CN111509094B - 三色led光源芯片选型方法、系统、介质及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种三色LED光源芯片选型方法、系统、介质及电子设备，属于LED照明领域，首先选定相关色温的采样范围，在此范围采用等间隔或非等间隔采样获得相关色温的采样点，并将其转换至CIE三刺激值的表示形式；然后基于CIE 2017颜色保真指数构建光色可调且颜色保真性最优的三色LED光源芯片选型优化模型；最后利用差分进化算法求解优化模型便可确定三色LED光源各芯片的最优峰值波长。本公开所述的内容解决了三色LED光源在调节光色的同时颜色保真性不高的问题，并克服了当前广泛采用存在诸多技术缺陷的CIE显色指数作为颜色保真性评价依据的弊端，能够为新型芯片的研发和光源的生产制造提供有效的技术支持。
Description
技术领域
本公开涉及LED照明领域，特别涉及一种三色LED光源芯片选型方法、系统、介质及电子设备。
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，并不必然构成现有技术。
LED是一种电致发光光源，具有节能、环保、长寿、调光便捷等优势，被誉为继白炽灯、荧光灯之后的第三次光源革命。随着LED芯片及封装相关技术的发展，LED光源在照明领域得到了广泛的应用。一般照明需要使用白光，目前的白光LED技术主要有两种类型：一是通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉产生白光，即荧光粉型白光LED，二是组合多种颜色的芯片产生白光，即多芯片型白光LED。
本公开发明人发现，荧光粉型白光LED市场占有率高，技术简单，但难以实现光色的调节且颜色保真性不高，无法满足当前智能照明和个性化照明的发展需求。多芯片型白光LED一般是组合红绿蓝三种颜色的芯片或者在此基础上增加其他颜色的芯片，通过各芯片控制信号的改变能够实现任意所需的光色。与荧光粉型白光LED相比，多芯片型白光LED随着芯片种类的增加，整个光源系统的结构和调光控制将变得十分复杂。因此，对于多芯片型白光LED而言，红绿蓝三色LED光源是一种能够实现光色可调的最简便方法。然而，LED光源的窄带光谱特性易造成三色LED光源芯片选型不当而出现颜色保真性极差的问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种三色LED光源芯片选型方法、系统、介质及电子设备，解决了三色LED光源在调节光色的同时颜色保真性不高的问题。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种三色LED光源芯片选型方法。
一种三色LED光源芯片选型方法，包括以下步骤：
获取待采样的相关色温范围内的多个相关色温采样点；
将获取的每个相关色温采样点转换为CIE三刺激值；
将得到的每个相关色温采样点的CIE三刺激值输入到预设选型模型中，得到使得在所述相关色温范围内光色可调且颜色保真性最优的三种芯片的峰值波长。
本公开第二方面提供了一种三色LED光源芯片选型系统。
一种三色LED光源芯片选型系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取待采样的相关色温范围内的多个相关色温采样点；
数据处理模块，被配置为：将获取的每个相关色温采样点转换为CIE三刺激值；
选型模块，被配置为：将得到的每个相关色温采样点的CIE三刺激值输入到预设选型模型中，得到使得在所述相关色温范围内光色可调且颜色保真性最优的三种芯片的峰值波长。
本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面所述的三色LED光源芯片选型方法中的步骤。
本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的三色LED光源芯片选型方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开提供的方法、系统、介质及电子设备，为三色LED光源的芯片选型提供了一种有效的优选方法，解决了三色LED光源在调节光色的同时颜色保真性不高的问题。
2、本公开提供的方法、系统、介质及电子设备，在所需的相关色温范围内，能够在所匹配的相关色温处具有最优的颜色保真性，可以为LED新型芯片的研发和光源的生产制造提供有效的技术支持。
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不当限定。
图1为本公开实施例1提供的三色LED光源芯片选型方法流程图。
图2为本公开实施例1提供的三种最优颜色芯片的相对光谱功率分布。
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，以下详细说明都是例示性的，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。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
