CN112423429A - 一种拟合五基色led混合光源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拟合五基色LED混合光源的方法，包括如下步骤：步骤S1，选定五基色光源进行混合；步骤S2，确定目标光源的光谱参数，并利用所选五基色光源的光谱参数以及确定的目标光源光谱参数构建五基色混光方程组；步骤S3，以五基色合成光源的总光通量作为最优条件，根据构建的五基色混光方程组获得最大总光通量下的五通道电流占空比；步骤S4，根据得到的五通道电流占空比通过控制电路驱动控制对应的各基色光源。

Description

一种拟合五基色LED混合光源的方法

技术领域

本发明涉及LED(Light Emitting Diode，发光二极管)显示技术领域，特别是涉及一种拟合五基色LED混合光源的方法。

背景技术

随着人们对于色彩饱和度，颜色的亮度等的要求越来越高，三基色混合光源已无法满足这些要求。一个有效的解决方法就是增加基色数量，三基色混合光源在色域图上是一个三角形，而多基色则是一个多边形。采用多基色混合方法可以有效扩充色域，增加颜色的饱和度。考虑合成光源的实现复杂程度和实际成本，公开号为CN210039592U的中国实用新型专利在传统三基色混合光源基础上，通过增加青色(C)和黄色(Y)光源合成五基色LED光源。五基色混合光源与传统三基色光源相比，光的饱和度更高，混合色越均匀，所调制出来的光色域范围更广，可以大大提升人眼的观看舒适度。

由格拉斯曼颜色混合定律可知，多于三基色的混合光源所构成的混色方程组必然存在独立方程数少于求解变量数的问题，也即会产生方程组非唯一解的问题，即得到多个不同的电流占空比组合，对于合成光源来说，不同的电流占空比组合虽可以调制出相同颜色的混合光，但却存在着同色异谱现象。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种拟合五基色LED混合光源的方法，以解决现有技术中五基色混合光源存在的同色异谱问题。

为达上述及其它目的，本发明提出一种拟合五基色LED混合光源的方法，包括如下步骤：

步骤S1，选定五基色光源进行混合；

步骤S2，确定目标光源的光谱参数，并利用所选五基色光源的光谱参数以及确定的目标光源光谱参数构建五基色混光方程组；

步骤S3，以五基色合成光源的总光通量作为最优条件，根据构建的五基色混光方程组获得最大总光通量下的五通道电流占空比；

步骤S4，根据得到的五通道电流占空比通过控制电路驱动控制对应的各基色光源。

优选地，于步骤S1中，选定的五基色光源及其光谱参数包括：

红色LED光源，峰值波长625-650nm；

绿色LED光源，峰值波长515-540nm；

蓝色LED光源，峰值波长450-460nm；

黄色LED光源，峰值波长560-590nm；

青色LED光源，峰值波长490-495nm。

优选地，于步骤S2中，根据格拉斯曼颜色混合定律推导五基色LED合成光源的混光算法，构建所述五基色混光方程组。

优选地，于步骤S2中，所构建的五基色混光方程组为，

该五基色混合光源的总光通量需满足以下约束条件：

f(Y)_max＝D₁Y₁+D₂Y₂+D₃Y₃+D₄Y₄+D₅Y₅

其中i代表五基色中的任意一种，X_i、Y_i、Z_i代表光源i对应的三刺激值，D_i表示对应通道的电流占空比分别，x，y为五基色混合光源的色坐标。

C_i代表三刺激值之和，即C_i＝X_i+Y_i+Z_i，x_i,y_i表示光源i对应的色坐标：

优选地，于步骤S3中，选取五基色合成光源的总光通量作为最优条件，运用Linprog函数求解出最大总光通量下的五通道电流占空比的组合解，从而获得最大总光通量下的五通道电流占空比。

与现有技术相比，本发明一种拟合五基色LED混合光源的方法以五基色合成光源的总光通量最优作为求解条件，运用Linprog函数求解出最大总光通量下五通道电流占空比的唯一一组组合解，并根据获得的五通道电流占空比通过控制电路驱动控制对应的各基色光源，从而解决现有技术中五基色混合光源存在的同色异谱问题。

附图说明

图1为本发明一种拟合五基色LED混合光源的方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中基于Linprog函数的运算结果示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种拟合五基色LED混合光源的方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种拟合五基色LED混合光源的方法，包括如下步骤：

步骤S1，选定五基色光源进行混合。

在本发明具体实施例中，选定的五基色光源及其参数如下：

(1)红色LED光源，峰值波长625-650nm；(2)绿色LED光源，峰值波长515-540nm；(3)蓝色LED光源，峰值波长450-460nm；(4)黄色LED光源，峰值波长560-590nm；(5)青色LED光源，峰值波长490-495nm。

即，选定以上五基色光源进行混合。

步骤S2，确定目标光源的光谱参数，并利用所选五基色光源的光谱参数以及确定的目标光源光谱参数构建五基色混光方程组。

具体地，根据格拉斯曼颜色混合定律，在两基色和三基色的混光算法基础上，可推导出五基色LED合成光源的混光算法：

具体地，首先，假设五种基色(红、绿、蓝、黄、青)的占空比分别为D1、D₂、D₃、D₄、D₅，该五基色混合光源的光通量计算如下：

Y＝D₁Y₁+D₂Y₂+D₃Y₃+D₄Y₄+D₅Y₅ 公式(1)

其次，五基色混合光源的色坐标计算如下：

该五基色混合光源的各基色光源的色坐标与三刺激值的关系式：

其中，i代表五基色中的任意一种；X_i、Y_i、Z_i代表该光源i对应的三刺激值，可通过查表获得，X_i+Y_i+Z_i为三刺激值之和；C₁、C₂、C₃、C₄、C₅分别代表五种基色三刺激值之和，即C_i＝X_i+Y_i+Z_i。

