CN117803890A - 多色混光方案 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多色混光方法，包括对标准品进行色品坐标采集以获得目标混光的目标色品坐标集；分别确定待混光的多种色光中的每一种在可见光范围内每个波长的实际辐射功率；分别针对待混光的多种色光中的每一种给定功率系数，以求出每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值，其中功率系数的和被归一化；基于每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值来计算光谱的三刺激值，其中三刺激值与目标色品坐标相关联；针对从色品坐标集中检取的每个目标色品坐标计算功率系数；以及基于计算出的功率系数对待混光的多种色光进行混光以获得多色混光。

Description

多色混光方案

技术领域

本申请大体上涉及多色混光方案，并且更具体地涉及三色混光方案，作为示例，其中三色混光可以为CWG混光。

背景技术

光学三原色(RGB)是指红(R)、绿(G)、蓝(B)。图1是由国际照明委员会(CIE)制定的CIE色品图，其中横轴x坐标是R的比例，纵轴y坐标是G的比例，代表B的比例的z坐标可由x+y+z＝1计算出。色温则是表示光线中包含颜色成分的一个计量单位。当加热到一定的温度，黑体发出的光所含的光谱成分，就称为这一温度下的色温，计量单位为“K”(开尔文)。

随着科技的发展，传统单色光源的LED已经不能够满足消费者的需求，于是调光调色的LED产品随之出现。当前调光调色的LED产品基于两种方案：(1)RGB三原色混光；(2)暖白光混光(以下简称CW混光)。

对于RGB三原色混光，根据三原色混光原理，R、G、B可以混出三原色色域内的任意颜色的光色，其色品坐标将会在色品图上由R、G、B对应的波长连线所组成的三角形区域范围内。

然而，由于人眼明视觉函数在R(红)光和B(蓝)光处具有极值，以致于R光和B光光效非常低，混合出来的色光亮度不够。再者，R、G、B均为单波长光色，其颜色比较鲜明，混光时会出现局部偏红，偏蓝，偏绿的问题，即混光不均匀，局部会表现出单波长的色品。除此之外，不同批次的R、G、B单色光源，其波长不是固定的，而是在一定的范围内波动，因此当以相同的比例进行混光，由于单色光的波长波动，其混光的光色的色品坐标变化较大，出现光色不一致的问题。

对于CW混光，LED产品由高低色温两路光源组成，驱动器对高低色温两路光源进行单独控制，在其总功率不变的情况下调整高低色温两路光源中电流的分配比例(即功率系数)。低色温光源满功率使用时(高色温功率为0)，光色表现为低色温；高色温满功率使用时(低色温功率为0)，光色表现为高色温；高低色温各50％功率使用时，光色表现为混合中间色。高低色温两路光源在以不同的电流分配比例使用时，所表现出来的光色将会在最高色温和最低色温之间波动。

CW混光的色品坐标将会在高低色温色品坐标的连线上移动，高低色温功率系数不一样，只会改变色品坐标在线段上的位置是靠近高色温还是低色温，因此CW混光的色域非常小，高低色温色品坐标的连线以外的光色将无法混合。除此之外，当高低色温两路光源模块的色温限值不一致时，由于其混光的色品坐标始终只会在对应的高低色温色品坐标连线上面移动，所以其混光的色品坐标受到起始和终止的高低色温色品坐标限制。由于不同批次的CW混光产品的高低色温会出现波动，起始和终止的高低色温不同，即使按照相同的功率系数进行混光，混光的色品坐标也不同，从而导致光色不一致。

例如，参见图2，曲线为普朗克黑体(下文也称为黑体)轨迹(目标混光的色品)，直线为2700K-5700K混光曲线。CW混光的色品坐标仅在该连线上移动，并且不会超出2700K和5700K的色品坐标。从该色品图可以看出该连线与普朗克黑体轨迹无法重合，因而无法获得理想的目标混光。并且，该连线受到起始和终止的高低色温色品坐标的限制。不同的起始和终止的高低色温形成不同的色品坐标连线，因此即使按照相同的功率系数进行混光，其色品坐标也不一致，从而导致光色不一致。

