CN109819546A - 一种宽色域调光混光方法及氛围灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全新的宽色域调光混光方法及氛围灯，所述方法包括：用户提供目标亮度和色度（颜色或者色温）参数，混光设计使用红、绿、蓝、冷白、暖白（RGBCW）五种光把色域进行分割，根据目标光色坐标所处的分色域确定相应混光光源，依据格拉斯曼颜色混合定律最终完成混光设计。本发明的优点在于：通过在RGB混光基础上加入冷暖白光，使光谱连续，减少各颜色波段间的空隙，改善混色的均匀性、显色性及更接近自然光。基于所建立调光混光模型可以做到调节色温时光度参量值基本不发生变化，在调节光度时色坐标不发生变化，在调节颜色时不发生颜色失真。

Description

一种宽色域调光混光方法及氛围灯

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及一种宽色域调光混光方法及氛围灯。

背景技术

视觉是人类感知世界的重要手段，照明质量的好坏会直接影响人们的生活质量和身心健康，随着社会的发展进步，人们对照明的需求从过去追求照度提升到注重包括光色、舒适性、光生物安全等光心理和光生理效应在内的综合性因素。

在固态照明或者LED显示应用中，一些场合需要光源具备色彩或者色温可调的特点，传统的方法通常是采用红绿蓝混光，或者红绿蓝白四种LED进行混光等方法实现。以红绿蓝混合为例，通过改变各颜色的比例，虽然可实现色温的变化，但是由于其光谱成分单一，在显示白光时光线的显色性较低(CRI＝20～60)，且显示不饱和彩色时光谱成分单一，无法实现从白光到彩光的柔和过渡。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用半导体照明领域及色度学的研究基础，提供一种可以改善光色与亮度调节光谱连续性，提升用户体验的调光混光方法。在红绿蓝基础上引入白光LED进行混光，以提升灯具显示白光或者不饱和彩色光的光谱连续性，这种方案相对红绿蓝混光的光谱连续性有所改善。

为进一步提升调光过程的柔和度和光谱连续性，本发明在红绿蓝混光基础上加入暖白和冷白两种LED，可以达到更加精细柔和的调光效果。

一种宽色域调光混光方法，利用红光、绿光、蓝光、暖白光、暗白光进行混光，包含有以下步骤，

在1931CIE-XYZ色品图坐标系中，确定红色R、绿色G、蓝色B、冷白色C、暖白色W、等能白光E六个点；

R、G、B三点连线围成RGB三角形区域，C、W两点处于RGB三角形区域，以此将RGB三角形区域以内的范围分割为由B、G、C三点连线围成的BGC三角形区域、由B、R、C三点连线围成的BRC三角形区域、由G、C、W三点连线围成的GCW三角形区域、由R、C、W三点连线围成的RCW三角形区域及由G、R、W三点连线围成的GRW三角形区域；

