СПОСОБ ОСВЕЩЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, СИСТЕМА ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ И МАШИНОЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК F21S10/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к осветительной технике. В частности, изобретение относится к способу освещения изображений, устройству для осуществления этого способа и машиночитаемому носителю. Изобретение может быть использовано в музейном деле, а также при распознавании изображений, например в криминалистике.

Уровень техники

Проблема освещения живописных произведений возникает вследствие того, что художник создает картину в определенных условиях освещения например ясным утром, пасмурным днем, в условиях леса (см., например, патент США №2615121, публ. 21.10.1952).

Когда же картина попадает в музей, то возникает проблема ее освещения: каким светом ее освещать: рассеянным дневным, специальными лампами акцентной подсветки? Какова должна быть интенсивность освещения, будут ли выцветать краски от выбранного способа освещения. Известно, что, например, масляные краски меняют свой цвет от воздействия ультрафиолетового излучения. На краски плохо влияет и инфракрасное излучение. Поэтому освещение прямыми лучами солнца исключается.

Традиционный подход к освещению, используемый в музеях, что отражается и в конструкции их зданий, заключается в организации в залах рассеянного естественного дневного излучения, которое падает на картины сверху. Однако для старинных живописных произведений освещение рассеянным светом недостаточно по интенсивности из-за того, что краски уже потемнели. Кроме того, естественное освещение зависит от погодных условий - совершенно разное освещение ярким солнечным днем и пасмурным днем.

С искусственным освещением возникает масса сложностей. Как пример трудностей, возникающих при организации освещения ценнейших произведений, можно привести освещение знаменитой картины Леонардо да Винчи «Мона Лиза» в Лувре (см. http://www.illuminator-magazine.ru/article.asp?articleid=725). В скудном описании этой разработки упоминается, что в ней используются 7 светодиодов с разной длиной волны, упоминается, что формируется пучок с определенным спектром излучения, причем спектр меняется по сечению пучка (некоторые части картины подсвечиваются излучением с иным спектральным составом, нежели другие части). В осветителе используется волоконно-оптический преобразователь изображения (ВОПИ), описание которого можно найти в патенте РФ №2124747 (публ. 10.01.1999).

ВОПИ нужен в этом осветителе для пространственного разнесения мощных светодиодов (чтобы не перегревались) и представляет собой сложную волоконно-оптическую конструкцию. В итоге этот осветитель является уникальным.

Известны и иные осветители (см., например, патенты США №6036334, публ. 14.03.2000, и 6554439, публ. 29.04.2003), позволяющие менять спектральный состав освещения, в том числе в зависимости от времени суток, погодных условий и т.п.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в создании такого технического решения, которое обеспечило бы расширение арсенала технических средств, а также обеспечивало возможность правильного восприятия (в том числе при автоматическом распознавании) изображения с учетом условий освещенности, имевших место при создании этого изображения.

Для достижения указанного результата в первом объекте изобретения предложен способ освещения изображения, заключающийся в том, что располагают несколько групп осветителей, содержащих каждая по меньшей мере один осветитель, причем осветители каждой группы излучают видимый свет в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазон длин волн осветителей каждой из этих групп отличается от диапазонов длин волн осветителей во всех остальных группах; направляют излучение осветителей всех групп на изображение, подлежащее освещению; регулируют интенсивность света от осветителей каждой группы так, чтобы спектральный состав результирующего освещения соответствовал спектральному составу освещения, при котором было создано изображение, подлежащее освещению.

Особенность этого способа состоит в том, что направление излучения осветителей на изображение, подлежащее освещению, можно осуществлять путем направления осветителей непосредственно на это изображение, либо с помощью отражателей и(или) рассеивателей, предназначенных для направления излучения осветителей на изображение, подлежащее освещению.

Еще одна особенность этого способа состоит в том, что можно расположить либо три группы осветителей (красного цвета, зеленого цвета и синего цвета), либо по меньшей мере десять групп осветителей, и в каждой из этих групп все осветители излучают свет в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазоны длин волн света от осветителей всех групп перекрывают диапазон длин волн видимого света.

Еще одна особенность этого способа состоит в том, что способ может дополнительно содержать этапы, на которых располагают фотодатчики по меньшей мере по числу групп осветителей, направленные от изображения, подлежащего освещению; предусматривают светофильтры, полоса пропускания каждого из которых соответствует диапазону длин волн света от осветителей каждой из групп, и устанавливают каждый из этих светофильтров перед по меньшей мере одним из фотодатчиков; интенсивность света от осветителей каждой группы регулируют на основе сигналов с фотодатчиков, перед которыми установлен светофильтр с той же полосой пропускания, что и диапазон длин волн света от осветителей данной группы. При этом число фотодатчиков может быть равно числу групп осветителей.

