存在检测系统和照明系统

申请号 CN201180064152.2 申请日 2011-12-29 公开(公告)号 CN103354910A 公开(公告)日 2013-10-16
申请人 皇家飞利浦电子股份有限公司; 发明人 M.范多伦; M.T.约翰逊; G.森尼尼;
摘要 一种用于 检测区域 (4)中 生物 (2)存在的存在检测系统,该系统包括提供第一 光谱 的光的第一 光源 (6a)、布置成过滤第一光谱光的第一感测装置(8a;10a)。第一感测装置基于源自第一光源并从生物(2)反射的第一光谱的光产生第一存在检测 信号 (12a)。存在检测系统包括处理器设备(14),用于基于第一存在检测信号(12a)得出区域(4)之内存在生物的结论。处理器设备基于第一存在检测信号(12a)的强度并基于第一光源(6a)在区域(4)之内的已知 位置 提供生物(2)在区域之内的位置(22a)。本 发明 还涉及一种包括上述存在检测系统的照明系统。
权利要求

1.一种用于检测区域(4)中生物(2)的存在的存在检测系统,其中所述系统包括:
-提供第一光谱的光的第一光源(6a),
-对所述第一光谱的光敏感的第一感测装置(8a;10a),其中所述第一感测装置基于源自所述第一光源并从所述生物(2)反射的第一光谱的光产生第一存在检测信号(12a),以及
-处理器设备(14),用于基于所述第一存在检测信号(12a)得出所述区域(4)中存在生物的结论,其中所述处理器设备基于所述第一存在检测信号(12a)的强度并基于所述第一光源(6a)在所述区域(4)之内的已知位置提供所述生物(2)在所述区域内的位置(22a)。
2.根据权利要求1所述的存在检测系统,其中所述系统包括至少一个附加感测装置,即对所述第一光谱的光敏感的第二感测装置(8b;10b),其中所述第二感测装置基于源自所述第一光源并从所述生物(2)反射的第一光谱的光产生第二存在检测信号(12b),其中所述处理器设备(14)基于所述第一存在检测信号(12a)和所述第二存在检测信号(12b)得出所述区域(4)中存在生物的结论,其中所述处理器设备基于所述存在检测信号(12a;12b)的强度并基于所述光源(6a)在所述区域(4)之内的已知位置提供所述生物(2)在所述区域内的位置(20.1;20.2)。
3.根据权利要求1所述的存在检测系统,其中所述系统包括:
-至少一个附加光源,即第二光源(6b),用于提供不同于所述第一光谱的第二光谱的光,以及
-至少一个附加感测装置,即对所述第二光谱的光敏感的第二感测装置(8b;10b),其中所述第二感测装置基于源自所述第二光源并从所述生物(2)反射的第二光谱的光产生第二存在检测信号(12b),
其中所述处理器设备(14)基于所述第一存在检测信号(12a)和所述第二存在检测信号(12b)得出所述区域(4)中存在生物的结论,其中所述处理器设备基于所述存在检测信号(12a;12b)的强度并基于所述光源(6a;6b)在所述区域(4)之内的已知位置提供所述生物(2)在所述区域内的位置(20.1;20.2)。
4.根据权利要求3所述的存在检测系统,其中所述系统包括:
-至少一个附加光源,即第三光源(6c),用于提供不同于所述第一光谱且不同于所述第二光谱的第三光谱的光,以及
-至少一个附加感测装置,即对所述第三光谱的光敏感的第三感测装置(8c;10c),其中所述第三感测装置基于源自所述第三光源并从所述生物(2)反射的第三光谱的光产生第三存在检测信号(12c),
其中所述处理器设备(14)基于所述第一存在检测信号(12a)、所述第二存在检测信号(12b)和所述第三存在检测信号(12c)得出所述区域(4)中存在生物的结论,其中所述处理器设备基于所述存在检测信号(12a;12b;12c)的强度并基于所述光源(6a;6b;6c)在所述区域(4)之内的已知位置提供所述生物(2)在所述区域(4)内的位置(20.1)。
5.根据前述权利要求的任一项所述的存在检测系统,其中所述感测装置(8a;10a;8b;
10b;8c;10c)包括配备有滤光器(10a;10b;10c)的光电二极管(8a;8b;8c),所述滤光器被布置成过滤对应光谱的光,其中所述光电二极管基于源自对应光源并从所述生物(2)反射的对应光谱的光产生所述存在检测信号(12a;12b;12c)。
