CN111988616A - 一种颜色空间内光源颜色的编码和解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，包括颜色空间内光源颜色的编码方法，以及颜色空间内光源颜色的解码方法，编码方法和解码方法过程互逆，由编码方法通过选定基本光源的基础光色坐标和驱动各基本光源的方波信号的占空比可获得混合光源的混合光源光色坐标，由所述解码方法可由混合光源在颜色空间内的混合光源光色坐标和选定的基本光源的基本光色坐标获取驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比；在照明领域，根据本发明的编码方法同时精确控制灯光的色坐标或相关色温和照明强度，为智能照明或健康照明的实现提供有效途径；在显示领域，可以解决因三基色色品坐标不同带来的显示色差问题，为全色彩、标准颜色显示提供实现方案。

Description

一种颜色空间内光源颜色的编码和解码方法

技术领域

本发明属于照明光子学领域，尤其涉及一种颜色空间内光源颜色的编码和解码方法。

背景技术

调光调色技术是人们视觉上获取多彩世界的主要实现途径，原理上一般遵循加混色原理以及人眼的视觉暂留效应。在照明领域，对灯光的调节一般采用模拟调光方式，即改变驱动光源的电流大小，优势是控制方便，缺陷是在改变光强度的同时发生色度偏移。在显示领域，全彩显示一般采用三基色混合光源和脉宽调制的方法实现单像素的RGB编码。按照三基色光源之间的不同配比以实现不同像素的颜色，即完成了脉冲信号到RGB颜色空间的转换。但此类编码方法难以把三基色光源之间的差异考虑进去，即基本色在标准颜色空间，如CIE1931xy,中坐标值的差异，从而形成严重的色差现象，比如即使采用相同的编码方法，而最终每帧图像在不同的显示器件上却存在着较大的颜色差异。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，可同时应用于照明和显示领域的颜色管理，解决模拟调光和RGB颜色空间的色差问题。

本发明的目的是这样实现的：一种颜色空间内光源颜色的编码方法，所述编码方法包括：

由一个方波脉冲信号驱动一种颜色的发光组件获取对应颜色的基本光源；

预设所述方波脉冲信号的占空比，所述占空比为100％时的基本光源的光度量为基础光度量，将在基础光度量条件下的所述基本光源对应的颜色在颜色空间内的色坐标作为基础色坐标，由所述基础光度量和所述基础色坐标组成基础光色坐标；

将多个所述基本光源进行混合获得混合光源，由所述基础光色坐标通过色坐标编码公式获取混合光源色坐标，由所述基础光度量和预设的所述占空比通过光度量编码公式获取混合光源光度量，由所述混合光源色坐标和所述混合光源光度量组成混合光源光色坐标。

优选的，所述色坐标编码公式为：

式中：p_m为x_m或y_m分别表示混合光源色坐标的x坐标值或y坐标值，i＝1,2,…,n,n表示不小于2的正整数；p_i为x_i或y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值或y坐标值，D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

优选的，所述光度量编码公式为：

式中：L_m表示混合光源光度量，i＝1,2,…,n,n表示不小于2的正整数；L_i是第i个基本光源的基础光度量，D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比。

一种颜色空间内光源颜色的解码方法，所述解码方法包括：

驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比为100％时的光度量为基础光度量，将在基础光度量条件下的所述基本光源对应的颜色在颜色空间内的色坐标作为基础色坐标，由所述基础光度量和所述基础色坐标组成基础光色坐标；

检测混合光源的颜色在颜色空间内的色坐标作为混合光源色坐标，检测获得混合光源的光度量作为混合光源光度量；由所述混合光源色坐标和所述混合光源光度量组成混合光源光色坐标；

由所述基础光色坐标和所述混合光源光色坐标通过占空比解码公式获得驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比。

优选的，所述混合光源由两种基本光源组成时，所述占空比解码公式为：

式中：D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，i＝1,2；x_m、y_m表示混合光源色坐标的x坐标值和y坐标值，L_m表示混合光源光度量，R_m＝L_m/y_m表示混合光源的光色比；x_i、y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值和y坐标值，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

优选的，所述混合光源由三种基本光源组成时，所述占空比解码公式为：

式中：D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，i＝1，2，3；x_m、y_m表示混合光源色坐标的x坐标值和y坐标值，L_m表示混合光源光度量，R_m＝L_m/y_m表示混合光源的光色比；x_i、y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值和y坐标值，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

