CN110602837B

CN110602837B - 超三色led光源匹配目标色品的最大亮度确定方法及系统

Info

Publication number: CN110602837B
Application number: CN201911006363.5A
Authority: CN
Inventors: 章夫正
Original assignee: Binzhou University
Current assignee: Dragon Totem Technology Hefei Co ltd; Hefei Jiuzhou Longteng Scientific And Technological Achievement Transformation Co ltd
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2039-10-22
Also published as: CN110602837A

Abstract

本公开提出了超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法及系统，解决了在未给定目标光色亮度的条件下通过超三色LED光源匹配目标色品的问题，确定了匹配目标色品时超三色LED光源所能达到的最大亮度，同时克服了给定目标光色亮度和色品时混光方程不具有唯一解的问题，并能够避免给定的目标光色亮度有可能超出光源所能混出的最大亮度之问题；所述方法只需通过光谱辐射计测得超三色LED光源各光色LED在最大控制信号值时的绝对三刺激值，再结合目标色品构建线性规划模型并予以求解便可确定匹配目标色品时的最大亮度；此方法操作简便，能够满足采用超三色LED光源进行调光的需求，可以应用于智能照明和动态照明系统。

Description

超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法及系统

技术领域

本公开涉及LED照明相关技术领域，具体的说，是涉及超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

LED光源凭借高效、节能、环保、长寿、调光便捷等优势正以锐不可挡之势进入到一般照明应用领域，被誉为继白炽灯、荧光灯之后的第三次光源革命。当前，LED光源产生白光主要有两种方法，即蓝光芯片激发黄色荧光粉和混合多光色芯片。其中，后者较前者具有高效、显色性高且能够混合出任意光色的优势。根据芯片的种类多少，多光色芯片混合光源可分为RGB三光色LED光源和超三色LED光源,超三色LED光源被定义为光源的LED芯片种类超过三种光色的 LED光源。虽然二者都能够混合出任意光色，但超三色LED光源在匹配目标光色的同时还具有一定的光谱优化自由度，故在满足智能照明和动态照明的发展需求上更具优势。

在实际的工程实践中，LED光源调光时设定目标光色往往仅指定色品，如相关色温、色品坐标等。发明人发现,一方面,仅给出目标色品信息无法确定超三色LED光源各光色LED的混合比例。另一方面,由于超三色LED光源包含的芯片种类超过三个，即使目标光色的亮度和色品信息均给出，其混光方程的解也不是唯一的，即对于能够求解三色LED光源的各光色所占比重的方法对超三色LED 光源并不适用。与此同时，目标光色的亮度还有可能超出超三色LED光源所能混出的最大亮度,从而无法调光混合出符合用户照明要求的光色,或者需要进行多次调光,调光的效率较低。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法及系统，本方法适用于四色及以上的超三色LED光源的匹配目标色品时的最大亮度的确定，从而作为参量用于实现超三色LED光源的调光。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法，包括如下步骤：

获取目标色品数据；

获取光谱辐射计测量得到的各光色LED光源在其最大控制信号值处的绝对三刺激值；

以超三色LED光源的发光亮度最大为目标函数建立线性规划模型，对线性规划模型进行求解获得超三色LED光源中每种光色LED的归一化亮度匹配系数；

根据归一化亮度匹配系数计算最大亮度匹配系数，根据最大亮度匹配系数和获取的绝对三刺激值中的Y刺激值，获得超三色LED光源匹配目标色品时的可达到的最大亮度数值,作为参量用于实现超三色LED光源的调光。

一个或多个实施例提供了超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定系统，包括：

用于获取目标色品数据的模块；

用于获取光谱辐射计测量得到的各光色LED光源在其最大控制信号值处的绝对三刺激值的模块；

用于在目标色品下以超三色LED光源的最大发光亮度为目标函数建立线性规划模型，对线性规划模型进行求解获得超三色LED光源中每种光色LED的归一化亮度匹配系数的模块；

