CN106304527B

CN106304527B - 一种照明控制系统和照明控制方法

Info

Publication number: CN106304527B
Application number: CN201510307746.1A
Authority: CN
Inventors: 周志贤; 王见; 何捷; 王亮; 郑天航; 胡飏
Original assignee: Opple Lighting Co Ltd
Current assignee: Opple Lighting Co Ltd
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: CN106304527A

Abstract

本发明提供一种照明控制系统，包括：光源组件，所述光源组件包括至少三组不同光色的发光单元；颜色探测部，所述颜色探测部包括颜色探测装置，用以获取被照物颜色信号；运算模块，所述运算模块从所述颜色探测部接收颜色信号，运算获得目标光色，并根据所述目标光色计算各组所述发光单元的控制信号；控制器，所述控制器接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制各组所述发光单元的发光通量，通过其组合使得所述光源组件产生目标光色。采用了这样的设计之后，通过颜色传感器采集被照物的颜色信息，计算获得目标光色，再由控制器控制光源组件混光获得所需光色进行照明，实现了无需人为控制的自动调色。

Description

一种照明控制系统和照明控制方法

技术领域

本发明涉及一种照明控制系统和照明控制方法。

背景技术

随着LED的快速技术的发展，越来越多的LED光源取代了传统的光源。众所周知，LED作为光源具有诸多的优点，易调光调色是LED的最大优点之一。随着物联网和智能家居的发展和推广，越来越多的LED灯具具备调色功能。不过目前在市场上看到的调光调色的照明灯具，一般是根据用户输入一个目标颜色，需要通过手机APP输入命令；或者开关选择一种颜色或亮度档。前者一般是需要网络和手机等设备支持，而后者只能实现有限几种颜色或亮度档。同时，普通的消费者并不是专业的灯光设计师，对于颜色的把握总有力不从心的感觉，而生活环境的各种变化，被照物的不同都会对光色有不同的需求，因此需要照明系统可以快速根据被照物来自行调整照明光色，这样才能最大的发挥LED光源的最大优势。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种可以根据被照物来调整照明光色的照明控制系统和照明控制方法。

本发明为实现上述功能，所采用的技术方案是提供一种照明控制系统，所述照明控制系统包括：

光源组件，所述光源组件包括至少三组不同光色的发光单元；

颜色探测部，所述颜色探测部包括颜色探测装置，用以获取被照物颜色信号；

运算模块，所述运算模块从所述颜色探测部接收颜色信号，运算获得目标光色，并根据所述目标光色计算各组所述发光单元的控制信号；

控制器，所述控制器接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制各组所述发光单元的发光通量，通过其组合使得所述光源组件产生目标光色。

优选的，所述颜色探测装置为颜色传感器。

优选的，所述颜色传感器收集到的颜色信号为RGB颜色信号。

优选的，所述颜色探测部还包括测量辅助光源，所述测量辅助光源为白光，其色温在2700K~20000K之间。

优选的，所述颜色探测部还包括透镜组件，所述透镜组件设置在所述颜色探测装置的光入射口，所述透镜组件为会聚透镜。

优选的，所述照明控制系统还包括一显示模式选择模块，所述显示模式选择模块输出显示模式信号，所述运算模块根据所述显示模式信号计算所述目标光色。

优选的，所述发光单元的控制信号为PWM信号或电流值。

优选的，所述光源组件、颜色探测部、运算模块及控制器为一体或分离设置，当所述光源组件、颜色探测部、运算模块及控制器分离设置时，各分离部件之间通过有线或无线通信方式传输信号。

优选的，所述无线通信方式为WiFi、Zigbee或蓝牙。

本发明还提供一种应用于上述的照明控制系统的一种照明控制方法，所述照明控制方法包括如下步骤：

步骤A：根据所述照明控制系统中所述颜色探测部获得的颜色信号，计算其在CIEXYZ系统中对应的X、Y、Z值，转换公式如下，其中N为一个3*3矩阵；

步骤B：将在所述X、Y、Z值转换到CIE xyY颜色空间，转换公式如下x0=X/(X+Y+Z)、y0=Y/(X+Y+Z)，x0、y0表示所述颜色探测部获得的颜色信号在CIE xyY颜色空间中的x、y坐标值；

