiàn)被存儲在經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)模塊230中的圖像的 投影的功能。目標(biāo)照明控制例行程序234通過例如使照明系統(tǒng)210的操作和I⑶208同步 來控制目標(biāo)照明系統(tǒng)210以在圖像捕捉期間合適地照射目標(biāo)。輔助例行程序236便于被連 接到輔助照明系統(tǒng)接口 214的輔助光照系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制。
[0048] 圖3示出了由光照系統(tǒng)100根據(jù)照明圖案照射的目標(biāo)102的正視圖，所述照明圖 案通過經(jīng)由多種數(shù)字圖像處理技術(shù)處理圖像數(shù)據(jù)而生成。出于示例性目的，顯示只照射目 標(biāo)102的一部分（由圓圈302包圍的部分）。然而，應(yīng)理解的是所投影的圖像可照射整個目 標(biāo) 102。
[0049] 該特定照明方案例示了其中若干照明效果已被用于增強目標(biāo)102的外觀的示例。 例如，棕櫚樹干304和相鄰背景之間的對比度已通過數(shù)字圖像處理算法顯著地增加，所述 數(shù)字圖像處理算法將原始捕捉的圖像中的樹干304的顏色和陰影調(diào)整為一系列相對背景 具有更高對比度的顏色和陰影?？赏ㄟ^具體的用戶輸入決定或由IPS 116自動調(diào)整要將來 自原始圖像的顏色和陰影調(diào)整成的該系列顏色和陰影。
[0050] 由數(shù)字圖像處理技術(shù)添加的另一個效果顯示了在普通光照條件下通常不可見的 物理表面細(xì)節(jié)。如圖所示，在樹干上有只在目標(biāo)102的被照射區(qū)域300中可見的水平刷痕 306。為了獲得該效果，照明圖案是基于當(dāng)從不同照明源位置照射目標(biāo)102時捕捉的目標(biāo) 102的多個圖像而生成的單個圖像。該技術(shù)從漫反射中分離出各個角度的鏡面反射，使得可 識別出小的物理特征（即，表面紋理）的位置。隨著這種特征被識別，最好地高亮這些特征 的照明圖案被生成并被投影到目標(biāo)102上。如同已知的數(shù)字圖像處理技術(shù)一樣，還可以減 少或消除不想要的特征（例如，繪畫或其他目標(biāo)的被損壞部分）的可見度。
[0051] 圖4示出了由光照系統(tǒng)100根據(jù)另一照明圖案照射的目標(biāo)102的正視圖，所述另 一照明圖案通過處理圖像數(shù)據(jù)以包括增強的對象而生成。在該特定照明圖案中，固定對象 400和活動對象402被插入到目標(biāo)102的場景中。如圖所示，固定對象400和活動對象402 被描繪為似乎是原始場景的一部分的螃蟹。固定對象400例示了響應(yīng)于圖像處理器系統(tǒng) 116分析圖像數(shù)據(jù)和確定已滿足預(yù)定條件而將對象投影到目標(biāo)上的示例。例如，當(dāng)圖像數(shù)據(jù) 顯示某個投影的指示器（例如，十字準(zhǔn)線）與特定的對象對準(zhǔn)時，圖像處理系統(tǒng)116可將對 象投影到場景中。活動對象402例示了看起來似乎是繞著目標(biāo)102的場景移動的運動圖像 類型的對象。活動對象402不僅繞著目標(biāo)102的場景移動，它還與各種特征相互作用以便 創(chuàng)造出更加逼真的錯覺。例如，對象402被示為在棕櫚樹后面爬行使得它只是部分可見，但 是當(dāng)它移動到空曠地方時變?yōu)橥耆梢?。這是通過基于目標(biāo)的所捕捉的圖像生成投影的圖 像來實現(xiàn)的。另外，隨著對象402接近目標(biāo)102的底部區(qū)域它看起來似乎變得更大，使得它 看起來似乎正在變得更近。本發(fā)明的另一個有價值的方面是可響應(yīng)于用戶行動制作出被投 影到目標(biāo)上的照明圖案。例如，如果圖像處理器系統(tǒng)116識別出用戶的手指在對象402附 近出現(xiàn)，它可通過使對象402通過逃到棕櫚樹后面而看起來似乎在躲避用戶的手指來作出 響應(yīng)。再次地，這是通過基于會包括用戶手指的目標(biāo)的所捕捉的圖像生成投影的圖像來實 現(xiàn)的。
[0052] 圖5示出了由光照系統(tǒng)100用另一種類型的照明圖案照射的替代目標(biāo)500的正視 圖。目標(biāo)500是被增強為更加可見的低可見度文本的圖片。如圖所示，區(qū)域300內(nèi)的文本 被用添加到照明圖案中的高可見度的邊界502畫出輪廓。邊界502是用在兩種模糊的顏色 或陰影相遇的界面處添加高度可見的顏色或陰影的數(shù)字圖像處理技術(shù)來處理圖像數(shù)據(jù)的 效果?？蛇x擇地，識別圖案（即，文本）的數(shù)字圖像處理技術(shù)也可用于提高可見度。當(dāng)識別 出熟悉的字母時，可用包括但不局限于施加高度可見的邊界、增加對比度、將一種顏色變?yōu)?另一種顏色等等的各種不同的方式使其更加可見。這種增強也可連續(xù)地在不同狀態(tài)之間切 換（例如，閃爍）。