Для достижения того же результата во втором объекте изобретения предложена система для освещения изображения, включающая в себя: держатель; несколько групп установленных на держателе осветителей, содержащих каждая по меньшей мере один осветитель, причем осветители каждой группы излучают направляемый на изображение свет в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазон длин волн осветителей каждой из этих групп отличается от диапазонов длин волн осветителей во всех остальных группах; управляющее устройство, выполненное с возможностью регулировать интенсивность света от осветителей каждой группы так, чтобы спектральный состав результирующего освещения соответствовал спектральному составу освещения, при котором было создано изображение, подлежащее освещению.

Особенность данной системы состоит в том, что осветители могут быть направлены непосредственно на изображение, подлежащее освещению, либо с помощью дополнительно содержащихся отражателей и(или) рассеивателей.

Еще одна особенность этой системы состоит в том, что осветители разных групп могут быть установлены на держателе рядами с чередованием осветителей разных групп в одном ряду, либо осветители разных групп могут быть установлены на держателе рядами из осветителей одной и той же группы с чередованием рядов осветителей из разных групп.

Еще одна особенность этой системы состоит в том, что она дополнительно содержит: фотодатчики по меньшей мере по числу групп осветителей, установленные на держателе и направленные от изображения, подлежащего освещению; светофильтры, полоса пропускания каждого из которых соответствует диапазону длин волн света от осветителей каждой из групп, установленные каждый перед по меньшей мере одним из фотодатчиков; при этом управляющее устройство выполнено с возможностью регулировать интенсивность света от осветителей каждой группы на основе сигналов с фотодатчиков, перед которыми установлен светофильтр с той же полосой пропускания, что и диапазон длин волн света от осветителей данной группы.

При этом число фотодатчиков может быть равно числу групп осветителей.

Наконец, еще одна особенность этой системы состоит в том, что она может содержать три группы осветителей (красного цвета, зеленого цвета и синего цвета), либо по меньшей мере десять групп осветителей, причем в каждой из этих групп все осветители предназначены для излучения света в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазоны длин волн света от осветителей всех групп перекрывают диапазон длин волн видимого света.

Для достижения того же результата в третьем объекте изобретения предложен машиночитаемый носитель, предназначенный для непосредственного использования в управляющем устройстве вышеуказанной системы и содержащий программу, под управлением которой это управляющее устройство регулирует интенсивность света от осветителей каждой группы так, чтобы спектральный состав результирующего освещения соответствовал спектральному составу освещения, при котором было создано изображение, подлежащее освещению.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема системы по настоящему изобретению.

На фиг.2 приведены спектры дневного освещения в различных условиях.

На фиг.3-5 показаны спектры излучения, смоделированные для трех разных условий освещения (утро, день и вечер) с помощью системы по настоящему изобретению.

На фиг.6 приведены спектры излучения 10 осветителей в видимом диапазоне.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Настоящее изобретение поясняется далее с помощью примерных вариантов осуществления.

На фиг.1 представлена схема системы по данному изобретению. Группы 1 осветителей 2 расположены в ряд с чередованием осветителей красного, зеленого и синего цветов (т.е. разных групп 1). Специалистам понятно, что таких рядов может быть несколько, а также что каждый ряд может содержать осветители только одного цвета, либо рядов может быть более трех. Осветителями 2 могут быть любые осветители, но в предпочтительном варианте осуществления ими являются светодиоды, коммерчески доступные в виде ленты, продаваемой отрезками нужной длины.

Все осветители 2 установлены на держателе 3, например, в виде пластины или любой иной формы. Можно использовать конструкцию, описанную, к примеру, в упомянутом патенте США №6036334, или любую иную подходящую конструкцию. Специалистам понятно, что группы 1 осветителей 2 могут располагаться со всех сторон изображения 4, подлежащего освещению, либо только с некоторых его сторон. Осветители 2 могут быть направлены на изображение 4 непосредственно (как показано жирной стрелкой на фиг.1) или ориентированы на отражатель 5, отражение от которого направлено на изображение 4 (пунктирная стрелка на фиг.1). В качестве отражателя (или нескольких отражателей) 5 можно использовать как зеркала, так и рассеивающие экраны, например, такие, как используемые при студийной фотосъемке.

