CN117119630A - 一种led多基色灯具的色彩空间管理装置 - Google Patents

一种led多基色灯具的色彩空间管理装置 Download PDF

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张俏梅
沈强
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Abstract

本发明公开一种LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其包括待校正的LED灯具、设置在该灯具中且包含灯具主控IC和通信接口模块在内的主控电路、对灯具中多个基色光源的亮色数据进行测量的测量装置、带有色彩空间校正软件的电脑和连接于所述通信接口模块与电脑之间的灯具通信模块，测量装置将测得的亮色数据传送给的电脑，在主控电路上还设有一个通过灯具主控IC以同类型众多灯具共同遵守的目标色彩空间的目标亮色数据为基准对该灯具进行校正的色彩校正IC，经色彩校正IC校正后，该灯具的原始色彩空间被目标色彩空间替代。其克服了现有技术只能保障有限的若干色温点或预制标准色点的一致，无法保障全色彩空间的一致性的缺陷。

Description

一种LED多基色灯具的色彩空间管理装置
本发明申请是分案申请。
原申请名称：“一种LED多基色灯具的色彩空间管理装置与方法”；
申请日：2018.08.09；
申请号：201810903106.0。
技术领域
本发明涉及LED灯具色彩控制，特别是涉及一种LED多基色灯具的色彩空间管理装置与方法。
背景技术
至少四种基色的LED灯具，每种基色的灰阶可控，不同的灰阶组合产生不同的色彩，已经广泛用于建筑照明，专业照明，演艺灯光等领域。其色彩丰富色域宽广，提供了丰富的色彩可能性的同时，也给灯光师带来困扰。因为工艺原因，LED发光芯片的亮度色度天然存在很大的不一致性，导致同样的控制信号，不同的灯具表现出的色彩呈现出很大的差异。虽然源头上已做了分光分色，依然无法保障灯具产品的色彩一致。LED的红-绿-蓝(Red-Green-Blue，缩略词为RGB)颜色模型可以用分光分色相对比较容易地粗略控制产品的色彩一致性，而当基色增加，特别是W、A、L类使用自发光加荧光粉受激发光的基色LED，色彩的管理与色彩一致性问题更多。现有技术只能对少量预置的色温点或色坐标进行校正。无法保证灯具的整个色彩空间都能保持一致性，无法满足使用者的需求。产线上也难以实现每颗灯一一校正。以四基色RGB W 8bit信号输入为例，可以实现的色彩有232种，而一般工厂色温校正最多只有几十个色温点，且都在白色区间，其他彩色无任何校正，一致性完全没有保证。人工摸索配比系数或以相关色温值为校正目标，色温一致不能保证色差小，人眼依然可以识别出色差；或以色坐标为校正目标，靠经验摸索出合适的配比的难度更大。一颗灯如果要人凭经验调整摸索出几十个色温点的配比，最少费时几十分钟，因此一般工厂通常只校正一颗灯，将人工摸索出的配比系数应用于整个批次的每颗灯。由于每颗灯的基色亮色不同，无论是色温还是色坐标都难以保持一致性。此外，人工摸索配比系数使用常规测量仪器，操作不便，效率低下，人为因素多，校正品质难以保障。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种LED多基色灯具的色彩空间管理装置。
本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种LED多基色灯具的色彩空间管理方法。
本发明的校正装置技术问题通过以下技术方案予以解决。
