TWI473530B - Lighting control method - Google Patents

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    • H05B45/20—Controlling the colour of the light

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)

Description

燈光控制方法
本發明有關於一種燈光控制方法，特關於一種利用三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)來控制燈光的方法。
現今的光源主要僅含有一種發光顏色，並且此等光源可藉由將其開啟或關閉或者將其調暗而加以控制。惟經由不斷研發創新，完整有色光譜的光源已逐漸被發展並應用於日常生活中，並可視待照亮之房間或地點而定，此等種類的光源將能生成幾乎任何顏色及氣氛。然而，該等光源之控制將變得較為複雜，除發光強度或亮度外，顏色態樣亦須加以控制。相關調控技術可參考中華民國專利公開第200625154A號，其揭露利用加速度感測器配合發光裝置之發光技術，惟習知發光亮度及顏色之控制方法仍為複雜。
一種燈光控制方法，係利用三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)解析出XYZ三個座標軸之加速值，並將其對應到RGB顏色值，從而將RGB值轉換為燈光顏色。並利用三軸加速度感應器擷取X、Y、Z三個座標軸方向之加速度值(Ax、Ay、Az)，並利用加速度值來計算出三個座標軸的 速度Vi(i可代換為x、y、z方向)「其中Vi=Vio+Ait、Vi=各方向終速度、Vio=各方向開始速度、Ai=各方向加速度、t=時間」，並取該以下八種方法來控制亮度值的變化。
1.加速度值之平均絕對加速度AA。「其中AA=((｜Ax｜+｜Ay｜+｜Az｜)/3)」
2.向量加速度之純量VA。「其中VA=√(Ax2+Ay2+Az2)」
3.向量加速度純量VA之接續時間點t1、t2的差值DA。「其中DA=VAt2-VAt1、VA=√(Ax2+Ay2+Az2)、t1=時間點一、t2=時間點二」
4.三軸的加速度Ax,Ay,Az之接續時間點t1、t2的差值DAx,DAy,DAz。「其中DAx=Axt2-Axt1、DAy=Ayt2-Ayt1、DAz=Azt2-Azt1」
5.速度值之平均速度AV。「其中AV=((｜Vx｜+｜Vy｜+｜Vz｜)/3)」
6.向量速度之純量VV。「其中VV=√(Vx2+Vy2+Vz2)」
7.向量速度之純量VV之接續時間點t1、t2的差值DV。「其中VV=√(Vx2+Vy2+Vz2)、DV=VVt2-VVt1、t1=時間點一、t2=時間點二」
8.三軸的速度Vx,Vy,Vz之接續時間點t1、t2的差 值DVx,DVy,DVz。「其中DVx=Vxt2-Vxt1、DVy=Vyt2-Vyt1、DVz=Vzt2-Vzt1、t1=時間點一、t2=時間點二」。
如第1圖所示，典型的三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)可在X、Y、Z三個座標方向上感應到加速度(g)，並將其以電子信號方式輸出。目前已知的娛樂型的三軸加速度感應器已經可以量測到±3.00g內的加速度量，例如ADI的ADXL330加速度感應器。本發明說明書所指之三軸加速度感應器即以±2.00g為例，但不限於此。此外，三軸加速度值可以顯示出方向性的特徵。例如；當手持三軸加速度感應器筆直的往右(+X)揮動時，正g的讀數將緊隨著一短負g的讀數出現，同樣的，當手持三軸加速度感應器筆直的往右(-X)揮動時，負g的讀數將緊隨著一短正g的讀數出現。
本發明之其中一方法主要係將三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)解析出X、Y、Z三個座標軸之加速值，對應到R、G、B顏色值，根據不同的情況，係有如表1下列三種實施方式：
在彩色燈光方面，彩色燈光一般係使用RGB色彩資訊，即R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)三原色，所謂原色是指不能透過其他顏色的混合調配而得出的「基本色」。以不同比例將原色混合，可以產生出其他的新顏色。而一個彩色LED燈光要顯示全彩，係至少具有一個紅色(R)LED、一個綠色(G)LED以及一個藍色(B)LED，其中每個RGB值係設定由0至255，其中0為無顏色(無亮度)輸出，即RGB值為0，0，0的話，彩色LED顯示肉眼所見之黑色。