Одноименные отражатели 2 всех групп 1 (т.е. отражатели 2 одного цвета) соединены с соответствующим выходом управляющего устройства 6. В качестве управляющего устройства 6 можно применять как чисто аппаратное устройство регулировки (например, в виде переменных резисторов, запитываемых постоянным напряжением) для ручной регулировки. Однако предпочтительно, чтобы управляющее устройство 6 было выполнено на основе контроллера, процессора или иного вычислительного средства, управляемого соответствующей программой. В принципе, управляющим устройством 6 может быть обычный персональный компьютер, ноутбук или иное компьютерное устройство. Описание принципа управления с помощью управляющего устройства 6 дано ниже. Ко входам управляющего устройства 6 могут быть подключены фотодатчики 7, число которых по меньшей мере равно числу групп 1. Фотодатчиков 7 может быть и больше, если используется, например, по два фотодатчика 7 на одну группу 1. Перед фотодатчиками 7, соответствующими каждой группе 1 осветителей 2, установлен светофильтр 8, имеющий ту же полосу пропускания, что и спектральный диапазон осветителей 2 данной группы 1.

Принцип работы описанной системы заключается в следующем. Освещение каждого изображения может осуществляться одной такой системой, либо одна система может использоваться для освещения нескольких соседних изображений. Для каждого изображения, подлежащего освещению, задаются условия освещения, при котором это изображение было создано. Понятно, что несколько изображений, освещаемых одной системой, должны иметь примерно одинаковые условия их создания. Задание конкретных условий освещения может осуществляться лицом, имеющим соответствующий опыт в распознавании условий освещения.

На фиг.2 представлены спектры излучения в различных условиях (см. Максимов В.В. Трансформация цвета при изменении освещения. - М: Наука, 1984, с.39, www.iitp.ru/upload/publications/690/Maximov_book.pdf). На левом графике фиг.2 (ссылочная позиция I) показаны относительные спектральные распределения энергии дневных излучений, соответствующие трем фазам дневного освещения: А-Н - основные фраунгоферовы линии поглощения в спектре солнца, D40 - спектр прямого солнечного освещения при низком положении солнца над горизонтом, D65 - спектр суммарного излучения неба и солнца в дневное время, D250 - спектр излучения ясного весеннего неба. Отметим, что буквой D обозначены стандартные источники излучения, разработанные … (МКО). На правом графике фиг.2 (ссылочная позиция II) показаны спектры освещения (распределения спектральной плотности облученности горизонтальной поверхности), измеренные в лесах Америки: 1 - на открытом пространстве в лиственном лесу, 2 - в сосновом лесу, 3 - в смешанном лесу, 4 - под пологом двухъярусного тропического леса, 5 - освещение в хвойном лесу на закате. На этих графиках хорошо видно, что спектральный состав трех основных цветов видимого света значительно меняется в зависимости от времени суток, а также от окружающей обстановки.

В зависимости от заданных условий освещения управляющее устройство 6 выдает на осветители 2 соответствующих групп 1 подходящие напряжения, чтобы интенсивности излучения этих осветителей 2 давали суммарный спектр, сходный по своему спектральному составу с освещением, при котором создавалось освещаемое изображение.

На фиг.3-5 приведены спектры излучения, смоделированные автором для трех разных условий освещения (утро, день и вечер) и измеренные с помощью ручного спектрофотометра фирмы X-Rite модель I1 в режиме высокого разрешения (3 нм).

Разумеется, при задании условий освещения можно также учитывать вариации приведенных спектров в зависимости от погодных условий, географического положения (широты) и т.п.

Для учета имеющегося внешнего освещения возможно использование сигналов с фотодатчиков 7, которые с помощью светофильтров 8 воспринимают интенсивности излучения в том или ином поддиапазоне видимого света.

На фиг.6 показаны спектры излучения десяти конкретных осветителей в видимом диапазоне. В данном случае показаны результаты проверки светодиодов фирмы Betlux серии BL-L48 (см. сайт www.chipdip.ru). Использование такого большого числа групп 1 осветителей 2 предпочтительно для некоторых групп зрителей - это лица с острым цветным зрением, к примеру художники. Известно также, что многие женщины (до 50%) имеют четырехцветное зрение.

Использование данного изобретения позволяет получать изображения, освещенные именно тем светом, при котором они создавались. Это может быть очень важно при распознавании фотографических изображений, поскольку правильное освещение обеспечивает точное восприятие деталей, которые при ином освещении изображения могут быть потеряны.

Изобретение относится к осветительной технике. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, обеспечении возможности правильного восприятия (в том числе при автоматическом распознавании) изображения с учетом условий освещенности, имевших место при создании этого изображения. Для этого предложен способ освещения изображения, заключающийся в том, что: обеспечивают несколько групп осветителей, содержащих каждая по меньшей мере один осветитель, причем осветители каждой группы излучают видимый свет в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазон длин волн осветителей каждой из этих групп отличается от диапазонов длин волн осветителей во всех остальных группах; направляют излучение осветителей всех групп на изображение, подлежащее освещению; регулируют интенсивность света от осветителей каждой группы так, чтобы спектральный состав результирующего освещения соответствовал спектральному составу освещения, при котором было создано изображение, подлежащее освещению. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ освещения изображения, заключающийся в том, что располагают несколько групп осветителей, содержащих каждая по меньшей мере один осветитель, причем осветители каждой группы излучают видимый свет в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазон длин волн осветителей каждой из этих групп отличается от диапазонов длин волн осветителей во всех остальных группах, направляют излучение осветителей всех групп на изображение, подлежащее освещению, регулируют интенсивность света от осветителей каждой группы так, чтобы спектральный состав результирующего освещения соответствовал спектральному составу освещения, при котором было создано изображение, подлежащее освещению.

