CN111343746A - 多基色led光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器 - Google Patents

多基色led光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器 Download PDF

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CN111343746A CN202010267655.0A CN202010267655A CN111343746A CN 111343746 A CN111343746 A CN 111343746A CN 202010267655 A CN202010267655 A CN 202010267655A CN 111343746 A CN111343746 A CN 111343746A
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Abstract

本发明涉及一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器，所述方法包括如下步骤：步骤1：将接收的灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值；步骤2：按对应公式计算出各个像素下的亮度矩阵；步骤3：根据对应公式计算出混合色总亮度；步骤4：求出用于消除饱和亮度的修正系数；步骤5：求出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵，LED光源的各个像素的各种颜色根据对应的灰阶信号值进行发光。本发明在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功耗，达到节能减排的效果。

Description

多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器
技术领域
本发明涉及LED光源控制技术领域，具体是一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器。
背景技术
LED作为新一代光源，具有环保节能的优点，在照明、景观和装饰领域具有广泛的应用。在实际使用过程中，照明、装饰或景观所处环境复杂，以及人眼对绿色健康的认识的提高，都对LED光源有新的要求，其中，尤其对LED光源产生的亮度控制有更高追求。人眼视觉系统并不是对所有亮度区域都有同样的敏感度，在亮度较高区域，人眼视觉系统受到光刺激后会产生饱和，也即对该亮度区域形成亮度饱和区域。人眼对亮度饱和区域的亮度等级的敏感度和灰度的识别率都会大大下降，甚至产生厌恶的情绪，也即造成光污染，而且还额外耗能，为此需要对LED光源进行控制。
传统的LED驱动控制方式是，当LED的驱动电流确定后，其输出的功率亮度称为固定值，当多基色同时亮灯的时候，由于亮度叠加造成亮度饱和，进而形成亮度饱和区域，若简单把LED光源的整体功率调低，则一种颜色发光（亮灯）时又显得太暗。导致要么多基色整灯全亮时形成亮度饱和，要么单色亮灯亮度不足，无法符合目前的实际使用需求。因此，需要一种能够消除多基色LED光源多像素下消除多余的饱和亮度，以达到正常显示亮度的同时，又能节能减排。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的提供一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其能够解决克服消除多余的饱和亮度的问题。
实现本发明的目的的技术方案为：一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，当检测到当前LED光源的整体亮度小于等于预设阈值时，则维持当前亮度，否则，按如下步骤处理：
步骤1：接收LED光源输入的灰阶信号值，LED光源包括
Figure 476904DEST_PATH_IMAGE001
个像素和
Figure 392908DEST_PATH_IMAGE002
种颜色，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，则第
Figure 582580DEST_PATH_IMAGE003
个像素的
Figure 216824DEST_PATH_IMAGE002
种颜色混合的亮度值
Figure 517355DEST_PATH_IMAGE004
按如下公式计算：
Figure 22286DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 382860DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 238821DEST_PATH_IMAGE007
个像素的第
Figure 343043DEST_PATH_IMAGE008
种颜色转换前的灰阶信号值，
Figure 732174DEST_PATH_IMAGE009
表示第
Figure 263649DEST_PATH_IMAGE008
种颜色的最大亮度值，
Figure 606906DEST_PATH_IMAGE010
表示每种颜色的实时亮度值，其值为转换后的灰阶信号值，
Figure 983661DEST_PATH_IMAGE011
为转换参数，为常数；
步骤2：按如下公式计算出混合色总亮度
Figure 728763DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 431140DEST_PATH_IMAGE012
为各个像素的所有颜色亮度的总和：
Figure 261692DEST_PATH_IMAGE013
步骤3：去饱和亮度曲线的曲线方程为