本发明的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，包括待校正的LED灯具、设置在该灯具中且包含灯具主控IC和通信接口模块在内的主控电路、对所述LED灯具中多个基色光源的包括照度值及色坐标在内的亮色数据进行测量的测量装置、带有色彩空间校正软件的电脑和连接于所述通信接口模块与电脑之间的灯具通信模块，所述测量装置将测得的所述亮色数据传送给所述的电脑，其特征在于：在所述主控电路上还设有一个通过所述灯具主控IC以同类型众多灯具共同遵守的目标色彩空间的目标亮色数据为基准对该灯具进行校正的色彩校正IC，经色彩校正IC校正后，该灯具的原始色彩空间被所述目标色彩空间替代。
所述原始色彩空间包括的原始亮色数据为所述灯具中各原始基色光源在最高灰阶点亮时对应的原始色坐标与原始照度值，该原始色彩空间为其各原始基色的原始色坐标的连线围合构成在色域图上的多边形，该灯具所能显现的全部色彩均位于该多边形内；所述目标色彩空间为在众多同类型灯具的各原始色彩空间重合区域内选定的与该灯具原始基色数量相同的各目标基色的目标色坐标的连线围合构成在色域图上的多边形。
所述色彩校正IC内置可写入校正数据的色彩空间校正与管理算法软件，其通过UART、I2C、SPI中的一种通信接口与所述灯具主控IC连接；所述校正数据为所述的原始亮色数据和目标亮色数据。
所述色彩校正IC还通过I2C总线与设置在灯具灯板上的EEPROM连接并将所述的校正数据存储在该EEPROM内并优先调取在先存储在该EEPROM内的校正数据对该灯具进行校正。
所述目标亮色数据包括用来对该灯具各原始基色进行校正的目标基色的目标照度值、目标色坐标以及可使灯具以RGB颜色模型或HSI颜色模型显现色彩的RGB目标色彩空间。
所述灯具具有至少四种基色发光的LED光源。
这种LED多基色灯具的色彩空间管理装置，包括测量装置、灯具通信模块，以及设有色彩空间校正软件的电脑，所述设有色彩空间校正软件的电脑采用远程设备管理(Remote Device Management，缩略词为RDM)协议与设有灯具主控IC、色彩校正IC和通信接口的待校正灯具通信实施色彩空间管理，所述色彩空间管理包括色彩空间的设定与校正。
这种LED多基色灯具的色彩空间管理装置的特点是：
所述测量装置包括测量仪，以及可见光谱均匀漫反射光罩，所述测量仪由核心测量模块、程控减光镜组，以及通信模块组成，所述测量仪通过USB接口与设有色彩空间校正软件的电脑连接，所述可见光谱均匀漫反射光罩用于解决测量仪测量时外部环境光的屏蔽，以及灯具各像素单元与各基色单元充分混光的问题，设有色彩空间校正软件的电脑控制所述测量装置全自动完成灯具各基色的原始亮色测量、校正数据计算，以及校正数据写入色彩校正IC。
本发明的校正装置技术问题通过以下进一步技术方案予以解决。
所述核心测量模块是测量和返回的原始数据为XYZ三刺激值的三刺激值测量模块，以及测量和返回的原始数据为光谱的光谱测量模块中的一种。
所述灯具通信模块是一虚拟的串口设备，通过USB接口与设有色彩空间校正软件的电脑连接，将电脑USB接口输出的色彩空间校正软件串口信号转换为485接口的采用数字多路复用(Digital Multipiex，缩略词为DMX)512协议或者采用RDM协议的信号发送待校正灯具，并将485接口接收的RDM响应数据包转换为串口数据发送电脑。
所述色彩校正IC内置可写入校正数据的色彩空间校正与管理算法软件，通过UART、I2C、SPI中的一种通信接口与灯具主控IC连接，实施色彩空间管理，所述色彩校正IC还通过I2C总线与EEPROM存储芯片连接，将校正数据存储于EEPROM内，所述色彩校正IC具备以下功能：1)存储设有色彩空间校正软件的电脑发送的灯具各基色原始亮色数据，以及指定的目标色彩空间数据，还可存储色温曲线色坐标列表及不同色温点各基色配比系数表；2)响应灯具主控IC的色彩校正指令，采用最大亮度算法对输入的各基色原始灰阶数据进行色度运算，返回校正后的各基色灰阶数据给灯具主控IC；3)响应灯具主控IC的色温校正指令，采用最大亮度算法或最优显色指数算法对输入的相关色温(Correlated ColourTemperature，缩略词为CCT)值进行色度运算或查表，返回校正后的各基色配比系数给灯具主控IC；4)响应灯具主控IC的标准预置色点校正指令，对输入的预置色坐标进行色度运算，返回各基色配比系数给灯具主控IC。