如图1所示，本公开实施例一提供了一种三色LED光源芯片选型方法，包括如下步骤：
S1：获得相关色温采样点；
S2：将相关色温采样点转换为CIE 1931XYZ三刺激值；
S3：构建选型优化模型；
S4：求解优化模型。
为更好地理解本公开的实质，下面以实施例对上述方法作进一步的阐述。
S1：获得相关色温采样点
S101：选定所要采样的相关色温范围，本实施例将2700K～6500K选定为相关色温采样范围，此范围为一般照明常用的相关色温范围；
S102：采用等间隔或非等间隔进行采样，记第i个相关色温采样点为Ti，记采样点数为n；在2700K～6500K范围内，采用非等间隔采样获得了2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K、6500K共计8个相关色温采样点，即n＝8。
S2：将相关色温采样点转换为CIE 1931XYZ三刺激值
S201：比较步骤S102中的各相关色温采样点Ti与5000K的大小；
S202：若Ti<5000K，则将其转换至温度为Ti的黑体的CIE 1931XYZ三刺激值；若Ti≥5000K，则将其转换至相关色温为Ti的CIE日光照明体的CIE 1931XYZ三刺激值；记转换获得的CIE 1931XYZ三刺激值为(Xi，Yi，Zi)。据此，对于本实施中的8个相关色温采样点，5个转换至黑体的CIE 1931XYZ三刺激值，3个转换至CIE日光照明体的CIE 1931XYZ三刺激值，具体数据如表1所示。
表1相关色温采样点对应的CIE 1931XYZ三刺激值
S3：构建选型优化模型
S301：根据光谱叠加原理，三色LED光源匹配第i个相关色温采样点时的相对光谱功率分布Si,m(λ)可以表示为：
式中，λ代表可见光波长；λp,k和Δλ0.5,k分别表示三色LED光源中第k种芯片的峰值波长和光谱带宽，k的取值为{1，2，3}，三种芯片的光谱带宽分别取值为20nm、30nm、20nm，代表了蓝、绿、红三种颜色芯片的典型光谱带宽；li,k为匹配第i个相关色温采样点时第k种芯片的相对强度；Sk(λ,λp,k,Δλ0.5,k)为第k种芯片的相对光谱功率分布，可由高斯函数表示，即
Sk(λ,λp,k,Δλ0.5,k)＝[g(λ,λp,k,Δλ0.5,k)+2g5(λ,λp,k,Δλ0.5,k)]/3 (2)
式中
g(λ,λp,k,Δλ0.5,k)＝exp[-(λ-λp,k)2/(Δλ0.5,k)2] (3)
S302：利用步骤S202中各相关色温采样点的CIE 1931XYZ三刺激值(Xi，Yi，Zi)、步骤S301中三色LED光源匹配各相关色温采样点时的相对光谱功率分布Si,m(λ)以及CIE 2017颜色保真指数并结合色度学原理构建选型优化模型，即
其中
式中，w是由三种芯片的峰值波长λp,k构成的参数向量，wopt为待求解的最优参数向量，fi(·)代表三色LED光源匹配第i个相关色温采样点时由其相对光谱功率分布Si,m(λ)计算出的CIE 2017颜色保真指数，即式(4)为目标函数，
和
为CIE 1931标准色度观察者。
本实施例中将CIE最新发布CIE 2017颜色保真指数作为光源显色性的评价依据，克服了当前广泛采用存在诸多技术缺陷的CIE显色指数作为评价依据的弊端。
S4：求解优化模型
S401：采用差分进化算法求解步骤S302中的选型优化模型，差分进化算法的具体计算步骤如下：
1)初始化种群，即在三种芯片峰值波长构成的变量空间建立候选解向量集；
2)执行变异和交叉操作；
3)执行选择操作；
4)重复执行步骤2)～3)直至满足所需的迭代次数停止迭代；
5)比较迭代终止时候选解向量集的目标函数值，最大目标函数值对应的候选解向量即为参数向量的最优解。由此，求解出的三种芯片的峰值波长分别为459.625nm、535.512nm、608.677nm。
S402：将步骤S401中最优解进行四舍五入取整便可确定各芯片的最优峰值波长，分别为460nm、536nm、609nm，对应的相对光谱功率分布如图2所示。该组峰值波长构成的三色LED光源能够在实施例2700K～6500K的相关色温范围内实现光色可调且颜色保真性最优。
实施例二
本公开实施例二提供了一种三色LED光源芯片选型系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取待采样的相关色温范围内的多个相关色温采样点；
数据处理模块，被配置为：将获取的每个相关色温采样点转换为CIE 1931XYZ三刺激值；
选型模块，被配置为：将得到的每个相关色温采样点的CIE 1931XYZ三刺激值输入到预设选型模型中，得到使得在所述相关色温范围内光色可调且颜色保真性最优的三种芯片的峰值波长。
所述系统的工作方法与实施例一所述的三色LED光源芯片选型方法相同，这里不再赘述。
实施例三
本公开实施例三提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的三色LED光源芯片选型方法中的步骤，所述步骤包括：
S1：获得相关色温采样点；
S2：将相关色温采样点转换为CIE 1931XYZ三刺激值；