Figure 707717DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 307326DEST_PATH_IMAGE015
为系数，
Figure 180604DEST_PATH_IMAGE016
表示横坐标
Figure 232873DEST_PATH_IMAGE017
对应的亮度值，则拥有消除饱和亮度的修正系数
Figure 217010DEST_PATH_IMAGE018
按如下公式计算：
Figure 936704DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 479419DEST_PATH_IMAGE020
为所述预设阈值，
Figure 753405DEST_PATH_IMAGE021
为常数，表示当前LED光源的混合色总亮度大于q倍的饱和亮度阈值，
步骤4：计算出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵
Figure 541233DEST_PATH_IMAGE022
：
Figure 115434DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 330514DEST_PATH_IMAGE024
为哈达玛积运算，
Figure 622955DEST_PATH_IMAGE025
表示第
Figure 948895DEST_PATH_IMAGE003
个像素的第
Figure 643181DEST_PATH_IMAGE008
种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，
LED光源的第
Figure 29163DEST_PATH_IMAGE003
像素的第
Figure 543321DEST_PATH_IMAGE008
种颜色根据对应的灰阶信号值
Figure 407372DEST_PATH_IMAGE025
进行发光，从而实现LED光源的调光调色。
进一步地，所述
Figure 956165DEST_PATH_IMAGE026
。
进一步地，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，具体为将灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，转换公式如下：
Figure 513048DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 514502DEST_PATH_IMAGE028
表示接收到的输入的灰阶信号值，
Figure 946358DEST_PATH_IMAGE029
为转换后的灰阶信号值，
Figure 349658DEST_PATH_IMAGE030
表示输入的灰阶信号值的位数。
进一步地，所述所述
Figure 77442DEST_PATH_IMAGE031
。
进一步地，所述步骤3中，通过三坐标点A、B和C，坐标分别为
Figure 566192DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 303204DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 295431DEST_PATH_IMAGE034
，其中，
Figure 194117DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 170163DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 445287DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 557599DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 892766DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 90529DEST_PATH_IMAGE040
。
进一步地，所述预设阈值等于饱和亮度阈值。
一种控制器，其特征在于，其包括，
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于运行所述程序指令，以执行如权利要求1-6任一项所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法中的步骤。
本发明的有益效果为：本发明具有以下有益效果：
1、当多基色多像素的混合色LED光源发光的时候，亮度超过预设定的饱和亮度阈值，本发明会保持各个颜色原有的亮度值比例，根据本发明计算出来的修正曲线参数进行各个颜色的亮度调节；当显示单色或混合色不超过预设定值的时候，将会按原单颜色最大功率亮度输出，即当混合光亮度超出人眼可接受的饱和亮度范围的时候，该亮度输出显得没有意义并造成功率上的浪费，在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功耗，达到节能减排的效果。
2、计算的消除饱和亮度的修正系数值，与直接消除或抑制亮度在一个常数的修正方法相比，本发明的修正亮度曲线为二阶函数曲线，与原GAMMA亮度曲线高度拟合，在最后的20%亮度调节区间能保持灰阶梯度的变化，并平滑过渡到饱和亮度，调光更加细腻。
附图说明
图1为本发明的步骤示意图；
图2为GAMMA校正亮度曲线和去饱和亮度修正曲线之间的关系示意图；
图3为虚设点C的示意图；
图4为本发明一种控制器的结构示意图。
具体实施方案
下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述：
如图1至图3所示，一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，当检测到当前LED光源的整体亮度小于等于预设阈值时，则维持当前亮度，否则，按如下步骤处理：
