CN106157878A - 一种三基色led控制驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三基色LED控制驱动方法，所述三色LED显示图像，所述图像由若干帧图像组成，其特征在于在时间上将每一帧图像分为若干个基色单元，按该帧图像的颜色中三种颜色所占第比例，计算三色LED中每个颜色LED所占的基色单元数量，并将该颜色的LED点亮相应个基色单元，使得同一基色单元内仅有一种颜色的LED灯点亮。本发明在配色时为了电光色保持平衡，用所述三色LED控制驱动方法可以对亮度，色饱和度及色调进行配置和控制。

Description

一种三基色LED控制驱动方法

技术领域

本发明涉及LED照明系统的技术领域，具体地说是一种三基色LED控制驱动方法。

背景技术

LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由于LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10万小时），所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。 把红色和绿色的LED放在一起作为一个象素制作的显示屏叫双色屏或彩色屏；把红、绿、蓝三种LED管放在一起作为一个象素的显示屏叫三色屏或全彩屏。制作室内LED屏的象素尺寸一般是2-10毫米，常常采用把几种能产生不同基色的LED管芯封装成一体，室外LED屏的象素尺寸多为12-26毫米，每个象素由若干个各种单色LED组成，常见的成品称象素筒，双色象素筒一般由3红2绿组成，三色象素筒用2红1绿1兰组成。无论用LED制作单色、双色或三色屏，欲显示图象需要构成象素的每个LED的发光亮度都必须能调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高，显示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。一般256级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，而16级灰度的彩色图像，颜色过渡界线十分明显。所以，彩色LED屏当前都要求做成256级灰度的。 可以通过两种方法来控制LED亮度。一种是改变流过LED的电流，一般LED管允许连续工作电流在20毫安左右，除了红色LED有饱和现象外，其他LED亮度基本上与流过的电流成比例；另一种方法是利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制方法来实现灰度控制，也就是周期性改变光脉冲宽度（即占空比），只要这个重复点亮的周期足够短（即刷新频率足够高），人眼是感觉不到发光象素在抖动。由于脉宽调制更适合于数字控制，所以在普遍采用微机来提供LED显示内容的今天，几乎所有的LED屏都是采用脉宽调制来控制灰度等级的。LED的控制系统通常由主控箱、扫描板和显控装置三大部分组成。主控箱从计算机的显示卡中获取一屏象素的各色亮度数据，然后重新分配给若干块扫描板，每块扫描板负责控制LED屏上的若干行（列），而每一行（列）上LED的显控信号则用串行的方式传送。目前有两种串行传送显示控制信号的方式：一种是扫描板上集中控制各象素点灰度，扫描板将来自控制箱的各行象素的亮度值进行分解（即脉宽调制），然后将各行LED的开通信号以脉冲形式（点亮为1，不亮为0）按行用串行方式传输到相应的LED上，控制其是否点亮。这种方式使用器件较少，但串行传输的数据量较大，因为在一个重复点亮的周期内，每个象素在16级灰度下需要16个脉冲，在256级灰度下需要256个脉冲，由于器件工作频率限制，一般只能使LED屏做到16级灰度。 另一种方法是扫描板串行传输的内容不是每个LED的开关信号而是一个8位二进制的亮度值。每个LED都有一个自己的脉宽调制器来控制点亮时间。这样，在一个重复点亮的周期内，每个象素点在16级灰度下只需要4个脉冲，256级灰度下只需8个脉冲，大大降低了串行传输频率。用这种分散控制LED灰度的方法可以很方便地实现256级灰度控制。

发明内容

本发明提供一种三基色LED控制驱动方法，在配色时为了电光色保持平衡，用所述三色LED控制驱动方法可以对亮度，色饱和度及色调进行配置和控制。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种三基色LED控制驱动方法，所述三色LED显示图像，所述图像由若干帧图像，其特征在于在时间上将每一帧图像分为若干个基色单元，按该帧图像的颜色中三种颜色所占比例，计算三色LED中每个颜色LED所占的基色单元数量，并将该颜色的LED点亮相应个基色单元，使得同一基色单元内仅有一种颜色的LED灯点亮。