步骤C：计算目标光色在CIE xyY颜色空间中的颜色参数，公式如下

x_obj=k*(x0-xb)+xb

y_obj=k*(y0-yb)+yb

z_obj=1-x_obj-y_obj

其中x_obj、y_obj、z_obj分别表示目标光色CIE xyY颜色空间中的x、y、z坐标值，k、xb、yb为变量；

步骤D：根据目标颜色参数计算各组发光单元的控制信号，公式如下，其中M为一个3*3矩阵，C_l1、C_l2、C_l3为发光单元的控制信号。

优选的，所述步骤A和步骤B之间还包括一修正步骤F，所述修正步骤F基于所述步骤A中获得的Y值对所述颜色探测部获得的颜色信号进行修正，具体步骤如下：

步骤F1判断是否已修正，已修正直接进入步骤B，未修正转入步骤F2；

步骤F2 执行如下公式进行修正

R_N=R*(1-1.2*Kdis)

G_N=G*(1-1.0*Kdis)

B_N=B*(1-0.8*Kdis)

Kdis(%)=a*f(Y)^3+b*f(Y)^2+c*f(Y)+d

其中R_N、G_N、B_N是修正后的颜色信号值，Kdis是修正系数与所述步骤A中获得的Y值相关，a,b,c,d为常数；

步骤F3 将R_N、G_N、B_N的值分别赋给R、G、B后转到所述步骤A，更改修正标志为已修正。

优选的，所述步骤C中xb、yb表示等能量白光在CIE xyY颜色空间中所表示的点，xb=yb= 0.33。

优选的，所述步骤C中会根据显示模式信号对变量k赋值，目标色是同色，则k=1；目标色是补色，则k= -1。

优选的，所述步骤D之后还有一个迭代步骤，所述迭代步骤包括再一次从颜色探测部获得的颜色信号，将本次颜色信号和上次颜色信号进行比较，判断是否最优，如果最优则保持当前光色，如不是最优则以当前被照物的颜色信号作为输入再次执行步骤A到步骤D后继续执行迭代步骤，直至最优，其中判断是否是最优是比较相邻两次从颜色探测部获得的颜色信号的色差，所述色差小于等于一定值即为最优。

本发明所提供的技术方案通过颜色传感器采集被照物的颜色信息，计算获得目标光色，再由控制器控制光源组件混光获得所需光色进行照明，实现了无需人为控制的自动调色。

附图说明

图1是本发明照明控制系统的结构示意图；

图2是本发明照明控制方法的流程图；

图3是本发明一具体实例的光色图

图4 是本发明迭代步骤的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种照明控制系统、照明控制方法作进一步详细的说明。

请参考图1，图1所示是本发明提出的一种照明控制系统的一个较佳实施例的结构示意图，该照明控制系统包括：光源组件、颜色探测部、运算模块及控制器。

颜色探测部是整个照明控制系统的信息输入端，其中包括一个颜色探测装置，颜色探测装置，可以是颜色传感器，也可以是光谱探测器，在本实施例中采用颜色传感器来检测照明系统被照物的颜色信号。颜色传感器根据其输出的不同可以分为RGB颜色传感器、XYZ颜色传感器，在本实施里中采用的是RGB颜色传感器，其对应的是RGB颜色模型。RGB颜色模型是最常见的颜色模型，源于视觉三色说，即自然界中存在的所有颜色都可以由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种单色合成。因此RGB颜色传感器的输出的颜色信号即为R、G、B三色分量。颜色传感器是通过接收反射自物体的光来分辨颜色的，而同一物体的不同位置也会有不同的颜色，为了精确测量颜色，在另一较佳的实施例中，可在RGB颜色传感器的光入射口处设置会聚透镜组件，透镜组件可选用凸透镜、菲涅尔透镜等会聚透镜或其组合，从而使得RGB颜色传感器只接受来自较小范围的入射光，特别是被照物较远的情况下，优选具有透镜组件的方案。而在被照物较近的情况下，为了排除环境光的干扰，可在颜色探测部中再增加测量辅助光源，测量辅助光源并不参与最终的照明，仅是在测量颜色时对被照物进行照射，这样在后续计算中直接根据测量辅助光源的光色特征调整运算参数，可获得较为准确的颜色信息，测量辅助光源优选为白光，其色温可在2700K~20000K之间。可以理解的是被照物较远的时候也可以选用具有测量辅助光源的方案，不过由于距离较远，即使被测量辅助光源照射，对于环境光的干扰的排除是有限的。