步骤1：接收输入的灰阶信号值，目前，通常采用8bit（位）灰阶信号值。由于人眼对光源暗部细节敏感的特性，为了让人眼对LED光源获得的色阶更加均匀，调光更加细腻，需要把线性亮度调光转换为非线性亮度调光，通常把线性亮度调光转换为带GAMMA校正的非线性亮度调光。因此，需要将8bit的灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，转换公式为公式①：
Figure 169343DEST_PATH_IMAGE027
------①
Figure 870583DEST_PATH_IMAGE028
表示接收到的输入的灰阶信号值，
Figure 875186DEST_PATH_IMAGE041
为GAMMA校正值，为常数，一般取
Figure 560245DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 177171DEST_PATH_IMAGE029
为转换后的灰阶信号值。
步骤2：假设LED光源具有
Figure 264076DEST_PATH_IMAGE001
个像素和
Figure 941045DEST_PATH_IMAGE002
种颜色，转换后的灰阶信号值构成的灰阶矩阵记为
Figure 113400DEST_PATH_IMAGE042
，设定每种颜色的亮度参数矩阵为
Figure 268438DEST_PATH_IMAGE043
，则各个像素下的亮度矩阵
Figure 209849DEST_PATH_IMAGE044
为灰阶矩阵
Figure 57720DEST_PATH_IMAGE042
和亮度参数矩阵
Figure 717371DEST_PATH_IMAGE043
的乘积，即
Figure 676100DEST_PATH_IMAGE045
，灰阶矩阵
Figure 737597DEST_PATH_IMAGE042
由转换后的灰阶信号值构成，因此有公式②：
Figure 490789DEST_PATH_IMAGE046
------②
其中，
Figure 637737DEST_PATH_IMAGE047
表示第
Figure 400156DEST_PATH_IMAGE003
个像素的
Figure 549116DEST_PATH_IMAGE002
种颜色混合的亮度值，也即公式③：
Figure 738788DEST_PATH_IMAGE048
------③
Figure 107453DEST_PATH_IMAGE049
表示第
Figure 407984DEST_PATH_IMAGE003
个像素的第
Figure 444073DEST_PATH_IMAGE008
种颜色的8bit灰阶信号值，也即接收到的输入的灰阶信号值，
Figure 804648DEST_PATH_IMAGE050
表示第
Figure 395029DEST_PATH_IMAGE052
种颜色的最大亮度值，所有的
Figure 764830DEST_PATH_IMAGE053
即构成亮度参数矩阵
Figure 389847DEST_PATH_IMAGE054
，该最大亮度值可从LED光源的规格书上得到，出厂时已设定。而每种颜色的实时亮度值为LED光源的最大亮度值
Figure 921322DEST_PATH_IMAGE055
乘以经公式①转换后的灰阶信号值
Figure 264579DEST_PATH_IMAGE056
，其也是经转换后带GAMMA校正的灰阶信号值，根据亮度叠加原理，
Figure 906913DEST_PATH_IMAGE057
把单个像素每种颜色的实时亮度值全部相加起来就是单个像素的当前接收到灰阶信号值后的实时亮度值。
步骤3：步骤2中，根据亮度叠加原理，
Figure 652015DEST_PATH_IMAGE057
把单个像素每种颜色的实时亮度值全部相加起来就是单个像素的当前接收到灰阶信号值后的实时亮度值。因此，可求出接收到灰阶信号值后的当前LED光源的混合色总亮度，根据亮度叠加原理，混合色总亮度
Figure 354392DEST_PATH_IMAGE058
为各个像素的所有颜色亮度的总和，也即公式④：
Figure 417900DEST_PATH_IMAGE059
------④
步骤4：计算出当前LED光源的混合色总亮度后，为了消除饱和亮度，求出修正系数
Figure 863925DEST_PATH_IMAGE060
，通过修正系数
Figure 463534DEST_PATH_IMAGE060
将原先的带GAMMA校正亮度曲线修正为去饱和亮度曲线，并使得去饱和亮度曲线无限趋近于饱和亮度阈值所在的直线，也即去饱和亮度曲线收敛于饱和亮度阈值，如图2所示，饱和亮度阈值记为
Figure 336812DEST_PATH_IMAGE061
，也即是所述预设阈值，但
Figure 654661DEST_PATH_IMAGE061
小于LED光源允许的最大亮度值。
本步骤中，为了使得去饱和亮度曲线能平滑地滑向饱和亮度阈值，不产生突变，需要求出其符合要求的去饱和亮度曲线的曲线方程。为此，定义该曲线方程为与GAMMA校正同模型的幂函数曲线，设定幂函数曲线为
Figure 904377DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 92912DEST_PATH_IMAGE063
为系数，只需要求出该系数，即可得到去饱和亮度曲线。求出系数的具体过程如下：
如图2所示，定义拐点A和饱和亮度阈值点B，拐点A也即是原先带GAMMA校正亮度曲线突变为去饱和亮度曲线的突变点，该点也即是去饱和亮度曲线的起点。拐点A的纵坐标值取饱和亮度阈值的80%，以使得亮度值在拐点和饱和亮度阈值之间有20%的区间进行收敛。当然，实际应用中，也可以取其他比例值，例如取饱和亮度阈值的90%或其他，不作具体限制。因此，拐点A的纵坐标
Figure 137092DEST_PATH_IMAGE064
，将其代理原先GAMMA校正亮度曲线中，即代入公式①中，求得拐点A的横坐标
