CN106102210A - 一种可智能调节的led艺术品照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可智能调节的LED艺术品照明系统，包括计算机、驱动和控制模块、LED光源模块、光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡、光谱反射率重建模块、显色性自适应调节模块。所述计算机、驱动和控制模块、LED光源模块、光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡、光谱反射率重建模块，实现光谱反射率成像获取和目标艺术品的数字典藏；所述计算机、驱动和控制模块、LED光源模块、显色性自适应调节模块，可实现LED照明系统的显色性自适应个性化智能调节，针对被照明的目标艺术品，有效提高所述照明系统的个性化显色能力。

Description

一种可智能调节的LED艺术品照明系统
技术领域
本发明属于LED照明领域，具体涉及一种可智能调节的LED艺术品照明系统，可以应用在博物馆、展览馆、艺术馆、收藏馆。
背景技术
显色性反应了光源对物体显色能力的好坏，目前评价光源显色性能的普遍方法是计算显色指数。光源显色指数的传统计算方法是计算15个具有代表性的固定色样在待测光源下的颜色与参考标准光源下的颜色之间的色差。LED固体照明光源具有绿色节能、可靠性高和易于控制等优点，受到越来越多的重视，并在部分领域逐渐取代传统光源照明。
但与传统光源相比，LED光源光谱功率分布曲线的连续性较差，传统计算显色指数的标准色样固定，而且数量较少，不能有效评价LED光源的显色性，很多显色指数较高的LED光源无法很好的呈现色彩；对于不同的被照明物体，其显色性能的差距也很大。
此外，随着信息技术的发展，艺术品的数字典藏在艺术品数字档案、复制、鉴定和传播交流等方面起到了非常重要的作用。而颜色信息是艺术品典藏的重要组成部分，为避免同色异谱，通过光谱反射率成像的方法获取艺术品的光谱颜色信息。传统的光谱成像技术利用转轮透射滤光片获取不同波段的光谱图像信息，存在光谱灵敏度低、成像系统像差大、各波段图像需配准等缺点。
发明内容
本发明针对现有艺术品照明技术存在的不足，提出了一种可智能调节的LED艺术品照明系统，充分利用LED照明光源易于控制的优点，解决现有LED艺术品照明中显色性不稳定、颜色光谱数据典藏系统灵敏度低、各波段图像需配准等问题。
一种可智能调节的LED艺术品照明系统，其特征在于，包括：计算机、驱动和控制模块、LED光源模块、光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡、显色性自适应调节模块。
计算机，用于将目标艺术品各波段图像进行数据分析和存储，并利用软件计算和分析LED光源显色性，将控制程序传送给驱动和控制模块接口。
驱动和控制模块，用于为LED光源提供合适的驱动电流，并对驱动电流进行控制，达到控制光源光谱辐射功率的目的。
LED光源模块，在驱动和控制模块的调制下，用于产生不同的光谱辐射功率。
光谱图像采集模块，用于获取不同光谱功率分布照明条件下标准白板和标准色卡、彩色艺术品图像。
标准白板和标准色卡，用于艺术品光谱成像获取的光谱定标和光谱重建。
显色性自适应调节模块，用于对照明光谱进行自适应智能调整，以获取针对此艺术品光谱颜色的个性化高显色性LED照明光源。
计算机对获取的目标艺术品光谱反射率数据立方体进行存储和数字典藏；接收显色性自适应调节的反馈数据，利用软件计算和分析光谱调制方法，并将结果传输给控制接口，控制各模块进行调节和数据分析。
驱动和控制模块为LED光源模块提供合适的驱动电流，通过控制驱动电流实现单个LED光谱辐射强度的调制。根据预设的光谱辐射曲线，智能控制LED照明光源的光谱辐射输出曲线，使光谱图像采集模块获取目标艺术品不同的光谱图像序列；并根据显色性自适应智能调节算法，智能调整LED照明光源的光谱输出，以提高所照明的艺术品的显色性。
LED光源模块使用窄带LED发光二极管，各波段的峰值波长在380-780nm的可见光范围内，每个中心波长的LED形成一个单独的模块，可由驱动和控制模块进行控制LED光源模块的光谱辐射功率分布。
光谱图像采集模块包括成像镜头和CCD成像探测器。成像镜头镀以可见光增透膜，抑制非可见光透过；可以根据被照明艺术品光谱反射率重建算法和精度要求使用黑白光谱图像采集模块或彩色光谱图像采集模块。