S3：构建选型优化模型；
S4：求解优化模型。
具体步骤与实施例一中的相同，这里不再赘述。
实施例四
本公开实施例四提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的三色LED光源芯片选型方法中的步骤，所述步骤包括：
S1：获得相关色温采样点；
S2：将相关色温采样点转换为CIE 1931XYZ三刺激值；
S3：构建选型优化模型；
S4：求解优化模型。
具体步骤与实施例一中的相同，这里不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
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。
Claims (7)
1.一种三色LED光源芯片选型方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待采样的相关色温范围内的多个相关色温采样点；
将获取的每个相关色温采样点转换为CIE三刺激值；
将得到的每个相关色温采样点的CIE三刺激值输入到预设选型模型中，得到使得在所述相关色温范围内光色可调且颜色保真性最优的三种芯片的峰值波长；所述预设选型模型通过各个相关色温采样点处的CIE三刺激值、匹配各个相关色温采样点时的相对光谱功率分布以及CIE颜色保真指数构建；所述预设选型模型，具体为：
w＝[λp,1,λp,2,λp,3]
400≤λp,1≤500
500≤λp,2≤600
600≤λp,3≤700
其中，w为由三种芯片的峰值波长构成的参数向量；wopt为待求解的最优参数向量；fi(·)代表三色LED光源匹配第i个相关色温采样点时，由其相对光谱功率分布Si,m(λ)计算出的CIE颜色保真指数，
和
为CIE 1931标准色度观察者；三色LED光源匹配第i个相关色温采样点时的相对光谱功率分布，具体为：
其中，λ代表可见光波长；λp,k和Δλ0.5,k分别表示三色LED光源中第k种芯片的峰值波长和光谱带宽；li,k为匹配第i个相关色温采样点时第k种芯片的相对强度；Sk(λ,λp,k,Δλ0.5,k)为第k种芯片的相对光谱功率分布。
2.如权利要求1所述的三色LED光源芯片选型方法，其特征在于，所述fi(·)为CIE 2017颜色保真指数。
3.如权利要求1所述的三色LED光源芯片选型方法，其特征在于，采用差分进化算法求解预设选型模型，具体为：
初始化种群，在三种芯片峰值波长构成的变量空间建立候选解向量集；
执行变异和交叉操作；
执行选择操作；
重复执行步骤变异、交叉和选择操作，直至满足所需的迭代次数停止迭代；
比较迭代终止时候选解向量集的目标函数值，最大目标函数值对应的候选解向量即为参数向量的最优解。
4.如权利要求1所述的三色LED光源芯片选型方法，其特征在于，将获取的每个相关色温采样点转换为CIE三刺激值，具体为：
比较各个相关色温采样点Ti与5000K的大小；
若Ti小于5000K，则将相关色温采样点转换至温度为Ti的黑体的CIE 1931 XYZ三刺激值；若Ti大于或等于5000K，则将相关色温采样点转换至相关色温为Ti的CIE日光照明体的CIE 1931 XYZ三刺激值。
5.一种三色LED光源芯片选型系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，被配置为：获取待采样的相关色温范围内的多个相关色温采样点；
数据处理模块，被配置为：将获取的每个相关色温采样点转换为CIE三刺激值；
选型模块，被配置为：将得到的每个相关色温采样点的CIE三刺激值输入到预设选型模型中，得到使得在所述相关色温范围内光色可调且颜色保真性最优的三种芯片的峰值波长；所述预设选型模型通过各个相关色温采样点处的CIE三刺激值、匹配各个相关色温采样点时的相对光谱功率分布以及CIE颜色保真指数构建；所述预设选型模型，具体为：
w＝[λp,1,λp,2,λp,3]
400≤λp,1≤500
500≤λp,2≤600
600≤λp,3≤700
其中，w为由三种芯片的峰值波长构成的参数向量；wopt为待求解的最优参数向量；fi(·)代表三色LED光源匹配第i个相关色温采样点时，由其相对光谱功率分布Si,m(λ)计算出的CIE颜色保真指数，
和
为CIE 1931标准色度观察者；三色LED光源匹配第i个相关色温采样点时的相对光谱功率分布，具体为：
其中，λ代表可见光波长；λp,k和Δλ0.5,k分别表示三色LED光源中第k种芯片的峰值波长和光谱带宽；li,k为匹配第i个相关色温采样点时第k种芯片的相对强度；Sk(λ,λp,k,Δλ0.5,k)为第k种芯片的相对光谱功率分布。
6.一种介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的三色LED光源芯片选型方法中的步骤。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4任一项所述的三色LED光源芯片选型方法中的步骤。
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