光源组件是本实施例照明控制系统的输出部分，其中包括至少三组不同光色的发光单元，发光单元可以选用TL灯、卤素灯、LED等，在本实施例中采用LED作为光源。三组发光单元常规的选择是采用一组红光LED、一组蓝光LED、一组绿光LED通过这三种颜色可以混合出任意颜色的可见光。为了可以混成产生不同的光色，选用多种不同颜色的LED是必须，因此至少有三种LED，当然增加其他颜色的LED可以令可合成的光色更多，因此可以加如第四、第五种不同颜色的LED，如红、绿、蓝再增加琥珀色的LED。而根据需显示的颜色不同，也可以选择不同的LED组合，如以琥珀色来代替红光LED。而在本实施例中选用四组LED，增加了一组白光从而使得混光获得的光色更为丰富、自然，这四组发光单元分别为，白光LED，由蓝光激发荧光粉获得白光，色温从2300K~6500K；红色LED，峰波长从600~660nm；绿色LED，峰波长从510~550nm；蓝色LED，峰波长从430~480nm。每一组LED可以仅包括单个发光单元，也可以是多个同一型号的发光单元组成一组。本发明所述LED可指封装的LED、未封装的LED、表面贴装LED、板上芯片LED、包括某一类型光学元件的LED。

运算模块是本实施例照明控制系统的核心模块，运算模块从颜色探测部接收颜色信号，运算获得目标光色，并根据所述目标色计算各组发光单元的控制信号。由于照明控制系统最终表现的目标光色是由各组发光单元发出的光混合而成，要产生不同颜色的光，每一组发光单元发出的发光通量必须根据目标光色进行调整，运算模块最终输出的就是控制各组发光单元发光通量的控制信号，控制信号为PWM信号或电流值。本实施例中运算模块包括微处理器，由其完成颜色信息参数转换成各路LED的PWM信号。照明控制系统的目标光色可以和被照物相同，或者是其补色，还可以是一种加强色，因此在目标光色的运算处理时必须知道我们希望获得光色和被照物光色之间的关系，所以在系统中还包括一个模式选择模块，模式选择模块向运算模块提供显示模式信号，即表明最终的目标光色是同色还是补色，运算模块根据该信号进行相应运算。而在另一较佳实施例中，显示模式还可以是加强色，即红色更红、蓝色更蓝。

控制器接收运算模块发出的控制信号，并根据控制信号控制各组所述发光单元的发光通量，通过其组合使得所述光源组件产生目标光色。要使得LED点亮必须要有驱动电源，控制器可以和驱动电源设置在一起，也可以将驱动电源设置在灯体内和光源组件连接。

照明控制系统中的各个部件可以为一体式设置，也可以采用分离设置的方式，在本实施例中颜色探测部和运算模块、模式选择模块形成一个手持式设备，控制器和LED光源组件为一个灯具形式，两者之间通过无线信号传输控制信号。在其他较佳是实施例中，各部件也可以根据需要均为分离设置，或者多个组合在一起，分离部件之间均可以通过无线信号来进行通讯。无线通信方式可以为WiFi、Zigbee或蓝牙。在另外一些较佳的实施例中，当各分离设置的部件的位置比较固定时，还可以通过连线在各分离部件间通过有线通信方式传递各类信号。

