一种灯光影像设备系统的制作方法

本发明涉及影像电子产品领域，具体是一种智能灯光影像设备系统，灯光装置能够与影像设备进行通信及数据交换，同时具有可调光谱，能够根据影像设备拍摄时的对象及所处的区域的光色进行特征识别、分析以及进行相应的灯光光色输出的调整。

背景技术：

随着信息化的深入发展，带有影像功能的电子设备，如数码相机，智能手机，数码摄像机等等，正越来越多的被人们在日常生活中或工作中使用。众所周知，影像设备在工作过程中，灯光的作用非常重要，特别是在光线强度非常低，光色质量非常差，显色性很低的情况下。同时，对于一些创意型的影像工作，也需要特定的灯光来配合达到最终的目的。因此，配合影像设备工作的灯光设备(如闪光灯)的性能对影像内容的表现有着重要的作用，且相应的灯光设备的性能直接影响影像设备输出内容的最终质量。

目前，用于配合数码影像设备的灯光设备普遍采用气体放电管方式来实现，可以实现很高的闪光指数和照度输出。但同时，其也有一些缺点，诸如发光性能不易控制，驱动复杂，耗电量高，光色单一等。即使有的用LED作为光源的设备，其LED光源的光谱也比较单一，且光色调整非常困难，不能够很灵活的调整，如图1所示。以上这些光源装置更不能根据影像设备所拍摄的对象进行智能化的光色调整，其中，1、2、3代表不同色温的白光LED的光谱。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能灯光影像设备系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能灯光影像设备系统，包括影像设备和灯光设备，其特征在于，

所述影影像设备通过机械接口、有线接口或无线接口方式与灯光设备进行数据连接，影像设备包括图像处理与分析部件；

所述灯光设备内置在影像设备中或外置于影像设备；

灯光设备包括设备中枢控制器、LED灯、可编程LED驱动电源和测光传感器，所述测光传感器包括判定被拍摄区域或被拍摄物体及其背景的光色特征的测光元素以及相应新红啊的处理系统，测光传感器将获取的信息发送到中枢控制器，中枢控制器收到的测光信息进行分析且给出推荐使用的灯光输出参数并发送给可编程LED驱动电源；

所述设备中枢控制器接收测光传感器的数据，且通过可编程LED驱动电源控制LED灯。

作为本发明进一步的方案：灯光设备包括的开启电路与开关分别连接设备中枢控制器和灯光设备的数据接口，设备中枢控制器上连分别连接有通信接口、设备电源、可编程LED驱动电源、照明灯光数据部件、传感器接口、灯光设备的数据接口和控制界面，设备电源还连接在可编程LED驱动电源上，可编程LED驱动电源分别连接LED光源上的各路LED，所述LED光源上还连接有散热装置。

作为本发明进一步的方案：所述测光传感器的测光元素为像素点构成的基本测光元素，每一个基本测光元素的内部还包括若干个子元素，若干个子元素分别对应不同波长的光敏感区域，基本测光元素感知在每个子元素所对应的颜色的强度，测光传感器的控制系统判定在每个基本元素区域中的颜色分量以获取光色特征，光色特征包括主色调、色坐标点、饱和度、色温、亮度和照度。

作为本发明进一步的方案：所述LED由至少3种以上不同颜色的LED组成。

作为本发明进一步的方案：所述可编程LED驱动电源通过具有多路输出的驱动电源来控制每种LED灯的发光能量以形成多种颜色，可编程LED驱动电源通过增加或减少每种颜色的LED的数量来改变LED发光源的整体强度或光通量，或可编程LED驱动电源通过改变驱动电源的各路输出功率来改变每路LED的发光强度或光通量。