6.根据前述权利要求的任一项所述的存在检测系统,其中所述存在检测信号(12a;
12b;12c)的每个都包括所述生物(2)的生命信号,尤其是心率、心率变化或呼吸率,其中所述处理器设备(14)使用两者,即所述存在检测信号(12a;12b;12c)和所述生命信号得出生物存在的结论。
7.根据权利要求6所述的存在检测系统,其中所述存在检测信号包括所述区域中存在的至少两个生物的生命信号,且其中所述处理器设备在所述至少两个生物的相应生命信号之间进行区分。
8.一种照明系统,包括根据权利要求1到7的任一项所述的存在检测系统以及用于照亮区域的光源,其中布置所述系统以基于所述存在检测控制所述光源。

说明书全文

存在检测系统和照明系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于检测一区域之内人的存在的存在检测系统。该系统包括提供光的光源和感测装置,感测装置被布置成基于源自光源并从人反射的光产生存在检测信号。该系统还包括处理器设备,用于基于存在检测信号得出该区域中存在人的结论。
[0002] 本发明还涉及一种包括上述存在检测系统的照明系统。

背景技术

[0003] 在专利申请WO 97/26824中公开了这种系统的实施例。本专利申请公开了用于监测活体,例如婴儿的设备,涉及向身体发射辐射,接收由身体修改后发射的辐射并处理接收到的辐射以确定身体的位置和/或状态,例如确定身体是否正呼吸或其心脏是否正在跳动。
[0004] 已知系统的弊端是精度有限。具体而言,这种系统无法精确确定活体位于区域的哪一部分中。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种能够检测生物(例如人或动物)在区域之内的存在和位置的存在检测系统。这个目的是利用如权利要求1中所限定的根据本发明的存在检测系统实现的。该存在检测系统包括提供第一光谱的光的第一光源,以及对第一光谱的光敏感的第一感测装置,例如传感器。第一感测装置基于源自第一光源并从生物反射的第一光谱的光产生第一存在检测信号。存在检测系统包括处理器设备,用于基于第一存在检测信号得出区域之内存在生物的结论。处理器设备基于第一存在检测信号的强度并基于第一光源在区域之内的已知位置提供生物在区域之内的位置。与现有技术中已知的设备不同的是,根据本发明的存在检测系统不仅能够确定生物的存在,而且能够确定生物在区域之内的位置。由处理器设备基于第一存在检测信号的强度得出生物位置的结论。于是,根据本发明的系统没有已知设备的上述问题。
[0006] 根据本发明的存在检测系统的实施例具有如下特征,即该存在检测系统还包括一个附加感测装置,即对第一光谱的光敏感的第二感测装置。第二感测装置基于源自第一光源并从生物反射的第一光谱的光产生第二存在检测信号。该处理器设备基于所述第一存在检测信号和所述第二存在检测信号得出所述区域中存在生物的结论,其中所述处理器设备基于所述存在检测信号的强度并基于所述光源在所述区域之内的已知位置提供所述生物在所述区域内的位置。
[0007] 根据本发明的存在检测系统的实施例具有如下特征,即该存在检测系统还包括至少一个附加光源,即第二光源,用于提供不同于所述第一光谱的第二光谱的光,以及至少一个附加感测装置,即第二感测装置,布置成过滤第二光谱的光。第二感测装置基于源自第二光源并从生物反射的第二光谱的光产生第二存在检测信号。该处理器设备基于所述第一存在检测信号和所述第二存在检测信号两者或其子集得出所述区域中存在生物的结论。处理器设备基于存在检测信号的强度并基于光源在区域之内的已知位置提供生物在区域之内的位置。这样的系统提供了额外优点,导致了更精确地检测生物的位置。具有一个光源和一个感测装置的系统提供关于生物相对于感测装置的距离的足够信息。于是,生物可以定位于假想圆的任一点中,该假想圆具有感测装置所在的中心并具有等于所检测距离的半径。在具有至少两个光源和至少两个对应感测装置的存在检测系统中,由每个源自不同光源的两个假想圆的两个交点确定生物的位置。第一感测装置和第二感测装置可以由单个感测装置设备所包括。这种单一感测装置设备的范例是光电二极管阵列,其中每个光电二极管都配备有对应的滤光器。