若RGB值為255，255，255的話，彩色LED顯示肉眼所見之白色。本發明所述之彩色LED燈光，係指至少具備有一個紅色LED、一個綠色LED以及一個藍色LED組成之彩色LED，本發明即以LED來當作實施的範例。
在控制方法方面，三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)所擷取的X、Y、Z軸的加速度資料，亦可相對的定義在0至255之間，以與LED燈光之RGB值範圍搭配，本發明對此特別提出一種控制方法，來定義三軸加速度感應器之X、Y、Z與RGB之對應關係。
為了將三軸加速度感應器之X、Y、Z與RGB之對應關係轉化成彩色LED之色彩，本發明係利用X、 Y、Z三軸資料分別控制RGB三色，即X軸資料控制R色，Y軸資料控制G色，Z軸資料控制B色，本發明亦可選擇一特定範圍的三軸加速度感應器之加速度值來對應到特定範圍的RGB顏色值，詳細將如下述。
至於三軸加速度感應器的加速度如何對應到顏色的變化關係，以R(紅色)為例，本發明乃是以三軸加速度感應器的加速度X與RGB值中的R值設定為線性關係，如下所示：(Xu-X)/X-X1=(Ru-R)/(R-R1)其中，R為應變數；X為因變數，係三軸加速度感應器的加速度值，Xu為X的上限，其值設為1g，X1為X的下限，其值設為0g，Ru為紅色的上限其值設為255，R1為紅色的下限其值設為150。則將加速度值X帶入式中即可求得R值。
其他之G值、B值亦仿照上式計算方式可得。
本發明亦可選擇一特定範圍的g力值(即三軸加速度感應器加速度感測之值)，來產生特殊的效果，例如強制顯示某範圍的顏色或亮度，各種情況如下表2：
其中為了控制亮度(brightness)的變化，本發明乃使用八種方法來實現：
亮度變化一：加速度值之平均絕對加速度
平均加速度AA(其中AA=(｜Ax｜+｜Ay｜+｜Az｜)/3)與各方向加速度之差值來指定亮度值的變化，該變異率的規則可定義如下：(AAu-AA)/(AA-AA1)=(Bu-Ba)/(Ba-B1)
AAu為AA的上限其值為0.8g，AA1為AA的下限其值為0.2g，Ba為整體RGB三色的亮度，Bu為Ba的上限其值為80%，B1為Ba的下限其值為20%。
在得出亮度值後將之設定到確定的RGB色度值，首先設定以(197,135,22)這組RGB色度值為對應到亮度值100%的標準值，則亮度值對應到RGB色度值的計算方法為R/197=Ba/100%，G/135=Ba/100%，B/22= Ba/100%，需注意的是若計算出的個別RGB色度值超過255則強制設定為255，如此便可以從Ba值得到一確定而適當之RGB色度值。
亮度變化二：加速度值之向量加速度
其類似於變化一，但不同於平均絕對加速度，本方法藉由計算數學模方(Mathematic Norm)計算出向量加速度VA(Vector Acceleration)。
其中：VA=√(Ax2+Ay2+Az2)」
並使用亮度的範圍來對應到式中(VAu-VA)/(VA-VA1)=(Bu-Ba)/(Ba-B1)
VAu=向量加速度之上限
VA1=向量加速度之下限
亮度變化三：向量加速度之接續時間點的差值
本法使用兩連續資料集之向量加速度差(DA)(Differentiation in Vector Acceleration)來調整亮度。
如果我們在兩個時間點採取加速度值，t1=時間點一
t2=時間點二
在第一時間點的加速度值為：Axt1=第一時間點的X軸加速度值
Ayt1=第一時間點的Y軸加速度值
Azt1=第一時間點的Z軸加速度值
在第二時間點的加速度值為：Axt2=第二時間點的X軸加速度值
Ayt2=第二時間點的Y軸加速度值
Azt2=第二時間點的Z軸加速度值
兩個時間點的向量加速度為：VAt1=√((Axt1)2+(Ayt1)2+(Azt1)2)
VAt2=√((Axt2)2+(Ayt2)2+(Azt2)2)
兩個時間點的向量加速度差：DA=VAt2-VAt1
其亮度範圍對應之方程式為：(DAu-DA)/(DA-DA1)=(Bu-Ba)/(Ba-B1)
DAu=加速度差之上限值
DA1=加速度差之下限值
亮度變化四：三軸的加速度之接續時間點的差值.
