CN102577604A - 发光系统的颜色控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发光系统(10)的颜色控制的方法，该发光系统(10)包括配置用于发射不同原色的光的第一(1)和第二(2)光源。借助本发明，能够确定用于由第一(1)和第二(2)光源发射的混合光的颜色点(cp₃)，该颜色点(cp₃)具有相对于目标颜色点(cp_T)的所感知的颜色输出的最小差别。

Description

发光系统的颜色控制

技术领域

本发明涉及用于具有两种不同颜色的光源的发光系统的颜色控制的方法。本发明还涉及相应的发光系统。

背景技术

最近，在增加发光二极管(LED)的亮度方面取得了许多进步。由此，LED变得充分亮和便宜以用作例如具有可调颜色的发光系统中的光源。通过混合不同颜色的LED，能够生成任意数量的颜色，例如白色。可调颜色发光系统通常通过使用多个原色来构建，并且在一个示例中，使用红、绿、蓝三原色。所生成的光的颜色由所使用的LED、以及混合比率决定。为了生成“白色”，全部三个LED都必须接通。为了适用于各种应用，照明系统适于发射具有期望颜色输出的光是重要的。

现已开发了几种照明系统，其中各种颜色的LED被组合，并且其中每一个LED可以被独立地驱动以提供从照明系统发射的组合光的颜色控制，从而获得适于所讨论的应用的期望颜色输出。这样的控制能够借助例如校准表、温度反馈、通量或颜色反馈等来执行。作为一个步骤，目标颜色点被转换为来自每一个独立通道的期望通量，当系统中存在三原色时所述通量是直接的计算值。然而，当目标颜色点位于照明系统的光源可能产生的色域的外面时，可能执行目标颜色点的近似。这样的方法的示例已在WO 2007/042984中公开。

尽管WO 2007/042984的方法提供了目标颜色点的近似，但它关注于具有在颜色控制方面的高灵活性的大尺度发光系统，因此可能期望提供一种用于具有较少颜色控制自由度的较不复杂的发光系统的颜色控制方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，通过一种用于发光系统的颜色控制的方法来至少部分地满足上述需要，所述发光系统包括配置用于发射不同原色的光的第一和第二光源，该方法包括如下步骤：接收布置于预定二维颜色坐标系中的用户选择的目标颜色点；分别确定第一和第二光源的第一和第二颜色点，其中第一和第二颜色点布置于预定二维颜色坐标系中的直线上；确定在第一和第二颜色点之间的直线上的第三颜色点，该第三颜色点具有相对于用户选择的目标颜色点的最小的颜色差；以及基于第三颜色点确定用于第一和第二光源的一组控制参数，从而使得由第一和第二光源发射的光的混合对应于第三颜色点。

通过根据本发明的方法，第三颜色点被主动确定为二维颜色坐标系中第一和第二颜色点之间直线上的所有颜色点中相对于目标颜色点而言具有最小颜色差的一个颜色点。换言之，具有所述直线外的目标颜色点的所请求的目标颜色点(该直线包括第一和第二光源能够一起产生的颜色点)可以被输出为具有最小的所感知的颜色输出的差别的位于直线上的第三颜色点。

在优选的实施方式中，第三点的确定可以进一步包括：形成第一和第二颜色点之间的直线上的位置相对于用户选择的目标颜色点的颜色差函数，以及找出最小颜色差，其中该函数促进表达直线上的点和目标颜色点之间的颜色差。

当具有颜色差函数时，用于找出最小颜色差的不同的方法是可能的，并且在优选的实施方式中，找出最小颜色差可以包括确定颜色差函数的导数等于0。备选地，也可以通过第一和第二颜色点之间的直线与垂直于其且通过目标颜色点的直线相交之处确定该点。

优选地，取决于用于控制发光系统的光源的调暗方法的类型，控制参数是占空比和驱动电流设置中的至少一个。此外，本发明的方法可以进一步包括：获取用于确定第一和第二光源各自颜色点的第一和第二光源中的每一个的传感器数据。原色点因此可以基于传感器数据而确定。利用这样的反馈能力，反应电流环境的颜色点可以被发光系统获取，由此可以执行适应这些环境的措施。初始值例如存储于发光系统内，并且在操作期间根据测量被更新。

