DE102011009292A1 - Method of controlling hue and saturation of illumination system installed in e.g. touch pad, involves assigning three linear independent color valences in predetermined color space for transformation of Cartesian control signal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Farbton und Sättigung von Beleuchtungssystemen mit Mischlicht aus mindestens drei Grundfarben in variierbarer Zusammensetzung.The invention relates to a method and a device for controlling hue and saturation of illumination systems with mixed light of at least three primary colors in variable composition.
Stand der TechnikState of the art
Die Bedienung von Beleuchtungssystemen mit variierbarem farbigem Mischlicht wird nach dem Stand der Technik mit Steuergeräten für voreingestellte oder benutzerdefinierte Lichtszenarien bewirkt. Als Eingabegerät werden Drucktastenpanels oder Fernbedienungen mit Drucktasten verwendet.The operation of lighting systems with variable colored mixed light is effected in the prior art with control units for preset or custom lighting scenarios. The input device used are push-button panels or remote controls with pushbuttons.
In
In
In
Von Philips gibt es Steuerungen für Farbleuchten mit wechselnden Farben auf dem Markt, die auf dem HSV-Farbmodell beruhen. Das Bedienpanel „ColourChaser Touch” ist rund um ein Stellrad (Scroll-Wheel) als zentralem Bedienelement aufgebaut. Durch Drucktasten können sequenziell die Lichteigenschaften Helligkeit, Farbton und Sättigung auf das Stellrad gelegt werden und nacheinander eingestellt. Ähnlich ist die Fernbedienung für das System „Living Colors” von Philips aufgebaut. Hier sind als Bedienelemente ein Stellrad für den Farbton und jeweils zwei antagonistische Tasten für Helligkeit und Sättigung gegeben. Diese Art der Farbsteuerung erfordert die Bedienung zweier unabhängiger Stellelemente für die Wahl von Farbort und Sättigung und erlaubt es nicht, eine schnelle Information über Umfang des Farbraums und die eingestellte Position innerhalb des Farbraums zu erlangen.From Philips there are controls for color lights with changing colors on the market, which are based on the HSV color model. The control panel "ColourChaser Touch" is built around a wheel (scroll wheel) as a central control element. Push-buttons can be used to sequentially adjust the brightness, hue and saturation light properties on the setting wheel and set them one after the other. Similarly, the remote control for the system "Living Colors" is built by Philips. Here are given as control elements a wheel for the hue and two antagonistic buttons for brightness and saturation. This type of color control requires the operation of two independent controls for the choice of color location and saturation and does not allow to obtain fast information on the extent of the color space and the set position within the color space.
Ein ähnliches Bedienkonzept auf Basis des HSV-Farbmodells weist die Leuchte „Jellyfish” der Fa. Yantouch auf. Hier wird die Bedienung über ein Tastfeld durchgeführt, das in einer dynamischen Weise zum horizontalen Blättern zwischen verschiedenen Farben bzw. Farbmodi eingesetzt wird und die Helligkeit über vertikale Bewegungen in Stufen erhöht oder verringert. Für die routinemäßige und schnelle Einstellung eines Farbortes ist das Verfahren umständlich.A similar operating concept based on the HSV color model shows the luminaire "Jellyfish" of the company Yantouch. Here, the operation is carried out via a touch panel, which is used in a dynamic manner for horizontal scrolling between different colors or color modes and increases or decreases the brightness in vertical steps via vertical movements. For the routine and fast setting of a color location, the process is cumbersome.
Aufgabenstellungtask
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Beleuchtungsanlage mit farbvariablem Mischlicht die Steuerung für eine Kombination aus Farbton (Hue) und Sättigung schnell, intuitiv und genau einstellen zu können. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention has for its object to be able to set the control for a combination of hue (hue) and saturation quickly, intuitively and accurately in a lighting system with color variable mixed light. This object is achieved according to the features of the main claim. Further developments emerge from the subclaims.