E点处于RGB三角形区域内，E点分别与R、G、B三点连线并向外延伸，以此将RGB三角形区域以外的范围分割为GR区域、BG区域及BR区域；

在色品坐标系中，根据目标色度参数，确定目标色M点，所述色度参数为色温或颜色；

根据M点所处的区域，确定混光光源的种类；以及，

基于格拉斯曼颜色混合定律，计算得到混光光源的调光占空参数。

作为一种宽色域调光混光方法的优选方案，

若M点位于GR区域，则M点沿E、M两点的连线偏移，使其落在G、R两点的连线上，得到M₀点，以M₀、R、G三点的坐标进行混光计算；

若M点位于BG区域，则M点沿E、M两点的连线偏移，使其落在B、G两点的连线上，得到M₀点，以M₀、G、B三点的坐标进行混光计算；

若M点位于BR区域，则M点沿E、M两点的连线偏移，使其落在B、R两点的连线上，得到M₀点，以M₀、B、R三点的坐标进行混光计算；

若M点位于BGC三角形区域，则以M、G、B、C四点的坐标进行混光计算；

若M点位于BRC三角形区域，则以M、R、B、C四点的坐标进行混光计算；

若M点位于GCW三角形区域，则以M、C、G、W四点的坐标进行混光计算；

若M点位于RCW三角形区域，则以M、C、R、W四点的坐标进行混光计算；

若M点位于GRW三角形区域，则以M、G、R、W四点的坐标进行混光计算。

作为一种宽色域调光混光方法的优选方案，

设R(x_R，y_R)、G(x_G，y_G)、B(x_B，y_B)、C(x_C，y_C)、W(x_W，y_W)，E(0.3333，0.3333)，M(x_M，y_M)；

基于格拉斯曼颜色混合定律计算得到光源调光占空参数方法如下：

混光时若使用三种光，设其坐标分别为(x₁，y₁，Y₁)、(x₂，y₂，Y₂)、(x₃，y₃，Y₃)，占空比分别为D₁、D₂、D₃，目标光的坐标为(x，y，Y)，其中(x，y)为色坐标，Y为光通量，则根据混光原理有

由于0≤D₁、D₂、D₃≤1，故令Y＝min(Y₁，Y₂，Y₃)，可得

将占空比归一化，设g为调光等级，得输出占空比为

混光时若使用两种光，设其坐标分别为(x₁，y₁，Y₁)、(x₂，y₂，Y₂)，占空比分别为D₁、D₂，目标光的坐标为(x，y，Y)，其中(x，y)为色坐标，Y为光通量，则根据混光原理有

或

由于0≤D₁、D₂≤1，故令Y＝min(Y₁，Y₂)，可得

即

将占空比归一化，设g为调光等级，得输出占空比为

综上，建立光度及色度参数输入和五路光源占空输出之间的数学模型。利用该模型即可实现对照明灯具光度和色度(颜色或者色温)参数的独立调节。

本发明还涉及一种氛围灯，包含有，

输入模块，其用于输出目标色度参数；

控制器，其用于接收来自输入模块的目标色度参数，控制器根据前述混光方法得到混光光源的种类及调光占空参数，并输出对应的调光电气参数；

光源模块，其具有红光LED、绿光LED、蓝光LED、暖白光LED、暗白光LED，所述光源模块用于接收来自控制器的调光电气参数，令对应混光光源的种类的LED达到相应亮度，混光后得到相应颜色和亮度的光线。

所述输入模块为按键、旋钮、滑动触摸条或软件app。

输入模块，用于用户对期望目标光度和色度参数进行调节。

本发明另一方面还提供了一种宽色域调光氛围灯，该氛围灯亮度和颜色参数独立可调，即维持灯具亮度不变改变灯具颜色或色温，或者维持灯具颜色(色温)不变改变灯具亮度。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

通过在RGB混光基础上加入冷暖白光，使光谱连续，减少各颜色波段间的空隙，改善混色的均匀性、显色性及更接近自然光。作为一款实用的可调色温可调光的白光和颜色可调的彩色光的一体化光源，利用建立的混光调光数学模型，在满足一般基础要求条件下，可以做到调节色温时光度参量值基本不发生变化，在调节光度时色坐标不发生变化，在调节颜色时不发生颜色失真。

附图说明

图1是本发明的所述宽色域调光混光方法中色域判定及划分图。

图2是本发明的采用所述混光调光方法的氛围灯装置原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

参见图2，图2是本发明的所述氛围灯的一种实施例。所述氛围灯包括输入模块、控制器、光源驱动电路和LED光源。所述输入模块采用上位机界面作为人机交互手段，用户通过上位机亮度调节界面和调光色板给定光度和色度目标参数，控制器接收目标参数后通过内置算法模块输出调光电气参数并发送给光源驱动电路，光源驱动模块驱动LED光源输出相应颜色和亮度的光线。