优选地，所述预定二维颜色坐标系可以对应于CIE 1976颜色坐标系。CIE 1976坐标系的二维描述是色度图，其中颜色具有固定的亮度。CIE 1976颜色坐标系的优点在于存在所感知的颜色差和该坐标系内的颜色点之间的几何距离之间的良好相关性。

根据本发明的另一方面，提供了一种发光系统，包括：第一和第二光源，配置用于发射不同原色的光；传感器，用于检测由第一和第二光源发射的光；以及控制单元，配置用于接收布置于预定二维颜色坐标系中的用户选择的目标颜色点，分别确定第一和第二光源的第一和第二颜色点，其中第一和第二颜色点布置于预定二维颜色坐标系中的直线上，确定在第一和第二颜色点之间的直线上的第三颜色点，该第三颜色点具有相对于用户选择的目标颜色点的最小的颜色差，以及基于第三颜色点确定用于第一和第二光源的一组控制参数，从而使得由第一和第二光源发射的光的混合对应于第三颜色点。利用这样的发光系统，可以实现与结合本发明的第一方面描述的效果相似的效果。

当研究所附的权利要求和下面的描述时，本发明进一步的特征和优点将变得明显。本领域技术人员将认识到在不脱离本发明范围的情况下，本发明的不同特征可以被组合以创建除下文描述的实施方式以外的实施方式。

附图说明

通过下面的详细描述和附图，包括具体特征和优点的本发明各个方面将容易被理解，其中：

图1图示了根据本发明当前优选实施方式的发光系统；

图2示出了颜色空间色度图；以及

图3是根据本发明的方法步骤的流程图。

具体实施方式

现将参照其中示出了本发明的当前优选实施方式的附图而在下文中更加完整地描述本发明。然而本发明可以体现于许多不同的形式中且不应理解为对此处提出的实施方式的限制；相反，提供这些实施方式以用于彻底、完全且完整地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。相似的参考标记在全文中指代相似的元件。

现参照附图，特别是图1，描绘了示范性的发光系统10，其包括第一光源1和第二光源2。这里第一光源包括与磷光体组合的单个LED 3，其适于发射基本上白光。这里第二光源2包括3个LED 4，每一个适于发射基本上红光。因此，第一光源1发射第一原色，而第二光源2发射第二原色。本发明的范围自然覆盖发射与图1所示不同的其他原色的其他LED组合。

可以提供颜色传感器5和温度传感器6。该颜色传感器是适于给出发射光的颜色坐标(例如CIE X，Y)、即测量各个原色的颜色坐标的传感器。温度传感器6适于确定周围的温度和/或LED 3，4的衬底温度。此外，适于给出发射光的单通量数的通量传感器7可以与驱动和测量方案一同使用，其允许分别确定两个光源1和2的通量。为了能够根据其读出值作出实质的计算，必须知道所述通量传感器7的谱灵敏度。该通量传感器可以是具有类似人眼灵敏度的灵敏度谱的光度通量传感器，或者是具有由传感器的材料特性确定的灵敏度谱的辐射通量传感器。应注意到上述传感器分别提供在光源1，2的附近以提供LED 3，4中的每一个的光通量和/或颜色的测量值。

在所描绘的实施方式中提供了控制单元8，其适于接收来自传感器5，6，7的测量值和预定目标颜色。控制单元8可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程器件。控制单元8也可以包括或替代性地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程逻辑阵列、可编程逻辑器件、或数字信号处理器。在控制单元8包括像是上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器那样的可编程器件的情况下，处理器可以进一步包括控制可编程器件的操作的计算机可执行代码。如果控制单元8包括像是上述微处理器或微控制器那样的可编程器件，则该处理器可以进一步包括控制发光系统10的操作的计算机可执行代码。控制单元8可以附加地包括调节器，其使得能够调节第一和第二光源1，2的占空比和电流水平。

发光系统10可以进一步包括用户接口9。该用户接口9可以包括像是按键和可调节控制那样的输入设备，其产生信号和电压(例如对应于高或低数字状态的数字信号)。如果电压是模拟电压的形式，则可以使用模数转换器(A/D)将该电压转换为可使用的数字形式(未示出)。经由该用户接口9，用户可以能够选择期望的颜色。

图2图示了以二维空间CIE1976 u’，v’表示的颜色空间色度图20，其描绘了表示为cp₁，cp₂，cp_T，cp₃的颜色点。Cp₁是由第一光源产生1产生的颜色点，而cp₂是由第二光源2产生的颜色点。以两种不同原色发射光的光源具有在cp₁和cp₂之间的直线2 1上的某处的组合光输出。Cp_T是目标颜色点，而cp₃是通过本发明的方法确定的颜色点，该颜色点是位于颜色空间中的该直线上、具有与目标颜色点cp_T最短距离的颜色点。

