一种多色led实现色度限制的光谱匹配方法
【专利摘要】本发明公开了一种多色LED实现色度限制的光谱匹配方法。在本方法中，首先，通过采样和测量获取各色单颗LED的光谱样本数据；然后，对待匹配光谱和照度进行转换以获得相应的目标光谱辐射亮度分布和绝对三刺激值；最后，采用一种约束型差分进化算法迭代匹配获得对应的LED驱动值。同时，本方法还提供了光谱匹配评价指标、色品差以及照度误差百分比用以对匹配结果进行评价。本发明解决了当前光谱匹配方法存在的不足，能够同时满足实际照明应用对光源色品、照度以及光谱等照明品质方面的需求，并为光源色温和照度的连续可调提供了一种切实有效的实现方法。
【专利说明】
一种多色LED实现色度限制的光谱匹配方法
技术领域
[0001] 本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种多色LED实现色度限制的光谱匹配方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，人们对于低碳、环保和节能意识的不断增强，使得基于LED的新型照明技 术得到了迅速发展。当前，LED已广泛应用到各个领域，如信号指示、照明、生物医疗以及太 阳光模拟器等。其中，在照明应用中，人们往往对光源的色温或色品、照度甚至光谱等照明 指标均有特定的需求，而LED丰富的颜色种类、便捷的调光方式及其光谱分布的窄带特性为 同时满足这些需求提供了可能。因此，通过混合多色LED获得满足特定色品、照度以及光谱 等指标的光源对于照明应用具有十分重要的实际意义。
[0003] 光源光谱作为其本质表征参数决定了光源的色温、色品以及照度等指标，因此通 过混合多色LED精确匹配给定的光源光谱即可满足对其它指标的需求。然而，实际LED颜色 种类及光谱分布的限制均会导致不完美的光谱匹配，从而进一步造成光源色品和照度的不 匹配，而光源色品和照度作为表征照明品质最为重要且简单直接的评价指标需要精确匹 配。为此，本发明公开了一种多色LED实现色度限制的光谱匹配方法，该方法能够在匹配给 定光源色品和照度的条件下实现其光谱差异的最小化。
【发明内容】
[0004] 为了克服已有光谱匹配方法的不足，本发明提供了一种多色LED实现色度限制的 光谱匹配方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种多色LED实现色度限制的光谱匹配方法，包括如下步骤：
[0007] SI: LED光谱样本数据的获取；
[0008] S2:待匹配光谱和照度数据的设置及处理，得到其对应的目标光谱辐射亮度分布 和目标绝对三刺激值；
[0009] S3:采用约束型差分进化算法进行迭代匹配获得与目标光谱辐射亮度分布和目标 绝对三刺激值匹配的各类LED的驱动值；
[0010] S4:对上述驱动值下测量得到的目标光谱辐射亮度分布进行光谱和色度匹配评 价。
[0011] 作为优选，所述步骤S1中LED光谱样本数据的获取过程具体包括以下步骤：
[0012] S101:在各类LED的驱动值动态范围内以一定采样间隔建立LED驱动数据样本，记 为d^，表示第i类LED的第j个驱动数据样本，用行向量将每类LED的驱动数据样本表示为cU = [(1^(1^，. . .，di,max]，其中，di,max表示第i类LED的最大采样驱动值，并将各类LED最大采 样驱动值构成的行向量记为0 111￡?=[(11,111￡?，(12,111 ￡?，...，(111,111￡?]，其中11为]^1)的种类数；
[0013] S102:将步骤S101中的驱动数据样本分别依次驱动点亮各类单颗LED，并等待其发 光稳定；
[0014] S103:在各类单颗LED垂直正下方放置标准灰板或标准白板（以下统称为标准板）， 采用光谱辐射计依次测量获得各类单颗LED点亮稳定时经标准板反射的光谱辐射亮度分布 数据，记为S^(A)，表示第i类单颗LED在驱动值点亮稳定后经标准板反射的光谱辐射亮 度分布，单位为W/(sr · m2 · nm)，λ为可见光波长。
[0015] 作为优选，所述步骤S2中待匹配光谱和照度数据的设置及处理具体包括以下步 骤：
[0016] S201:输入待匹配光谱St(x)，并结合标准板的光谱反射比，依据光度学理论计算st (λ)经标准板反射的光谱StQ(A)，标准板的光谱反射比可通过分光光度计测量获得；