2. Способ по п.1, в котором направление излучения осветителей на изображение, подлежащее освещению, осуществляют путем направления осветителей непосредственно на это изображение.

3. Способ по п.1, в котором направление излучения осветителей на изображение, подлежащее освещению, осуществляют с помощью отражателей и/или рассеивателей, предназначенных для направления излучения упомянутых осветителей на изображение, подлежащее освещению.

4. Способ по п.1, в котором обеспечивают группу осветителей красного цвета, группу осветителей зеленого цвета и группу осветителей синего цвета.

5. Способ по п.1, в котором располагают по меньшей мере десять групп осветителей и в каждой из этих групп все осветители излучают свет в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазоны длин волн света от осветителей всех групп перекрывают диапазон длин волн видимого света.

6. Способ по п.1, дополнительно содержащий этапы, на которых располагают фотодатчики по меньшей мере по числу упомянутых групп осветителей, направленные от изображения, подлежащего освещению, предусматривают светофильтры, полоса пропускания каждого из которых соответствует диапазону длин волн света от осветителей каждой из упомянутых групп, и устанавливают каждый из этих светофильтров перед по меньшей мере одним из упомянутых фотодатчиков, интенсивность света от осветителей каждой группы регулируют на основе сигналов с фотодатчиков, перед которыми установлен светофильтр с той же полосой пропускания, что и диапазон длин волн света от осветителей данной группы.

7. Способ по п.6, в котором число фотодатчиков равно числу групп осветителей.

8. Система для освещения изображения, включающая в себя держатель, несколько групп установленных на держателе осветителей, содержащих каждая по меньшей мере один осветитель, причем осветители каждой группы излучают направляемый на упомянутое изображение свет в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазон длин волн осветителей каждой из этих групп отличается от диапазонов длин волн осветителей во всех остальных группах, управляющее устройство, выполненное с возможностью регулировать интенсивность света от осветителей каждой группы так, чтобы спектральный состав результирующего освещения соответствовал спектральному составу освещения, при котором было создано изображение, подлежащее освещению.

9. Система по п.8, в которой осветители направлены непосредственно на изображение, подлежащее освещению.

10. Система по п.8, дополнительно содержащая отражатели и(или) рассеиватели, предназначенные для направления излучения упомянутых осветителей на изображение, подлежащее освещению.

11. Система по п.8, в которой осветители разных групп установлены на держателе рядами с чередованием осветителей разных групп в одном ряду.

12. Система по п.8, в которой осветители разных групп установлены на держателе рядами из осветителей одной и той же группы с чередованием рядов осветителей из разных групп.

13. Система по п.8, дополнительно содержащая фотодатчики по меньшей мере по числу упомянутых групп осветителей, установленные на держателе и направленные от изображения, подлежащего освещению, светофильтры, полоса пропускания каждого из которых соответствует диапазону длин волн света от осветителей каждой из упомянутых групп, установленные каждый перед по меньшей мере одним из упомянутых фотодатчиков, при этом упомянутое управляющее устройство выполнено с возможностью регулировать интенсивность света от осветителей каждой группы на основе сигналов с фотодатчиков, перед которыми установлен светофильтр с той же полосой пропускания, что и диапазон длин волн света от осветителей данной группы.

14. Система по п.9, в которой число фотодатчиков равно числу групп осветителей.

15. Система по п.8, содержащая группу осветителей красного цвета, группу осветителей зеленого цвета и группу осветителей синего цвета.

16. Система по п.8, содержащая по меньшей мере десять групп осветителей, причем в каждой из этих групп все осветители предназначены для излучения света в одном и том же заранее заданном диапазоне длин волн, а диапазоны длин волн света от осветителей всех групп перекрывают диапазон длин волн видимого света.

17. Машиночитаемый носитель, предназначенный для непосредственного использования в управляющем устройстве системы по п.8 и содержащий программу, под управлением которой упомянутое управляющее устройство регулирует интенсивность света от осветителей каждой группы так, чтобы спектральный состав результирующего освещения соответствовал спектральному составу освещения, при котором было создано изображение, подлежащее освещению.