[0008] 根据本发明的存在检测系统的实施例具有如下特征,即该存在检测系统还包括至少一个附加光源,即第三光源,用于提供不同于所述第一光谱且不同于第二光谱的第三光谱的光,以及至少一个附加感测装置,即第三感测装置,布置成过滤第三光谱的光。第三感测装置基于源自第三光源并从生物反射的第三光谱的光产生第三存在检测信号。该处理器设备基于所述第一存在检测信号、所述第二存在检测信号和所述第三存在检测信号或其子集得出所述区域中存在生物的结论。处理器设备基于存在检测信号的强度并基于光源在区域之内的已知位置提供生物在区域之内的位置。本实施例相对于先前实施例的优点是第三光源和第三感测装置无歧义地提供了生物的位置。尽管根据前面的实施例,生物的位置是两个所述交点之一,但第三光源和第三感测装置提供了附加信息,使得能够得出两个所述点的哪个是生物所在处的结论。
[0009] 根据本发明的存在检测系统的实施例具有如下特征,即所述感测装置的每个都包括配备有滤光器的光电二极管,所述滤光器被布置成过滤对应光谱的光。光电二极管基于源自对应光源并从生物反射的对应光谱的光产生存在检测信号。
[0010] 根据本发明的系统的实施例具有如下特征,即由系统的感测装置产生的存在检测信号的每个都包括生物的生命体征,例如心率、心率变化或呼吸率。从存在检测信号提取生命体征的示范性方法可以是利用由生物心跳或呼吸导致的强度的有规律的调制。与强度的时间调制一起,也可以使用平均强度作为获得关于生物在该区域中位置的信息的特征。处理器设备使用两种特征,即用于位置的平均强度和用于生命体征的强度的时间调制,以得出生物存在的结论。这样的系统具有从存在检测信号提取生命体征的特征和功能,赋予了正确得出生物存在结论的附加保证,因为,例如在生物是人的情况下,在生命体征是心率信号时,在得出存在人的结论时,可以使用已知的心率信号的参数作为附加标准。
[0011] 根据本发明的系统的实施例具有如下特征,即存在信号代表该区域之内存在的至少两个生物的生命信号。处理器设备能够在至少两个生物的相应生命信号之间进行区分。
[0012] 本发明还涉及一种包括上述存在检测系统和用于照亮区域的光源的照明系统。布置该系统以基于存在检测控制光源。附图说明
[0013] 在下文中,将通过举例描述并利用以下附图在之后解释本发明和其他方面:图1示意性地示出了根据本发明的存在检测系统的第一实施例,其中,该系统包括一个光源;
图2示意性地示出了根据本发明的存在检测系统的第二实施例,其中,该系统包括两个光源;
图3示意性地示出了根据本发明的存在检测系统的第三实施例,其中,该系统包括三个光源;
图4示意性地示出了ohy-脱血红蛋白(ohy-deoxyhemoglobin)的吸收光谱。

具体实施方式

[0014] 在对于优选实施例的以下描述中,参照了形成其一部分的附图。在以下描述中通过例示的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。还要理解,可以利用其他实施例,并可以做出结构变化而不脱离本发明的范围。要指出的是,将使用相同的附图标记表示几个实施例中的相同或类似部分。
[0015] 图1示意性地示出了根据本发明用于检测区域4之内生物2的存在的存在检测系统的第一示范性实施例。该生物可以是人或动物,并且在此实施例中系统检测人2的存在。在此实施例中,该系统包括提供第一光谱的光的第一光源6a。第一光谱可以来自可见或不可见的光范围。该系统还包括被布置成过滤第一光谱的光的第一感测装置8a;10a。例如,第一感测装置可以包括用于检测光的第一光电二极管8a和用于过滤第一光谱的光的第一滤光器10a。于是,仅第一光谱的光将通过第一滤光器并由第一光电二极管检测。不同于第一光谱的光谱的光将不通过第一滤光器并因此将不由第一光电二极管检测。第一感测装置基于源自第一光源并从人2的皮肤反射的第一光谱的光产生第一存在检测信号12a。在图
1所示的实施例中,第一光电二极管8a将检测从人2的皮肤反射的第一光谱的光。存在检测系统还包括处理器设备14,用于基于第一存在检测信号得出区域4中存在人的结论。处理器设备基于第一存在检测信号12a的强度并基于区域4中第一光源6a的已知位置提供该区域中人2的位置22a。基于第一存在检测信号,处理器设备可以推断出人相对于第一光源6a的距离。在图1中由圆形线22a的一部分示意性地示出了这一点。于是,处理器设备得出人位于线22a一点中的结论。通过这种方式,不仅检测了人的存在,此外还提供了人位置的表示。