[0053] 圖6示出了由光照系統(tǒng)100照射的替代目標(biāo)600以例示本發(fā)明的另一個方面。根 據(jù)本發(fā)明的該方面，光照系統(tǒng)1〇〇能夠使在正常光照條件下人眼不可見的目標(biāo)的特征可 見。目標(biāo)600被描繪為包括多個在區(qū)域300外不可見的礦物層602的洞穴墻壁。在特定實 施例中，ICD114對超出人眼可見范圍的電磁輻射光譜靈敏。為了使礦物可見，圖像處理技 術(shù)通過將圖像中的與礦物相關(guān)的像素值調(diào)整為可在人眼可見的光譜范圍中表現(xiàn)的值來操 作圖像數(shù)據(jù)。目標(biāo)600的經(jīng)處理的圖像被投影回到目標(biāo)600上使得礦物被實時地顯示。可 選擇地，照明系統(tǒng)108投影在特定光譜范圍內(nèi)的光，該特定光譜范圍在投影在礦物上時對 于I⑶114或人眼可見。
[0054] 圖7和圖8分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的光照系統(tǒng)700的側(cè)視圖和頂 視圖。光照系統(tǒng)700包括被安裝和電耦接到彼此的移動裝置702和圖像投影儀704。移動 裝置702例如是包括具有透鏡708的照相機706的蜂窩式電話，目標(biāo)的圖像被聚焦通過所 述透鏡708并被轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)。投影儀704包括圖像處理器710、投影透鏡712、以及反 射鏡714。圖像處理器系統(tǒng)710適于接收來自移動裝置702的圖像數(shù)據(jù)并基于圖像數(shù)據(jù)生 成照明圖案。投影儀透鏡712能操作為將照明圖案聚焦回到目標(biāo)上。反射鏡714能操作為 使目標(biāo)的圖像偏轉(zhuǎn)到移動裝置704的照相機透鏡708中。
[0055] 圖9和圖10分別示出了被并入到移動裝置902中的光照系統(tǒng)900的后視圖和側(cè) 視圖。在該特定實施例中，光照系統(tǒng)900包括照明系統(tǒng)904、照相機906、圖像處理器系統(tǒng) 908、投影儀910、以及反射鏡912。照明系統(tǒng)904包括用于在照相機906捕捉目標(biāo)的圖像的 同時照射目標(biāo)的多個光源914。圖像處理器系統(tǒng)908被耦接以接收來自照相機906的圖像 數(shù)據(jù)并基于圖像數(shù)據(jù)生成照明圖案。投影儀910被耦接以接收照明圖案并將其投影到反射 鏡912上，在反射鏡912處照明圖案被反射到目標(biāo)上。
[0056] 圖11是概述了照射目標(biāo)的示例性方法1100的流程圖。在第一步1102中，目標(biāo)被 暴露于第η個光照條件（即，第1個或后續(xù)的光照條件）。然后，在第二步1104中，捕捉第 1個或后續(xù)的圖像。接下來，在第三步1106中，確定所捕捉的圖像是否是用于該過程的最 后一個圖像。如果是，方法1100繼續(xù)到第四步1108。否則，方法1100返回到第一步1102。 在第四步1108中，處理所捕捉的圖像（一個或更多個）以生成目標(biāo)照明圖案。接下來，在 第五步1110中，目標(biāo)照明圖案被投影到目標(biāo)上。然后，在第六步1112中，確定照明圖案是 否應(yīng)該更新。如果是，方法1100返回到第一步1102。否則，方法繼續(xù)到第七步1114,在此 處確定過程是否應(yīng)該繼續(xù)。如果是，方法1100繼續(xù)第五步。否則，方法1100結(jié)束。
[0057] 本發(fā)明的特定實施例的描述現(xiàn)在完成。描述的特征中的許多特征可以在不脫離本 發(fā)明的范圍的情況下被替換、改變或省略。例如，替代的數(shù)字圖像處理技術(shù)（例如，銳化調(diào) 整、顏色校正，等等）可以代替之前描述的數(shù)字圖像處理技術(shù)。作為另一個示例，替代的環(huán) 境（例如，裝配線或其他活動平臺）可以充當(dāng)目標(biāo)平臺。照明系統(tǒng)然后可被用于選擇性地 照射具有特定光學(xué)特性的材料的區(qū)域、高亮缺陷或污染、或者識別需要校正措施的未正確 地對準(zhǔn)的部分。作為又一個示例，圖像處理例行程序可以使用事先存儲的關(guān)于目標(biāo)的信息 (例如，對具有已知的色祀（color targets)和區(qū)域的繪畫的印刷品進行顏色校正、使用模 式匹配技術(shù)來投影可能看起來像超出當(dāng)前圖像的邊界的場景，等等）。作為又一個示例，該 系統(tǒng)可通過將信息的屏幕投影在各種手繪的圖像上而用作輸入裝置，和/或自動地給草圖 涂色或完成草圖。作為又一個示例，該系統(tǒng)可允許使用常規(guī)的激光指示器來在被投影的屏 幕上繪畫，或者使用不同顏色的激光器來選擇不同種類的交互（例如，綠色繪畫，紅色來回 移動對象，等等），從而允許多個用戶在不需要除了激光指示器之外的任何附加硬件的情況 下用相同的屏幕同時進行交互。另外，呈現(xiàn)交互內(nèi)容的能力可用在劇場中。這些和其他對 已示出的特定實施例的偏離特別是有鑒于前面的公開的情況下對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是 明白的。
【權(quán)利要求】
