CN102016751A - 使用矢量校准的rgb led控制 - Google Patents

Abstract

使用RGB LED和矢量校准来实现颜色匹配且协调的照明。

Description

使用矢量校准的RGB LED控制

背景技术

本发明提供了基于LED照明的颜色匹配和协调。本发明特别适用于游戏PC，在此情景中LED在美观性和实用性方面都做出重要的贡献。

许多现有技术计算机使用LED作为指示器，例如指示“电源接通”或“盘在操作中”。LED的使用已经超越了实用性，例如，它们可以用来照亮标志以用于品牌名称识别。如可从惠普公司获得的黑鸟(Blackbird)的游戏计算机往往被视为一种“声明(statement)”；美观性对于该声明是重要的，并且LED是该美观性的重要部分。

在关注美观性的情况下，需要精确的颜色用于颜色匹配与协调。如果需要匹配的LED，则使它们中的一个轻微偏离颜色(offcolor)可能破坏效果。同样，如果LED应该输出协调的颜色，则如果其中一个LED输出其色泽错误的颜色，效果可能被减弱或被破坏。

然而，选择相互匹配或匹配特定颜色的LED并非轻而易举。不同的制造商通常使用不同的过程来制造LED。给定的制造商可能将不同的过程用于不同规格(例如功率输出水平)的LED。即使是由同样的过程制造的相同规格的LED，各批次之间也可能不同。如果需要匹配的LED，一种方法是在同一批次或bin中选择它们。然而，这种选择性可能涉及额外成本，而且当需要更换LED时容易出现问题。寻找精确协调的LED颜色可能甚至更有挑战性，因为这不可能通过从公共bin中进行选择来完成。需要的是获得精确颜色以用于游戏PC以及其他情景的LED照明的一种更好的方法。

在此描述相关技术，以促进对本发明的理解。标有“现有技术”的相关技术是被承认的现有技术；未标有“现有技术”的相关技术不是被承认的现有技术。

附图说明

附图描绘了本发明的实现方式/实施例，而非发明本身。

图1是根据本发明实施例的使用RGB LED的计算机系统的示意图。

图2是图1计算机系统的示意透视图，示出了所述RGB LED在其外壳上的位置。

图3是根据本发明实施例的膝上型计算机的透视图。该膝上型计算机的LED对应于图1中的LED，并且因此给予相同的附图标记。

图4是根据本发明的方法实施例的使用图1的系统实践的方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了使用具有(非标量)矢量校准的RGB控制器来驱动RGBLED，从而提供了使用单色或双色LED不能接近的颜色匹配水平。这里，“RGBLED”是任何单元件或多元件LED，其可以发射所有三种加性原色：红，绿和蓝。通过颜色相加，RGB LED可以输出近似可见光谱的色域(颜色范围)。矢量校准允许将RGB LED输出的任何颜色校正成该RGB LED输出的任何其他颜色。因此，即使两个RGB LED对电压输入做出不同的响应，RGB控制器可以调整一个或两个输入，使得LED输出按照需要相匹配或协调。因此，即使对于可由单色或双色LED输出的颜色，可以选择更昂贵的RGB LED以提供更好的颜色匹配。

同样，矢量校准可用于改善RGB LED的输出与标准RGB颜色空间(诸如sRGB，Adobe RGB，Apple RGB，NTSC等)的相符性。当然，如果两个RGBLED的输出符合同一标准RGB空间，它们也相互符合。

为了比较和对照的目的，考虑使用两个单色的绿色LED进行前面板照明的计算机。如果这些LED以不同的敏感度对输入电压进行响应，那么在一般情况下如果相同电压被施加于每个LED，它们将以不同的强度发光。这种LED的控制器可应用标量校准以补偿这种敏感度的差异。但是，如果其中一个LED的绿色比另一个LED的绿色更黄一点，则无法通过调整强度来校正颜色不匹配。同样，RGB LED中的对应问题无法通过对于RGB LED的相应红色、绿色和蓝色元件应用独立的标量校准来有效校正。然而，矢量校准将允许来自蓝色元件的少量蓝色用来补偿绿色元件的黄色。

