CN113597043B - 一种固定灯的始亮等级方法、系统、存储介质和灯具系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明调光技术领域，更具体地，涉及一种固定灯的始亮等级方法、系统、存储介质和灯具系统。所述一种固定灯的始亮等级方法，基于动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正。基于动态Gamma曲线，用户对灯进行调光时，设置的当前亮度等级n在0至N变化时，动态Gamma曲线图像都有效，且在x＞0时连续，灯的亮度随之连续渐变。进一步地，通过计算光源的始亮PWM临界占空比D，量灯定制动态Gamma曲线，使同一型号的光源的始亮等级位置固定统一。

Description

一种固定灯的始亮等级方法、系统、存储介质和灯具系统

技术领域

本发明涉及照明调光技术领域，更具体地，涉及一种固定灯的始亮等级方法、系统、存储介质和灯具系统。

背景技术

人眼对亮度的感知并非简单的线性关系，因此，光源亮度随物理功率的线性变化关系，在人眼看来并非是线性的，而是变化的。把光源亮度变化调节成符合人眼对亮度感知的线性变化的过程，为Gamma校正，其函数图像即为Gamma曲线。

光源通常会根据电流的大小，设置亮度等级，使用者可以通过设置亮度等级，从而调节流经光源的电流大小，进而调节光源亮度，一般认为，使得光源从初始发亮的亮度等级，为始亮等级。

现有技术的LED光源属于半导体，受半导体材料和制作工艺影响，当LED光源的驱动电流低于阈值电流时不会发亮。图1为现有技术中LED光源的电流与亮度关系曲线图，在电流低于0.1A时不会发亮。这就导致了用户在调光时，需要将亮度等级调节到较大（例如20级）时，光源才开始亮起。当多台分别设置有不同型号光源的灯具同时使用时，这些光源的始亮等级更加具有不确定性，有的光源亮得早，有的光源亮得迟，灯具亮度参差不齐，影响使用。

在LED照明行业，通常使用PWM信号来控制LED光源的亮暗变化，具体地，通过改变PWM占空比，从而改变流过LED光源的电流，实现LED光源亮暗的渐变。

Gamma曲线还可以表征光源的亮度等级与PWM占空比的对应关系。在舞台演出时，通常需要录制视频或直播，为了使得录像机拍摄到的灯光画面不闪烁，需要将灯具的刷新率设置为录像机匹配的值。刷新率即频率，是周期的倒数，刷新率越高则周期越小。改变了刷新率，始亮等级也会随之改变。例如，某灯在刷新率为2.4kHz时，对应的始亮等级为20级；当刷新率调高到16kHz时，周期T变小，而Gamma曲线未变，Gamma曲线上对应亮度等级为第20级时的PWM占空比D不变。根据电流的有效作用时间t=D×T，周期T变小，占空比D不变，导致电流的有效作用时间t变小，得到对应的电流有效值也变小，此时灯将不会亮。需要增加亮度等级，才能使得灯变亮，也即灯的始亮等级变大。

上述的因素导致灯具的始亮等级无确定性，参差不齐，灯具调光困难，使用效果不佳。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷（不足），提供一种固定灯的始亮等级方法、系统、存储介质和灯具系统，用于解决灯具始亮等级无确定性，使得灯具调光困难的技术问题。

本发明第一方面采取的技术方案是：

提供一种固定灯的始亮等级方法，基于动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正；

所述动态Gamma曲线如下：

其中，G（x）为动态Gamma曲线，x=n/N，n为用户设置的当前亮度等级，N为灯的最大亮度等级，γ为用户设置的当前Gamma值，b为当前始亮PWM阈值。

基于上述的动态Gamma曲线，用户对灯进行调光时，设置的当前亮度等级n在0至N变化时，动态Gamma曲线图像都有效，且在x=0时，灯保持不亮，而在x＞0时，灯的亮度随之连续渐变。

进一步地，当前始亮PWM阈值b具体如下：

其中，G₀(x)为灯原始Gamma曲线的函数，x=n₀/N，n₀为灯的原始始亮等级，N为灯的最大亮度等级，f₀为灯采用原始Gamma曲线G₀(x)时的原始刷新率，f为用户设置的当前刷新率。