Die Erfindung entstand aus der Vorgabe, die Steuerung von Farbton (Hue) und Sättigung bei einer Beleuchtungsanlage, die Mischlicht aus mehreren Grundfarben (mindestens 3) erzeugt, auf Eingabevorrichtungen aufzubauen, die insbesondere in der Computertechnik etabliert sind: Tastfelder (Touchpads) und Trackballs.The invention arose from the specification that the control of hue and saturation in a lighting system which generates mixed light of several primary colors (at least 3) should be based on input devices which are established in particular in computer technology: touchpads and trackballs.
Die Aufgabe stellt sich exemplarisch wie folgt dar: Die Steuersignale des Tastfeldes werden auf einem zweidimensionalen, kartesischen Ortsraum generiert, der durch eine rechteckige Berandung begrenzt wird. Dieses Gebiet wird weiterhin auch „Definitionsbereich” oder „Control Area” bezeichnet und mit der Kurzbezeichnung „CA” versehen.By way of example, the object is as follows: The control signals of the touchpad are generated on a two-dimensional Cartesian spatial unit, which is delimited by a rectangular boundary. This area is also referred to as "Definition Area" or "Control Area" and provided with the abbreviation "CA".
Demgegenüber ist das Farbspektrum einer Beleuchtungsanlage, die Mischlicht aus (n)-Grundfarben erzeugt, in einem affinen Farbraum ein unregelmäßiges Polygon mit (n)-Ecken. Bei einem Beleuchtungssystem mit RGB-Mischfarben wird das Polygon geläufig Farbdreieck genannt. Das allgemeine Polygon in einem Farbraum wird weiterhin „Gamut” bezeichnet, da die deutsche Übersetzung „Farbskala” missverständlich ist.In contrast, the color spectrum of a lighting system that produces mixed light of (n) -round colors in an affine color space is an irregular polygon with (n) corners. In a lighting system with RGB mixed colors, the polygon is commonly called a color triangle. The general polygon in a color space is still called "gamut" because the German translation "color scale" is misleading.
Das grundlegende Problem besteht darin, daß Definitionsbereich und Gamut nicht ähnliche Flächengebilde darstellen und durch eine Ähnlichkeitsabbildung umkehrbar eindeutig aufeinander abgebildet werden können.The basic problem is that domain of definition and gamut do not represent similar shapes and can be reversibly clearly mapped by a similarity map.
Für eine umkehrbar eindeutige Abbildung sind daher weitere Vorgaben erforderlich, die sich aus der Nützlichkeit und intuitiven Bedienbarkeit ableiten. For a reversibly unique image, therefore, further specifications are required, which are derived from the usefulness and intuitive operation.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf folgenden Vorgaben:
- – Die zweidimensionale Stellgröße (x, y) wird in einem kartesischen Koordinatensystem auf einem rechteckigen Gebiet (Definitionsbereich) generiert. Die Grenzen des Gebiets können ohne Verlust der Allgemeinheit symmetrisch zum Ursprung gelegt werden, so dass der Stellgrößenbereich wie folgt definiert ist:
CA = {(x, y): –xmax ≤ x ≤ xmax, –ymax ≤ y ≤ ymax}. - – Die zweidimensionale Stellgröße (x, y) wird umkehrbar eindeutig auf den Gamut der Beleuchtungsvorrichtung abgebildet und den photometrischen Größen Bunttonwinkel (Farbton, Hue) und Sättigung zugeordnet. Es werden in dieser Schutzschrift folgende Definitionen für Bunttonwinkel (Farbton, Hue) und Sättigung im Farbmodell CIE L*u*v* angesetzt: In anderen Farbmodellen sind vergleichsweise Definitionen möglich, und das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Darstellung im CIE L*u*v* Farbmodell beschränkt.