其類似於變化三，但不同於使用各三軸的加速度差值DAx,DAy,DAz來調整個別三色RGB的亮度。
兩個時間點的三軸加速度差定為：DAx=Axt2-Axt1=X軸加速度的差值
DAy=Ayt2-Ayt1=Y軸加速度的差值
DAz=Azt2-Azt1=Z軸加速度的差值
可針對各個不同的顏色來調整亮度，來獲得不同的顏色效果。
(DAu-DAx)/(DAx-DA1)=(Bu-Br)/(Br-B1)
(DAu-DAy)/(DAy-DA1)=(Bu-Bg)/(Bg-B1)
(DAu-DAz)/(DAz-DA1)=(Bu-Bb)/(Bb-B1)
DAu=加速度差之上限值
DA1=加速度差之下限值
Br=紅色的亮度值
Bg=綠色的亮度值
Bb=藍色的亮度值
Bu=亮度的上限值
B1=亮度的下限值
如果使用變化一的方法，則亮度值對應到RGB色度值的計算方法為：R/197=Br/100%，G/135=Bg/100%，B/22=Bb/100%。
亮度變化五：速度值之平均速度
從加速度值來計算出速度值，我們可以假設在每個時間點與時間點中間的加速度是常數值(constant)，並且在第一時間點速度歸零。即可以使用運動的常數加速度方程式來計算出速度值。
Vf=Vi+At
Vf=最終速率
Vi=初始速率
A=加速度Ax,Ay,Az
t=時間
如果我們有三個連續時間點的加速度值，例如：t0=0.000秒，Ax=0.00g
t1=0.025秒，Ax=0.01g
t2=0.050秒，Ax=0.52g
t3=0.075秒，Ax=1.13g
假設在t0，速度值歸零，g=9.8m/s2，三個時間點的X軸速度Vxt1,Vxt2,Vxt3計算方式如下：Vxt1=Vxt0+((Ax)*(t))
Vxt1=0.00+((0.01)(9.8)*(0.025))
Vxt1=0.00245m/s
Vxt2=Vxt1+((Ax)*(t))
Vxt2=0.00245+((0.52)(9.8)*(0.025))
Vxt2=0.12985m/s
Vxt3=Vxt2+((Ax)*(t))
Vxt3=0.12985+((1.13)(9.8)*(0.025))
Vxt3=0.4067m/s
獲得各軸之速度後，可取其每個時間點的平均絕對速度來當作亮度值之計算之用
AV=(｜Vx｜+｜Vy｜+｜Vz｜)/3
AV=平均絕對速度
其亮度範圍對應之方程式為： (AVu-AV)/(AV-AV1)=(Bu-Ba)/(Ba-B1)
AVu=平均絕對速度之上限值
AV1=平均絕對速度之下限值
亮度變化六：速度值之向量速度
其類似於變化五，但不同於平均絕對速度，本方法藉由計算數學模方(Mathematic Norm)計算出向量速度VV(Vector Velocity)。
VV=√(Vx2+Vy2+Vz2)
VV=向量速度
其亮度範圍對應之方程式為：(VVu-VV)/(VV-VV1)=(Bu-Ba)/(Ba-B1)
VVu=向量速度之上限值
VV1=向量速度之下限值
亮度變化七：各向量速度之接續時間點的差值
本法使用兩連續資料集之向量速度差(DV) (Differentiation in Vector Velocity)來調整亮度。
假設在兩個時間點我們計算出個三軸的速度值，例如：在第一時間點：Vxt1=X軸的速度值=0.012m/s
Vyt1=Y軸的速度值=0.503m/s
Vzt1=Z軸的速度值=0.111m/s
在第二時間點：Vxt2=X軸的速度值=0.020m/s
Vyt2=Y軸的速度值=1.150m/s
Vzt2=Z軸的速度值=0.412m/s
向量速度差計算為：VVt1=第一時間點的向量速度
VVt1=√((Vxt1)2+(Vyt1)2+(Vzt1)2)
VVt1=√((0.012)2+(0.503)2+(0.111)2)
VVt1=0.515m/s
VVt2=第二時間點的向量速度
VVt2=√((Vxt2)2+(Vyt2)2+(Vzt2)2)
VVt2=√((0.020)2+(1.150)2+(0.412)2)
VVt2=1.222m/s
向量速度差為：DV=VVt2-VVt1
DV=1.222m/s-0.515m/s
DV=0.707m/s
其亮度範圍對應之方程式為：(DVu-DV)/(DV-DV1)=(Bu-Ba)/(Ba-B1)
DVu=向量速度差之上限值
DV1=向量速度差之下限值
亮度變化八：各三軸的速度之接續時間點的差值
其類似於變化七，但不同於使用各三軸的速度差值DVx,DVy,DVz來調整個別三色RGB的亮度。
兩個時間點的三軸速度差定為：DVx=Vxt2-Vxt1=X軸速度的差值