进一步地，灯原始Gamma曲线的函数设置为：

；

其中γ₀为用户设置的原始Gamma值。

进一步地，所述原始Gamma值γ₀为2.0到2.4之间。

进一步地，灯的所述原始始亮等级n₀、所述原始刷新率f₀通过下述方法获取：

将灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀(x)；

将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始刷新率f₀；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始始亮等级n₀。

进一步地，获取灯的所述原始始亮等级n₀，具体包括：

分别将a个相同型号的灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀(x)；

分别将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的a个灯调节至始亮状态，获取始亮状态下的每一个灯的实验始亮等级n_a，其中，a≥2，且a为正整数；

所述原始始亮等级n₀为所获取的a个所述实验始亮等级n_a中的最大值。

进一步地，在所述将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态之前，还包括：

将灯放置在暗房中。

进一步地，所述当前Gamma值γ为2.0到2.4之间。

本发明第二方面采取的技术方案是：

提供一种固定灯的始亮等级系统，包括：

调节模块，用于基于动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正；

所述动态Gamma曲线如下：

其中，G（x）为Gamma曲线，x=n/N，n为用户设置的当前亮度等级，N为灯的最大亮度等级，γ为用户设置的当前Gamma值，b为当前始亮PWM阈值。

本发明第三方面采取的技术方案是：

提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种固定灯的始亮等级方法。

本发明第四方面采取的技术方案是：

提供一种灯具系统，包括相互连接的光源、控制单元，其特征在于，所述控制单元预置有所述的动态Gamma曲线；

所述控制单元接收用户输入的当前亮度等级，并根据所述动态Gamma曲线，输出所述当前亮度等级对应的当前PWM占空比至光源，以使所述光源根据所述当前PWM占空比发亮。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）现有技术的LED光源，当其驱动电流低于阈值电流时不会发亮，导致调光时始亮等级位置具有不确定性，影响调光效果。本发明通过考虑到光源的当前始亮PWM阈值，量灯定制动态Gamma曲线，使同一型号的光源的始亮等级位置固定统一。

（2）现有技术的LED光源，基于原始Gamma曲线y=x^γ进行Gamma校正，更改当前Gamma值γ或设置不同的当前刷新率f时，同样会导致调光时始亮等级位置具有不确定性。本发明可以基于当前Gamma值γ及任意的当前刷新率f自动生成动态Gamma曲线，再通过生成的动态Gamma曲线对光源进行Gamma校正，以使光源的始亮等级位置固定统一。用户可以根据使用场景自由配置当前Gamma值γ及任意的当前刷新率f。

附图说明

图1为现有技术中LED光源的电流与亮度关系曲线图。

图2为本发明的左移Gamma曲线的图像示意图。

图3为本发明的上移Gamma曲线的图像示意图。

图4为本发明的动态Gamma曲线的图像示意图。

图5为本发明的灯具系统的结构图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供一种固定灯的始亮等级方法，基于动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正；

所述动态Gamma曲线如下：

其中，G（x）为动态Gamma曲线，x=n/N，n为用户设置的当前亮度等级，N为灯的最大亮度等级，γ为用户设置的当前Gamma值，b为当前始亮PWM阈值；

n、N均为正整数。

为了固定灯的始亮等级，可以将灯的Gamma曲线设置为本实施例的动态Gamma曲线。基于本实施例的动态Gamma曲线，对灯进行Gamma校正。

本实施例的动态Gamma曲线，由原始的Gamma曲线变换而来。具体地，图2的虚线为现有技术中的2.2Gamma曲线，y=x^2.2，过原点（0，0）和（1，1）。x轴表示灯的亮度等级的归一化，x=n/N，其中，N为灯的最大亮度等级，n为用户设置的当前亮度等级，0≤n≤N，故而，0≤x≤1。y轴表示PWM占空比，0≤y≤1，PWM占空比越大，灯的亮度越高。

可以理解的是，为了实现灯亮度的连续调节，Gamma曲线的图像需要在0≤x≤1时具有连续性，且0≤y≤1。同时，为了解决灯的输入电流在达到阈值电流之前灯不亮的问题，变换后的Gamma曲线应该与y轴的正半轴相交，截距为b（b＞0），即当前始亮PWM阈值，变换后的Gamma曲线应该过点（0，b）。