用于根据归一化亮度匹配系数计算最大亮度匹配系数，根据最大亮度匹配系数和获取的绝对三刺激值中的Y刺激值，获得超三色LED光源匹配目标色品时的可达到的最大亮度数值,作为参量用于实现超三色LED光源的调光的模块。

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法所述的步骤。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开解决了在未给定目标光色亮度的条件下通过超三色LED光源匹配目标色品的问题，确定了匹配目标色品时超三色LED光源所能达到的最大亮度，同时克服了给定目标光色亮度和色品时混光方程不具有唯一解的问题，并能够避免给定的目标光色亮度有可能超出光源所能混出的最大亮度之问题；所述方法只需通过光谱辐射计测得超三色LED光源各光色LED在最大控制信号值时的绝对三刺激值，再结合目标色品构建线性规划模型并予以求解便可确定匹配目标色品时的最大亮度；通过设定最大亮度可以大大减少调光的次数,提高调光效率。此方法操作简便，能够满足采用超三色LED光源进行调光的需求，可以应用于智能照明和动态照明系统。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的方法流程图；

图2是本公开实施例2的系统框图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法，包括如下步骤：

步骤1、获取超三色LED光源目标色品数据；

步骤2、获取光谱辐射计测量得到的各光色LED光源在其最大控制信号值处的绝对三刺激值；

步骤3、以超三色LED光源的最大发光亮度为目标函数建立线性规划模型, 对线性规划模型进行求解获得超三色LED光源中每种光色LED的归一化亮度系数；

步骤4、根据归一化亮度匹配系数计算最大亮度匹配系数，根据最大亮度匹配系数和获取的绝对三刺激值中的Y刺激值，获得超三色LED光源匹配目标色品时的可达到的最大亮度数值,作为参量用于实现超三色LED光源的调光。

所述步骤1中获取目标色品数据，为需要配置的设定数据，可以为用户要求达到的数值。

可选的，目标色品数据可以为CIE 1931色品坐标、相关色温、相关色温和 Duv、CIE1960 UCS色品坐标或CIE 1976 UCS色品坐标中的任意一种。可以分别记为CIE 1931色品坐标(x_t，y_t)、相关色温T_t、相关色温和Duv(T_t，Duv_t)、 CIE 1960 UCS色品坐标(u_t，v_t)、CIE1976 UCS色品坐标(u'_t，v'_t)。

Duv表示偏离黑体轨迹的距离，且位于黑体轨迹上方为正值，位于黑体轨迹下方为负值。

作为进一步的改进，还可以包括对获取的目标色品数据预处理的步骤，可选的步骤1获取的目标色品数据不是CIE 1931色品坐标，将其转换为CIE 1931 色品坐标，具体转换方法如下：

(1)若目标色品为相关色温，根据相关色温的数值大小选择对应温度的黑体辐射体或对应相关色温的CIE日光照明体作为目标色品；

具体方法可以为：

设定相关色温的分界点阈值T；优选的，阈值T可以设置为5000K。

当相关色温T_t<T时，选择温度为T_t的黑体辐射体的CIE 1931色品坐标(x_t， y_t)作为目标色品坐标；当T_t≥T时，选择相关色温为T_t的CIE日光照明体的CIE 1931色品坐标(x_t，y_t)作为目标色品坐标。

(2)若目标色品为相关色温和Duv，则依据色度学原理将(T_t，Duv_t)转换为CIE 1931色品坐标(x_t，y_t)；

(3)若目标色品为CIE 1960 UCS色品坐标或CIE 1976 UCS色品坐标，根据各坐标间的转换关系将CIE 1960 UCS色品坐标(u_t，v_t)或CIE 1976 UCS色品坐标(u'_t，v'_t)转换为CIE 1931色品坐标(x_t，y_t)。