[0016] 图2示意性地示出了存在检测系统的第二示范性实施例。它具有如上所述并如图1所示第一实施例的所有元件。该系统还包括至少一个附加光源,第二光源6b,用于提供不同于第一光谱的第二光谱的光。该系统还包括至少一个附加感测装置,即被布置成过滤第二光谱的光的第二感测装置8b;10b。类似于第一感测装置,第二感测装置可以包括第二光电二极管8b和第二滤光器10b。第二光电二极管8b基于源自第二光源6b并从生物(2)的皮肤反射的第二光谱的光产生第二存在检测信号12b。与根据图1的第一实施例相比,根据图2的第二实施例为处理器设备14提供附加信号,即第二存在检测信号。于是,处理器设备基于第一存在检测信号12a和第二存在检测信号12b,或其子集得出区域4中存在人的结论。处理器设备基于存在检测信号12a;12b的强度并基于区域4中光源6a;6b的已知位置提供该区域中人2的位置20.1;20.2。
[0017] 这种系统与第一实施例相比提供了额外优点,导致不那么有分歧地确定人的位置。在根据第二实施例的具有两个光源的系统中,生物的位置由两个假想圆22a;22b的两个交点确定。第三实施例考虑添加另一光源和感测装置。根据此实施例,附加光源,即第三光源6c提供生物的精确位置。在图3所示的具体范例中,第三感测装置检测点20.1中的生物。所有的三个感测装置,第一感测装置、第二感测装置和第三感测装置都可以被单一的感测装置设备所包括。
[0018] 本发明其他有利的实施例包括具有比光源更多的感测装置的系统。该系统包括如上所述并如图1所示第一实施例的所有元件。该系统还包括至少一个附加感测装置,也被布置成过滤第一光谱的光的第二感测装置。类似于第一感测装置,第二感测装置可以包括第二光电二极管和可以与第一滤光器相同的第二滤光器。第二光电二极管基于源自第一光源并从生物反射的第一光谱的光产生第二存在检测信号,不过,由于第二感测装置放置在与第一感测装置不同的相对于生物的位置,该信号将是不同的。相比于根据图1的第一实施例,根据此实施例,为处理器设备提供附加信号,第二存在检测信号。于是,处理器设备基于第一存在检测信号和第二存在检测信号这两者得出该区域中存在人的结论。处理器设备基于存在检测信号的强度并基于该区域中光源和感测装置的已知位置提供该区域中人的位置。
[0019] 如已提到的,假如该生物是人2,则光电二极管8a;8b;8c 能够动态地测量来自人的心率、心率变异性、血氧和可能的血压。这种测量的结果由存在检测信号12a;12b;12c 包括。
[0020] 根据先前实施例的系统可以由查找表设置。该表描述了由例如一系列位置坐标代表的区域图和具有生物距光源的距离和存在检测信号强度之间的关系的列表。存在检测信号包括形式为平均光强的位置信息和形式为由心跳或呼吸引起的强度(在时间上)的有规律的调制的生命体征信息。查找表优选包含位置信息。该表可以包含对应于区域中相关空间位置的绝对光强。不过,在优选实施例中,该表应包含对应于区域中不同空间位置的相对光强。在此情况下,通过将如感测装置所测量的存在检测信号的相对强度与存储在查找表中的相关值进行比较,将得出人的位置。具有这种列表将在得出存在的结论方面对处理器设备有所帮助。与开发软件以计算所述距离相反,处理器设备仅需从预定列表获取相关信息。不过,应提前完成这种列表的生成。
[0021] 光源可以具有可见和不可见范围中的光谱。于是,光源的光谱带宽和足够的感测装置,例如配备有足够的滤光器的光电二极管阵列,可以落在可见光波长(即400nm 和700nm之间的波长)之外。
[0022] 图4示出了用于测量人的心率的氧合血红蛋白(HbO2) 和脱氧血红蛋白 (Hb) 的吸收光谱。从图4显而易见的是,采用来自至少从200至1000纳米(nm)的非常宽范围的光测量心率是可能的。
[0023] 参照图4,显而易见的是,人皮肤中的血流在紫外(UV)频率(即低于400nm)和红外(IR)频率(即高于700nm)处强烈吸收光。由于UV 光的作用可以对皮肤造成损害,优选使用的光谱频率为光仍由皮肤中的血流强烈吸收的IR 频率。通常,这些是700nm和1200 nm之间的频率。