一种颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，包括所述的颜色空间内光源颜色编码方法，以及所述的颜色空间内光源颜色解码方法，所述的编码方法和所述的解码方法过程互逆。

优选的，所述颜色空间为CIE xyY标准颜色空间，其中x，y表示色坐标，Y表示光度量。

优选的，所述基础光度量或所述混合光光度量是光通量、光强度、光亮度或光照度中的任意一种物理量。

优选的，所述基本光源包括有光源颜色为白色、色温大于5000K的第一白光基本光源和光源颜色为白色、色温小于4000K的第二白光基本光源。

优选的，所述基本光源包括有光源颜色为红色的红色基本光源，光源颜色为绿色的绿色基本光源，以及光源颜色为蓝色的蓝色基本光源。

本发明的有益效果：在照明领域，根据本发明的编码方法同时精确控制灯光的色坐标或相关色温和照明强度，为智能照明或健康照明的实现提供有效途径。在显示领域，可以解决因三基色色品坐标不同带来的显示色差问题，为全色彩、标准颜色显示提供实现方案。

附图说明

图1为本发明的颜色空间内光源颜色的编码方法的一实施例中的示意图；

图2为本发明的颜色空间内光源颜色的解码方法的一实施例中的示意图；

图3为本发明的颜色空间内光源颜色的编码和解码方法的一实施例的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1显示了本发明的颜色空间内光源颜色的编码的示意图，一种颜色空间内光源颜色的编码方法，所述编码方法包括：

步骤S1：由一个方波脉冲信号驱动一种颜色的发光组件获取对应颜色的基本光源；

步骤S2：预设所述方波脉冲信号的占空比，所述占空比为100％时的基本光源的光度量为基础光度量，将在基础光度量条件下的所述基本光源对应的颜色在颜色空间内的色坐标作为基础色坐标，由所述基础光度量和所述基础色坐标组成基础光色坐标；

步骤S3：将多个所述基本光源进行混合获得混合光源，由所述基础光色坐标通过色坐标编码公式获取混合光源色坐标，由所述基础光度量和预设的所述占空比通过光度量编码公式获取混合光源光度量，由所述混合光源色坐标和所述混合光源光度量组成混合光源光色坐标。

优选的，所述方波脉冲信号是频率不小于50赫兹的恒流方波信号。

核心参数是每个独立驱动基本光源的占空比D_i，代表驱动第i个光源的方波脉冲信号处于“开”状态时间占整个方波周期的比值，其中i＝1,2,…,n，n为正整数。

所述发光组件包括有能够发射同一种颜色的一个或多个发光元件。

例如基本光源为红色时，发光组件包括有一个或多个能够发射红光的发光组件。

优选的，所述颜色空间为CIE xyY标准颜色空间，其中x，y表示色坐标，Y表示光度量。

基本光源的颜色可以预先选定，选定基本光源的颜色以后，测量出驱动该基本光源的方波信号等于100％时的在颜色空间内的色坐标，即可获得基本光源的基础色坐标。基础色坐标包括x_i和y_i记作为(x_i，y_i)。

不同占空比的方波脉冲信号，基本光源的基础光度量不同，将占空比为100％时的基本光源的光度量为基础光度量，基础光度量记作为L_i。

由基础色坐标(x_i，y_i)和基础光度量L_i组成基础光色坐标(x_i，y_i，L_i)。

优选的，所述色坐标编码公式为：

式中：p_m为x_m或y_m分别表示混合光源色坐标的x坐标值或y坐标值，i＝1,2,…,n,n表示不小于2的正整数；p_i为x_i或y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值或y坐标值，D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

由基础光色坐标(x_i，y_i，L_i)通过坐标编码公式分别获得混合光源色坐标的x坐标值x_m和y坐标值y_m，由x_m和y_m组成混合光源色坐标记作为(x_m，y_m)。

优选的，所述光度量编码公式为：

式中：L_m表示混合光源光度量，i＝1,2,…,n,n表示不小于2的正整数；L_i是第i个基本光源的基础光度量，D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比。