DVy=Vyt2-Vyt1=Y軸速度的差值
DVz=Vzt2-Vzt1=Z軸速度的差值
可針對各個不同的顏色來調整亮度，來獲得不同的顏色效果。
(DVu-DVx)/(DVx-DV1)=(Bu-Br)/(Br-B1)
(DVu-DVy)/(DVy-DV1)=(Bu-Bg)/(Bg-B1)
(DVu-DVz)/(DVz-DV1)=(Bu-Bb)/(Bb-B1)
DVu=速度差之上限值
DV1=速度差之下限值
Br=紅色的亮度值
Bg=綠色的亮度值
Bb=藍色的亮度值
Bu=亮度的上限值
B1=亮度的下限值
如果使用變化一的方法，則亮度值對應到RGB色度值的計算方法為：R/197=Br/100%，G/135=Bg/100%，B/22=Bb/100%，藉由上述之方法’即可利用三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)來控制任何由RGB三色所構成之燈具之顏色與亮度。
本發明雖已藉上述較佳實施例加以詳細說明，惟以上所述者，僅用以說明本發明使熟知本技藝者可更易於了解本發明，並非用來限定本發明實施之範圍。
故，凡依本發明申請專利範圍所述之形狀構造特徵及 精神所為之均等變化與修飾，均應包含於本發明之申請專利範圍內。
100‧‧‧三軸加速度感應器
Ax‧‧‧X軸加速度值
Ay‧‧‧Y軸加速度值
Az‧‧‧Z軸加速度值
第1圖為典型的三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)之一種。
第2圖為實際量測各軸之運動量的感應器配置情形之例示。
100‧‧‧三軸加速度感應器
Ax‧‧‧X軸加速度值
Ay‧‧‧Y軸加速度值
Az‧‧‧Z軸加速度值

Claims (2)

  1. 一種燈光控制方法，係利用三軸加速度感應器(3-axis accelerometer sensor)擷取X、Y、Z三個座標軸方向之加速度值(Ax、Ay、Az)，並利用加速度值來計算出三個座標軸的速度Vi(i可代換為x、y、z方向)；「其中Vi=Vio+Ait、Vi=各方向終速度、Vio=各方向開始速度、Ai=各方向加速度、t=時間」，並依據(Ku-K)/K-K1=(Ju-J)/(J-J1)設定為線性關係，「其中J為應變數，係亮度的範圍值，Ju為J的上限，J1為J的下限；K為因變數，係三軸加速度感應器的加速度值，Ku為K的上限，K1為K的下限」，再取以下八種方法任一種來控制亮度值的變化：A.使用各方向加速度之差值與加速度值之平均絕對加速度AA來指定亮度值的變化，「其中AA=((｜Ax｜+｜Ay｜+｜Az｜)/3)」；B.藉由數學模方(Mathematic Norm)計算出向量加速度VA(Vector Acceleration)，「其中VA=√(Ax2+Ay2+Az2)」；C.使用向量加速度純量VA之接續時間點t1、t2的差值DA(Differentiation in Vector Acceleration)來調整亮度，「其中DA=VAt2-VAt1、VA=√(Ax2+Ay2+Az2)、t1=時間點一、t2=時間點二」；D.使用三軸的加速度Ax,Ay,Az之接續時間點 t1、t2的差值DAx,DAy,DAz來調整個別三色RGB的亮度，「其中兩個時間點的三軸加速度差定為DAx=Axt2-Axt1、DAy=Ayt2-Ayt1、DAz=Azt2-Azt1」；E.從加速度值來計算出速度值之平均速度AV，「其中AV=((｜Vx｜+｜Vy｜+｜Vz｜)/3)」；F.藉由數學模方(Mathematic Norm)計算出向量速度VV(Vector Velocity)，「其中VV=√(Vx2+Vy2+Vz2)」；G.使用向量速度之純量VV之接續時間點t1、t2的差值DV(Differentiation in Vector Velocity)來調整亮度，「其中VV=√(Vx2+Vy2+Vz2)、DV=VVt2-VVt1、t1=時間點一、t2=時間點二」；H.使用三軸的速度Vx,Vy,Vz之接續時間點t1、t2的差值DVx,DVy,DVz來調整個別三色RGB的亮度，「其中DVx=Vxt2-Vxt1、DVy=Vyt2-Vyt1、DVz=Vzt2-Vzt1、t1=時間點一、t2=時間點二」。
  2. 如申請專利範圍第1項之燈光控制方法，其中該三軸加速度感應器所擷取的X、Y、Z軸的加速度資料範圍，可線性的被對應到RGB值之(0,0,0)至(255,255,255)之間。
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