标准白板和标准色卡的光谱反射率曲线已知，标准白板采用光谱反射率近似为1的漫反射白板，标准色卡由色坐标在颜色空间均匀分布的颜色色样组成。
光谱反射率重建模块，根据LED照明光源的光谱辐射输出曲线，利用相应的光谱重建算法得到高精度的光谱反射率数据立方体。
显色性自适应调节模块，根据获取的照明艺术品的光谱反射率数据立方体，进行光谱聚类，并利用聚类后的色样光谱计算光源的个性化显色指数；根据计算的个性化显色指数，利用驱动和控制模块对LED光源模块进行照明光谱辐射功率的个性化自适应调节，提高照明系统对于该艺术品的显色性能。
艺术品光谱成像反射率数据立方体获取，采用光源光谱调制式光谱成像技术，可获取被照明艺术品的光谱图像反射率立方体数据；并利用标准白板获取光源光谱辐射功率，实时反馈至计算机。
光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡是可移动模块，可以多套不同艺术品照明的LED光源轮流使用，以节省成本。
LED光源显色性的评价方法是计算光源个性化显色指数，个性化显色指数计算的标准色样为聚类后的艺术品光谱颜色色样。
可选的，光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡是可移动模块，仅在被照明艺术品更换后，针对该艺术品的光谱颜色数字典藏和智能调节LED照明光源使用。该可移动模块并不长期放置于被照明区域，不影响艺术品的正常展出；可以多套不同艺术品的LED照明光源轮流使用，以节省成本。
计算机、驱动和控制模块、LED光源模块、光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡实现目标艺术品的光谱反射率成像获取和数字典藏；所述计算机、驱动和控制模块、LED光源模块、显色性自适应调节模块，可实现整个照明系统的显色性自适应个性化智能调节，针对不同目标艺术品提高所述照明系统的显色能力。
本发明提供的一种可智能调节的LED博物馆照明系统，通过调节LED照明模块输出的照明光谱辐射功率，获取不同波段照明的艺术品光谱图像序列，并进行光谱反射率立方体重建和艺术品光谱数据立方体的数字典藏，避免了颜色信息典藏的同色异谱，并有效克服了传统转轮透射滤光片光谱成像技术存在的光谱灵敏度低、成像系统像差大、各波段图像需配准等缺点；本发明所述可智能调节的LED艺术品照明系统，可以针对不同被照明的艺术品进行显色性智能自适应个性化调节，通过光谱颜色聚类的方法，突破了传统显色指数计算中使用15个固定色样的限制，有效解决了LED照明系统显色指数评价不准确和显色性能评价不稳定等问题。
附图说明：
图1是本发明实施例提供的可智能调节的LED艺术品照明系统的原理示意图。
图2是本发明实施例提供的可智能调节的LED艺术品照明系统的艺术品光谱颜色数据立方体获取和数字典藏示意图。
图3是本发明实施例提供的可智能调节的LED艺术品照明系统的一种显色性自适应个性化智能调节方法示意图。
图4是本发明实施例提供的可智能调节的LED艺术品照明系统的另一种显色性自适应个性化智能调节方法示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种可智能调节的LED艺术品照明系统，以下结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种可智能调节的LED艺术品照明系统，包括计算机1，用于将目标艺术品各波段图像进行数据分析和存储，并利用软件计算和分析LED光源显色性，将控制程序传送给驱动和控制模块接口。
驱动和控制模块2，用于为LED光源提供合适的驱动电流，并对驱动电流进行控制，达到控制光源光谱辐射功率的目的。
LED光源模块3，在驱动和控制模块的调制下，用于产生不同的光谱辐射功率。
光谱图像采集模块4，用于获取不同光谱功率分布照明条件下标准白板和标准色卡、彩色艺术品图像。
标准白板和标准色卡5，用于艺术品光谱成像获取的光谱定标和光谱重建。
光谱反射率重建模块6，根据LED照明光源的光谱辐射输出曲线，利用相应的光谱重建算法得到高精度的光谱反射率数据立方体。
显色性自适应调节模块7，用于对照明光谱进行自适应智能调整，以获取针对此艺术品光谱颜色的个性化高显色性LED照明光源。