根据本发明的一个实施例，计算机系统AP1包括RGB LED11，12和13。更一般地，本发明为任意数量的RGB LED作准备；本发明特别适用于有两个或更多具有不同颜色生成功能的RGB LED的系统。换言之，它们可以对相同的输入做出不同的响应，因为它们来自不同的制造商，由不同的过程制成，和/或设计成满足不同的规格。

每个RGB LED11，12，13是单独的红色、绿色、和蓝色LED元件的组件：RGB LED11包括红色LED元件1R，绿色LED元件1G，以及蓝色LED元件1B；RGB LED12包括红色LED元件2R，绿色LED元件2G，以及蓝色LED2B；RGB LED13包括红色LED元件3R，绿色LED元件3G，以及蓝色LED元件3B。每个RGB LED有四个引线，每个颜色通道(红，绿，蓝)有一个引线且一个引线用于接地。在每个引线处的电压确定相关联的单色元件的亮度以及因此它对合并的RGB LED11，12或13输出的总体颜色的贡献。

用于驱动RGB LED11，12和13的电压由RGB LED控制器15提供。在所示实施例中，有9个不同的驱动电压，三个RGB LED的每一个的三个颜色元件的每一个各有一个电压。这九个电压的大小由存储在计算机可读介质17中的三个8+8+8位驱动矢量19确定。每个驱动矢量由数模转换器(DAC)21转换为R，G，和B电压电平。

RGB-LED控制器15根据请求矢量23计算驱动矢量19。像驱动矢量一样，每个请求矢量是三个8位值的有序集合。在请求矢量的情况下，该8位值代表三个R，G和B颜色通道中每个通道的所请求的强度值。每个请求矢量对应于标准化sRGB颜色空间中的预定颜色。(可替代实施例使用其他标准RGB颜色空间。)RGB LED控制器15调整这些请求矢量以对RGB LED11，12，13的颜色生成功能的偏差进行预补偿，以使得它们的实际输出尽可能密切地匹配由请求矢量23表示的所请求的颜色。

校准数据25定义一个或多个矢量校准函数，其可以采取查找表的形式，对于该查找表而言请求矢量是输入(地址)并且(由对请求矢量的校准调整所产生的)驱动矢量是输出(条目)。实践中，较小的表可以代表可能的请求矢量的子样本，其中利用插值来计算没有在表中表示的请求值的驱动矢量。替代地，校准数据可为用于将请求矢量转化为驱动矢量的算法的参数指定值。

校准数据25可以是工厂设定的，而且用户可使用校准过程进行更新。在所示实施例中，可使用内置在计算机AP1中的校准控制器27和颜色传感器31，32和33来实现校准。在替代实施例中，可使用单一颜色传感器；该颜色传感器可以是供应的或可单独购买的配件。使用可移动的颜色传感器避免了由于固定颜色传感器的差异而可能产生的系统误差。校准控制器可内置于RGB控制器中，可以是单独的计算机部件，或者可以是供应的或单独购买的配件。本发明还允许人眼用作颜色传感器，以及允许反复试验用于校准(例如无需校准控制器)。

校准控制器27耦合到RGB LED控制器15，以便它能够控制驱动矢量19，并且从而实施测试序列。对于每个RGB LED11，12，13，每个由校准控制器27施加的测试驱动矢量产生输出颜色。相应的颜色传感器31，32，33感测该输出颜色。每个颜色传感器31，32，33输出表示在sRGB空间中感测到的颜色的输出矢量。(更一般的，方便的是在用于请求矢量的标准化颜色空间中表示输出颜色。)校准控制器27将每个输出矢量与产生其的驱动矢量相关联；这些关联存储为校准数据25。颜色校准是已经被广泛探讨的主题。上面描述的方法只是由本发明提供的许多方法之一。

计算机AP1包括处理器41，通信设备43和计算机可读介质45。处理器41用于通过执行指令程序来操纵数据。介质45用于存储数据和指令，包括颜色实用程序(utility)47。介质45可包括固态和基于盘的存储器和储存设备，包括可以是闪存的介质17。通信设备43包括输入/输出设备，其包括触摸屏显示器49、以及鼠标和键盘。此外，通信设备43可以包括网络端口和外部总线(USB，火线，eSATA)接口。