1. 一種光照系統(tǒng)，包括： 圖像捕捉裝置，能操作為捕捉目標(biāo)的圖像作為圖像數(shù)據(jù)； 圖像處理器，被耦接以接收來自所述圖像捕捉裝置的所述圖像數(shù)據(jù)，所述圖像處理器 能操作為至少部分地基于所述圖像數(shù)據(jù)生成照明圖案；以及 圖像投影儀，被耦接以接收所述照明圖案并能操作為將所述照明圖案投影在所述目標(biāo) 上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光照系統(tǒng)，其中所述圖像捕捉裝置適于捕捉表示由可見光譜 外的電磁輻射形成的圖像的圖像數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光照系統(tǒng)，其中所述圖像處理器能操作為將表示由可見光譜 外的電磁輻射形成的圖像的所述圖像數(shù)據(jù)和表示由可見光譜內(nèi)的電磁輻射形成的另一圖 像的其他圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光照系統(tǒng)，其中所述圖像捕捉裝置是移動主機裝置的照相機 系統(tǒng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光照系統(tǒng)，其中所述圖像投影儀是適于與所述移動主機裝置 協(xié)作的可拆卸配件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光照系統(tǒng)，其中所述圖像捕捉裝置、所述圖像投影儀、以及所 述圖像處理器是所述移動主機裝置的組成部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光照系統(tǒng)，其中所述移動主機裝置是蜂窩式電話。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光照系統(tǒng)，其中所述圖像捕捉裝置和所述圖像投影儀被光學(xué) 地對準(zhǔn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光照系統(tǒng)，還包括分束器，所述分束器被布置為將所述目標(biāo) 的圖像引導(dǎo)至所述圖像捕捉裝置以及將所述照明圖案引導(dǎo)至所述目標(biāo)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光照系統(tǒng)，還包括目標(biāo)照明系統(tǒng)，所述目標(biāo)照明系統(tǒng)能操作 為在所述圖像捕捉裝置捕捉所述目標(biāo)的一個或更多個圖像的同時照射所述目標(biāo)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光照系統(tǒng)，其中所述圖像數(shù)據(jù)至少表示所述目標(biāo)的第一圖 像和所述目標(biāo)的第二圖像，在所述第一圖像的捕捉期間所述目標(biāo)由所述照明源以第一強度 照射，在所述第二圖像的捕捉期間所述目標(biāo)由所述照明源以第二強度照射，并且所述第一 強度不同于所述第二強度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光照系統(tǒng)，其中所述投影圖案是所述目標(biāo)的高動態(tài)范圍圖 像。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光照系統(tǒng)，其中所述光照系統(tǒng)被具體表現(xiàn)為獨立自足的裝 置，所述照明源是所述裝置的組成部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光照系統(tǒng)，還包括輔助光照系統(tǒng)接口。
15. -種用于照射目標(biāo)的方法，所述方法包括： 將目標(biāo)的第一圖像轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)； 處理所述圖像數(shù)據(jù)以生成照明圖案；以及 將所述照明圖案投影到所述目標(biāo)上。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述目標(biāo)的所述第一圖像由可見光譜外的電磁 輻射形成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中處理所述圖像數(shù)據(jù)以生成照明圖案的所述步驟 包括將表示可見光譜外的圖像的所述圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為表示可見光譜內(nèi)的圖像的經(jīng)轉(zhuǎn)換的 圖像數(shù)據(jù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中捕捉第一圖像的所述步驟包括在捕捉所述第一 圖像的同時可控制地照射所述目標(biāo)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中捕捉所述目標(biāo)的第一圖像的所述步驟還包括： 在捕捉所述第一圖像的同時以第一強度照射所述目標(biāo)，以及 在以第二強度照射所述目標(biāo)的同時捕捉所述目標(biāo)的第二圖像，所述第二強度不同于所 述第一強度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述投影圖案是所述目標(biāo)的高動態(tài)范圍圖像。
【文檔編號】H04N5/225GK104160692SQ201380011904
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】J·吉爾伯特 申請人:杜比實驗室特許公司