下面就具体实施例的流程图对本发明的照明控制方法进行说明，图2为本发明一个较佳实施例的流程图，其包括四个基本步骤：

步骤A根据RGB颜色传感器中测得的RGB颜色信号，计算其在CIE XYZ系统中对应的X、Y、Z值，XYZ模型是一个非常重要的颜色模型。它是在RGB系统的基础上推导出来的，采用坐标变换的方法用理想的三原色代替实际的三原色，其中X为理想的红原色，Y为理想的绿原色，Z为理想的蓝原色。转换公式如下，其中N为一个3*3矩阵。如前所述，颜色传感器有可以直接输出XYZ参数的，但是在本实施例中我们优选RGB颜色传感器，这样对于不同颜色探测部，如是否有透镜，是否采用辅助测量光源这些不同情况对N中的参数进行调整，从而获得更佳的效果。

步骤B 将X、Y、Z值转换到CIE xyY颜色空间，CIE xyY色度图是从XYZ直接导出的一个颜色空间，它使用亮度Y参数和颜色坐标x,y来描述颜色。xyY中的Y值与XYZ中的Y刺激值一致，表示颜色的亮度或者光亮度，颜色坐标x,y用来在二维图上指定颜色，这种色度图叫做CIE 1931色度图(CIE 1931 Chromaticity Diagram）。例如一个点在色度图上的坐标是x=0.4832，y=0.3045，那么它的颜色与红苹果的颜色相匹配。具体转换公式如下x0=X/(X+Y+Z)、y0=Y/(X+Y+Z)，其中x0、y0表示所述颜色探测部获得的颜色信号在CIE xyY颜色空间中的x、y坐标值。

步骤C计算目标光色在CIE xyY颜色空间中的目标颜色参数，公式如下

x_obj=k*(x0-xb)+xb

y_obj=k*(y0-yb)+yb

z_obj=1-x_obj-y_obj

其中x_obj、y_obj、z_obj分别表示目标光色CIE xyY颜色空间中的x、y、z坐标值。而变量k是根据模式选择模块提供的显示模式信号来确定的，因此步骤C中还将根据显示模式信号对变量k赋值，目标色是同色，则k=1；目标色是补色，则k= -1。而在补色的情况下，在CIE 1931色度图中测得颜色所表示的点（x0，y0）和目标颜色所表示的点（x_obj，y_obj）是相对于等能量白光对称的点，因此xb、yb表示等能量白光在CIE xyY颜色空间中所表示的点，xb=yb= 0.33。

步骤D根据目标颜色参数计算各组发光单元的控制信号，每次我们都采用三组LED来进行发光，公式如下，其中M为一个3*3矩阵，C_l1、C_l2、C_l3为发光单元的控制信号

如前面所述，在颜色检测的时候我们不可避免的会受到环境光的影响，因此我们在计算XYZ数值时必须进行修正，为了实现这样的修正我们在步骤A和步骤B之间还加入了一个修正步骤F，修正步骤F是基于所述步骤A中获得的Y值对RGB颜色信号进行修正，具体步骤如下：

步骤F1首选判断当前的RGB值是否已修正，已修正直接进入步骤B，未修正转入步骤F2；

步骤F2 执行如下公式进行修正

R_N=R*(1-1.2*Kdis)

G_N=G*(1-1.0*Kdis)

B_N=B*(1-0.8*Kdis)

Kdis(%)=a*f(Y)^³+b*f(Y)^²+c*f(Y)+d，其中R_N、G_N、B_N 是修正后的颜色信号值，Kdis是修正系数与所述步骤A中获得的Y值相关，a,b,c,d为常数，具体数值根据颜色传感器测得值和实际颜色进行比对试验获得，其数值和led的参数相关。而不管这些变量如何变化，Kdis必定和f(Y)有一个三次方、二次方、一次方相加这样的规律。而f(Y)是一个方程，具体方程是通过试验数据拟合获得的。