LED颜色实用程序47在启动时提供控制面板，通过该控制面板用户可以交互以控制RGB LED11-13。将显示的第一面板是HSB面板51。面板51提供了一组三个选择LED按钮53，以选择要进行调整的一个、两个或三个RGBLED11-13。按钮53下面是色调调色板55。色调调色板55允许选择色调；示有8个选择，但实用程序47可以配置为示出不同数量的色调，该数量可以是预设的或定制的。在调色板55之下是饱和度滑条57和亮度滑条59。HSB面板51允许用户使用色调-饱和度-亮度HSB颜色空间选择颜色。实用程序47将HSB颜色矢量转换为sRGB颜色矢量，其可以作为颜色请求矢量23写入介质17。因此，HSB面板51提供了控制RGB LED11-13。

当已经实现来自一个或多个RGB LED的期望的照明时，用户可以激活“OK”按钮61。这使得请求矢量被复制为保留矢量63。代替地，用户可以通过激活“取消”按钮65，将先前的保留值恢复为请求值。第三选项是激活“更多”按钮67，其调出(bringup)RGB面板71。

RGB面板71允许用户直接在sRGB或由控制器15实施的其他标准化RGB空间中进行工作。RGB面板71具有选择LED按钮73，选择LED按钮73与HSB面板51的按钮53相似。面板71还具有用于三个RGB颜色通道红、绿和蓝的每个的组合域和滑条75，77和79。这些域中的数字可以键入或通过移动滑条来设置。这些数字代表从0到255的sRGB值。面板71还包括颜色域81和83以对比旧颜色(在上一次“OK”时建立并存储为保留矢量63)与新颜色，该新颜色在面板71的RGB域中表示并由请求矢量23以及RGB LED11-13跟踪。

按下“OK”按钮85将用所选择的一个或多个RGB LED的请求矢量23覆盖保留矢量63。按下“取消”按钮87将当前保留矢量恢复成请求矢量23。按下“校准”按钮89调出校准面板(未显示)。校准面板给予用户手动校准、自动校准、和预先设定的校准上传的选择。手动校正允许用户基于反复试验过程来编辑校准数据，在反复试验过程中用户设定请求矢量并观察所得的输出颜色。自动校准涉及如上所述的校准控制器27使用测试序列设置校准数据24。

除了提供手动和自动校准，实用程序47可以将预先设定的矢量校准函数上传到控制器15。例如，RGB LED的部件标识号码可以通过因特网提交给网站，网站可以返回对应的预先设定的矢量校准函数。矢量校准函数可以下载到计算机系统AP1，例如下载到介质45。实用程序47然后可以将预先设定的矢量校准函数上传到控制器15的介质17。

一些替代实施例不包括用于校准RGB LED控制器的装置。在这些实施例的一些中，校准是在工厂完成的而且一旦计算机已经装运就不再更新校准曲线。在其他情况下，计算机供应商提供可下载的校准曲线。由此，用户可以提供更换RGB LED的说明，并且作为响应获得适当的校准曲线。本发明还提供了使用外部传感器测量请求的颜色和实际颜色之间的差异并通过用户界面调整校准曲线。其他实施例使此过程自动化，允许应用与外部传感器例如通过USB接口进行交互，并相应地设置校准曲线。

图2是计算机系统AP1的透视示意图，示出了其外壳90。RGB LED 11位于外壳顶部91，RGB LED 12位于前面板92，和RGB LED13位于外壳80的底部93。外壳90将计算机内部95和计算机外部97分开，如图1示意性地所示。

图3是根据本发明实施例的膝上型计算机AP2的透视图，其具有可折叠外壳101，该外壳101将膝上型计算机的内部和膝上型计算机的外部分开。可折叠外壳101被分为显示器外壳103和键盘外壳105。图1说明了膝上型计算机AP2和台式计算机AP1的功能。LED 11位于显示屏107上方的显示器外壳103的顶部中心；LED 12位于键盘109后面的键盘外壳105的右后方；和LED 13位于键盘外壳105的左前方。