进一步地，完成的本实施例的具体方法包括如下步骤：

步骤1：用户通过上位机给定的色度参数分为色温和颜色(RGB三分量)两种情况，首先需要将用户给定色度参数转换为色坐标：

色度参数为色温时，将目标色温转化为1931CIE-XYZ色品图色坐标，由于根据实验材料定出的典型日光色度轨迹位于普朗克轨迹的绿色区一侧，因此在混白光时为了真实模仿自然光便按照CIE规定的典型日光(D)色度坐标来计算，按下述方法(在较低色温时所得白光色温误差不大于50K)可将相关色温T(3000K-6500K)向1931CIE-XYZ色品图色坐标(x，y)转换：

色度参数为颜色(RGB三分量)时，将目标颜色转化为1931CIE-XYZ色品图色坐标，通常情况下目标颜色给出的是三原色R、G、B的值，此时是用1931CIE-RGB系统表示颜色，通过可得出1931CIE-RGB系统的色坐标：

再通过1931CIE-XYZ系统色坐标与1931CIE-RGB系统色坐标关系可将目标颜色转化为1931CIE-XYZ色品图色坐标，如下式。

步骤2：需根据目标光色坐标确定其在色品图中所处区域，详细过程如下：

若R(x_R，y_R)、G(x_G，y_G)、B(x_B，y_B)、C(x_C，y_C)、W(x_W，y_W)，等能白光点E(0.3333，0.3333)，目标光M(x_M，y_M)，则色域各边界可表示为

若则x_M位于a区，须沿等色调线EM偏移，使其落在L_RG上，经优化取

代替M(x_M，y_M)，用M₀、R、G的坐标进行计算即可。

若则x_M位于b区，须沿等色调线EM偏移，使其落在L_GB上，经优化取

代替M(x_M，y_M)，用M₀、G、B的坐标进行计算即可。

若则x_M位于c区，须沿等色调线EM偏移，使其落在L_BR上，经优化取

代替M(x_M，y_M)，用M₀、B、R的坐标进行计算即可。

若则x_M位于1区，用M、G、B、C的坐标进行计算即可。

若则x_M位于2区，用M、R、B、C的坐标进行计算即可。

若则x_M位于3区，用M、C、G、W的坐标进行计算即可。

若则x_M位于4区，用M、C、R、W的坐标进行计算即可。

若则x_M位于5区，用M、G、R、W的坐标进行计算即可。

步骤3：根据上述过程所确定光色坐标所在区域，混光所用光源有三色和两色两种情况。

混光时若使用三种光，设其坐标分别为(x₁，y₁，Y₁)、(x₂，y₂，Y₂)、(x₃，y₃，Y₃)，占空比分别为D₁、D₂、D₃，目标光的坐标为(x，y，Y)，其中(x，y)为色坐标，Y为光通量，则根据混光原理有

由于0≤D₁、D₂、D₃≤1，故令Y＝min(Y₁，Y₂，Y₃)，可得

将占空比归一化，设g为调光等级，得输出占空比为

混光时若使用两种光，设其坐标分别为(x₁，y₁，Y₁)、(x₂，y₂，Y₂)，占空比分别为D₁、D₂，目标光的坐标为(x，y，Y)，其中(x，y)为色坐标，Y为光通量，则根据混光原理有

或

由于0≤D₁、D₂≤1，故令Y＝min(Y₁，Y₂)，可得

即

将占空比归一化，设g为调光等级，得输出占空比为

控制器解算得到RGBCW五路光源驱动参数后即可发送给驱动电路即得到所需颜色及亮度的光线。

Claims (5)