作为本发明进一步的方案：所示控制界面是数码管、电子纸形式、LCD、OLED部件或不带控制界面的控制按键。

作为本发明进一步的方案：所述LED由单个或多个LED芯片与硅胶和/或荧光粉封装 而成。

作为本发明进一步的方案：所述灯光设备外置在影像设备上或放置于离影像设备一定距离内，且灯光设备与影像设备之间通过有线或无线通信方式进行协同工作。

作为本发明进一步的方案：所述LED灯前方设有为提供控制光线在空间分布的光学透镜和/或光学透镜配合使用的反光罩结构。

作为本发明再进一步的方案：所述灯光设备内置在影像设备中，且灯光设备与影像设备之间通过有线通信方式进行协同工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的灯光装置可以为影像设备工作时提供多种不同的灯光环境，并能够根据拍摄对象的背景区域进行识别，分析以及相应的光色优化；同时结构精简，采用的多颜色混光系统省掉了传统为影像设备工作所需要的各种滤光部件，以及解决了传统影像设备用的灯光设备的光色单一、不易调整等缺点。

附图说明

图1(1)为普通气体放电闪光灯的光谱；

图1(2)为普通白光LED的光谱图；

图2(1)为本发明中设定的目标拍摄区域图；

图2(2)为图2(1)中目标区域的子测光元素示意图；

图3为目标拍摄区域示例风景图；

图4为目标拍摄区域示例风景中任意一点的示意图；

图5为本发明中外置灯光设备的结构框图；

图6(1)为三种不同颜色的LED的光谱图；

图6(2)三种LED光谱在CIE色度图上的色坐标图；

图7多种不同光谱的LED的色坐标在CIE色度图上的位置以及由其构成的多边形色度范围图；

图7(1)为四种LED构成的四边形示意图；

图7(2)为多种LED构成的多边形图；

图8为不同类型的LED封装形式结构图，其中，(1)为单颜色芯片加硅胶封装形式结构图；(2)为单颜色芯片加荧光粉和硅胶封装形式结构图；(3)为多颜色芯片覆盖透明硅胶形式结构图；(4)为多颜色芯片加硅胶透镜形式结构图；(5)为多芯片加荧光粉的COB封装形式结构图；

图9为本发明实施例中灯光设备外置于影像系统的示意图；

图10为本发明实施例中灯光设备外置于手机的示意图；

图11为本发明中内置灯光设备的结构框图；

图12为本发明实施例中灯光设备内置于影像设备的整体结构示意图；

图13为本发明实施例中灯光设备内置于手机的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

智能灯光装置中带有测光传感器，测光传感器是具有一定分辨率的图像传感器，如CMOS或CCD，或者其它类似的能够对外部光进行探测并做出响应的器件。在测光传感器内部，是由许多小的像素点构成的基本测光元素，每一个基本测光元素中，内部还有若干个子元素，一般的数量为三种或者四种，或者更多种，分别对应不同波长的光敏感区域，从而每个基本测光元素可以感知在其中每个子元素所对应的颜色的强度，最终能够判定在每个基本元素区域中，那种颜色分量会有多少，从而判断每个基本元素的光色特征，光色特征包括但不限于主色调、色坐标点、饱和度、色温、显色指数、照度、亮度等。

如图2所示，对于目标区域a-1来说，每个区域会反映到测光传感器芯片上的对应区域；如图2(2)所示，在每个对应区域内部，是由很多子测光元素来对每种光色进行识别和测量，本发明中所用的测光传感器的子元素是由3种颜色组成的，分别对应红(R)、绿 (G)和蓝(B)的部分，这样在每个区域内，例如a区域，在测光传感器上，对应有3组RGB测光传感区域，共9个RGB子像素，通过一定的加权算法，就可以知道在区域a中红、绿、蓝的光色的强度以及整个a区域的主色调及其饱和度、亮度、照度以及白光的色温等光色特征。

以此类推，整个a-1区域，对应在测光传感器整个区域内，根据每个区域的不同光色特征，就可以判定在a-1区域内，各局部以及整体区域的光色特征、主色调等信息；将此信息显示在控制界面上，控制界面可以是显示形式或按键形式，用户就可以根据自己的拍摄对象在区域所处的位置，拍摄对象局部对应的区域的特征，来选择灯光装置的输出特征，输出特征的算法可以有各种形式，如加强此区域的光色、减弱此区域的光色等方式。