因此，现在需要一种新的混光技术，可以解决当前RGB三原色混光和CW混光中无法克服的问题：(1)不同的混光产品在相同的色温的情况下光色不一致；(2)混光产品光效低的问题；(3)混光产品色域低的问题；(4)相同的混光产品在不同的高低色温的情况下光色不一致问题。

发明内容

本公开提供了一种多色混光方法，包括：a)对标准品进行色品坐标采集以获得目标混光的目标色品坐标集；b)分别确定待混光的多种色光中的每一种在可见光范围内每个波长的实际辐射功率；c)分别针对待混光的多种色光中的每一种给定功率系数，以求出每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值，其中功率系数的和被归一化；d)基于每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值来计算光谱的三刺激值，其中三刺激值与目标色品坐标相关联；e)针对从色品坐标集中检取的每个目标色品坐标计算功率系数；以及f)基于计算出的功率系数对待混光的多种色光进行混光以获得多色混光。

本公开还提供了一种多色混光装置，包括：色品坐标采集模块，色品坐标采集模块被配置为对标准品进行色品坐标采集以获得目标混光的目标色品坐标集；功率检测模块，功率检测模块被配置为分别确定待混光的多种色光中的每一种在可见光范围内每个波长的实际辐射功率；加权平均值计算模块，加权平均值计算模块被配置为分别针对待混光的多种色光中的每一种给定功率系数，以求出每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值，其中功率系数的和被归一化；三刺激值计算模块，三刺激值计算模块被配置为基于每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值来计算目标混光光谱的三刺激值，其中三刺激值与目标色品坐标相关联；功率系数计算模块，功率系数计算模块被配置为针对从色品坐标集中检取的每个目标色品坐标计算功率系数；以及混光模块，混光模块被配置为基于计算出的功率系数对待混光的多种色光进行混光以获得多色混光。

本公开还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在由处理器执行时实现本公开的多色混光方法。

装置。

下面描述本公开的实施例。

附图说明

图1是400nm-700nm光谱轨迹的由国际照明委员会(CIE)制定的CIE色品图。

图2是根据现有技术的CW混光技术的色品图。

图3是根据本公开的实施例的混光方法的流程图。

图4是根据本公开的实施例的混光方法获得的目标混光的色品图。

具体实施方式

为了提高混光色域并且解决光色不一致问题，本公开提供了一种多色混光方法。在实施例中，多色混光为CWG混光，其中C为高低色温中的高色温白光，W为高低色温中的低色温白光并且G为单色绿光。更具体地，C＝12000K白光，W＝1800K白光并且G＝520nm的绿光。但是应当理解，本公开所述的多色混光方案不局限于CWG混光，而可以是任意多种白光或单色光的组合，只要目标混光的色品坐标在混光所形成的色域之内即可。

图3是根据本公开的实施例的混光方法的流程图。将以上述设定的CWG混光对该混光方法进行具体阐述。应当理解，该方法和方法中所出现的数据仅为示例性的，并且不旨在限制本公开的范围。

在步骤301处，对标准品进行色品坐标采集以获得目标混光的目标色品坐标集。具体地，利用光学设备对标准品按一定的色温间隔进行色品坐标采集，并记录数据以供后续。

在实施例中，标准品是普朗克黑体，因为普朗克黑体是在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射(吸收比为1)的物体，是作为热辐射研究的标准物体。还可以选择其他物体作为目标混光的标准品。进而在实施例中，普朗克黑体轨迹即为本公开的方法所需要的目标色品坐标集，其具体数据参见《辐射度光度与色度及其测量》(编著：金伟其、胡威捷)的附表2-15。附表2-15在具体实施方式部分的最后示出。

在实施例中，对标准品按50K的色温间隔进行色品坐标采集。在其他实施例中，还可以对标准品按更小或更大的色温间隔进行色品坐标采集。值得注意的是，色温间隔越小，目标色品坐标集越详细和准确，所获得的混光就与目标混光越接近。

在步骤303处，分别确定待混光的多种色光中的每一种在可见光范围内每个波长的实际辐射功率。在一些实施例中，可以分别确定待混光的多种色光中的每一种在相同功率情况下在可见光范围内每个波长的实际辐射功率。替代地，也可以分别确定待混光的多种色光中的每一种在不同功率情况下在可见光范围内每个波长的实际辐射功率。

