CN104729702A - 一种用于检测脉冲驱动方式下led视觉亮度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法及装置，将基准光束和被测光束完整输入至一光学成像装置，使基准光束和被测光束完全透射或反射至光学成像装置的输出端并在该输出端中成像形成两个相互独立的发光面；在光学成像装置的输出端处安装一图像摄取装置以便能够摄取该输出端中的成像图像；通过图像分析处理计算出被测LED光源相对于基准LED光源的视觉亮度。采用本发明的技术方案，通过将被测LED光源和基准LED光源在光学成像装置中成像，从而可以在同意背景下采集被测LED光源和基准LED光源照明效果的图像，通过图像的分析处理从而能够客观评判并量化出脉冲驱动方式下LED的视觉亮度。

Description

一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法及装置

技术领域

本发明涉及LED视觉亮度检测领域，尤其涉及一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法及装置。

背景技术

相对于白织灯、荧光灯等传统光源，LED具有低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短(开关特性好)、对环境无污染、多色发光、显色性能好等优点，是值得推广的新光源。

长期以来，LED都采用恒定电流驱动，评判LED照明效果的主要指标是光通量(光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和)。但照明总归是人的视觉感官的效应，人眼所能感觉到的光亮度(以下称视觉亮度)是衡量照明实际效果的重要因素。在传统恒流驱动方式下，光通量与视觉亮度是成正比的，因此，仅仅采用光通量就可以很好的评价视觉亮度。

随着LED驱动技术的不断发展，目前提出了一种采用脉冲驱动方式并利用人眼的视觉暂留效应从而提高LED照明效果的新方案。所谓人眼视觉暂留效应是指人的眼睛对亮度变化存在着一个视觉惰性，当每秒钟亮度变化超过25次时，人的眼睛会感到光不是闪动的。而LED具体良好开关特性，当以一定占空比的脉冲驱动LED时，只要脉冲频率比人眼对亮度变化的视觉感光更快，理论上，视觉亮度与脉冲幅值成一定正比例关系，在一般情况下，脉冲幅值越高，人眼的视觉亮度就越亮。因此，采用脉冲驱动方式，使LED芯片瞬时工作电流更大，从而提高了LED瞬时发光强度，利用人眼的视觉残留效应，使人眼内的视觉亮度始终保持在瞬时发光强度的照明效果状态；同时由于LED芯片处于间歇工作状态，通过LED芯片的电流时间短、耗电少、发热小，在同等视觉亮度下可以达到降低LED功耗，延长LED寿命以及减少散热结构件的目的。

对上述两种驱动方式做了系列LED照明效果试验结果显示：采用脉冲驱动方式在达到同等视觉亮度的情况下光通量更低且所需驱动的功率更小，因此，在脉冲驱动方式下，光通量已无法正确评价人眼所感受到的视觉亮度，但现有技术中没有一种能够客观评判视觉亮度量化的方法和仪器设备。因为所谓的视觉亮度属于主观感受，现有技术是通过人眼主观目测法评价视觉亮度，存在一定的主观倾向性，同时个体差异也会造成评价视觉亮度的差异，从而导致无法客观确定视觉亮度与LED驱动方式之间的关系。随着计算机模拟人眼视觉技术的不断发展，计算机能够针对人眼视锥和视杆细胞不同的生理反应机制，在不同亮度环境下建立起亮度与响应的变化，从而为客观评价视觉亮度提供了一种新思路。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能够客观评判视觉亮度量化的LED视觉亮度的检测方法和装置。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案为：