步骤F3 将修正后获得的R_N、G_N、B_N的值分别赋给R、G、B后，并更改修正标志为已修正然后转到步骤A，即根据修正后的RGB值再进行一次向XYZ颜色空间的转换，从而获得修正后的XYZ值。

下面我们就一个具体的被照物颜色作为实例来对上述方法做进一步的说明。

在该实例中传感器组件包括辅助照明光源，辅助照明光源是6500K白光LED，功率0.2W，光通量25lm。当一个红色物体在传感器之前1cm处，传感器的读数RGB是(703,341,302)。根据步骤A中公式，计算得到颜色参数XYZ，具体如下。

根据步骤B计算可获得XYZ对应的CIE xyY色度图上的坐标位置x0=703/(703+341+301)=0.5090；y0=341/(703+341+301)=0.3902。

根据步骤C计算目标光色，在本实例中目标是照明装置输出的颜色与物体相同的颜色，因此k=1，最后目标光色在色度图上位置如下：x_obj=x0=0.5090；y_obj=y0=0.3902，如图4所示。

在这个实例中因为我们采用的是四组LED，分别为3000K白光，红色(635nm)，绿色(525nm)，蓝光(460nm)各10颗，型号2835，功率0.5W。而步骤D中是通过一个三阶矩阵M进行转换，获得三组LED的控制信号，也就是说在每一次对指定颜色进行照明时仅有三组LED参与发光，有一组LED是不发光的，那么就要确定是由哪三组LED参与到本次发光。这个的具体方法是，根据各组LED发出的光色在如图4所示的色度图上进行标注，由三个LED色点围成一发光区域，在图4中由白光LED分别和红、绿光；绿、蓝光；红、蓝光组成三块区域，然后在色度图上标出目标光色所在的点（x_obj、y_obj），该点落入哪一块区域就由该区域的三个顶点所表示的LED负责发光，因此在该实例中最后输出的光由白光LED，红色和绿色LED混光得到。通过步骤D的公式计算得出如下结果，其中矩阵M的各个参数，是和具体的LED芯片参数相关的，会根据芯片型号的不同发生变化具体如下。其中PWM_3K就是步骤D中的C_l1表示白光LED的PWM信号，PWM_Red就是步骤D中的C_l2表示红光LED的PWM信号，PWM_Green就是步骤D中的C_l3表示绿光LED的PWM信号，最终控制器根据这些PWM信号值，控制白光LED，红色和绿色LED发光，经过混光后得到淡红色的光。

在本实例中，这样虽然获得了可以表现目标光色的淡红色的光，但是这个光是不是效果最佳还需进一步验证，因此我们在这里又加入了一个迭代步骤，其在整个照明控制系统中的流程示意图如图4所示，迭代步骤是在光源组件发出目标光色后，在本实例中即由白光、红光、绿光根据控制信号混光发出淡红色的光后，再次由颜色探测部获得经过这淡红色的光照射后的被照物的颜色信号，将这个颜色信号和前一次获取得颜色信号比较，判断是否最优，如果最优则保持当前光色，如不是最优则以当前被照物的颜色信息作为输入再次执行步骤A到步骤D，以此获得新的目标光色和控制信号后，再一次由颜色探测部获得本次光色照射后的被照物的颜色信号，并和上一次颜色信号进行比较，如此循环进行直至比较结果为最优。判断光色是否是最优，比较的是相邻两次颜色探测部获得的被照物的颜色信号的色差，具体为颜色信号转换到CIE xyY颜色空间中的点的差值，两次的色差小于等于一定值，则认为最优。差值计算方法为Duv=sqrt((u2-u1)^²+(v2-v1)^²) ，在本实例中，要求这个差值为Duv小于等于0.001，其中(u1,v1)和(u2,v2)分别是前后两次颜色探测部得到的颜色信息的色坐标值。