所述设有色彩空间校正软件的电脑通过三刺激值测量模块返回的XYZ三刺激值和当前的减光倍数进行计算，得到色坐标和照度值，所述设有色彩空间校正软件的电脑还通过人机交互界面指定统一的多基色目标色彩空间发送色彩校正IC，实现全色彩空间的色彩一致性，还通过人机交互界面指定统一的RGB目标色彩空间发送色彩校正IC，实现多基色灯具的红-绿-蓝(Red-Green-Blue，缩略词为RGB)颜色模型、色调－饱和度－强度(Hue-Saturation-Intensity，缩略词为HSI)颜色模型。
所述设有色彩空间校正软件的电脑通过光谱测量模块返回的光谱数据和当前的减光倍数进行计算，得到色坐标和照度值，所述设有色彩空间校正软件的电脑还通过人机交互界面指定统一的多基色目标色彩空间发送色彩校正IC，实现全色彩空间的色彩一致性，还通过人机交互界面指定统一的RGB目标色彩空间发送色彩校正IC，实现多基色灯具的RGB颜色模型、HSI颜色模型。
本发明的校正装置技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述可见光谱均匀漫反射光罩是内壁喷涂可见光谱均匀漫反射涂层的球形空心光罩，半球形空心光罩、类半球形空心光罩中的一种。
所述可见光谱均匀漫反射光罩设有测量孔，所述测量孔是所述测量仪的进光口。
所述测量孔内侧设有避免光线直射入测量仪的进光口的遮光板，所述遮光板的双面喷涂可见光谱均匀漫反射涂层。
所述程控减光镜组包括减光镜和控制旋转减光镜进出测量仪测量窗口的电机，所述电机由设有色彩空间校正软件的电脑发送指令控制旋转，驱动减光镜进出测量仪测量窗口，调整减光倍数，以加大测量动态范围。
所述LED多基色灯具是LED至少四种基色灯具。
本发明的LED多基色灯具的色彩空间管理方法技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种LED多基色灯具的色彩空间管理方法，采用上述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置。
这种LED多基色灯具的色彩空间管理方法的特点是：
由设有色彩空间校正软件的电脑控制测量装置全自动完成灯具各基色的原始亮色测量、校正数据计算，以及校正数据写入色彩校正IC，依次有以下步骤：
1)抽样若干颗样灯；
2)将测量仪进光口固定连接在可见光谱均匀漫反射光罩测量孔处，取一颗样灯，光罩进光口完全覆盖灯具出光口上，灯具上电，通过485接口连接灯具通信模块，灯具通信模块通过USB接口与设有色彩空间校正软件的电脑连接；
3)在色彩空间校正软件人机交互界面，建立待校正灯具的通道模型，定义灯具DMX起始地址、各通道名称、序号，是否基色通道；
4)进入学习界面，依次按最高灰阶点亮当前连接灯具的各个基色，同时依次采集各基色原始照度与色坐标数据，直至该灯具的全部基色数据采集完成；
5)重复步骤3)，采集全部样灯的原始亮色数据；
6)每颗样灯的各基色色坐标组成一个色彩空间多边形，在全部样灯的原始色彩空间多边形的重合区域内，选取新的目标基色点，形成目标色彩空间多边形，并设定各基色色差阈值，完成目标色彩空间的设定；
7)进入校正界面，开始逐颗样灯进行自动校正，完成色彩空间的校正。
所述步骤7)的色彩空间校正包括以下分步骤：
7·1)色彩空间校正软件发送RDM指令给灯具，读回灯具UID编号与色彩校正IC版本号；
7·2)色彩空间校正软件发送DMX 512协议控制指令，用最高灰阶点亮灯具第一基色；
7·3)色彩空间校正软件给三刺激值测量模块、光谱测量模块发送测量指令，测量第一基色的照度与色坐标；
7·4)重复分步骤7·2)、7·3)，直至完成该灯具所有基色测量；
7·5)色彩空间校正软件逐一检查目标色彩空间各基色坐标是否均位于当前灯具的原始色彩多边形区域内，如有至少一个目标基色坐标超出原始色彩多边形区域，色彩空间校正软件报错，在界面上给出校正失败，以及不满足校正条件的基色提示信息；