[0024] 这种基于IR 的光谱是适合的,因为IR 光源,例如LED和光电二极管在整个IR 波长范围都容易获得。
[0025] 图4还示出,在从约250 nm 至约1000 nm 的波长范围中,光被人皮肤中的血流强烈吸收。如已经在前文中所述,该范围对应于紫外光谱、红外光谱和可见光谱。
[0026] 如果使用光电二极管阵列,可能需要系统的一次性校准以便将由光电二极管阵列检测的光谱色转换成空间坐标。不过,如果将光照图案固定到光电传感器的滤光器并可选地与光电传感器的滤光器1:1 匹配,则校准问题将无关紧要。
[0027] 光源可以使用不可见波长的光,因为并不总是需要利用彩色照明照亮空间。因此,本发明的优选实施例提出构造该系统,据此,光源的光谱带宽和光电传感器阵列滤光器落在可见光波长(即350-700纳米(nm))之外。
[0028] 人皮肤中的血流也在红外(IR)波长(高于700nm) 和紫外(UV)波长(低于400nm) 处强烈吸收光,如图4所示。由于UV 光的作用可以对皮肤造成损害,高度优选的是使用的光谱频率为光仍由皮肤中的血流强烈吸收的IR 频率。这种基于IR 的光谱非常适合,因为IR 光源(例如LED和光电二极管)在整个IR 波长范围都容易获得。
[0029] 在一些实施例中,感测装置包括具有不同光谱灵敏度的光电传感器。这种对预定义光谱的光敏感的光电传感器可被用于代替配备有用于过滤预定义光谱光的光谱滤光器的光电传感器。在一些实施例中,光电传感器可以具有本质上不同的光谱灵敏度,由此它们可以本质上在不同预定义光谱的光之间进行区分。可以通过例如使用诸如光电二极管、CCD、光电倍增管等不同类别的光电传感器实现本质上不同的光谱灵敏度。可替换地,可以使用诸如具有例如基于(Si)或基于砷化镓(GaAs);Si中不同掺杂平等不同材料性质的光电二极管的相同类别光电传感器实现本质上不同的光谱灵敏度。可替换地,可以通过增加光谱滤光器实现不同的光谱灵敏度。
[0030] 本发明还提出了特定概念,据此,减少了光源的光谱带宽或光电二极管阵列滤光器。一般来说,光源的带宽应落在光电二极管阵列滤光器的带宽中。
[0031] 此外,这种系统可以包括离散的或连续的光谱。对那些在本领域中富有经验的人来说,将显而易见的是,可以通过使用宽带光谱或具有减少的带宽光谱的一系列光源、或者以诸如激光器和LED的单频光源来创建这种系统。此外,阵列中的每一光电二极管也可能具有离散滤光器。
[0032] 本发明的另一方面是一种确定区域中生物的空间位置的方法。该方法包括校准阶段的执行以将相关空间坐标与存在检测信号的对应的绝对或相对强度相关联。通过这种方式,可以创建查找表。
[0033] 存在这种校准方法的不同方式来提供坐标系。下文中描述了两种可能性。
[0034] 本方法的第一实施例基于具有一个光源或多个光源的空间图像的使用。该图像提供在不同空间位置具有光谱照明的空间图。
[0035] 本方法的第二实施例基于在不同位置测量一束或多束光在人皮肤上的反射的校准阶段。在照明空间中有人时,来自其皮肤的光将反映空间中的位置。
[0036] 两种方式均获得将空间中的位置与特定反射信号相关的查找表。
[0037] 尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明,但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的;本发明不限于公开的实施例。
[0038] 通过研究附图、公开的内容和所附权利要求,本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。在权利要求中,“包括”一词不排除其他元件或步骤,不定冠词“一”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
[0039] 附图标记列表2 生物
4 区域
6a;6b;6c 光源
8a;8b;8c 光电二极管
10a;10b;10c 滤光器
12a;12b;12c 存在检测系统
14 处理器设备
20.1;20.2 位置
22a;22b;22c 位置线
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