如图3所示，目标拍摄区域内的风景，对应在测光传感器的各基本元素内，在每个元素内的子元素可以判断每个区域的光色特征，如主色调、饱和度、亮度等，通过这些信息，用户可以选定一个或多个区域内拍摄对象的特征来分析所选区域的光色特征，然后在确定对该拍摄对象需要采用什么样的灯光，然后控制灯光装置的控制部分来让灯光装置输出所想要的光色以此来达到对拍摄对象的更加生动、形象以及创意性的拍摄。

当然，所选区域可以根据用户的需要来任意的选取，不一定是按照以上矩形的区域来选择，也可以选择整个区域内任意的一点，或者任意的一个其它形状的区域，如图4所示，可以选定一点a作为分析对象，也可以选择不规则的区域b作为分析对象，系统程序会根据用户选定的区域，对区域内的光色进行识别和分析，然后给出用户选定区域内的环境光色特征、用户选定的拍摄模式等，给出推荐使用的灯光输出参数，把这些参数赋予给灯光装置的控制系统，最终在用户对目标区域进行拍摄时，灯光装置将按照设定的参数进行光色输出，让用户在拍摄过程中有更加专业且智能化的灯光环境。

整个灯光装置中，除了测光传感器，为了能够达到上述目的，还需要有其它多个装置，如果灯光装置是外置于影像设备的，如外置闪光灯，系统结构如图5所示。

灯光设备100包括设备中枢控制器160、LED灯(30-230n))、可编程LED驱动电源200和测光传感器170，所述测光传感170器包括判定被拍摄区域或被拍摄物体及其背景 的光色特征的测光元素以及相应新红啊的处理系统，测光传感器将获取的信息发送到中枢控制器160，中枢控制器160收到的测光信息进行分析且给出推荐使用的灯光输出参数并发送给可编程LED驱动电源200；

所述设备中枢控制器160接收测光传感器170的数据，且通过可编程LED驱动电源控制LED灯。

所述灯光设备100具有自己的机械结构110，并且灯光设备100通过相应的机械接口120与影像设备300的机械接口310实现机械固定和连接，当然，在使用的过程中，灯光设备100可以和影像设备300之间在没有机械连接的情况下就进行工作；灯光设备100通过自己的数据接口130与影像设备300相应的数据接口320进行数据交换和控制信号传输，灯光设备100具有自己的开启电路与开关140以负责执行设备中枢控制器160或控制数据接口130的信号，整个灯光设备100的控制和数据处理由设备中枢控制器160来执行，与设备中枢控制器160直接相连的有负责通信的通信接口150，通信方式可以是有线形式的，也可以是无线形式的，如WIFI、蓝牙、红外、无线电等；另外，在设备中枢控制器160上，通过传感器接口170可以接入各种传感器，如温度传感器数据、光电传感器数据等；设备中枢控制器160负责接收并处理来自通信接口150、传感器接口170以及影像设备数据接口130的数据，并执行相应的运算和命令，并将相应的光源执行状态发送给可编程LED驱动电源200，可编程LED驱动电源200将收到的数据转换成可执行信息变成驱动电源的输出参数，并将相应的参数分配到多颜色LED光源230上的各路(各颜色)LED上(从230-1到230-n)，这样，多颜色LED光源230将发出相应的光并在光源腔进行混合，混合光经过光学控制装置240将调整光线在空间的光分布，达到用户需要的光型并输出到影像设备工作所需要的地点来配合影像设备工作。由于LED光源工作时会发出一定的热量，在LED光源上需匹配相应的散热装置220，及时的将产生的热量散发出去来保证设备的可靠性和稳定性，以及产品寿命。