一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，包括以下步骤：

接入基准LED光源，以恒流驱动方式驱动该基准LED光源产生基准光束；

接入被测LED光源，以脉冲驱动方式驱动该被测LED光源产生被测光束，所述脉冲驱动方式中脉冲频率不小于24Hz；

将基准光束和被测光束完整输入至一光学成像装置，使所述基准光束和所述被测光束完全透射或反射至所述光学成像装置的输出端并在该输出端中成像形成两个相互独立的发光面；

在所述光学成像装置的输出端处安装一图像摄取装置以便能够摄取该输出端中的成像图像；

通过图像分析处理计算出所述被测LED光源相对于基准LED光源的视觉亮度。

优选地，所述光学成像装置为陆末-布洛洪光度计或积分球。

优选地，所述脉冲驱动方式中脉冲频率为100Hz至500Hz；

用所述图像摄取装置模拟人眼视觉并以不小于每秒25张的速度摄取图像。

优选地，所述被测LED光源的驱动功率与和所述基准LED光源的驱动功率相等。

优选地，所述被测LED光源的照度与和所述基准LED光源的照度相等。

优选地，所述基准LED光源为功率可调光源，根据图像分析处理结果可调节所述基准LED光源的功率，使所摄取两种驱动方式下的图像中发光亮度基本一致。

优选地，所述被测LED光源由多组LED灯珠串组成，在脉冲驱动方式下，不同组的LED灯珠串分时错开导通。

优选地，所述被测LED光源由4组LED灯珠串组成，所述脉冲驱动方式中脉冲频率为100Hz，占空比为12.5％，脉冲幅值为所述恒流驱动方式中标准恒流值的2倍。

本发明还公开了一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的装置，包括：

一基准LED光源发生装置，用于以恒流驱动方式驱动该基准LED光源发生装置进而产生基准光束；

一光学成像装置用于将基准LED光源发出的基准光束和被测LED光源发出的被测光束完整输入并使所述基准光束和所述被测光束完全反射至该光学成像装置的输出端并在该输出端中成像形成两个相互独立的发光面；

一图像摄取装置安装在所述光学成像装置的输出端，用于摄取所述输出端中的成像图像；

以及一处理模块，用于进行图像分析处理计算出所述被测LED光源相对于基准LED光源的视觉亮度。

优选地，所述光学成像装置为陆末-布洛洪光度计或积分球。

与现有技术相比较，采用本发明的技术方案，通过将被测LED光源和基准LED光源在光学成像装置中成像，从而可以在同意背景下采集被测LED光源和基准LED光源照明效果的图像，通过图像的分析处理从而能够客观评判并量化出脉冲驱动方式下LED的视觉亮度。

附图说明

图1为本发明一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法的流程框图。

图2为陆末-布洛洪光度计的组成原理结构框图。

图3为本发明一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的装置的原理框图。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

参见图1，所示为本发明一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法的流程框图，包括以下步骤：

(1)接入基准LED光源，并以恒流驱动方式驱动基准LED光源产生基准光束；

基准LED光源采用恒流驱动方式，在该方式下，光通量与视觉亮度是成正比的，因此，采用光通量可以量化标称视觉亮度，进而可以以此为标准标称出脉冲驱动方式下的LED视觉亮度。

(2)接入被测LED光源，以脉冲驱动方式驱动被测LED光源产生被测光束；为了充分利用人眼视觉暂留效应，脉冲驱动方式中脉冲频率不小于24Hz，使人的眼睛感觉不到LED光得闪动。

(3)将基准光束和被测光束完整输入至一光学成像装置，光学成像装置由光学透镜结构或者光学反射结构组成，包括两个具有密封结构的光输入接口，使入射的基准光束和被测光束能够全部进入光学成像装置。光学成像装置内的光学透镜结构或者光学反射结构使基准光束和被测光束完全透射或者反射至所述光学成像装置的输出端并在该输出端中成像形成两个相互独立的发光面，从而使基准光束和被测光束在同一背景下形成两个独立发光面，有利于亮度的检测，大大降低了后续图像处理的难度。

(4)在所述光学成像装置的输出端处安装一图像摄取装置以便摄取该输出端中的成像图像；图像摄取装置可以为任何机器视觉装置，比如照相机、摄像头、机器视觉装置等。通过图像摄取装置连续摄取输出端中的成像图像，选取被测光束亮度最亮的一张作为后续图像分析处理的图像，因为脉冲频率不小于24Hz的情况，人眼感觉不到光的闪动；通过图像摄取装置模拟人眼并摄取光学成像装置中的图像，其所摄取图像基本可以代表人眼的视觉亮度。