如图2、图3所示，如果直接对现有技术中的2.2Gamma曲线y=x^2.2（如图2、图3虚线所示）向左平移x₀或者向上平移b，得到y=（x+x₀）^2.2（如图2实线所示）或者y=x^2.2+b（如图3实线所示）。虽然可以使得Gamma曲线与y轴的正半轴相交，但是直接平移变换后的Gamma曲线并不过点（1，1），其图像会溢出0≤x≤1、0≤y≤1的范围之外，不能实现x较大时灯的调光需求。因此，在对Gamma曲线平移之后，还需要对齐进行伸展变换，以使Gamma曲线的图像不会溢出0≤x≤1、0≤y≤1的范围。

如图4所示，本实施例优选地，根据变换后的Gamma曲线的图像需要恒过点（1，1）和点（0，b），变换后得到的动态Gamma曲线（如图4实线所示）为：

γ为用户设置的当前Gamma值。

令x=0时，G（x）=0，其物理意义为，当用户设置的当前亮度等级n为0时，即x=0时，PWM占空比为0，灯不亮。

基于上述的动态Gamma曲线，用户对灯进行调光时，设置的当前亮度等级n在0至N变化时，动态Gamma曲线图像都有效，且在x＞0时连续，灯的亮度随之连续渐变。

进一步地，当前始亮PWM阈值b具体如下：

其中，G₀(x)为灯原始Gamma曲线的函数，x=n₀/N，n₀为灯的原始始亮等级，N为灯的最大亮度等级，f₀为灯采用原始Gamma曲线G₀(x)时的原始刷新率，f为用户设置的当前刷新率。

当前始亮PWM阈值b会随着用户设置的当前刷新率f的变化而变化，同时，不同型号的灯，原始始亮等级n₀、最大亮度等级N、原始刷新率f₀均会有所不同，因此，基于当前始亮PWM阈值b变换后得到的Gamma曲线为动态Gamma曲线，动态Gamma曲线能够适应不同型号的灯而变化，量灯定制，且同一个灯在任意的当前刷新率f之下，其始亮等级固定不变。

进一步地，灯原始Gamma曲线的函数设置为：

；

其中γ₀为用户设置的原始Gamma值。

结合原始Gamma曲线的函数，可得：

n₀为灯的原始始亮等级，N为灯的最大亮度等级，f₀为灯采用原始Gamma曲线G₀(x)时的原始刷新率，f为用户设置的当前刷新率，γ₀为用户设置的原始Gamma值。

动态Gamma曲线的推导过程如下：

Gamma曲线为原始Gamma曲线的灯，在始亮状态下（即亮度等级为原始始亮等级n₀），刷新率为原始刷新率f₀时，将x=n₀/N代入原始Gamma曲线G₀（x），求得灯在始亮等级时，原始临界占空比D₀：

原始临界占空比D₀为Gamma曲线为原始Gamma曲线的灯，达到始亮时所需的PWM占空比。

导致灯的始亮等级会随着刷新率变化的原因是电流的有效作用时间t的变化，故而，只需要固定灯在任意的当前刷新率f之下始亮时，电流的有效作用时间t，即可固定始亮等级。

为固定电流的有效作用时间t，令t=D₀T₀=DT，其中，T=1/f，T₀=1/f₀，结合原始临界占空比D₀的关系式，代入得：

求得在任意的当前刷新率f之下，灯在始亮等级时的临界占空比D：

临界占空比D为灯在任意的当前刷新率f之下，达到始亮时所需要的PWM占空比。

从上式中可以得知，灯的临界占空比D随当前刷新率f而变化。

可以理解的是，如果使用固定的Gamma曲线，则如果临界占空比D（y轴坐标）变化，临界占空比D对应的x轴坐标也会变化，根据x=n/N，始亮等级n也会变化，导致始亮等级n在不同的刷新率之下具有不确定性。

将当前始亮PWM阈值b设置为临界占空比D，得到随当前刷新率f变化而动态变化的动态Gamma曲线，动态Gamma曲线图像过点（0，D），物理意义为，对于任意刷新率的灯，只要将亮度等级调节为始亮等级时，就可以达到临界占空比D，使得灯发亮，达到固定始亮等级的效果。

为了使得Gamma在x=0时不亮，对动态Gamma曲线在x=0时分段，得到最终的动态Gamma曲线为：

其中，G（x）为动态Gamma曲线，x=n/N，n为用户设置的当前亮度等级，N为灯的最大亮度等级，γ为用户设置的当前Gamma值，γ₀为用户设置的原始Gamma值，f为用户设置的当前刷新率，n₀为灯的原始始亮等级，f₀为灯的原始刷新率，n、n₀、N均为正整数。