7·6)如目标色彩空间完全位于原始色彩多边形区域内，色彩空间校正软件用RDM协议给灯具主控IC发送各基色原始亮色数据、各基色目标亮色数据、RGB目标亮色数据，以及色温校正数据，且由灯具主控IC转发至色彩校正IC；
7·7)数据发送完成后，色彩空间校正软件用RDM协议给灯具主控IC发送“打开校正”指令；
7·8)色彩空间校正软件依次以最高灰阶点亮各基色，控制测量装置依次测量校正后各基色照度与色坐标，计算实测色坐标与目标色坐标的色差，判断是否超出色差阈值，完成逐颗样灯的色彩空间的自动校正。
所述分步骤7·6)包括以下子步骤：
7·6·1)色彩空间校正软件发送RDM设置参数控制指令<SET_COMMAND>，将校正数据发送至灯具主控IC；
7·6·2)灯具主控IC给色彩空间校正软件回复RDM设置参数控制指令<SET_COMMAND_RESPONSE>指令；
7·6·3)灯具主控IC同时用串口指令转发校正数据包至色彩校正IC；
7·6·4)色彩校正IC用串口指令给灯具主控IC发送回复数据包，如此回复数据包的校验码正确，灯具主控IC先暂存此回复数据包；如此回复数据包的校验码错误,灯具主控IC清除此回复数据包中的数据，将数据长度字段设为0；
7·6·5)色彩空间校正软件给灯具主控IC发送RDM信息收集控制指令<GET_COMMAND>；
7·6·6)所述灯具主控IC回复RDM信息收集控制指令<GET_COMMAND_RESPONSE>，将子步骤7·6·4)暂存的回复数据包回复给色彩空间校正软件；
7·6·7)如色彩空间校正软件检验回复数据包的校验码无误，本次校正数据包发送成功；
7·6·8)重复子步骤7·6·1)～7·6·7)，直至所有校正数据发送完成。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明提供了多基色灯具色彩的全色域校正与色温校正的量产解决方案，将色彩校正IC植入灯具内实时完成色彩校正的运算，测量装置采用测量仪加光罩的结构，更加适合导入产线实现批量校正。在批量作业阶段各组件全自动完成校正工序，对操作人员要求低，效率高，准确度高，不确定性小，克服了现有技术只能保障有限的若干色温点或预制标准色点的一致，无法保障全色彩空间的一致性的缺陷。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的装置组成方框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
一种LED五基色灯具的色彩空间管理装置，包括测量装置、灯具通信模块、以及设有色彩空间校正软件的电脑，设有色彩空间校正软件的电脑采用远程设备管理(RemoteDevice Management，缩略词为RDM)协议与设有灯具主控IC、色彩校正IC和通信接口的待校正灯具通信实施包括色彩空间的设定与校正的色彩空间管理。
测量装置包括测量仪，以及内壁喷涂可见光谱均匀漫反射涂层的类半球形空心光罩，测量仪由测量和返回的原始数据为XYZ三刺激值的三刺激值测量模块、包括减光镜和控制旋转减光镜进出测量仪测量窗口的电机的程控减光镜组，以及通信模块组成。
测量仪通过USB接口与设有色彩空间校正软件的电脑连接，类半球形空心光罩设有测量孔，测量孔是测量仪的进光口，测量孔内侧设有避免光线直射入测量仪的进光口的遮光板，遮光板的双面喷涂可见光谱均匀漫反射涂层。类半球形空心光罩用于解决测量仪测量时外部环境光的屏蔽，以及灯具各像素单元与各基色单元充分混光的问题。
电机由设有色彩空间校正软件的电脑发送指令控制旋转，驱动减光镜进出测量仪测量窗口，调整减光倍数，以加大测量动态范围。