(5)通过图像分析处理测出所述被测LED光源相对于基准LED光源的视觉亮度。

在一种优选的实施方式中，光学成像装置为陆末-布洛洪光度计，参见图2，所示为陆末-布洛洪光度计的组成原理结构框图，其中，D是表面涂有氧化镁或硫酸钡粉末的白色漫反射屏，S0是基准LED光源发出的基准光束，S是被测LED光源发出的被测光束，它们分别射入反射屏D的两侧并反射至M1和M2。M1和M2为对称放置的反射镜，P是由两块直角棱镜组成的陆末立方体，其中一个棱镜的斜面只有在中央部分是平面，使两棱镜在中央部分(图2中画斜线的区域)形成光学接触，而边缘部分两棱镜间留有较大空隙。M1和M2将两侧的漫反射光反射到陆末立方体上，在输出端E中可观察到两个相互独立的发光面，其中，视场中央部分的光来自基准LED光源S0，而边缘部分则来自被测LED光源S。在输出端E处安装图像摄取装置，可通过摄取输出端E中的成像图像计算出视觉亮度。

在另一种优选的实施方式中，光学成像装置为积分球。积分球内壁涂有白色均匀漫反射层，球心处分别放置基准LED光源和被测LED光源。在积分球外壁开有输出端，在输出端E处安装图像摄取装置，分别摄取基准LED光源下的成像图像和被测LED光源下的成像图像，再通过图像分析处理计算出视觉亮度。

考虑到LED开关特性，小于500Hz时，LED开关损耗可以忽略不计，同时考虑视觉暂留时间，脉冲驱动方式中脉冲频率在工程上一般优选采用2倍以上的工频频率，在一种优选的实施方式中，所述脉冲驱动方式中脉冲频率为100Hz至500Hz。在该脉冲频率下，通过调节图像摄取装置的快门频率和曝光时间，再通过计算机图像处理，从而实现用机器视觉模拟人眼视觉。

为了使脉冲驱动方式更好地应用于LED照明灯具并取得节能、减缓光衰的效果，所选用的脉冲LED光源，在最大脉冲电流和平均电流值域内，其发光效率应保持基本稳定；同时脉冲宽度不小于1ms，且占空比越小，“视觉亮度”效果越明显。从而保证在同等视觉亮度下，脉冲驱动方式较恒流驱动，LED具有更优的节能及减缓光衰的效果。

在一种优选实施方式，使所述被测LED光源的驱动功率与和所述基准LED光源的驱动功率相等。通过采集输出端的图像进行图像分析处理，从而能够评判在同等驱动功率下脉冲驱动方式相对于恒流驱动方式的视觉亮度。

在一种优选实施方式，使所述被测LED光源的照度与和所述基准LED光源的照度相等。通过采集输出端的图像进行图像分析处理，从而能够评判在同等光照度下脉冲驱动方式相对于恒流驱动方式的视觉亮度。

在一种优选实施方式，所述基准LED光源为功率可调光源，即可以通过实际需求切换基准LED光源实际工作的LED灯珠的数量，比如基准LED光源由10颗单颗1W的LED灯珠串联组成，通过一组切换开关可以实现实际导通LED灯珠的数量，从而功率从1W到10W可调节。LED发光光强与恒定电流成一定比例关系，因此，在保证恒流值不变的情况下，光源功率与LED发光光强也成正比。在对输出端采集的图像进行分析处理时，根据采集图像的分析处理结果进行信息反馈，进而调节基准LED光源的功率，使所摄取的图像中在两种驱动方式下的发光亮度基本一致。从而能够通过基准LED光源的视觉亮度标称出脉冲驱动方式的被测LED光源的视觉亮度。同时也可以该基准LED光源的视觉亮度为基准，标称出脉冲驱动方式的被测LED光源要达到该照明效果时的最佳参数，即标称出频率、脉宽、占空比等参数达到最优配比能够使同等照明视觉亮度下功率更低，具有更优的节能效果。

为了增加窄脉冲占空比偏小的情况下实际照明效果，一般采用多路脉冲驱动LED光源的方法，从而有效解决了因为LED发热问题。在一种优选实施方式，被测LED光源由多组LED灯珠串组成，在脉冲驱动方式下，不同组的LED灯珠串分时错开导通。每组LED灯珠串分时错开导通，保证LED光源不在全周期内工作且同一时刻肯定有一组灯珠串处于工作状态，再结合LED视觉暂留效应，在同等能耗下大大增加了LED的照明效果。实验表明，要达到相同的人眼“视觉亮度”，脉冲驱动方式可比直流驱动方式节电20％～60％。当然，脉冲驱动方式下，LED灯芯的成本无疑会相应增加，但相应的LED散热器大幅降低，同时，我们应该预见，随着LED灯芯技术和LED集成封装技术的发展，未来LED灯芯的成本将进一步下降，在整个LED灯具中的比重进一步下降。