- – Die Einstellung der Gesamthelligkeit L* erfolgt durch ein zusätzliches Steuersignal (z : 0 ≤ z ≤ zmax), welches auf L* abgebildet wird. Die Stellgröße L* kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden, geht aber nur in Farbmodelle ein, deren Transformation nicht homogen von L* abhängt.
- – Die Stellgröße, die am Ursprung des Definitionsbereichts (sprich, in der Mitte des Stellbereichs) (x, y) = (0,0) generiert wird, wird auf einen vorwählbaren achromatischen Farbort W = (u
* / 0 * / 0 - – Die Stellgrößen, die auf dem Rand des Definitionsbereichs generiert werden, werden auf die maximale Sättigung smax eines Farbtons huv auf der Berandung des Gamuts abgebildet.
- – Die Dichteverteilung der unterscheidbaren Farbreize innerhalb des Gamuts soll bei der Abbildung auf die Stellfläche weitgehend erhalten bleiben, damit die Einstellbarkeit unterscheidbarer Farbreize über die gesamte Stellfläche annähernd konstant ist. Anders gesagt, soll eine vorhandene isotrope und homogene Farbmetrik im Farbraum auf die Aktuator-Bedienung im Raum der Einstellparameter übertragen werden. Hierfür ist ein Farbmodell vorteilhaft, welches möglichst isotrope und gleichverteilte MacAdam Zellen aufweist. Die Zellen werden in der Literatur auch in Form von MacAdam Schwellwerteinheiten (SWE) oder Just Noticeable Differences (JND) mathematisch modelliert. Im vorliegenden Kontext gehen diese Größen qualitativ ein, so dass ihre genaue quantitative Definition nicht von Bedeutung ist. Das CIE L*u*v* Farbmodell ist in dieser Hinsicht unter den affinen Modellen eines mit brauchbarer Farbmetrik für das erfindungsgemäße Verfahren und wird für die Beschreibung des Verfahrens und für die beschriebenen Ausführungswege eingesetzt.
- The two-dimensional manipulated variable (x, y) is generated in a Cartesian coordinate system on a rectangular area (definition area). The boundaries of the area can be placed symmetrically to the origin without loss of generality, so that the manipulated variable range is defined as follows:
CA = {(x, y): -x max ≤ x ≤ x max , -y max ≤ y ≤ y max }. - - The two-dimensional control variable (x, y) is reversibly clearly mapped to the gamut of the lighting device and assigned to the photometric parameters hue angle (hue) and saturation. The following definitions for hue angle (hue) and saturation in the color model CIE L * u * v * are used in this protection specification: In other color models, comparisons are possible and the method of the invention is not limited to the representation in the CIE L * u * v * color model.
- - The adjustment of the total brightness L * is made by an additional control signal (z: 0 ≤ z ≤ z max ), which is mapped to L *. The manipulated variable L * can be taken into account in the method according to the invention, but only enters into color models whose transformation does not depend homogeneously on L *.
- - The manipulated variable generated at the origin of the domain of definition (that is, in the middle of the setting range) (x, y) = (0,0) is reduced to a preselectable achromatic chromaticity coordinate W = (u
* / 0 * / 0 - - The manipulated variables that are generated on the edge of the domain are mapped to the maximum saturation s max of a hue h uv on the boundary of the gamut.
- - The density distribution of distinguishable color stimuli within the gamut should be largely retained in the image on the footprint, so that the adjustability of distinguishable color stimuli over the entire footprint is approximately constant. In other words, an existing isotropic and homogeneous colorimetry in the color space is to be transferred to the actuator operation in the space of the adjustment parameters. For this purpose, a color model is advantageous which has as isotropic and equally distributed MacAdam cells. The cells are also mathematically modeled in the literature as MacAdam Threshold Units (SWE) or Just Noticeable Differences (JND). In the present context, these quantities are qualitative, so that their exact quantitative definition is not important. The CIE L * u * v * color model is in this respect among affine models of useful colorimetry for the method of the invention and is used for the description of the method and the described embodiments.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained with reference to the drawings. Show it:
Nachfolgend wird die Transformationseigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnungen näher erläutert.The transformation property of the method according to the invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.