本发明提供的一种可智能调节的LED艺术品照明系统，通过调节LED照明模块输出的照明光谱辐射功率，获取不同波段照明的艺术品光谱图像序列，并进行光谱反射率立方体重建和艺术品光谱反射率数据立方体的数字典藏，避免了颜色信息典藏的同色异谱，并有效克服了传统转轮透射滤光片光谱成像技术存在的光谱灵敏度低、成像系统像差大、各波段图像需配准等缺点；本发明提供的可智能调节的LED艺术品照明系统，可以针对不同被照明的艺术品进行显色性智能自适应个性化调节，通过光谱颜色聚类的方法，突破了传统显色指数计算中使用15个固定色样的限制，有效解决了LED照明系统显色指数评价不准确和显色性能不稳定等问题。
如图2所示，本发明实施例提供一种可智能调节的LED艺术品照明系统，其中，计算机1、驱动和控制模块2、LED光源模块3、光谱图像采集模块4、标准白板和标准色卡5、光谱反射率重建模块6，实现目标艺术品的光谱反射率成像获取和数字典藏。其工作原理和流程为：计算机1通过软件将预设的各光谱通道驱动值传送给驱动和控制模块2；按照预设的光谱通道驱动值，驱动和控制模块2控制LED光源模块3依次输出不同光谱通道的光谱辐射功率光线；驱动和控制模块2控制光谱图像采集模块4同步采集各光谱通道照明条件下的标准白板和标准色卡5、彩色艺术品图像序列；下一步，根据预设的LED光源模块3各通道光谱辐射功率、已知的标准白板和标准色卡5的光谱反射率数据、光谱图像序列，光谱反射率重建模块6使用相应的光谱重建方法，得到此光谱反射率成像获取系统的光谱重建算法；下一步，利用上一步得到的光谱重建算法，对艺术品的在不同光谱通道的光谱辐射功率照明条件下获取的光谱图像序列进行光谱重建，获取被照明艺术品的光谱成像反射率数据立方体；进一步的，将该艺术品的光谱成像反射率数据立方体存储至计算机1。存储艺术品的光谱成像反射率立方体作为颜色信息进行数字典藏，避免了颜色信息典藏的同色异谱。反射光源调制式艺术品光谱图像序列获取方法，有效克服了传统转轮透射滤光片光谱成像技术存在的光谱灵敏度低、成像系统像差大、各波段图像需配准等缺点。
如图3所示，本发明实施例提供一种可智能调节的LED艺术品照明系统，其中，计算机1、驱动和控制模块2、LED光源模块3、显色性自适应调节模块7，实现LED照明系统的个性化显色指数计算和显色性自适应个性化智能调节，针对被照明的目标艺术品，有效提高所述照明系统的个性化显色能力。其工作原理和流程为：对存储在计算1中的艺术品光谱反射率数据立方体R0进行光谱反射率聚类，得到聚类后的光谱反射率数据立方体R1。聚类后的光谱反射率数据立方体R1中的光谱色样数据，被用于计算LED光源个性化显色指数。其光谱色样选择基于被照明的艺术品的光谱反射率数据立方体，可以有效避免同色异谱；而且其数量远大于传统显色指数计算中使用的15个标准色样；计算的显色指数评价该LED光源对该艺术品照明的显色性能更客观。
计算机1按照照明光源色温的要求，通过软件将需要LED光源输出的光谱辐射功率分布曲线初步匹配，并传送给驱动和控制模块2的接口，驱动和控制模块2为LED光源模块提供驱动电流，并通过控制驱动电流的大小，控制LED光源模块3的光谱辐射功率分布S；根据LED光源模块光谱辐射功率S，计算LED光源的相关色温CCT；CCT以5000K为界限，低色温光源以普朗克辐射体作为参考照明体，高色温光源以D65作为参考照明体。用LED光源光谱辐射功率分布、参考照明体光谱辐射功率分布、聚类后的光谱反射率数据立方体R1中的光谱色样数据，计算LED光源的个性化显色指数。如果计算得到的LED光源个性化显色指数满足使用要求，以此时的LED光源光谱功率分布作为该LED光源的稳定照明输出；如果LED光源个性化显色指数不能满足要求，将显色性较差的光谱反射率色样数据反馈至显色性自适应调节模块7，由显色性自适应调节模块7进行LED光源模块3输出的光谱辐射功率的自适应智能调节，并用调节后的LED光源模块3光谱辐射功率再次计算LED光源个性化显色指数；此过程迭代循环，直至LED光源的个性化显色指数满足要求，并将此时LED光源的光谱辐射功率分布作为LED光源的稳定照明输出。
光谱图像采集模块4、标准白板和标准色卡5是可移动模块，仅在被照明艺术品更换后，针对该艺术品的光谱颜色数字典藏和智能调节LED照明光源使用。该可移动模块并不长期放置于被照明区域，不影响艺术品的正常展出；可以多套不同艺术品的LED照明光源轮流使用，以节省成本。
可选的，如图4所示，本发明实施例提供一种可智能调节的LED艺术品照明系统，可以在图3给出的工作原理和流程中，进一步加入光谱图像采集模块4和标准白板5-1，可更精确的实时获取LED光源光谱辐射功率分布的S。

Claims (10)