附加的RGB LED可以在膝上型计算机AP2中使用，例如，以为键盘109提供背光以及为显示器外壳103背面的标志(未显示)提供照明。利用图1所示的校准系统，可以对膝上型计算机AP2的照明元件进行颜色匹配和协调，并且甚至在计算机之间(例如，台式计算机AP1和膝上型计算机AP2之间)进行颜色匹配和协调。

本发明提供了如图4流程图所示的方法ME1。在方法段M1，设置或调整一个或多个矢量校准函数，例如使用颜色实用程序47或在由(一个或多个)RGBLED照明的计算机上运行的另一程序来进行该设置或调整。“设置”可以包括出厂设置M1A。此外，“设置”可以包括传输预先设定的矢量校准函数M1B。这种传输可以包括通过因特网将预先设定的矢量校准函数(如从供应商网站或支持论坛)下载到由(一个或多个)RGB LED照明的计算机，并且然后将其上传到该计算机的RGB LED控制器。“设置”也可以是自动校准M1C的结果，自动校准M1C使用测试颜色矢量来驱动RGB LED。“调整”可以包括用户进行手动调整M1D。此外，“调整”可以使用校准例程来进行，校准例程设置颜色请求矢量，然后调整颜色请求矢量。校准函数然后被调整以最小化RGB LED输出的“颜色误差”。

在自动校准过程中，每个测试矢量都产生输出颜色。每个输出颜色与产生该输出颜色的测试矢量相关联。校准函数被确定为这些关联的函数。

一旦完成校准，在方法段M2，矢量校准函数可用于将请求的颜色矢量转换或调整为已调整的颜色矢量。该调整的目的是预先补偿RGB LED的颜色生成功能与某个标准RGB颜色空间的一致性的任何缺乏。在方法段M3，例如采用数模转换器，作为已调整(或驱动)颜色矢量的函数生成用于驱动RGB LED的电压。

如前所述，校准可以各种方式完成。它可以通过使用内置的传感器完成，该传感器与相应的RGB LED配对。另外，可使用单个可移动的传感器。校准控制器可以是软件或硬件。校准也可以无需传感器而完成。例如，用户可以下载预先确定的校准函数。在这种情况下，供应商或其他用户可以为特定型号的RGBLED确定校准函数。用户可以识别使用中的RGB LED的型号并下载到计算机，以及将合适的校准函数上传到RGB控制器。另外，颜色实用程序能够提供手动调整，例如，通过仅仅观看特定颜色值的颜色输出，所述特定颜色值如黑色(0，0，0)，白色(255，255，255)以及其他。例如，用户可以手动调整校准函数以匹配白色。

颜色误差可以多种方式测量。一种方式是在所有请求的颜色上对请求的颜色与实际输出颜色之间的差异的绝对值求和。另一种度量将是这些差异的平方和。为了节省计算时间，颜色空间可以被子采样；在该情况下，颜色误差度量将是基于子采样空间的和。例如，可以通过考虑仅使用形式为16N-1的值的矢量，如(0，0，0)，(0，0，15)，(255，255，255)，(15，31，63)等，并且排除(1，2，3)，(0，0，10)等对颜色空间进行子采样。

颜色误差函数可以不同的方式产生。一种方式是输入期望的颜色值；所得的颜色误差函数可以用来产生校准函数。另一种方式是输入根据当前的校准函数调整的期望的颜色值；在这种情况下，颜色误差函数用来调整校准函数。后一种方法可迭代地使用以逐渐达到更精确的校准函数。

与响应于未调整的请求的颜色值所输出的颜色相比，有效的校准函数应提供更紧密匹配所请求颜色的输出颜色。换句话说，已调整LED输入的颜色误差应小于未调整输入的颜色误差。此外，与给定RGB LED及相关校准函数相关联的颜色误差应小于该RGB LED使用系统上任何其他RGB LED的校准函数的颜色误差。