当前Gamma值γ和当前刷新率f可以由用户根据当前使用场景所设定。

基于上述的动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正。使得用于控制灯亮度的控制器接收用户输入的当前亮度等级n，并根据动态Gamma曲线，输出对应的PWM占空比至驱动器，以使驱动器根据对应的PWM占空比控制灯的亮度。

对于任意设定的当前刷新率f下的灯，其在第0级亮度时灭灯，第1级亮度时始亮。亮度等级从第1至N级进行调节时，都能亮灯，不会损失亮度等级。任意地改变当前刷新率f，仍然能动态保持该始亮等级的位置。

动态Gamma曲线G(x)在0＜x≤1时的通式仍然是幂函数的形式，因此符合人眼的对亮度的感知规律。并且，该量灯定制的动态Gamma曲线比原始Gamma曲线更贴切、更自然。

进一步地，所述灯的原始始亮等级n₀、所述原始刷新率f₀通过下述方法获取：

将灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀（x）；

将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始刷新率f₀；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始始亮等级n₀。

本实施例优选地，获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的原始始亮等级n₀的方法有多种。

由于工业制造的误差，同一型号不同的灯会有一点差异，故而，在获取原始始亮等级n₀时，需要减小误差。作为本实施例的其中一个实施方式，可以通过试验多个灯，从而获得原始始亮等级n₀。获取灯的原始始亮等级n₀，具体包括：

分别将a个相同型号的灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀（x）；

分别将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的a个灯调节至始亮状态，获取始亮状态下的每一个灯的实验始亮等级n_a，其中，a≥2，且a为正整数；

所述原始始亮等级n₀为所获取的a个实验始亮等级n_a中的最大值。

取多个实验始亮等级n_a中的最大值作为原始始亮等级n₀，数值较为准确，可以保证灯的亮度等级达到始亮等级时，临界占空比D足够大，使得灯发亮。

作为本实施例的另一个实施方式，为了减少试验灯的数量，可以只对一个灯进行试验，直接对试验获得的该灯的实验始亮等级n₁增加若干个等级即可。具体地，所述获取灯的原始始亮等级n₀，具体包括：

将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态，获取始亮状态下的灯的实验始亮等级n₁；

n₀=n₁+m，m≥1，且m为正整数。

本实施例优选地，m=3，即n₀=n₁+3。

本实施方式无需对多个灯进行实验，操作简单快捷。

可以理解的是，n_a、n₁均为正整数。

进一步地，在所述将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态之前，还包括：将灯放置在暗房中。

将灯放置在暗房之中，可以更加精确地确定灯的始亮状态，使得后续获得的原始始亮等级n₀更加准确。

本实施例优选地，所述原始Gamma值γ₀为2.0到2.4之间，同样优选地，当前Gamma值γ为2.0到2.4之间。

本实施例优选地，原始Gamma值γ₀可以为2.0或者2.2或者2.4等，当前Gamma值γ可以为2.0或者2.2或者2.4等，灯的最大亮度等级N可以为100或者255或者65535等。

本实施例优选地，灯可以为LED光源。

实施例2

基于与实施例1相同的发明构思，本实施例提供一种固定灯的始亮等级系统，包括：

调节模块，用于基于动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正；

所述动态Gamma曲线如下：

其中，G（x）为动态Gamma曲线，x=n/N，n为用户设置的当前亮度等级，N为灯的最大亮度等级，γ为用户设置的当前Gamma值，b为当前始亮PWM阈值。

进一步地，当前始亮PWM阈值b具体如下：

其中，G₀(x)为灯原始Gamma曲线的函数，x=n₀/N，n₀为灯的原始始亮等级，N为灯的最大亮度等级，f₀为灯采用原始Gamma曲线G₀(x)时的原始刷新率，f为用户设置的当前刷新率。

进一步地，灯原始Gamma曲线的函数设置为：

；

其中γ₀为用户设置的原始Gamma值。

优选地，所述原始Gamma值γ₀为2.0到2.4之间。

灯的所述原始始亮等级n₀、所述原始刷新率f₀通过下述方法获取：

将灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀(x)；

将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始刷新率f₀；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始始亮等级n₀。