1.一种可智能调节的LED艺术品照明系统，其特征在于，所述系统包括：计算机、驱动和控制模块、LED光源模块、光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡、显色性自适应调节模块；所述计算机，用于将目标艺术品各波段图像进行数据分析和存储，并利用软件计算和分析LED光源显色性，将控制程序传送给驱动和控制模块接口；所述驱动和控制模块，用于为LED光源提供合适的驱动电流，并对驱动电流进行控制，达到控制光源光谱辐射功率的目的；所述LED光源模块，在驱动和控制模块的调制下，用于产生不同的光谱辐射功率；所述光谱图像采集模块，用于获取不同光谱功率分布照明条件下标准白板和标准色卡、彩色艺术品图像；所述标准白板和标准色卡，用于艺术品光谱图像的光谱定标；所述光谱反射率重建模块，用于根据获取的艺术品光谱图像序列和标准白板、标准色卡的光谱反射率，进行目标艺术品的光谱反射率重建，得到光谱反射率数据立方体；所述显色性自适应调节模块，用于对照明光谱进行自适应智能调整，以获取针对此艺术品光谱颜色的个性化高显色性LED照明光源。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机，对获取的目标艺术品光谱反射率数据立方体进行存储和数字典藏；接收显色性自适应调节的反馈数据，利用软件计算和分析光谱调制方法，并将结果传输给控制接口，控制各模块进行调节和数据分析。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动和控制模块为LED光源模块提供合适的驱动电流，通过控制驱动电流实现单个LED光谱辐射强度的调制。根据预设的光谱辐射曲线，智能控制LED照明光源的光谱辐射输出曲线，使光谱图像采集模块获取目标艺术品不同的光谱图像序列；并根据显色性自适应智能调节算法，智能调整LED照明光源的光谱输出，以提高所照明的艺术品的显色性。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述LED光源模块使用窄带LED发光二极管，各波段的峰值波长在380-780nm的可见光范围内，每个中心波长的LED形成一个单独的模块，可由驱动和控制模块进行控制LED光源模块的光谱辐射功率分布。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱图像采集模块包括成像镜头和CCD成像探测器。成像镜头镀可见光增透膜，抑制非可见光透过；可以根据被照明艺术品光谱反射率重建算法和精度要求使用黑白光谱图像采集模块或彩色光谱图像采集模块。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述标准白板和标准色卡的光谱反射率曲线已知，标准白板采用光谱反射率近似为1的漫反射白板，标准色卡由色坐标在颜色空间均匀分布的颜色色样组成。
7.根据权利要求1所述的系统，其特性在于，所述光谱反射率重建模块，根据LED照明光源的光谱辐射输出曲线，利用相应的光谱重建算法得到高精度的光谱反射率数据立方体。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述显色性自适应调节模块，根据获取的照明艺术品的光谱反射率数据立方体，进行艺术品光谱反射率聚类，并利用聚类后光谱反射率数据计算LED光源的个性化显色指数；根据计算的个性化显色指数，利用驱动和控制模块对LED光源模块进行照明光谱辐射功率的智能自适应个性化调节，提高照明系统对于该艺术品的显色性能。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述艺术品光谱成像反射率数据立方体获取，采用光源光谱调制式光谱成像系统，可获取被照明艺术品的光谱图像反射率立方体数据；并利用标准白板获取光源光谱辐射功率，实时反馈至计算机；所述LED光源显色性的评价方法是以被照明艺术品光谱颜色聚类得到的光谱色样，计算LED光源的个性化显色指数。
10.根据权利要求1-9所述的系统，其特征在于，光谱图像采集模块、标准白板和标准色卡是可移动模块，仅在被照明艺术品更换后，针对该艺术品的光谱颜色数字典藏和智能调节LED照明光源使用。该可移动模块并不长期放置于被照明区域，不影响艺术品的正常展出；可以多套不同艺术品的LED照明光源轮流使用，以节省成本。
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