这可以被如下所述地形式化：

令E11是当RGB LED11的请求值用于驱动RGB LED 11时RGB LED11的颜色误差度量。

令E21是当RGB LED12的请求值用于驱动RGB LED 12时RGB LED12的颜色误差度量。

令E12是当由RGB LED11的校准函数调整的RGB 11的请求值用于驱动RGB 11时，RGB LED11的颜色误差度量。

令E22是当由RGB LED12的校准函数调整的RGB LED12的请求值用于驱动RGB LED 12时，RGB LED12的颜色误差度量。

令E13是当由RGB LED12的校准函数调整的RGB LED11的请求值用于驱动RGB LED 11时，RGB LED11的颜色误差度量。

令E23是当由RGB LED11的校准函数调整的RGB LED12的请求值用于驱动RGB LED 12时，RGB LED12的颜色误差度量。

那么，E12＜E11；E22＜E21；E12＜E13；及E22＜E23。可能有例外，但例外当然是不期望的。

本文中，“标量”是从实数集中选择的数值。“矢量”是标量的有序集合。不严谨地使用，“矢量”和“标量”是相互排斥的。然而，按照更精确的用法，标量是一维矢量。某些多维矢量函数可简化为标量函数。例如，RGB LED的一些矢量校准函数可简化为独立的红色、绿色、和蓝色校准函数。本发明提供了这样的校准函数以及提供了不可简化为标量校准函数的矢量校准函数。例如，添加蓝色到绿色以得到更纯绿色输出的调整将需要这样的矢量校准函数，其不可简化为标量成分，至少不可简化为R，G，B标量成分校准函数。在所示实施例中，校准包括试图匹配颜色标准。本发明还提供了在不参考标准的情况下互相匹配RGB LED。在这种情况下，颜色误差函数定义在成对或成组RGB LED之间，而不是在RGB LED和标准之间。

本发明可应用于计算机(例如游戏PC)的外部照明的情景中。在该情景中，要照明的对象和用于控制照明的对象是相同的。也可以存在要照明的对象和用于控制颜色的装置不同的情景。例如，本发明可以为售货机提供精确的光照。售货机操作员可携带一种与售货机对接的系统，其允许调整颜色。本发明提供了对于所示实施例的这些及其他的变化和修改，本发明的范围由下列权利要求书定义。

Claims (14)

1.一种计算机，包括：

外壳，其将计算机内部和计算机外部分开；

位于所述内部中的处理器；

位于所述内部中的计算机可读介质；以及

多个RGB LED，其对所述外壳的至少部分和所述外部的至少部分进行照明。

2.根据权利要求1所述的计算机，其中：

所述RGB LED具有彼此不同的相应的颜色生成功能。

3.根据权利要求2所述的计算机，进一步包括：

RGB LED控制器，其用于控制所述RGB LED，所述RGB LED控制器根据一个或多个校准函数对请求的颜色值应用调整，以补偿所述颜色生成功能之间的差异。

4.根据权利要求2所述的计算机，其中：

所述一个或多个校准函数是矢量校准函数，其不可简化成多个独立的R，G，B标量校准函数。

5.根据权利要求3所述的计算机，进一步包括：

一个或多个传感器，用于感测由所述RGB LED输出的颜色；以及

校准控制器，用于比较所请求的值与所述RGB LED的实际输出颜色，并相应地设置所述一个或多个校准函数。

6.一种方法，包括：

根据矢量校准函数来调整请求的颜色矢量，以产生已调整颜色矢量；和

使用作为所述已调整颜色矢量的函数而确定的电压来驱动RGB LED。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

所述矢量校准函数不可简化成用于所述RGB LED的红色，绿色和蓝色元件的独立标量校准函数。

8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

在调整所述请求的颜色矢量之前，设置或调整所述校准函数。

9.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述设置或调整所述校准函数包括使用测试颜色矢量进行自动校准。

10.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述设置或调整是通过在由所述RGB LED照明的计算机上运行的程序来执行的。

11.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述矢量校准函数是通过因特网传输的预先设定的校准函数。

12.一种RGB LED控制器，包括：

包含校准数据的介质，其用于根据矢量校准函数来将请求的颜色矢量转换成已调整的颜色矢量；和

数模转换器，用于将所述已调整的颜色矢量转换成用于驱动一个或多个RGB LED的电压。

13.根据权利要求12所述的RGB LED控制器，其中：

所述矢量校准函数不可简化成用于分开的红色、绿色和蓝色通道的独立标量校准函数。

14.根据权利要求14所述的RGB LED控制器，其中：

所述介质为存储相应RGB LED的多个矢量校准函数作准备。

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