作为本实施例的其中一个实施方式，获取灯的所述原始始亮等级n₀，具体包括：

分别将a个相同型号的灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀(x)；

分别将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的a个灯调节至始亮状态，获取始亮状态下的每一个灯的实验始亮等级n_a，其中，a≥2，且a为正整数；

所述原始始亮等级n₀为所获取的a个所述实验始亮等级n_a中的最大值。

作为本实施例的另一个实施方式，获取灯的所述原始始亮等级n₀，具体包括：

将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态，获取始亮状态下的灯的实验始亮等级n₁；

n₀=n₁+m，m≥1，且m为正整数。

进一步地，在所述将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态之前，还包括：将灯放置在暗房中。

优选地，所述当前Gamma值γ为2.0到2.4之间。

实施例3

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如实施例1所述的一种固定灯的始亮等级方法。

实施例4

如图5所示，本实施例提供一种灯具系统，包括相互连接的光源、控制单元，所述控制单元预置有如实施例1所述的动态Gamma曲线；

所述控制单元接收用户输入的当前亮度等级，并根据所述动态Gamma曲线，输出所述当前亮度等级对应的当前PWM占空比至光源，以使所述光源根据所述当前PWM占空比发亮。

本实施例优选地，控制单元可以包括相互连接的控制器和驱动器，驱动器还与光源连接。灯具系统工作时，控制器接收用户输入的当前亮度等级，并根据所述动态Gamma曲线，输出对应于当前亮度等级的当前PWM占空比至驱动器，以使驱动器根据当前PWM占空比控制光源发亮。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，基于动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正；

所述动态Gamma曲线如下：

其中，G（x）为动态Gamma曲线，x=n/N，n为用户设置的当前亮度等级，N为灯的最大亮度等级，γ为用户设置的当前Gamma值，b为当前始亮PWM阈值。

2.根据权利要求1所述的一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，当前始亮PWM阈值b具体如下：

其中，G₀(x)为灯原始Gamma曲线的函数，x=n₀/N，n₀为灯的原始始亮等级，N为灯的最大亮度等级，f₀为灯采用原始Gamma曲线G₀(x)时的原始刷新率，f为用户设置的当前刷新率。

3.根据权利要求2所述的一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，

灯原始Gamma曲线的函数设置为：

；

其中γ₀为用户设置的原始Gamma值。

4.根据权利要求3所述的一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，所述原始Gamma值γ₀为2.0到2.4之间。

5.根据权利要求2所述的一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，

灯的所述原始始亮等级n₀、所述原始刷新率f₀通过下述方法获取：

将灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀(x)；

将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始刷新率f₀；

获取原始Gamma曲线的灯在始亮状态下的所述原始始亮等级n₀。

6.根据权利要求5所述的一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，

获取灯的所述原始始亮等级n₀，具体包括：

分别将a个相同型号的灯的Gamma曲线设置为原始Gamma曲线G₀(x)；

分别将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的a个灯调节至始亮状态，获取始亮状态下的每一个灯的实验始亮等级n_a，其中，a≥2，且a为正整数；

所述原始始亮等级n₀为所获取的a个所述实验始亮等级n_a中的最大值。

7.根据权利要求5或6所述的一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，在所述将Gamma曲线为所述原始Gamma曲线的灯调节至始亮状态之前，还包括：

将灯放置在暗房中。

8.根据权利要求1所述的一种固定灯的始亮等级方法，其特征在于，

所述当前Gamma值γ为2.0到2.4之间。

9.一种固定灯的始亮等级系统，其特征在于，包括：

调节模块，用于基于动态Gamma曲线对灯进行Gamma校正；

所述动态Gamma曲线如下：

其中，G（x）为Gamma曲线，x=n/N，n为用户设置的当前亮度等级，N为灯的最大亮度等级，γ为用户设置的当前Gamma值，b为当前始亮PWM阈值。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1到8任一项所述的一种固定灯的始亮等级方法。

11.一种灯具系统，包括相互连接的光源、控制单元，其特征在于，所述控制单元预置有如权利要求1到8任一项所述的动态Gamma曲线；

所述控制单元接收用户输入的当前亮度等级，并根据所述动态Gamma曲线，输出所述当前亮度等级对应的当前PWM占空比至光源，以使所述光源根据所述当前PWM占空比发亮。

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