In
Die erfindungsgemäße Transformationsvorschrift wird nachfolgend in Schritten erläutert:
- 1. Transformation des Azimuts der Stellfläche auf den Buntton-Winkel: In
3 ist die Abbildung des Buntton-Winkels auf den Azimut der Stellfläche grafisch dargestellt. Um die Vorgabe zu erreichen, dass die Verteilung der (Buntton-Winkel, Sättigung)-Kombinationen auf der ganzen Stellfläche deren Verteilung im Farbraum getreu wiedergibt, wird die Transformation zwischen Azimut und Buntton-Winkel durch eine Vorschrift für die Erhaltung der Flächenproportion bestimmt. Damit ergibt sich die Funktion für den Buntton-Winkel huv(Θ) aus der Gleichung: Durch diese Transformation wird der Azimut im Bereich von etwa 30° (rot)bis 270° (blau) relativ gedehnt und der Bereich von etwa 50° (orange)bis 150° (cyan) relativ gestaucht und damit eine harmonischere Verteilung der Farbtöne über die Stellfläche erzielt. Die Wirkung ist in7 grafisch veranschaulicht. Es zeigt7A ) die azimutale Zuordnung des Buntton-Winkels (Hue) auf die Stellfläche vor der Transformation und7B ) die Zuordnung nach der Transformation. Während bei der eins-zu-eins Abbildung der Bereich Orange bis Hellblau nahezu 270° auf dem Farbkreis abdeckt und Dunkelblau und Tiefrot mit ihren jeweils kleinen JND/SWE Zellen nur etwa 40° überstreicht, beträgt nach der Transformation der Bereich Orangebis Hellblau etwa 180° und die Bereiche Dunkelblau und Rot einschließend die Purpurlinie erhalten mehr Gewicht. - 2. Transformation der radialen Koordinate im Definitionsbereich auf die Sättigung im Gamut: Nach der Transformation des Azimuts auf den Buntton-Winkel muss die radiale Koordinate ρ, gemessen von der Mitte des Definitionsbereichs, auf den Sättigungswert s
* / uv * / uv 6 ist die Wirkung auf den Verlauf der Sättigungs-Skalierung für drei Gamma-Exponenten (1.0, 2.0, 3.0) exemplarisch dargestellt. Je größer der Koeffizient gegenüber dem linearen Wert (1.0) ist, umso größer wird der Bereich um den achromatischen Punkt subjektiv empfunden, was zu einer präziseren Einstellung von farbneutralem Licht mit leichter Tönung genutzt werden kann. Wichtig ist, dass die gesamte Stellfläche nach wie vor auf den Gamut abgebildet wird und damit die höchste Sättigung am Rand des Gebiets erhalten bleibt: Die Sättigung eskaliert mit steigendem Gamma-Exponenten vernehmbar im Randbereich. - 3. Übertragung von Farbton (huv), Sättigung (s
* / uv
- 1. Transformation of the azimuth of the footprint to the hue angle: In
3 the image of the hue angle is plotted on the azimuth of the footprint. To achieve the specification that the distribution of the (hue-angle, saturation) combinations on the entire footprint faithfully reflects their distribution in the color space, the transformation between azimuth and hue angle is determined by a provision for preserving the area proportion. This yields the function for the hue angle h uv (Θ) from the equation: By this transformation, the azimuth is relatively stretched in the range from about 30 ° (red) to 270 ° (blue) and the range of about 50 ° (orange) to 150 ° (cyan) relatively compressed and thus a more harmonious distribution of hues over the Floor space achieved. The effect is in7 graphically illustrated. It shows7A ) the azimuthal assignment of the hue angle to the footprint before the transformation and7B ) the assignment after the transformation. While in the one-to-one illustration the range orange to light blue covers nearly 270 ° on the color wheel and dark blue and deep red with their respective small JND / SWE cells cover only about 40 °, after transformation the range orange to light blue is about 180 ° and the areas dark blue and red including the purple line get more weight. - 2. Transformation of the radial coordinate in the domain of definition to the saturation in the gamut: After the transformation of the azimuth to the hue angle, the radial coordinate ρ, measured from the middle of the domain of definition, must reach the saturation value s
* / uv * / uv 6 the effect on the course of the saturation scaling for three gamma exponents (1.0, 2.0, 3.0) is shown as an example. The larger the coefficient over the linear value (1.0), the larger the area around the achromatic point is subjectively felt, which can be used for a more precise adjustment of color neutral light with a light tint. It is important that the entire footprint is still mapped to the gamut and thus the highest saturation is retained at the edge of the area: The saturation escalates audibly in the edge area as the gamma exponent increases. - 3. Transmission of hue (h uv ), saturation (s
* / uv
Die beschriebene Ansteuerung hat gegenüber den im Stand der Technik liegenden Ansteuerungen praktische Vorteile. Dadurch, dass der achromatische Farbort (Weißpunkt) in der Mitte der Stellfläche angesteuert wird, ist die intuitive Einstellung einer farbneutralen Beleuchtung mit einem Handgriff möglich. Nuancen der Farbtemperatur ergeben sich durch mittennahe Ansteuerpunkte, wobei die Einstellempfindlichkeit im mittennahen Bereich durch die beschriebene Gammakorrektur anpassen lässt.The control described has practical advantages over the controls of the prior art. The fact that the achromatic color point (white point) in the center of the footprint is controlled, the intuitive setting of a color neutral lighting is possible with a handle. Nuances of the color temperature result from near-center control points, whereby the adjustment sensitivity in the mid-range range can be adjusted by the described gamma correction.
Ebenso ist die Einstellung maximal gesättigter Farben auf der Berandung der Stellfläche intuitiv leicht zu erfassen. Die Zuordnung der Farbtöne zu den sektoralen Zonen der Stellfläche kann schnell erschlossen werden.Similarly, the setting of maximum saturated colors on the boundary of the footprint is intuitively easy to capture. The assignment of the color shades to the sectoral zones of the footprint can be tapped quickly.
Der Einsatz von marktüblichen, technisch ausgereiften Tastfeldern verringert Entwicklungs- und Herstellungskosten. Daneben kann die etablierte Erkennung von Zweifingergesten oder die Anordnung von Hotspots für die Lichtsteuerung nutzbar gemacht werden.The use of commercially available, technically mature touch panels reduces development and production costs. In addition, the established detection of two-finger gestures or the arrangement of hotspots can be used for the lighting control.