Figure 942237DEST_PATH_IMAGE065
：
Figure 730064DEST_PATH_IMAGE066
------⑤
饱和亮度阈值点B的横坐标和纵坐标分别为
Figure 304265DEST_PATH_IMAGE067
、
Figure 519346DEST_PATH_IMAGE068
。
如图3所示，虚拟一个与拐点A的对称点C，点C和拐点A关于
Figure 546207DEST_PATH_IMAGE069
对称，因此，点C的横坐标和纵坐标分别为
Figure 370682DEST_PATH_IMAGE070
。将拐点A、点B和点C的坐标值代入幂函数曲线中，得到如下方程组：
Figure 799389DEST_PATH_IMAGE071
------⑥
根据克拉默法则，可求得系数
Figure 450950DEST_PATH_IMAGE072
，具体求解过程在这不赘述。
如果当前LED光源的混合色总亮度大于0.8倍的饱和亮度阈值
Figure 965108DEST_PATH_IMAGE061
时，计算出带GAMMA校正亮度曲线对应的横坐标
Figure 94738DEST_PATH_IMAGE073
：
Figure 377952DEST_PATH_IMAGE074
------⑦
横坐标
Figure 934835DEST_PATH_IMAGE073
对应在去饱和亮度修正曲线的亮度值
Figure 936289DEST_PATH_IMAGE075
：
Figure 869610DEST_PATH_IMAGE076
------⑧
综合，可得到消除饱和亮度的修正系数
Figure 272910DEST_PATH_IMAGE077
，如公式⑨：
Figure 694DEST_PATH_IMAGE078
------⑨
求出修正系数
Figure 489445DEST_PATH_IMAGE077
后，还需要生成用于消除亮度饱和算子
Figure 960877DEST_PATH_IMAGE079
：
Figure 218683DEST_PATH_IMAGE080
------⑩
其中，全单位模1矩阵的大小为
Figure 639342DEST_PATH_IMAGE081
。
步骤5：最后需要 求出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵
Figure 615388DEST_PATH_IMAGE082
，其为GAMMA转换后灰阶矩阵
Figure 624932DEST_PATH_IMAGE082
和算子
Figure 2824DEST_PATH_IMAGE079
的哈达玛积：
Figure 10094DEST_PATH_IMAGE083
其中，
Figure 473437DEST_PATH_IMAGE084
表示第
Figure 21093DEST_PATH_IMAGE085
个像素的第
Figure 253491DEST_PATH_IMAGE086
种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，LED光源的各个像素的各种颜色根据对应的灰阶信号值
Figure 759559DEST_PATH_IMAGE084
进行发光，从而实现LED光源的调光调色的控制。
相比于现有的调光调色控制方法，本发明具有以下有益效果：
1、当多基色多像素的混合色LED光源发光的时候，亮度超过预设定的饱和亮度阈值，本发明会保持各个颜色原有的亮度值比例，根据本发明计算出来的修正曲线参数进行各个颜色的亮度调节；当显示单色或混合色不超过预设定值的时候，将会按原单颜色最大功率亮度输出，即当混合光亮度超出人眼可接受的饱和亮度范围的时候，该亮度输出显得没有意义并造成功率上的浪费，在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功耗，达到节能减排的效果。
2、计算的消除饱和亮度的修正系数值，与直接消除或抑制亮度在一个常数的修正方法相比，本发明的修正亮度曲线为二阶函数曲线，与原GAMMA亮度曲线高度拟合，在最后的20%亮度调节区间能保持灰阶梯度的变化，并平滑过渡到饱和亮度，调光更加细腻。
如图4所示，本发明还涉及多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法的实体实现控制器100，其包括，
存储器101，用于存储程序指令；
处理器102，用于运行所述程序指令，以执行所述一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法的步骤。
本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，当检测到当前LED光源的整体亮度小于等于预设阈值时，则维持当前亮度，否则，按如下步骤处理：
步骤1：接收LED光源输入的灰阶信号值，LED光源包括
Figure 931972DEST_PATH_IMAGE001
个像素和
Figure 797160DEST_PATH_IMAGE002
种颜色，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，则第
Figure 670438DEST_PATH_IMAGE003
个像素的
Figure 988287DEST_PATH_IMAGE002
种颜色混合的亮度值
Figure 706844DEST_PATH_IMAGE004
按如下公式计算：
Figure 426538DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 470718DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 275863DEST_PATH_IMAGE007
个像素的第
Figure 63690DEST_PATH_IMAGE008
种颜色转换前的灰阶信号值，