1.一种宽色域调光混光方法，利用红光、绿光、蓝光、暖白光、暗白光进行混光，其特征在于，包含有以下步骤，

在色品图坐标系中，根据所选光源确定红色R、绿色G、蓝色B、冷白色C、暖白色W及等能白光点E六个点；

其中，R、G、B三点连线围成RGB三角形区域，C、W两点处于RGB三角形区域，以此将RGB三角形区域以内的范围分割为由B、G、C三点连线围成的BGC三角形区域、由B、R、C三点连线围成的BRC三角形区域、由G、C、W三点连线围成的GCW三角形区域、由R、C、W三点连线围成的RCW三角形区域及由G、R、W三点连线围成的GRW三角形区域；

E点处于RGB三角形区域内，E点分别与R、G、B三点连线并向外延伸，以此将RGB三角形区域以外的范围分割为GR区域、BG区域及BR区域；

在色品坐标系中，根据目标色度参数，确定目标色M点，所述色度参数为色温和/或颜色；

根据M点所处的区域，确定混光光源的种类；以及，

基于格拉斯曼颜色混合定律，计算得到混光光源的调光占空参数。

2.根据权利要求1所述的一种宽色域调光混光方法，其特征在于，

若M点位于GR区域，则M点沿E、M两点的连线偏移，使其落在G、R两点的连线上，得到M₀点，以M₀、R、G三点的坐标进行混光计算；

若M点位于BG区域，则M点沿E、M两点的连线偏移，使其落在B、G两点的连线上，得到M₀点，以M₀、G、B三点的坐标进行混光计算；

若M点位于BR区域，则M点沿E、M两点的连线偏移，使其落在B、R两点的连线上，得到M₀点，以M₀、B、R三点的坐标进行混光计算；

若M点位于BGC三角形区域，则以M、G、B、C四点的坐标进行混光计算；

若M点位于BRC三角形区域，则以M、R、B、C四点的坐标进行混光计算；

若M点位于GCW三角形区域，则以M、C、G、W四点的坐标进行混光计算；

若M点位于RCW三角形区域，则以M、C、R、W四点的坐标进行混光计算；

若M点位于GRW三角形区域，则以M、G、R、W四点的坐标进行混光计算。

3.根据权利要求2所述的一种宽色域调光混光方法，其特征在于，设R(x_R，y_R)、G(x_G，y_G)、B(x_B，y_B)、C(x_C，y_C)、W(x_W，y_W)，E(0.3333，0.3333)，M(x_M，y_M)；

基于格拉斯曼颜色混合定律计算得到光源调光占空参数方法如下：

混光时若使用三种光，设其坐标分别为(x₁，y₁，Y₁)、(x₂，y₂，Y₂)、(x₃，y₃，Y₃)，占空比分别为D₁、D₂、D₃，目标光的坐标为(x，y，Y)，其中(x，y)为色坐标，Y为光通量，则根据混光原理有

由于0≤D₁、D₂、D₃≤1，故令Y＝min(Y₁，Y₂，Y₃)，可得

将占空比归一化，设g为调光等级，得输出占空比为

混光时若使用两种光，设其坐标分别为(x₁，y₁，Y₁)、(x₂，y₂，Y₂)，占空比分别为D₁、D₂，目标光的坐标为(x，y，Y)，其中(x，y)为色坐标，Y为光通量，则根据混光原理有

或

由于0≤D₁、D₂≤1，故令Y＝min(Y₁，Y₂)，可得

即

将占空比归一化，设g为调光等级，得输出占空比为

4.一种氛围灯，其特征在于，包含有，

输入模块，其用于输出目标色度参数；

控制器，其用于接收来自输入模块的目标色度参数，控制器根据权利要求1至3中任意一项中的混光方法得到混光光源的种类及调光占空参数，并输出对应的调光电气参数；

光源模块，其具有红光LED、绿光LED、蓝光LED、暖白光LED、暗白光LED，所述光源模块用于接收来自控制器的调光电气参数，令对应混光光源的种类的LED达到相应亮度，混光后得到相应颜色和亮度的光线。

5.根据权利要求4所述的一种氛围灯，其特征在于，所述输入模块为按键、旋钮、滑动触摸条或软件app。