在一种优选的实施方式中，所述被测LED光源由4组LED灯珠串组成，所述脉冲驱动方式中脉冲频率为100Hz，占空比为12.5％，脉冲幅值为所述恒流驱动方式中标准恒流值的2倍。在该方式中，被测LED光源的驱动功率和基准LED光源的驱动功率是相等，通过采集输出端的图像进行图像分析处理，从而能够评判在同等驱动功率下4路分时导通的脉冲驱动方式相对于恒流驱动方式的视觉亮度。

参见图3，所示为本发明一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的装置的原理框图，主要包括以下部件：

一基准LED光源发生装置，用于以恒流驱动方式驱动该基准LED光源发生装置进而产生基准光束；

一光学成像装置用于将基准LED光源发出的基准光束和被测LED光源发出的被测光束完整输入并使所述基准光束和所述被测光束完全反射至该光学成像装置的输出端并在该输出端中成像形成两个相互独立的发光面；

一图像摄取装置安装在所述光学成像装置的输出端，用于摄取所述输出端中的成像图像；

以及一处理模块，用于进行图像分析处理测出所述被测LED光源相对于基准LED光源的视觉亮度。

在一种优选实施方式中，所述光学成像装置为陆末-布洛洪光度计或积分球。

在一种优选实施方式，所述基准LED光源为功率可调光源，可根据处理模块的反馈信息调节基准LED光源的功率，使所摄取的图像中在两种驱动方式下的发光亮度基本一致。从而能够通过基准LED光源的视觉亮度标称出脉冲驱动方式的被测LED光源的视觉亮度。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

接入基准LED光源，以恒流驱动方式驱动该基准LED光源产生基准光束；

接入被测LED光源，以脉冲驱动方式驱动该被测LED光源产生被测光束，所述脉冲驱动方式中脉冲频率不小于24Hz；

将基准光束和被测光束完整输入至一光学成像装置，使所述基准光束和所述被测光束完全透射或反射至所述光学成像装置的输出端并在该输出端中成像形成两个相互独立的发光面；

在所述光学成像装置的输出端处安装一图像摄取装置以便能够摄取该输出端中的成像图像；

通过图像分析处理计算出所述被测LED光源相对于基准LED光源的视觉亮度。

2.根据权利要求1所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，所述光学成像装置为陆末-布洛洪光度计或积分球。

3.根据权利要求1或2所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，所述脉冲驱动方式中脉冲频率为100Hz至500Hz；

用所述图像摄取装置模拟人眼视觉并以不小于每秒25张的速度摄取图像。

4.根据权利要求3所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，所述被测LED光源的驱动功率与和所述基准LED光源的驱动功率相等。

5.根据权利要求3所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，所述被测LED光源的照度与和所述基准LED光源的照度相等。

6.根据权利要求1或2所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，所述基准LED光源为功率可调光源，根据图像分析处理结果可调节所述基准LED光源的功率，使所摄取两种驱动方式下的图像中发光亮度基本一致。

7.根据权利要求1或2所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，所述被测LED光源由多组LED灯珠串组成，在脉冲驱动方式下，不同组的LED灯珠串分时错开导通。

8.根据权利要求5所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的方法，其特征在于，所述被测LED光源由4组LED灯珠串组成，所述脉冲驱动方式中脉冲频率为100Hz，占空比为12.5％，脉冲幅值为所述恒流驱动方式中标准恒流值的2倍。

9.一种用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的装置，其特征在于，包括：

一基准LED光源发生装置，用于以恒流驱动方式驱动该基准LED光源发生装置进而产生基准光束；

一光学成像装置用于将基准LED光源发出的基准光束和被测LED光源发出的被测光束完整输入并使所述基准光束和所述被测光束完全反射至该光学成像装置的输出端并在该输出端中成像形成两个相互独立的发光面；

一图像摄取装置安装在所述光学成像装置的输出端，用于摄取所述输出端中的成像图像；

以及一处理模块，用于进行图像分析处理计算出所述被测LED光源相对于基准LED光源的视觉亮度。

10.根据权利要求9所述的用于检测脉冲驱动方式下LED视觉亮度的装置，其特征在于，所述光学成像装置为陆末-布洛洪光度计或积分球。