由预设的占空比和基础光度量通过光度量编码公式获得混合光源光度量记作为L_m，由混合光源色坐标(x_m，y_m)和混合光源光度量L_m组成混合光源光色坐标(x_m，y_m，L_m)。

图2显示了本发明的一种颜色空间内光源颜色的解码方法，所述解码方法包括：

步骤S10：驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比为100％时的光度量为基础光度量，将在基础光度量条件下的所述基本光源对应的颜色在颜色空间内的色坐标作为基础色坐标，由所述基础光度量和所述基础色坐标组成基础光色坐标；

步骤S20：检测混合光源的颜色在颜色空间内的色坐标作为混合光源色坐标，检测获得混合光源的光度量作为混合光源光度量；由所述混合光源色坐标和所述混合光源光度量组成混合光源光色坐标；

步骤S30：由所述基础光色坐标和所述混合光源光色坐标通过占空比解码公式获得驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比。

基本光源的颜色可以预先选定，选定基本光源的颜色以后，测量出驱动该基本光源的方波信号等于100％时的在颜色空间内的色坐标，即可获得基本光源的基础色坐标。基础色坐标包括x_i和y_i记作为(x_i，y_i)。

不同占空比的方波脉冲信号，基本光源的基础光度量不同，将占空比为100％时的基本光源的光度量作为基础光度量，基础光度量记作为L_i。

由基础色坐标(x_i，y_i)和基础光度量L_i组成基础光色坐标(x_i，y_i，L_i)

通过仪器检测混合光源的颜色在颜色空间内的色坐标作为混合光源色坐标(x_m，y_m)，通过检测仪器检测混合光源的光度量L_m作为混合光源光度量，并组成混合光源光色坐标(x_m，y_m，L_m)。

优选的，所述基本光源包括有光源颜色为白色、色温大于5000K的第一白光基本光源和光源颜色为白色、色温小于4000K的第二白光基本光源。

优选的，所述混合光源由两种基本光源组成时，所述占空比解码公式为：

式中：D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，i＝1,2；x_m、y_m表示混合光源色坐标的x坐标值和y坐标值，L_m表示混合光源光度量，R_m＝L_m/y_m表示混合光源的光色比；x_i、y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值和y坐标值，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。当所述基本光源有两种时，通过占空比解码公式分别获得驱动基本光源方波脉冲信号的占空比。

优选的，所述基本光源包括有光源颜色为红色的红色基本光源，光源颜色为绿色的绿色基本光源，以及光源颜色为蓝色的蓝色基本光源。

优选的，所述混合光源由三种基本光源组成时，所述占空比解码公式为：

式中：D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，i＝1，2，3；x_m、y_m表示混合光源色坐标的x坐标值和y坐标值，L_m表示混合光源光度量，R_m＝L_m/y_m表示混合光源的光色比；x_i、y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值和y坐标值，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

图3显示了本发明的一种颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，包括所述的颜色空间内光源颜色编码方法，以及所述的颜色空间内光源颜色解码方法，所述的编码方法和所述的解码方法过程互逆。

由所述编码方法通过选定的基本光源的基础光色坐标和驱动各基本光源的方波信号的占空比可获得混合光源的混合光源光色坐标，由所述解码方法可由混合光源在颜色空间内的混合光源光色坐标和选定的基本光源的基本光色坐标获取驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比。

所述基础光度量或所述混合光源光度量是光通量、光强度、光亮度或光照度中的任意一种物理量。

以下以两种基本光源为例给出在颜色空间中CIE xyY对光源颜色的编码方法和解码方法的具体操作步骤：

(1)编码方法

选取色温大于5000K和色温小于4000K的两种白光LED进行混合。对两种基本光源进行标定，测试光学参数如下表所示：

表1两种基本光源的光学标定

系统输入的方波脉冲信号是驱动基本光源的恒流方波脉冲信号占空比，如下表所示：

表2系统输入

经过编码方法运算后，系统输出的是混合光源在CIE xyY颜色空间的混合光光色坐标如下表所示：

表3系统输出

(2)解码方法

使用相同的基本光源组合，实际应用中欲使混合光源在的光通量保持在60lm，相关色温随时间变化，分别为3500K，4000K，4500K，5000K，5500K，6000K和6500K。根据基本光源加混色原理，可以把预期相关色温转化为唯一色坐标。系统的输入如下表所示：