与中枢控制器相连的控制界面180可以将用户需要的数据或信息显示在相应的界面上，相应的界面可以是数码管、电子纸形式、LCD、OLED等形式的显示部件，或是按键 方式的控制部件。

为了提高灯光设备100的灵活性，用户也可以根据自己特定的需要来定义相应的灯光数据，然后将相应的数据输入到照明灯光数据部件210上，数据可以是灯光数据的各种格式，如光谱、色温、颜色、显色性等，照明灯光数据部件210将收到的数据发送给设备中枢控制器160进行解读，然后设备中枢控制器160将收到的数据解读编译后，转换成可工作的参数，并发送给灯光设备中各需要的部分，如可编程LED驱动电源200，让多颜色LED光源230能够发出用户想要的混合光。

在该系统中，供影像设备使用的灯光设备100在工作中所需要的能源由设备自带的设备电源190来提供，设备电源可以是电池形式，也可以是其它类型的储能部件，如电容或直接与市电相连并转换成设备需要的电源形式等。设备电源190不但可以给驱动电源提供电能以使得LED光源发光，而且中枢控制器160所需要的电能也是由设备电源190提供。

另外，在影像设备300中，除了与灯光设备直接相连的机械接口310和数据接口320外，影像设备还有包括图像分析处理部件及程序的330，图像传感器340，以及其它部件350来实现其功能，由于不涉及本发明的范围，对于其详细的结构，这里不再详细的描述。

本发明的LED发光源由至少3种或3种以上不同颜色的LED组成，每种颜色的LED的有其特定的光谱，如图6所示，进而其光谱通过转换可以计算出其相应的色点(即色坐标x，y)，此色点对应在标准的CIE(Commission Intemationale de L′Eclairage)色度图上的一个色坐标点，这样三种不同颜色的LED所对应的色坐标点在CIE色度图上可以构成一个三角形，或者在特殊的情况下三点位于同一直线上，如图4所示，通过具有多路输出的驱动电源来控制每种LED的发光能量，进而可以混合出三角形之内或边上的任何颜色，其色坐标都可以落在三角形之内或边上的任何一点，并且LED发光源的整体强度或光通量可以通过增加或减少每种颜色的LED的数量来改变，也可以通过在一定范围内改变驱动电源的各路输出功率来改变每路LED的发光强度或光通量，最终来改变整个LED光源的发光强度或光通量。

图6(1)为三种不同颜色的LED的光谱图，其光谱的峰值在不同的波长范围内，图 中4、5、6分别为三种不同LED的光谱。

图6(2)三种LED光谱在CIE色度图上的色坐标，其中，A为LED光谱4的色坐标点，B为LED光谱5的色坐标点，C为LED光谱6的色坐标点。

另外，本发明中的LED光源不限于仅用3中颜色的LED，也可以使用四种或四种以上的LED颜色类型同时进行混合，并输出最终混合出的混合光，如图6所示，多于三种颜色类型的LED分别落在CIE色度图的不同位置，其构成一个有一定面积的多边形，经过LED驱动电源对每路进行分别的控制后，整个轮廓内的任何色点都可以或部分的实现，这样由多种颜色的LED混合后的光源的光谱将能够通过改变每一路LED的驱动参数来改变混合光的光谱。

图7为多种不同光谱的LED的色坐标在CIE色度图上的位置以及由其构成的多边形色度范围。其中，(1)为四种LED构成的四边形，其中X1点可以由四种LED经过不同比例的混合得到，进而光源可以发出色坐标在X1位置的光；(2)为多种LED构成的多边形，其中Xm点可以由多种LED经过不同比例的混合得到，进而光源可以发出色坐标在Xm位置的光。