设有色彩空间校正软件的电脑控制测量装置全自动完成灯具各基色的原始亮色测量、校正数据计算，以及校正数据写入色彩校正IC。包括通过三刺激值测量模块返回的XYZ三刺激值和当前的减光倍数进行计算，得到色坐标和照度值、通过人机交互界面指定统一的多基色目标色彩空间发送色彩校正IC，实现全色彩空间的色彩一致性，以及通过人机交互界面指定统一的RGB目标色彩空间发送色彩校正IC，实现多基色灯具的RGB颜色模型、HSI颜色模型。
灯具通信模块是一虚拟的串口设备，通过USB接口与设有色彩空间校正软件的电脑连接，将电脑USB接口输出的色彩空间校正软件串口信号转换为485接口的采用DMX 512协议或者采用RDM协议的信号发送灯具，并将485接口接收的RDM响应数据包转换为串口数据发送电脑。
色彩校正IC采用深圳中科维优公司出品的型号为MT5001的色彩校正IC，内置可写入校正数据的色彩空间校正与管理算法软件，通过UART、I2C、SPI中的一种通信接口与灯具主控IC连接，实施色彩空间管理，色彩校正IC还通过I2C总线与EEPROM存储芯片连接，将校正数据存储于EEPROM内，色彩空间校正和色温校正均采用最大亮度算法。
本具体实施方式的管理方法依次有以下步骤：
1)抽样若干颗样灯；
2)将测量仪进光口固定连接在可见光谱均匀漫反射光罩测量孔处，取一颗样灯，光罩进光口完全覆盖灯具出光口上，灯具上电，通过485接口连接灯具通信模块，灯具通信模块通过USB接口与设有色彩空间校正软件的电脑连接；
3)在色彩空间校正软件人机交互界面，建立待校正灯具的通道模型，定义灯具DMX起始地址、各通道名称、序号，是否基色通道；
4)进入学习界面，依次按最高灰阶点亮当前连接灯具的各个基色，同时依次采集各基色原始照度与色坐标数据，直至该灯具的全部基色数据采集完成；
5)重复步骤3)，采集全部样灯的原始亮色数据；
6)每颗样灯的各基色色坐标组成一个色彩空间多边形，在全部样灯的原始色彩空间多边形的重合区域内，选取新的目标基色点，形成目标色彩空间多边形，并设定各基色色差阈值，完成目标色彩空间的设定；
7)进入校正界面，开始逐颗样灯进行自动校正，完成色彩空间的校正，包括以下分步骤：
7·1)色彩空间校正软件发送RDM指令给灯具，读回灯具UID编号与色彩校正IC版本号；
7·2)色彩空间校正软件发送DMX 512协议控制指令，用最高灰阶点亮灯具第一基色；
7·3)色彩空间校正软件给三刺激值测量模块、光谱测量模块发送测量指令，测量第一基色的照度与色坐标；
7·4)重复分步骤7·2)、7·3)，直至完成该灯具所有基色测量；
7·5)色彩空间校正软件逐一检查目标色彩空间各基色坐标是否均位于当前灯具的原始色彩多边形区域内，如有至少一个目标基色坐标超出原始色彩多边形区域，色彩空间校正软件报错，在界面上给出校正失败，以及不满足校正条件的基色提示信息；
7·6)如目标色彩空间完全位于原始色彩多边形区域内，色彩空间校正软件用RDM协议给灯具主控IC发送各基色原始亮色数据、各基色目标亮色数据、RGB目标亮色数据，以及色温校正数据，且由灯具主控IC转发至色彩校正IC，包括以下子步骤：
7·6·1)色彩空间校正软件发送RDM设置参数控制指令<SET_COMMAND>，将校正数据发送至灯具主控IC；
7·6·2)灯具主控IC给色彩空间校正软件回复RDM设置参数控制指令<SET_COMMAND_RESPONSE>指令；
7·6·3)灯具主控IC同时用串口指令转发校正数据包至色彩校正IC；
7·6·4)色彩校正IC用串口指令给灯具主控IC发送回复数据包，如此回复数据包的校验码正确，灯具主控IC先暂存此回复数据包；如此回复数据包的校验码错误,灯具主控IC清除此回复数据包中的数据，将数据长度字段设为0；
7·6·5)色彩空间校正软件给灯具主控IC发送RDM信息收集控制指令<GET_COMMAND>；
7·6·6)所述灯具主控IC回复RDM信息收集控制指令<GET_COMMAND_RESPONSE>，将子步骤7·6·4)暂存的回复数据包回复给色彩空间校正软件；
7·6·7)如色彩空间校正软件检验回复数据包的校验码无误，本次校正数据包发送成功；
7·6·8)重复子步骤7·6·1)～7·6·7)，直至所有校正数据发送完成。