在实施例中，对选定的CWG光的光谱进行分析，记录CWG光在可见光范围(380nm-780nm)内的实际辐射功率。其中Pc380为C光在380nm时的辐射功率，同理Pc381为C光在381nm时的辐射功率，Pc382为C光在382nm时的辐射功率，…以此类推，Pc780为C光在780nm时的辐射功率；Pw380为W光在380nm时的辐射功率,同理Pw381为W光在381nm时的辐射功率，Pw382为W光在382nm时的辐射功率，…以此类推，Pw780为W光在780nm时的辐射功率；Pg380为G光在380nm时的辐射功率，同理Pg381为G光在381nm时的辐射功率，Pg382为G光在382nm时的辐射功率，…以此类推，Pg780为G光在780nm时的辐射功率。

在步骤305处，分别针对待混光的多种色光中的每一种给定功率系数，以求出每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值，其中功率系数的和被归一化。在实施例中，分别针对待混光的CWG光给定功率系数a、b和c。由于混光产品具有确定的目标功率，分别用于C光、W光和G光的功率之和应当等于目标功率。因此，功率系数a、b和c可以被归一化为a+b+c＝1。

因此，每个波长的辐射功率加权平均值可以表示为：

P380＝a*Pc380+b*Pw380+c*Pg380 式1

P381＝a*Pc381+b*Pw381+c*Pg381

P382＝a*Pc382+b*Pw382+c*Pg382

…

P780＝a*Pc780+b*Pw780+c*Pg780。

在步骤307处，基于每个波长下的待混光的多种色光的辐射功率加权平均值来计算光谱的三刺激值，其中三刺激值与目标色品坐标相关联。具体地，根据三色刺激值计算光谱的三刺激值X0、Y0、Z0。

因此，三刺激值X0、Y0、Z0可以表示为：

X0＝P380*x380+P381*x381+P382*x382+…+P780*x780 式2

Y0＝P380*y380+P381*y381+P382*y382+…+P780*y780 式3

Z0＝ P380*z380+ P381*z381+ P382*z382+…+ P780*z780 式4

其中，三色刺激值是指x刺激值、y刺激值和z刺激值。具体地，x380为380nm波长下的x刺激值,y380为380nm波长下的y刺激值,并且z380为380nm波长的z刺激值。并且以此类推x381为381nm波长下的x刺激值,y381为381nm波长下的y刺激值,并且z381为381nm波长的z刺激值…，以此类推，x780为780nm波长下的x刺激值,y780为780nm波长下的y刺激值,并且z780为780nm波长的z刺激值。

三色刺激值的具体数值具体请参见《辐射度光度与色度及其测量》(编著：金伟其、胡威捷)的附表2-2：1931CIE系数标准色度观察者光谱三刺激值。附表2-2在具体实施方式部分的最后示出。

根据式2-式4，目标色品坐标(x,y)可以表示为：

x＝ X0/( X0+ Y0+ Z0) 式5

y＝ Y0/( X0+ Y0+ Z0) 式6

z＝ Z0/( X0+ Y0+ Z0) 式7

由于在色品图中，表示R的比例的x坐标，表示G的比例的y坐标和表示B的比例的z坐标的和为1，即x+y+z＝1。因此式7还可以表示为：

1-x-y ＝ Z0/( X0+ Y0+ Z0) 式7也就是说，功率系数a、b和c是在步骤301中采集的x和y的函数，可以表示为：

x＝f(a,b,c) 式8

y＝g(a,b,c) 式9

又因为a+b+c＝1，所以式8和式9还可以表示为：

x＝f(a,b) 式8

y＝g(a,b) 式9

在步骤309处，针对从色品坐标集中检取的每个目标色品坐标计算功率系数。也就是说，根据式1-式9，对于给定的x和y，存在唯一解a和b，进而存在唯一解c＝1-a-b。

在该实施例中，最低色温为1800K，最高色温为12000K，因此参考附表2-15，针对相应色温下黑体轨迹上的x和y值(目标色品坐标)，计算相应色温下的目标色品坐标的相应功率系数a、b和c。