灯光设备中的LED封装形式可以选择不同颜色的单颗芯片(芯片形式可以是直接由半导体材料在真空沉积而成；或先由半导体材料制成的短波长发光芯片，然后在其上覆盖荧光粉后将颜色转换成目标色)，然后将不同颜色的LED芯片进行组装形成模组；也可以使用由不同颜色的LED芯片组成的集成芯片，这样的集成可以保证尺寸紧凑、安装方便等特点；另外，所使用的LED芯片也可以是COB(CHIP-ON-BOARD)形式的芯片，不同颜色的LED芯片放置于同一基板上，然后在上面覆盖相同的或不同的荧光粉以及硅胶来实现特定颜色的发光，具体形式如图8所示。

在LED光源中，为了使灯光设备的亮度等级或光通量等级能够达到一定的水平，每种颜色的LED的数量可以灵活变化，可以通过使用多颗来达到目标要求，或者按照一定的比例来决定所使用的LED的颗数。

通常来说，LED光源工作时，会产生大量的热，为了提高LED光源的性能、可靠性 以及寿命，需要将产生的热及时的通过散热装置散发出去，与LED发光源的光源板紧密相连的是散热装置，散热材料可以是铝散热器、导热塑料或其它类型的散热材料，且材料的机械结构能够保证热很好的传导、对流，如通常设计成散热麒片结构。

另外，因为影像设备工作时都是对特定对象的拍摄或录制，有很强的方向性，这就对光有特定的要求，需要与其协同工作的闪光灯能够与镜头的方向进行匹配，这样的匹配包括但不仅限于与其平行，与其反向、垂直等，更需要闪光灯输出的光形，即配光(光线在空间的分布)，与镜头有一定的相关性，最终保证影像设备能够在特定的灯光环境下拍摄出理想的作品。因此，本发明中LED光源的前方有为提供控制光线在空间分布的光学透镜，紧挨光源板处有反光罩结构，这样光学透镜与反光罩配合作用，可以保证LED光源发出的光经过反光罩和透镜进行作用，如反射、折射等光学作用，从闪光灯发出的光线能够满足在目标空间中对光线分布的要求，最终保证影像设备可以获得理想的灯光条件。当然，也可以使用光学透镜或反光罩二者中的一种来达到对光线的合理控制。另外，除光学透镜或反光罩这两种常用的方式外，也可以通过其它光学控制方式达到对光线的合理控制来满足影像设备的工作需要。

这样，当给各路LED提供不同的电参数后，如电流、电压，频率、幅值等参数后，不同颜色的LED发光后，经过在反光罩与透镜中进行混合后，整个LED光源将发出一种特定的混合光，其具有其特定的光参数，如光谱、光通量、亮度、色温、颜色、显色指数等。

发明中的可编程LED驱动电源负责为LED光源提供电力特性控制，通常来说，影像设备的灯光设备电源来自电池，LED驱动电路通过将设备电源的电能进行转换，输出LED光源需要的电压、电流以及功率等要求，同时，LED驱动满足影像设备对光的强度和颜色进行调节的要求，即，其输出电压、电流、功率、响应时间、响应频率、脉冲强度和频率等都需要满足影像设备对多颜色LED光源的要求，且这些参数还能够与相机想匹配，来达到理想条件下的闪光。为此LED灯光装置提供电力的电源可以有多种形式，如传统的碱性或镍氢电池，也可以是可充电的锂电池或其它形式的电源装置，电池组与LED驱动电源的 输入端相连来协同工作。

可编程LED驱动电源的输出参数直接决定了LED发光源输出的光特性，包括但不限于光强、光通量、显色性、色温、颜色、光谱、色坐标等具体参数，这些参数的改变可以是通过改变每一路LED的输入电流值来改变，也可以是对调光电路的PWM数值(包括频率、占空比、幅值)的改变，或者是其它类似的驱动电路的参数的控制。所有这些控制都是由中央控制电路系统来完成的，在控制电路中，包括核心的中央控制器MCU、数据交换电路、控制参数分配电路、传感器接口电路、无线接口电路以及光输出模式选择部件。控制系统的界面形式可以是按钮式的，也可以是触摸屏式的，或者是遥控器性质的，或者是由传感器来控制的自动控制形式的。