图3呈现了用于确定要由所示实施方式的发光系统10的输出的第三颜色点cp₃的示范性步骤。该步骤当在发光系统10的控制单元8中执行时，可以例如通过计算机程序来执行。应注意到下述步骤中的一些步骤可以以与所建议的顺序不同的顺序执行或甚至同步执行。

在使用中，确定发光系统10应提供光的期望颜色。因此，在第一步骤300中，可以标识表示期望设置点的目标颜色点cp_T输入值。在所描述的实施方式中，该值可以从用户接口9获取，然而本领域技术人员意识到该值类似地可以从例如另一个电系统或从预定设置导出。这里所获取的目标颜色点cp_T位于包括能够由发光系统渲染(render)的颜色点的直线21的旁边。

在下一步骤301中，为了标识第一和第二颜色点cp₁，cp₂的当前位置，优选地获取温度传感器6、颜色传感器5和通量传感器7之一或其中至少一个的组合的测量值。附加地，为了获取测量值以确定颜色点的值，可以使用从标称值或从发光系统10的校准而知的初始预定值。两个光源在标称电流的标称通量在所有时间以校准矩阵的形式被系统已知。可以以例如表示为A和B的两个形式来使用该校准矩阵，其中B形式可以通过三个CIE1931三色刺激(tristimulus)X，Y，Z和CIE1931颜色坐标x，y的标准计算规则而由A形式计算得出，反之亦然。例如，

$A=\left|\begin{array}{c}{Y}_1{Y}_2\\ x_1{x}_2\\ y_1{y}_2\end{array}\right|,$ $B=\left|\begin{array}{c}{X}_1{X}_2\\ Y_1{Y}_2\\ Z_1{Z}_2\end{array}\right|$

$x_i=\frac{X_i}{X_i+Y_i+Z_i},$ $y_i=\frac{X_i}{X_i+Y_i+Z_i},$ 其中i＝1，2

之后，在步骤302中，确定颜色点cp₁，cp₂，cp_T并将其映射至二维空间CIE1976 u’，v’。颜色点由根据以下标准变换而变换的cp₁＝u₁’，v₁’，cp₂＝u₂’，v₂’和cp_T＝u_T’，v_T’给定：

${u^{\′}}_i=\frac{{4x}_i}{{12y}_i-{2x}_i+3},$ ${v^{\′}}_i=\frac{{9y}_i}{{12y}_i-{2x}_i+3},$ 其中i＝1，2，T

然后，在步骤3 03中，根据以下确定第三点，即可以使用参数α来描述第一和第二颜色点之间的直线：

u′(α)＝u′₁-α(u′₂-u′₁)，v′(α)＝v′₁+α(v′₂-v′₁)

在下一步骤303a中，形成颜色差函数，其描述线上的点和目标颜色点cp_T之间的距离D，其由下述等式给出：

D²＝(u′_T-u′(α))²+(v′_T-v′(α))²

在随后的步骤303b中，确定关于α的差函数的导数等于零，即

以找出与目标颜色点cp_T具有最短距离的α值。

$\mathrm{\α}=\frac{(u_2^{\′}-u_1^{\′})(u_T^{\′}-u_1^{\′})+(v_2^{\′}-v_1^{\′})(v_T^{\′}-v_1^{\′})}{{(u_2^{\′}-u_1^{\′})}^2+{(v_2^{\′}-v_1^{\′})}^2}$

在步骤303c中，用等式中的α值代替u’和v’给出第三点cp₃。第三点cp₃经由逆变换转换回到x，y坐标系：

$x_3=\frac{{9u}_3^{\′}}{{6u}_3^{\′}-{16v}_3^{\′}+12},$ $y_3=\frac{{4v}_3^{\′}}{{6u}_3^{\′}-{16v}_3^{\′}+12}$

在下一步骤304中，分别确定用于第一和第二光源的一组占空比。即获得第三颜色点cp₃的颜色坐标被转换为发光系统控制参数，该控制参数在本示例中是用于控制发光系统10的LED 3，4的脉宽调制波形的占空比(如上所讨论的，控制参数可以是取决于用于控制发光系统的光源的调暗方法的类型的驱动电流设置)。使用来自B形式的校准矩阵的输入，可以得到以下等式：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_1{Y}_1+D_2{Y}_2=Y_T\\ D_1{X}_1+D_2{X}_2=X_3=\frac{x_3}{y_3}{Y}_T\end{array}\right.$