所述图像的色饱和度用如下方法计算：

C1/Y= C1(Tmax)+Y(Tmin)*N1，

对于二个色素 A.B的情况:

C1(Tmax)=A(Tmin)[N-(X1+1)]+B(Tmin)(X1+1)，

对于三个色素 A.B.C的情况:

Y(Tmin)=[A(Tmin)/3+B(Tmin)/3+C(Tmin)/3]，

A.B.C 为 (R.G.B)的代数符， C1 为色调单元， X1 为色调值 ， Y 为白光单元，Tmax 色单元时间， Tmin 基色时间, N 为量化数。

本发明通过在一个时间仅点亮一种颜色的LED灯的方法对亮度，色饱和度及色调进行配置和控制，使其既能满足LED驱动电源电流△I≈Ir≈Ig≈Ib.，又满足△I≈Ir+Ig+Ib，解决了三种颜色LED灯的功率平衡问题。

附图说明

图1为本发明输出驱动电路示意图。

具体实施方式

一种三基色LED控制驱动方法，所述三色LED显示图像，所述图像分为若干帧，其特征在于在时间上将每一帧图像分为若干个基色单元，按该帧图像的颜色中三种颜色所占比例，计算三色LED中每个颜色LED所占的基色单元数量，并将该颜色的LED点亮相应个时间单元，使得同一基色单元内仅有一种颜色的LED灯点亮。

根据本发明的具体实施例，所述若干个基色单元为256个基色单元，即在时间上将每一帧图像分成256个基色单元，若某种颜色可由56份绿色、100份蓝色和100份红色组成，则在每帧图像的时间内，将绿色LED点亮56个基色单元、蓝色LED点亮100个基色单元，红色LED点亮100个基色单元，这样就保证在同一基色单元中只有一个LED工作，从而保证了其电流的恒定。而由于人眼的视觉惰性，人们看到的是56份绿色、100份蓝色和100份红色混合而成的颜色。

分析如下：

U.I.T配置：

U=（VFr*X+△Ur)=（VFg*X+△Ug)=(VFb*X+△Ub)。

U为LED驱动电源电压。

VF为LED正向开通电压，X为LED数量。

△Ur、△Ug、△Ub分别为RGB三个LED串配置电压。

U≥│VF*X│。

当U=│VF*X│时，（△Ur.△Ug.△Ub）=0

△I=Ir=Ig=Ib。

△I为LED驱动电源电流， Imin≤△I≤Imax

Imin为最小灰度恒流值。

Imax为LED标准恒流值。

│Ir.Ig.Ib│为RGB三色LED电流。

（Fe白）=(R)+(G)+(B)。

(R)=(R*△Tr1)。

(G)=(G*△Tg1)。

(B)=(B*△Tb1)。

（Fe白）=Y。

Y=(R*△Tr1)+(G*△Tg1)+(B*△Tb1)。

（Fe白）为白光的(R)(G)(B)值，CIE(国际照明委员会）规定：

(R)=1 (Lumen) (波长700毫微米)。

(G)=4.5907(Lumen) (波长546.1毫微米)。

(B)=0.0601(Lumen) (波长435.8毫微米)。

R、G、B为实际使用的LED的R、G、B值。

Y为（R.G.B）所配白光值。

T(min)为时间单元。

△Tr1为R的修正值， △Tg1为G的修正值， △Tb1为B的修正值，因为LED(R.G.B)在实际使用中存在各有差异，所以用 （△Tr1，△Tg1，△Tb1）来修正，经而得到所需要的（Y白），通常这个修正叫“白平衡调整”。这里的△Tr1适用于实际的红色LED和标准红色之间的修正，△Tg1适用于实际的绿色LED与标准绿色之间的修正，△Tb1适用于实际蓝色LED和标准蓝色之间的修正。