如图9所示，此多颜色LED灯光装置，如闪光灯需与影像设备，如数码相机、手机、或摄像机进行协同工作，因此，发明中的LED外置灯光装置需与影像设备的触发装置及接口连接装置协同工作，遵循相应的技术标准与物理接口尺寸，如数码相机的热靴接口，能够保证影像设备在工作时，本发明的外置LED闪光灯装置可以自动触发并工作，为影像设备提供灯光环境。因此，本发明装置中的自动开启电路以及物理连接端口负责此部分的功能。当然，在使用的过程中，灯光设备可以和影像设备之间在没有机械连接的情况下就进行协同工作，具体形式根据使用的影像设备的类型有一定的调整。

以上各个部分及部件通过此外置灯光设备的机械结构组装在一起，如图10所示，其形式可以多种多样，且LED光源部分的机械结构可灵活调整，如一定的角度调整、上下旋转等机械连接与调整，以保证与影像设备更加协同的工作。

另外，也可以通过无线模块来协同，保证影像设备与此灯光装置进行连接和协同工作。同时，由于外置的闪光灯光设备具有无线模块，多个设备之间可以进行通信以及协同工作，能够在影像设备工作时，通过多个设备的联动创造出用户需要的灯光环境，且由于无线模块的存在，外置的灯光设备可以和影像设备分离，通过无线通信也能够协同工作和触发。

如图9所示，为带有本发明的外置灯光设备的数码相机，系统中，通过数码相机的热靴接口，连接本发明的LED外置灯光设备，通过热靴接口，外置灯光设备与数码相机在工 作时进行联动，用户可以调节灯光设备的模式或光特性，同时通过热靴接口，此灯光设备可以与相机进行数据交换，从而根据用户设定，完成与数码相机的联动，为数码相机提供更加丰富的光环境。当然，在使用的过程中，灯光设备也可以不与数码相机的热靴接口进行机械相连，相应的数据交互可以通过无线的方式来进行，如WIFI、蓝牙、红外等通信方式。

本发明的LED灯光设备也可以用作手机的外置灯光设备，为带有影像功能的手机提供多种光环境，以让手机可以在不同的光环境下获取特定的图像或视频内容。在手机进行影像操作时，此外置的灯光设备可以通过设备上的开关键直接打开，或者是通过感应自动打开，与手机上的影像设备进行相应的模式和参数进行交互及控制，以输出相应的灯光。同时，此外置灯光设备可以通过通信接口和手机的影像功能联动，具体的接口可以通过手机上具备的各种类型有线和无线接口进行通信和联动，如直接通过耳机孔通信和数据交换，或者通过无线方式进行通信、联动以及数据交换，例如通过WIFI或蓝牙的方式进行通信，或者蜂窝网络，如3G、4G等通信模式进行数据交换。

在固定方式上，由于手机没有特定的热靴接口，可以给外置灯光设备安装相应的卡口，通过卡口，将外置灯光设备固定在手机机身上，如图10所示，另外，也可以将此外置灯光设备安装在手机的耳机孔、充电孔或者数据交换孔等方式进行固定和连接。在使用的过程中，此外置灯光设备也可以不与手机进行机械相连与固定，相应的数据交互可以通过无线的方式来进行，如WIFI、蓝牙、红外等通信方式，然后灯光设备在手机影像功能工作时输出相应的灯光环境。

本发明的另外的实施例是此发明的灯光设备可以内置于影像设备中，当带有侧光传感器的灯光装置内置于影像设备时，其整个工作原理如图11的原理图所示，该影像设备通过机械接口、有线接口或无线接口方式与灯光设备进行数据连接，影像设备包括图像处理与分析部件；所述灯光设备内置在影像设备中。如图12所示的内置灯光设备200摄像机100，其工作的原理如图11，其包括影像设备300以及灯光设备200。如图13所示的内置灯光设备300的手机100，其工作原理如图11，手机100包括影像设备200以及灯光设备300。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。