CIE 1960 UCS色品坐标(u_t，v_t)和CIE 1931色品坐标(x_t，y_t)之间的转换关系为：

CIE 1976 UCS色品坐标(u'_t，v'_t)和CIE 1931色品坐标(x_t，y_t)之间的转换关系为：

步骤2中，可以利用光谱辐射计测量各光色LED在最大控制信号值处的绝对三刺激值，并将第k种光色LED在最大控制信号值处的绝对三刺激值记为(X_k,m， Y_k,m，Z_k,m)，其中，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色LED光源所包含的LED光色数量。

X_k,m为第k种光色LED在其最大控制信号处的X刺激值，Y_k,m为第k种光色 LED在其最大控制信号处的Y刺激值，Z_k,m为第k种光色LED在其最大控制信号处的Z刺激值。

步骤3中，以超三色LED光源的最大发光亮度为目标函数建立线性规划模型，线性规划模型可以如下：

目标函数为：

约束条件为：

其中，L_k为需要优化的第k种光色LED的亮度系数；(x_t，y_t)为目标色品的 CIE 1931色品坐标，(X_k,m，Y_k,m，Z_k,m)为第k种光色LED在最大控制信号值处的绝对三刺激值，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色LED光源所包含的LED光色数量。

采用对偶单纯形算法对上述模型进行求解，求解的具体步骤如下：

(1)建立初始单纯形表；

(2)进行基变换；

(3)按主元素进行旋转运算和枢运算。

循环以上步骤，直至求解出超三色LED光源匹配目标CIE 1931色品坐标(x_t， y_t)时各光色LED的归一化亮度匹配系数L_k,0，L_k为需要优化的第k种光色LED 的亮度系数求解过程不断更新，L_k,0为L_k的最优解。

步骤4中，根据归一化亮度匹配系数L_k,0计算最大亮度匹配系数L_k,m，公式如下：

L_k,m＝L_k,0/Max(L_1,0,L_2,0,L_3,0,...,L_n,0) (5)

其中，Max(·)表示求最大值，L_k,0为各光色LED的归一化亮度匹配系数，k＝{1, 2,3,…,n}，n为超三色LED光源所包含的LED光色数量。

根据最大亮度匹配系数和获取的绝对三刺激值中的Y刺激值，获得超三色 LED光源匹配目标色品时的可达到的最大亮度数值L_max，可以通过如下公式计算：

其中，L_max为超三色LED光源匹配目标色品时可达到的最大亮度数值，L_k,m为各色LED光源的最大亮度匹配系数,k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色LED光源所包含的LED光色数量,Y_k,m为各色LED光源在其最大控制信号处的Y刺激值。

下面以具体的示例进行说明：

本实施例采用的超三色LED光源为一种由红(R)、绿(G)、蓝(B)、白(W) 四种光色LED芯片构成的RGBW四光色LED光源，其调光控制通过PWM数字调光方式来实现，对应的控制信号值范围为0～255。需要说明的是，本公开并不局限于实施例中所采用的LED光源的光色数量、调光方式以及控制信号值范围。实施例将6500K的相关色温值设定为目标色品。

由于设定的目标色品以相关色温进行表示且大于5000K，故以6500K处的 CIE日光照明体的CIE 1931色品坐标(0.3128，0.3292)作为目标色品。

其中，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色LED光源所包含的LED光色数量；对于 RGBWLED光源这个实施例，n＝4，测得的各光色LED的绝对三刺激值数据分别为 (201.0900，85.3050，0.1340)、(31.9980，151.0500，30.6000)、(99.7360， 52.1140，611.8800)、(212.6900，224.5100，223.4800)。

通过线性模型求解和公式5计算出最大亮度匹配系数分别为0.7646、1.0000、0.4057、1.0000；进而计算出的最大亮度L_max为461.9287cd/m²。为超三色LED 光源调光提供一个具体的参量，有利于超三色LED光源匹配目标光色调出需求的光源。