下面我们通过另一个测试实例，来对修正步骤进一步进行说明，当一块绿色物体在传感器之前1.5m处，传感器的读数RGB是(210,800,620)。根据前面所说的步骤A，计算得到的XYZ颜色空间中的X、Y、Z值如下，其中Y=701。根据步骤F2可计算获得得知Kdis=11%，根据F2的公式Kdis必定和f(Y)有一个三次方、二次方、一次方相加这样的规律。在本实例中通过试验数据拟合获得的f(Y)为对数方程。在获得Kdis后计算获得R_N=182.3、G_N=712、B_N=565.4，根据这个RGB数值再进行步骤A获得X=331.0；Y=618.9；Z=375.5。再由XYZ数值通过步骤C获得x_obj=0.2497;y_obj=0.4669;z_obj=0.2833。在获得目标光色后的运算控制信号的具体数值这里就不再赘述，主要是根据系统中的光源组件进行相应的运算。

上文对本发明优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本发明穷尽或局限于所公开的具体形式，显然，可能做出许多修改和变化，这些修改和变化可能对于本领域技术人员来说是显然的，应当包括在由所附权利要求书定义的本发明的范围之内。

Claims

1.一种照明控制方法，用以控制包括颜色探测部的照明控制系统,所述照明控制方法包括如下步骤：

步骤A：根据所述照明控制系统中所述颜色探测部获得的颜色信号，计算其在CIE XYZ系统中对应的X、Y、Z值，转换公式如下其中N为一个3*3矩阵；

步骤B：将在所述X、Y、Z值转换到CIE xyY颜色空间，转换公式如下x0＝X/(X+Y+Z)、y0＝Y/(X+Y+Z)，x0、y0表示所述颜色探测部获得的颜色信号在CIE xyY颜色空间中的x、y坐标值；

x_obj＝k*(x0-xb)+xb

y_obj＝k*(y0-yb)+yb

z_obj＝1-x_obj-y_obj

其中x_obj、y_obj、z_obj分别表示目标光色CIE xyY颜色空间中的x、y、z坐标值，k、xb、yb为变量，其中k根据显示模式信号对其赋值，xb、yb表示等能量白光在CIE xyY颜色空间中所表示的点，xb＝yb＝0.33；

步骤D：根据目标颜色参数计算各组发光单元的控制信号，公式如下其中M为一个3*3矩阵，C_l1、C_l2、C_l3为发光单元的控制信号。

2.根据权利要求1所述的照明控制方法，其特征在于所述步骤A和步骤B之间还包括一修正步骤F，所述修正步骤F基于所述步骤A中获得的Y值对所述颜色探测部获得的颜色信号进行修正，具体步骤如下：

步骤F2执行如下公式进行修正*

R_N＝R*(1-1.2*Kdis)

G_N＝G*(1-1.0*Kdis)

B_N＝B*(1-0.8*Kdis)

Kdis(％)＝a*f(Y)^3+b*f(Y)^2+c*f(Y)+d

其中R_N、G_N、B_N是修正后的颜色信号值，Kdis是修正系数与所述步骤A中获得的Y值相关，a,b,c,d为常数，F(Y)为通过实验数据拟合获得的对数方程；

步骤F3将R_N、G_N、B_N的值分别赋给R、G、B后转到所述步骤A，更改修正标志为已修正。

3.根据权利要求1或2所述的照明控制方法，其特征在于所述步骤C中会根据显示模式信号对变量k赋值，目标色是同色，则k＝1；目标色是补色，则k＝-1。

4.根据权利要求1或2所述的照明控制方法，其特征在于所述步骤D之后还有一个迭代步骤，所述迭代步骤包括再一次从颜色探测部获得的颜色信号，将本次颜色信号和上次颜色信号进行比较，判断是否最优，如果最优则保持当前光色，如不是最优则以当前被照物的颜色信号作为输入再次执行步骤A到步骤D后继续执行迭代步骤，直至最优，其中判断是否是最优是比较相邻两次从颜色探测部获得的颜色信号的色差，所述色差小于等于一定值即为最优。