在步骤311处，基于计算出的功率系数对待混光的多种色光进行混光以获得多色混光。具体地，基于针对不同目标色品坐标计算的CWG光的功率比例a、b和c，当选择具有目标色品坐标的色光时，就会以与该混光相对应的功率系数对C光、W光和G光进行混光，从而获得CWG混光。

图4是根据本公开的实施例的混光方法获得的三色混光的色品图。如前文所述，在色品图中，每个色品坐标表示该色点的RGB色光的比例，因此，色品图中两个色点越接近，这两个色点的RGB色光的比例就越接近，这两个色点的光色就越接近，在本文中称之为“光色一致性”。

在图4中，点A对应于色温值为12000K的高色温C光的色品坐标，点B对应于520nm的绿光的色品坐标，点C对应于1800K的低色温W光的色品坐标。以长虚线表示的弧线是黑体轨迹线，即为目标混光的目标色品坐标集合。

传统的CW混光的色域非常小，只能在AC坐标连线上面移动。而本公开的CWG混光方法得到的色域是在CW混光的基础上再混入G光，因此色域为△ABC，这相比于CW混光极大地提高了的混光色域。

进一步地，对于选定的目标混光的目标色品坐标，将根据所计算的与之相对应的功率系数首先在AC坐标连线上找到CW混光的坐标点D，连接点B和点D(即在CW混光的基础上再混入G光)的短虚线直线与黑体轨迹线相交所得的点E即为在该功率系数的情况下CWG混光的色品坐标。CW混光得到的色品坐标点D只能在AC坐标连线上滑动而无法与黑体轨迹线相交，因此CW混光与目标混光存在严重的混光不一致问题。相比之下，CWG混光方法准确地找到了与黑体轨迹线的相交点E。相交点E与目标混光的色品坐标更接近，因而该二者的RGB色光的比例就越接近，该二者的光色就越接近。因此相比于CW混光，CWG混光方法解决了混光光色与目标混光光色不一致的问题

此外，由于CWG混光色域是将最低色温与最高色温之间的黑体轨迹线涵盖在内的三角形，因此CWG混光色域中必定存在黑体轨迹线上的目标混光的色品坐标，因此对于不同高低色温的光进行混光的不同产品系列，其混光色域中必定存在黑体轨迹线上的目标混光的色品坐标。也就是说，不同产品可以得到具有相同或相似色品坐标的相同或相似混光，从而提升不同产品混光的光色一致性。

另外，CWG混光还解决了RGB混光亮度低的问题，并且黑体轨迹的光谱比LED光谱更有益于人们的生活，因为黑体轨迹的光谱摒弃了LED光谱中的多蓝光对人类眼睛的伤害。并且由于对功率系数(即CWG光源中电流的分配比例)的精确计算，CWG混光不再是盲目混光、随机混光，而是更精确、更接近目标混光的照明技术，这为照明行业混光提供了新的标准。

上述实施例仅示出了CWG光的三色混光方案。实际上，本公开的技术方案涵盖了三种色光及更多种色光的混光方案，其针对待混合的多种色光中的每一者计算与各个目标混光的目标色品坐标相对应的功率系数，从而获得与目标混光更接近的多色混光，提升混光光色的一致性。多种色光的色温并不局限于特定的数值，只要多种色光的色温中最低色温低于目标混色的色温的最小值，多种色光的色温中最高色温低于目标混色的色温的最大值即可。

本文描述的技术可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现，除非具体描述为以特定方式实现。描述为模块或部件的任何特征也可以一起实现在集成逻辑设备中，或单独实现为离散但可互操作的逻辑设备。如果用软件实现，可以至少部分地通过包括指令的非瞬态处理器可读存储介质来实现该技术，当指令被执行时，执行上述方法中的一个或多个。非瞬态处理器可读数据存储介质可以形成可包括封装材料的计算机程序产品的一部分。程序代码可以用高级过程编程语言或面向对象的编程语言来实现，以便与处理系统通信。如果需要，也可用汇编语言或机器语言来实现程序代码。事实上，本文中所描述的机制不限于任何特定的编程语言的范围。在任何情况下，该语言可以是编译语言或解释语言。