表4系统输入

经过解码方法运算后，系统输出的是驱动每种基本光源的方波脉冲信号的占空比如下表所示：

表5系统输出

上述实例仅为本发明的优选实例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种颜色空间内光源颜色的编码方法，其特征在于，所述编码方法包括：由一个方波脉冲信号驱动一种颜色的发光组件获取对应颜色的基本光源；

预设所述方波脉冲信号的占空比，所述占空比为100％时的基本光源的光度量为基础光度量，将在基础光度量条件下的所述基本光源对应的颜色在颜色空间内的色坐标作为基础色坐标，由所述基础光度量和所述基础色坐标组成基础光色坐标；

将多个所述基本光源进行混合获得混合光源，由所述基础光色坐标通过色坐标编码公式获取混合光源色坐标，由所述基础光度量和预设的所述占空比通过光度量编码公式获取混合光源光度量，由所述混合光源色坐标和所述混合光源光度量组成混合光源光色坐标。

2.根据权利要求1所述的颜色空间内光源颜色的编码方法，其特征在于：所述色坐标编码公式为：

式中：p_m为x_m或y_m分别表示混合光源色坐标的x坐标值或y坐标值，i＝1,2,…,n,n表示不小于2的正整数；p_i为x_i或y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值或y坐标值，D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

3.根据权利要求1所述的颜色空间内光源颜色的编码方法，其特征在于：所述光度量编码公式为：

式中：L_m表示混合光源光度量，i＝1,2,…,n,n表示不小于2的正整数；L_i是第i个基本光源的基础光度量，D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比。

4.一种颜色空间内光源颜色的解码方法，其特征在于，所述解码方法包括：

驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比为100％时的光度量为基础光度量，将在基础光度量条件下的所述基本光源对应的颜色在颜色空间内的色坐标作为基础色坐标，由所述基础光度量和所述基础色坐标组成基础光色坐标；

检测混合光源的颜色在颜色空间内的色坐标作为混合光源色坐标，检测获得混合光源的光度量作为混合光源光度量；由所述混合光源色坐标和所述混合光源光度量组成混合光源光色坐标；

由所述基础光色坐标和所述混合光源光色坐标通过占空比解码公式获得驱动基本光源的方波脉冲信号的占空比。

5.根据权利要求4所述的颜色空间内光源颜色的解码方法，其特征在于：所述混合光源由两种基本光源组成时，所述占空比解码公式为：

式中：D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，i＝1,2；x_m、y_m表示混合光源色坐标的x坐标值和y坐标值，L_m表示混合光源光度量，R_m＝L_m/y_m表示混合光源的光色比；x_i、y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值和y坐标值，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

6.根据权利要求4所述的颜色空间内光源颜色的解码方法，其特征在于：所述混合光源由三种基本光源组成时，所述占空比解码公式为：

式中：D_i是驱动第i个基本光源的方波脉冲信号的占空比，i＝1，2，3；x_m、y_m表示混合光源色坐标的x坐标值和y坐标值，L_m表示混合光源光度量，R_m＝L_m/y_m表示混合光源的光色比；x_i、y_i表示第i个基本光源的基础色坐标的x坐标值和y坐标值，L_i是第i个基本光源的基础光度量，R_i＝L_i/y_i表示第i个基本光源的光色比。

7.一种颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，其特征在于：包括如权利要求1所述的编码方法，以及如权利要求4所述的解码方法，所述的编码方法和所述的解码方法过程互逆。

8.根据权利要求7所述的颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，其特征在于：所述颜色空间为CIE xyY标准颜色空间，其中x，y表示色坐标，Y表示光度量。

9.根据权利要求7所述的颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，其特征在于：所述基础光度量或所述混合光源光度量是光通量、光强度、光亮度或光照度中的任意一种物理量。

10.根据权利要求7所述的颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，其特征在于：所述基本光源包括有光源颜色为白色、色温大于5000K的第一白光基本光源和光源颜色为白色、色温小于4000K的第二白光基本光源。

11.根据权利要求7所述的颜色空间内光源颜色的编码和解码方法，其特征在于：所述基本光源包括有光源颜色为红色的红色基本光源，光源颜色为绿色的绿色基本光源，以及光源颜色为蓝色的蓝色基本光源。

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