时序：

Tmax=1/Xfps。

Tmin=Tmax/N。

Tmax 色单元时间（帧）。

Tmin 基色时间。

Xfps 帧数值。

N 量化数，即将每一帧分成N个时间单元。

对于二个色素 A.B的情况:

C1: C1(Tmax)=A(Tmin)[N-(X1+1)]+B(Tmin)(X1+1)。

对于三个色素A.B.C的情况:

Y: Y(Tmin)=[A(Tmin)/3+B(Tmin)/3+C(Tmin)/3]。

色饱和度：

C1/Y= C1(Tmax)+Y(Tmin)*N1。

A.B.C 为 (R.G.B)的代数符。

C1 为色调单元。

X1 为色调值 , 0≤X1≤(N-1)。

当X1=0时：A色为≈100% 当X1=(N-1)时：B色为≈100% 。

Y 为白光单元。

N1 为饱和度值，0≤N1≤X2N。

X2=N1/N 0≤X2≤3 假如：(X2 ≌ 3) 。

Yfps=（Xfps/X2+1）*X2 。

C1fps=Xfps/X2+1 。

当N1=0时：色饱和度为100% 当N1=X2N时：色饱和度为最小。

这里“X2”只是 N1/N 的比值，作为“ C1fps，Yfps”量值范围用，没实际意义。

当N1=0时：

C1fps=Xfps。

Yfps=0 。

当N1=X2N时：

C1fps=Xfps/4 25% 。

Yfps=（Xfps/4）*3 75% 。

其中：T(min)是时间穴，可以放一个基色也可以放二个或者三个基色，所以一般将6个脉冲时间"Td"放入一个“T(min)”内，即：T(min)=6Td，这样当一个色元素A放入时为6*A,当二个色元素A.B放入时为3*A+3*B,当三个元素A.B.C放入时为2*A+2*B+2*C ，（△Tr1，△Tg1，△Tb1）≤(Td) 。

N是时间穴的数量，当A.B二个色相混时“N”的数值就是所能达到的色的分辨率，同样当A.B.C三个色相混时“N”的数值就是所能达到的亮度的分辨率即（辉度等级）。

Tmax的时间段是Tmax= T(min)*N ，Tmax代表了产生出的一个色调或一个亮度等级值，也可以认为（帧），是已经达到了目的最基本的表现。

Xfps是单位时间段的Tmax数量，即 Xfps=Ts/ Tmax(刷新率）为了使各“色（Tmax）”和“亮度（Tmax）”均布在整个Xfps中，用散转“亮度（Tmax）”和浮点“色（Tmax）”移动方法，解决“亮.色”变化时产生的频闪。

Imin 是为了调整各灯具的亮度均衡，当然有必要也可以当作辅亮度控制，主亮度控制应该由信号传送而来，即Y(Tmin)*N (因为有“N”定量等级) 。

输入端访问周期是T(min)，数据采样时间是T(min)/12 。

Claims (2)

1. 一种三基色LED控制驱动方法，所述三色LED显示图像，所述图像由若干帧图像组成，其特征在于在时间上将每一帧图像分为若干个基色单元，按该帧图像的颜色中三种颜色所占比例，计算三色LED中每个颜色LED所占的基色单元数量，并将该颜色的LED点亮相应个基色单元，使得同一基色单元内仅有一种颜色的LED灯点亮。

2. 根据权利要求1所述的三色LED控制驱动方法，其特征在于：所述图像的色饱和度用如下方法计算：

C1/Y= C1(Tmax)+Y(Tmin)*N1，

对于二个色素 A.B的情况:

C1(Tmax)=A(Tmin)[N-(X1+1)]+B(Tmin)(X1+1)，

对于三个色素 A.B.C的情况:

Y(Tmin)=[A(Tmin)/3+B(Tmin)/3+C(Tmin)/3]，

A.B.C 为 (R.G.B)的代数符， C1 为色调单元， X1 为色调值 ， Y 为白光单元，Tmax 色单元时间， Tmin 基色时间, N 为量化数。