至少一些实施例的一个或多个方面可由存储在机器可读介质上的表示处理器中的各种逻辑的表示性指令来实现，该表示性指令在由机器读取时使得该机器制造用于执行本文中所描述的技术的逻辑。

此类机器可读存储介质可以包括但不限于通过机器或设备制造或形成的物品的非暂态的有形安排，其包括存储介质，诸如：硬盘；任何其他类型的盘，包括软盘、光盘、紧致盘只读存储器(CD-ROM)、紧致盘可重写(CD-RW)以及磁光盘；半导体器件，诸如只读存储器(ROM)、诸如动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)之类的随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；相变存储器(PCM)；磁卡或光卡；或适于存储电子指令的任何其他类型的介质。

上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以对上述示例性实施例作出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，也可以实现合适的结果，那么相应地，这些修改后的其它实施方式也落入权利要求书的保护范围内。

附表一：《辐射度光度与色度及其测量》(编著：金伟其、胡威捷)的附表2-15：黑体轨迹等温线的色品坐标

附表2-15黑体轨迹等温线的色品坐标

附表2：《辐射度光度与色度及其测量》(编著：金伟其、胡威捷)的附表2-2：1931CIE系数标准色度观察者光谱三刺激值

附表2-2CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值

Claims (10)

1.一种多色混光方法，包括：

a)对标准品进行色品坐标采集以获得目标混光的目标色品坐标集；

b)分别确定待混光的多种色光中的每一种在可见光范围内每个波长的实际辐射功率；

c)分别针对所述待混光的多种色光中的每一种给定功率系数，以求出每个波长下的所述待混光的多种色光的辐射功率加权平均值，其中所述功率系数的和被归一化；

d)基于每个波长下的所述待混光的多种色光的辐射功率加权平均值来计算目标混光光谱的三刺激值，其中所述三刺激值与目标色品坐标相关联；

e)针对从所述色品坐标集中检取的每个目标色品坐标计算所述功率系数；以及

f)基于计算出的所述功率系数对所述待混光的多种色光进行混光以获得多色混光。

2.如权利要求1所述的多色混光方法，其中所述多种色光为三种色光。

3.如权利要求2所述的多色混光方法，其中所述标准品为黑体，并且所述目标色品坐标是黑体轨迹。

4.如权利要求2所述的多色混光方法，其中所述待混光的三种色光分别为第一色光、第二色光以及第三色光，并且其中所述第一色光、所述第二色光以及所述第三色光色的色温均不相同。

5.如权利要求4所述的多色混光方法，其中所述第一色光和所述第二色光为白光，第三色光为波长520nm的绿光。

6.如权利要求4所述的多色混光方法，其中所述第一色光、所述第二色光以及所述第三色光的色温中最低的色温低于所述目标混光的色温的最小值，并且所述第一色光、所述第二色光以及所述第三色光的色温中最高的色温高于所述目标混光的色温的最大值。

7.如权利要求1所述的多色混光方法，其中所述待混光的多种色光可以是任意三种白光或单色光的组合。

8.如权利要求1所述的多色混光方法，其中对标准品进行色品坐标采集是以50K甚至更小的色温间隔进行采集的。

9.一种多色混光装置，包括：

色品坐标采集模块，所述色品坐标采集模块被配置为对标准品进行色品坐标采集以获得目标混光的目标色品坐标集；

功率检测模块，所述功率检测模块被配置为分别确定待混光的多种色光中的每一种在可见光范围内每个波长的实际辐射功率；

加权平均值计算模块，所述加权平均值计算模块被配置为分别针对所述待混光的多种色光中的每一种给定功率系数，以求出每个波长下的所述待混光的多种色光的辐射功率加权平均值，其中所述功率系数的和被归一化；

三刺激值计算模块，所述三刺激值计算模块被配置为基于每个波长下的所述待混光的多种色光的辐射功率加权平均值来计算目标混光光谱的三刺激值，其中所述三刺激值与目标色品坐标相关联；

功率系数计算模块，所述功率系数计算模块被配置为针对从所述色品坐标集中检取的每个目标色品坐标计算所述功率系数；以及

混光模块，所述混光模块被配置为基于计算出的所述功率系数对所述待混光的多种色光进行混光以获得多色混光。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的多色混光方法。