由光通量Y除以色坐标y可求得混合后的光源的三刺激值之和；由三刺激值之和乘以色坐标x可得到该混合后的光源三刺激值的X，三刺激值之和减去X与Y即为Z的值，由此可以得到五种颜色的三刺激值。

在五基色混合光源中，假设各通道的电流占空比分别为D₁、D₂、D₃、D₄、D₅，与其相对应的最大光通量分别为Y₁、Y₂、Y₃、Y₄、Y₅(需说明的是，Y既是光通量又是三刺激值)；则五基色合成光源的总光通量需满足以下约束条件：

f(Y)_max＝D₁Y₁+D₂Y₂+D₃Y₃+D₄Y₄+D₅Y₅

步骤S3，以五基色合成光源的总光通量作为最优条件，根据构建的五基色混光方程组获得最大总光通量下的五通道电流占空比。

根据上述公式(4)，可见上述五基色方程组只有3个独立方程，但需求解D₁、D₂、D₃、D₄、D₅五个电流占空比变量，因此方程组必然会产生不唯一解的情况。不同的电流占空比虽可以调制出相同颜色的混合光，但存在着同色异谱现象，因此需要比较不同电流占空比组合所调制出来的光谱品质，并希望选取出光谱参数最优的一组电流占空比组合解。

在本发明具体实施例中，根据基于Linprog寻优的方法求解该五基色混光方程获得最大总光通量下的五通道电流占空比，Linprog是Matlab中一个专门用于处理线性规划的函数，可利用该函数求解目标函数的最大值或最小值问题，在本发明中，选取五基色合成光源的总光通量作为最优条件，运用Linprog函数求解出最大总光通量下的五通道电流占空比的组合解，从而获得最大总光通量下的五通道电流占空比。

步骤S4，根据得到的五通道电流占空比通过控制电路驱动控制对应的各基色光源。这样，根据该五通道电流占空比驱动控制对应的各基色光源后，就可以使混合后的光源获得最大的光通量，从而避免同色异谱现象的出现。

实施例

本实施例中，主要是基于Linprog寻优的方法求解该五基色混光方程获得最大总光通量下的五通道电流占空比。Linprog是Matlab中一个专门用于处理线性规划的函数，而在Matlab中，线性规划只能求解目标函数最小值，因此上述最大光通量的约束方程需添加一个负号，使之转化为最小值函数表达式：

f(Y)_min＝-D₁Y₁-D₂Y₂-D₃Y₃-D₄Y₄-D₅Y₅

同时表1给出了RGBYC五基色参数，表2给出了目标光源的主要参数。

表1五基色坐标及三刺激值

表2目标光源的相关参数

以表2中合成6500K的目标光源为例，部分Matlab程序代码如下：

f＝[-6.206；-33.759；-10.167；-55.371；-24.411]

A＝[-7.869 6.751 55.054-21.255 17.103；0.516-18.112 103.330-14.6252.179]；

b＝[0；0]；

lb＝[0；0；0；0；0]；

ub＝[1；1；1；1；1]；

[x，fval，exitflag，output]＝linprog(f，[]，[]，A，b，lb，ub)；

运算结果如图2所示。该运算结果表明：要调制出目标光源需要把蓝光的占空比减小到30.49％，青光的占空比减小到32.65％，在得到五通道电流占空比后，则根据该五通道电流占空比驱动控制对应的各基色光源，这样就可以获得亮度最大的6500K光源。即：

f(D)_max＝106.4075

D_max＝(D_r，D_g，D_b，D_y，D_c)＝(1.0000，1.0000，0.3049，1.0000，0.3265)

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种拟合五基色LED混合光源的方法，包括如下步骤：

步骤S1，选定五基色光源进行混合；

步骤S2，确定目标光源的光谱参数，并利用所选五基色光源的光谱参数以及确定的目标光源光谱参数构建五基色混光方程组；

步骤S3，以五基色合成光源的总光通量作为最优条件，根据构建的五基色混光方程组获得最大总光通量下的五通道电流占空比；

步骤S4，根据得到的五通道电流占空比通过控制电路驱动控制对应的各基色光源。

2.如权利要求1所述的一种拟合五基色LED混合光源的方法，其特征在于，于步骤S1中，选定的五基色光源及其光谱参数包括：

红色LED光源，峰值波长625-650nm；

绿色LED光源，峰值波长515-540nm；

蓝色LED光源，峰值波长450-460nm；

黄色LED光源，峰值波长560-590nm；

青色LED光源，峰值波长490-495nm。

3.如权利要求2所述的一种拟合五基色LED混合光源的方法，其特征在于，于步骤S2中，根据格拉斯曼颜色混合定律推导五基色LED合成光源的混光算法，构建所述五基色混光方程组。

4.如权利要求3所述的一种拟合五基色LED混合光源的方法，其特征在于，于步骤S2中，所构建的五基色混光方程组为：

该五基色混合光源的总光通量需满足以下约束条件：

f(Y)_max＝D₁Y₁+D₂Y₂+D₃Y₃+D₄Y₄+D₅Y₅

其中，i代表五基色中的任意一种，X_i、Y_i、Z_i代表光源i对应的三刺激值，D_i表示对应通道的电流占空比分别，x，y为五基色混合光源的色坐标，

C_i代表三刺激值之和，即C_i＝X_i+Y_i+Z_i，x_i,y_i表示光源i对应的色坐标：

5.如权利要求3所述的一种拟合五基色LED混合光源的方法，其特征在于，于步骤S3中，选取五基色合成光源的总光通量作为最优条件，运用Linprog函数求解出最大总光通量下的五通道电流占空比的组合解，从而获得最大总光通量下的五通道电流占空比。

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