本公开解决了在未给定目标光色亮度的条件下通过超三色LED光源匹配目标色品的问题，确定了匹配目标色品时超三色LED光源所能达到的最大亮度，同时克服了给定目标光色亮度和色品时混光方程不具有唯一解的问题，并能够避免给定的目标光色亮度有可能超出光源所能混出的最大亮度之问题；所述方法只需通过光谱辐射计测得超三色LED光源各光色LED在最大控制信号值时的绝对三刺激值，再结合目标色品构建线性规划模型并予以求解便可确定匹配目标色品时的最大亮度；此方法操作简便，能够满足采用超三色LED光源进行调光的需求，并为其应用于智能照明和动态照明提供了一种切实有效的可行方法。

实施例2

本实施例提供了超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定系统，如图2 所示,包括：

用于获取目标色品数据的模块；

实施例3

本实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1 的方法所述的步骤。

实施例4

本实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1的方法所述的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims

1.超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法，其特征是，包括如下步骤：

获取目标色品数据；

根据归一化亮度匹配系数计算最大亮度匹配系数，根据最大亮度匹配系数和获取的绝对三刺激值中的Y刺激值，获得超三色LED光源匹配目标色品时的可达到的最大亮度数值,作为参量用于实现超三色LED光源的调光；

所述线性规划模型为：

目标函数为：

约束条件为：

其中，L_k为需要优化的第k种光色LED的亮度系数，(x_t，y_t)为目标色品的CIE 1931色品坐标，(X_k,m，Y_k,m，Z_k,m)为第k种光色LED在最大控制信号值处的绝对三刺激值，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色LED光源所包含的LED光色数量；

根据归一化亮度匹配系数计算最大亮度匹配系数L_k,m，公式如下：

L_k,m＝L_k,0/Max(L_1,0,L_2,0,L_3,0,...,L_n,0)

其中，Max(·)表示求最大值，L_k,0为各光色LED的归一化亮度匹配系数，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色LED光源所包含的LED光色数量。

2.如权利要求1所述的超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法，其特征是:对所述线性规划模型进行求解具体采用对偶单纯形算法对上述模型进行求解。

3.如权利要求1所述的超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法，其特征是：目标色品数据为CIE 1931色品坐标、相关色温、相关色温和Duv、CIE 1960 UCS色品坐标或CIE 1976 UCS色品坐标中的任意一种。

4.如权利要求1所述的超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法，其特征是：获取超三色LED光源目标色品数据之后还包括对获取的目标色品数据预处理的步骤，若获取的目标色品数据不是CIE 1931色品坐标，将其转换为CIE 1931色品坐标，具体转换方法如下：

若目标色品为相关色温，根据相关色温的数值大小选择对应温度的黑体辐射体或对应相关色温的CIE日光照明体作为目标色品；

若目标色品为相关色温和Duv，则依据色度学原理将相关色温和Duv转换为CIE 1931色品坐标；

若目标色品为CIE 1960 UCS色品坐标或CIE 1976 UCS色品坐标，根据各坐标间的转换关系将CIE 1960 UCS色品坐标或CIE 1976 UCS色品坐标转换为CIE 1931色品坐标。

5.如权利要求4所述的超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定方法，其特征是：

根据相关色温的数值大小选择对应温度的黑体辐射体或对应相关色温的CIE日光照明体作为目标色品的方法，具体为：

设定相关色温的分界点阈值T；

当相关色温T_t<T时，选择温度为T_t的黑体辐射体的CIE 1931色品坐标作为目标色品坐标；当T_t≥T时，选择相关色温为T_t的CIE日光照明体的CIE 1931色品坐标作为目标色品坐标。

6.超三色LED光源匹配目标色品的最大亮度确定系统，其特征是，包括：

用于获取目标色品数据的模块；

用于根据归一化亮度匹配系数计算最大亮度匹配系数，根据最大亮度匹配系数和获取的绝对三刺激值中的Y刺激值，获得超三色LED光源匹配目标色品时的可达到的最大亮度数值,作为参量用于实现超三色LED光源的调光的模块；

所述线性规划模型为：

目标函数为：

约束条件为：

L_k,m＝L_k,0/Max(L_1,0,L_2,0,L_3,0,...,L_n,0)

7.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-5任一项方法所述的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-5任一项方法所述的步骤。