7·7)数据发送完成后，色彩空间校正软件用RDM协议给灯具主控IC发送“打开校正”指令；
7·8)色彩空间校正软件依次以最高灰阶点亮各基色，控制测量装置依次测量校正后各基色照度与色坐标，计算实测色坐标与目标色坐标的色差，判断是否超出色差阈值，完成逐颗样灯的色彩空间的自动校正。
校正过程中的RDM协议设置如下：
波特率：250000；
数据位：8bit；
校验位：无；
停止位：2bit。
下发校正数据时，采用的RDM指令PID为0x84E0。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种LED多基色灯具的色彩空间管理装置，包括待校正的LED灯具、设置在该灯具中且包含灯具主控IC和通信接口模块在内的主控电路、对所述LED灯具中多个基色光源的包括照度值及色坐标在内的亮色数据进行测量的测量装置、带有色彩空间校正软件的电脑和连接于所述通信接口模块与电脑之间的灯具通信模块，所述测量装置将测得的所述亮色数据传送给所述的电脑，其特征在于：在所述主控电路上还设有一个通过所述灯具主控IC以同类型众多灯具共同遵守的目标色彩空间的目标亮色数据为基准对该灯具进行校正的色彩校正IC，经色彩校正IC校正后，该灯具的原始色彩空间被所述目标色彩空间替代。
2.根据权利要求1所述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其特征在于：所述原始色彩空间包括的原始亮色数据为所述灯具中各原始基色光源在最高灰阶点亮时对应的原始色坐标与原始照度值，该原始色彩空间为其各原始基色的原始色坐标的连线围合构成在色域图上的多边形，该灯具所能显现的全部色彩均位于该多边形内；所述目标色彩空间为在众多同类型灯具的各原始色彩空间重合区域内选定的与该灯具原始基色数量相同的各目标基色的目标色坐标的连线围合构成在色域图上的多边形。
3.根据权利要求2所述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其特征在于：所述色彩校正IC内置可写入校正数据的色彩空间校正与管理算法软件，其通过UART、I2C、SPI中的一种通信接口与所述灯具主控IC连接；所述校正数据为所述的原始亮色数据和目标亮色数据。
4.根据权利要求3所述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其特征在于：所述色彩校正IC还通过I2C总线与设置在灯具灯板上的EEPROM连接并将所述的校正数据存储在该EEPROM内并优先调取在先存储在该EEPROM内的校正数据对该灯具进行校正。
5.根据权利要求1所述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其特征在于：所述目标亮色数据包括用来对该灯具各原始基色进行校正的目标基色的目标照度值、目标色坐标以及可使灯具以RGB颜色模型或HSI颜色模型显现色彩的RGB目标色彩空间。
6.根据权利要求1所述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其特征在于：所述测量装置中的用以接收所述灯具发出的光线的光罩的内壁设有可将其所接收到的灯具各像素与各基色单元发出的光线进行混光的可见光谱均匀漫反射涂层。
7.根据权利要求6所述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其特征在于：在所述光罩内的进光口近旁设有可壁免由进光口射入光罩内的光线直射设置于光罩内后侧的测光仪中的遮光板，在该遮光板的前后两面喷涂有可见光谱均匀漫反射涂层。
8.根据权利要求1－6所述的LED多基色灯具的色彩空间管理装置，其特征在于：所述灯具具有至少四种基色发光的LED光源。
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