Figure 637891DEST_PATH_IMAGE009
表示第
Figure 587392DEST_PATH_IMAGE008
种颜色的最大亮度值，
Figure 614254DEST_PATH_IMAGE010
表示每种颜色的实时亮度值，其值为转换后的灰阶信号值，
Figure 205772DEST_PATH_IMAGE011
为转换参数，为常数；
步骤2：按如下公式计算出混合色总亮度
Figure 634480DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 253418DEST_PATH_IMAGE012
为各个像素的所有颜色亮度的总和：
Figure 33155DEST_PATH_IMAGE013
步骤3：去饱和亮度曲线的曲线方程为
Figure 162785DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 180419DEST_PATH_IMAGE015
为系数，
Figure 2882DEST_PATH_IMAGE016
表示横坐标
Figure 4336DEST_PATH_IMAGE017
对应的亮度值，则拥有消除饱和亮度的修正系数
Figure 672078DEST_PATH_IMAGE018
按如下公式计算：
Figure 809798DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 803162DEST_PATH_IMAGE020
为所述预设阈值，
Figure 26333DEST_PATH_IMAGE021
为常数，表示当前LED光源的混合色总亮度大于q倍的饱和亮度阈值，
步骤4：计算出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵
Figure 763345DEST_PATH_IMAGE022
：
Figure 21151DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 919836DEST_PATH_IMAGE024
为哈达玛积运算，
Figure 394418DEST_PATH_IMAGE025
表示第
Figure 403962DEST_PATH_IMAGE003
个像素的第
Figure 516275DEST_PATH_IMAGE008
种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，
LED光源的第
Figure 851441DEST_PATH_IMAGE027
像素的第
Figure 49204DEST_PATH_IMAGE028
种颜色根据对应的灰阶信号值
Figure 862439DEST_PATH_IMAGE029
进行发光，从而实现LED光源的调光调色。
2.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述
Figure 360417DEST_PATH_IMAGE030
。
3.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，具体为将灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，转换公式如下：
Figure 335326DEST_PATH_IMAGE031
其中，
Figure 285965DEST_PATH_IMAGE032
表示接收到的输入的灰阶信号值，
Figure 902891DEST_PATH_IMAGE033
为转换后的灰阶信号值，
Figure 989795DEST_PATH_IMAGE034
表示输入的灰阶信号值的位数。
4.根据权利要求3所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述
Figure 401185DEST_PATH_IMAGE035
。
5.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述步骤3中，通过三坐标点A、B和C，坐标分别为
Figure 573541DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 994158DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 168525DEST_PATH_IMAGE038
，其中，
Figure 16395DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 676046DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 634775DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 696272DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 715044DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 596412DEST_PATH_IMAGE044
。
6.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述预设阈值等于饱和亮度阈值。
7.一种控制器，其特征在于，其包括，
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于运行所述程序指令，以执行如权利要求1-6任一项所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法中的步骤。
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