Ausführungsbeispielembodiment
Das Verfahren und eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Ansteuerung einer Beleuchtungsvorrichtung mit RGB-Mischfarben wird anhand des Blockschaltbilds in
Der Microcontroller
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Controller
Eine weitere vorteilhafte Strukturierung des Systems kann dadurch erzielt werden, indem die zur Tranformation erforderlichen Daten über den Gamut der Leuchten
Für eine Weiterbildung der Erfindung mit der Bedienung des Beleuchtungssystems parallel über mehrere Tastfelder
In
Eine weitere Ausgestaltung wird anhand von
Die Bedienung kann einfacher und komfortabler werden, wenn verschiedene Ein- und Zweifingergesten auf dem Tastfeld, wie sie aus der Anwendung in der Computerbedienung bekannt sind, auf die Lichtsteuerung übertragen werden. In
Geste
Geste
Geste
Geste
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erkennung von Gesten auf druckempfindlichen Eingabegeräten Gegenstand mehrerer Schutzrechte ist, u. a.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 101101
- Tastfeld (Touchpad)Touchpad
- 102102
- Tastfeld ControllerTouchpad controller
- 103103
- Rechenwerk, Transformation (x, y) nach (h, s*)Arithmetic unit, transformation (x, y) to (h, s *)
- 104104
- Eingabegerät Signal für Gesamthelligkeit (L*)Input device signal for total brightness (L *)
- 105105
- Treiber für Lichtquelle RotDriver for light source red
- 106106
- Lichtquelle RotLight source red
- 107107
- Treiber für Lichtquelle GrünDriver for light source green
- 108108
- Lichtquelle GrünLight source green
- 109109
- Treiber für Lichtquelle BlauDriver for light source Blue
- 110110
- Lichtquelle BlauLight source blue
- 200200
- Tastfeld (Touchpad) für Farbton/SättigungTouchpad for hue / saturation
- 201201
- Taster für Voreinstellungen (Store/Recall)Button for presets (Store / Recall)
- 202202
- Linearsteller für GesamthelligkeitLinear actuator for total brightness
- 203203
- Frontabdeckungfront cover
- 300300
- Leuchtensockellight socket
- 301301
- Steuerkugel für Farbton/SättigungControl ball for hue / saturation
- 302302
- Schiebesteller für GesamthelligkeitSliding plate for total brightness
- 303303
- Taster für Voreinstellungen (Save/Recall)Button for presets (Save / Recall)
- 400 400
- Tastfeld für Farbton/SättigungTouchpad for Hue / Saturation
- 401401
- Geste: Tastung, Ein/AusGesture: keying, on / off
- 402402
- Geste: Zoom-In, Gamma-Exponent vergrößernGesture: zoom in, increase gamma exponent
- 403403
- Geste: Zoom-Out, Gamma-Exponent verkleinernGesture: zoom out, zoom out gamma exponent
- 404404
- Geste: Rotate, Farbton durchstimmenGesture: Rotate, tune shade
- CACA
- Control Area (Definitionsbereich des 2D-SteuersignalsControl Area (definition area of the 2D control signal
- h, huv h, h uv
- Farbton, Bunttonwinkel, Hue = arctanv/u in CIE L*u*v*Hue, hue angle, Hue = arctanv / u in CIE L * u * v *
- L*L *
- Helligkeit, Lightness, 3. Koordinate in CIE L*u*v*Brightness, Lightness, 3rd coordinate in CIE L * u * v *
- RGB, RGCBRGB, RGCB
- Rot-Grün-Blau, Rot-Grün-Cyan-Blau MischlichtsystemRed-Green-Blue, Red-Green-Cyan-Blue mixed light system
- s*, s * / uvs *, s * / uv
- Sättigungsaturation
- S*, S * / uv,S *, p * / uv,
- Grenze der Sättigung auf dem Gamut-RandLimit of saturation on the gamut edge
- (u*, v*)(u *, v *)
- Koordinaten im Farbraum CIE L*u*v*Coordinates in color space CIE L * u * v *
- WW
- Achromatischer Punkt, Weisspunkt, UnbuntpunktAchromatic point, white point, achromatic point
- (x, y)(x, y)
- Wertepaar aus Definitionsbereich des StellsignalsValue pair from the definition range of the actuating signal
- ±xmax, ±ymax ± x max , ± y max
- Untere/Obere Grenze Definitionsbereich Stellsignal, x/y-KoordinateLower / Upper limit Definition range Control signal, x / y coordinate
- γγ
- Exponent für radiale Wichtungsfunktion (Gamma-Korrektur)Exponent for radial weighting function (gamma correction)
- ρρ
-
Radius im Definitionsbereich Steuersignal = √
x² + y² x² + y² - PP
- Grenzwert des Radius im Definitionsbereich SteuersignalLimit value of the radius in the definition area control signal
- ΘΘ
- Azimutwinkel im Definitionsbereich Steuersignal = arctany/xAzimuth angle in the domain Control signal = arctany / x
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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