得出，

$\left\{\begin{array}{c}{D}_1=Y_T\frac{\frac{x_3}{y_3}{Y}_2-X_2}{X_1{Y}_2-Y_1{X}_2}\\ D_2=Y_T\frac{X_2-\frac{x_3}{y_3}{Y}_1}{X_1{Y}_2-Y_1{X}_2}\end{array}\right.$

备选地，所需的用于直流(dc)调制的驱动电流可以以相似的方式计算。

尽管参照本发明的具体示范性实施方式描述了本发明，但对本领域技术人员而言，许多不同的替换、修改等等将变得明显。在实施所请求保护的发明时，本领域技术人员可以通过附图、公开内容和所附权利要求的研究而理解和实现所公开的实施方式的变体。

进一步地，在权利要求书中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。

Claims (11)

1.一种用于发光系统(10)的颜色控制的方法，所述发光系统(10)包括配置用于发射不同原色的光的第一(1)和第二(2)光源，所述方法包括：

-接收(300)布置于预定二维颜色坐标系(20)中的用户选择的目标颜色点(cp_T)；

-分别确定(302)所述第一(1)和第二(2)光源的第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点，其中所述第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点布置于所述预定二维颜色坐标系(20)中的直线上；

-确定(303)在所述第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点之间的所述直线上的第三颜色点(cp₃)，所述第三颜色点(cp₃)具有相对于所述用户选择的目标颜色点(cp_T)的最小的颜色差；以及

-基于所述第三颜色点(cp₃)确定(304)用于所述第一(1)和第二(2)光源的一组控制参数(D₁，D₂)，从而使得由所述第一(1)和所述第二(2)光源发射的光的混合对应于所述第三颜色点(cp₃)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三颜色点(cp₃)的确定包括：形成(303a)所述第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点之间的直线上的位置相对于所述用户选择的目标颜色点(cp_T)的颜色差函数，以及找出最小颜色差。

3.根据权利要求2所述的方法，其中找出最小颜色差包括确定(303b)所述颜色差函数的导数等于0。

4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述控制参数(D1，D2)是占空比和驱动电流设置中的至少一个。

5.根据前述任一项权利要求所述的方法，进一步包括获取(301)用于确定所述第一(1)和第二(2)光源各自颜色点(cp₁，cp₂)的所述第一(1)和第二(2)光源中的每一个的传感器数据。

6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述预定二维颜色坐标系(20)对应于CIE 1976颜色坐标系。

7.一种发光系统(10)，包括：

第一(1)和第二(2)光源，配置用于发射不同原色的光；

传感器(5，6，7)，用于检测由所述第一(1)和第二(2)光源发射的光；以及

控制单元(8)，配置用于

-接收布置于预定二维颜色坐标系(20)中的用户选择的目标颜色点(cp_T)；

-分别确定所述第一(1)和第二(2)光源的第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点，其中所述第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点布置于预定所述二维颜色坐标系(20)中的直线上；

-确定在所述第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点之间的所述直线上的第三颜色点(cp₃)，所述第三颜色点(cp₃)具有相对于所述用户选择的目标颜色点(cp_T)的最小的颜色差；以及

-基于所述第三颜色点(cp₃)确定用于所述第一(1)和第二(2)光源的一组控制参数(D1，D2)，从而使得由所述第一(1)和第二(2)光源发射的光的混合对应于所述第三颜色点(cp₃)。

8.根据权利要求7所述的发光系统(10)，其中所述第三颜色点(cp₃)的确定包括：形成所述第一(cp₁)和第二(cp₂)颜色点之间的直线上的位置相对于所述用户选择的目标颜色点(cp_T)的颜色差函数，以及找出最小颜色差。

9.根据权利要求8所述的发光系统(10)，其中找出最小颜色差包括确定所述颜色差函数的导数等于0。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的发光系统(10)，其中所述光源(1，2)包括LED(3，4)。

11.根据权利要求9所述的发光系统(10)，其中所述第一光源(1)包括至少一个红色LED(3)，以及所述第二光源(2)包括至少一个与远处的磷光体组合的蓝色LED(4)。

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