[0017] S202:根据光度学理论计算步骤S201中StQ(X)对应的光亮度Lt0;
[0018] S203:设置待匹配照度Et，单位为lx，并结合步骤S202中的光亮度LtQ，依据光度学 理论计算待匹配光谱和照度对应的目标光谱辐射亮度分布S ta(A);
[0019] S204:根据色度学理论计算步骤S203中Sta(A)对应的目标绝对三刺激值(Xt，Y t， Zt)；
[0020] S205:根据色度学理论计算步骤S204中目标绝对三刺激值对应的目标CIE1976UCS 色品坐标(u/，ν/ )。
[0021] 作为优选，所述步骤S3中色度限制的光谱匹配采用约束型差分进化算法进行迭代 匹配，其具体步骤为：
[0022] S301:根据光照度叠加原理计算多色LED光源中各类LED的等效数量，并用行向量 表示为Nmax = [Nmax, 1，Nmax, 2，…，Nmax, η]，其中η为LE：D的种类数；
[0023] S302:按照下式计算各类LED在采样驱动值均为du打开时的混合光谱辐射亮度分 布Si，j，M(X):
[0024] Si;j)M(A)=Nmax>iSi>j(A) (11)
[0025] 式中Nmax,i为步骤S301中第i类LED的等效数量，Si,j(A)为步骤S103中单颗LED在采 样驱动值为di,j时测量的光谱福射亮度分布；
[0026] S303:通过三次样条插值算法预测各类LED在其驱动值动态范围内任一驱动值时 的光谱福射亮度分布Si,M(X)，gp
[0027] Si，M(X) =spline(di，Si(A)，Di) (12)
[0028] 式中spline表示执行三次样条插值，di为步骤S101中第i类LED采样驱动值构成的 行向量为步骤S302中第i类LED在波长λ处不同采样驱动值的光谱辐射亮度构成的行 向量，Di为第i类LED在其驱动值动态范围内的任一驱动值；
[0029] S304:设置波长匹配范围[心，\2]，即在[心，\2]波长范围内进行光谱匹配；
[0030] S305:定义目标优化函数，将给定色度限制的光谱匹配转换为在满足式(4)的限制 条件下求解式(3)的最小值问题：
[0031]
(13)
[0032] 且
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] 式中Sm(A)表示多色LED的混合光谱，Si,Μ(λ)为第i类LED在其驱动值动态范围内任 一驱动值处的光谱辐射亮度分布，可通过步骤S303获得，D为待求解行向量，向量中各元素 Di表示第i类LED在其驱动值动态范围内任一驱动值，习 A). K/L) j_(A)为CIE1931标准色度 观察者，η为LED的种类数，需要注意的是，该目标函数需在步骤S304中设置的波长匹配范围 内进行计算；
[0037] S306:执行初始化操作，即在0~Dmax间随机生成Np个均匀分布的候选解向量集，记 为015,1=[01人1，02九 1，"_，01^,1]，其中1^表示第1^个候选解向量，且1^={1，2，...，邮}，恥取决 于LED的种类数n，一般Np取为10η或更大值，1代表初始候选解向量集，即第1次迭代时的候 选解向量集，同样将第G次迭代时的候选解向量集记为Dk.GWDuGAn-Ak.G];
[0038] S307:将步骤S306中Np个候选解向量Dk,c分别代入步骤S305中的式(3)和式(4);
[0039] S308:从Np个候选解向量Dk,G中随机选择s个候选解向量，记为Dp,g=[D 1>p,g， 02，口,。厂..，011,卩,。]，其中卩={1，2，...，8};
[0040] S309:根据差分进化算法原理对步骤S308中的S个候选解向量DP,G依次执行变异和 交叉操作，经此操作共获得s个候选解向量UDP, c;
[0041 ] S310:将步骤S309中S个候选解向量UDP,(^V别代入步骤S305中的式(3)和式(4);
[0042] S311:根据步骤S305中的式(3)和式(4)比较步骤S309中s个候选解向量UDP,G以及 步骤S308中s个候选解向量DP,c的计算结果，并用前者最优候选解向量取代后者中与此相比 较差的候选解向量DP, c，同样也对候选解向量集Dk, c中的候选解向量进行取代；
[0043] S312:若步骤S309中s个候选解向量UDP,G的所有最优候选解向量均不满足式(4)， 则将这些最优候选解向量存储，并每隔m次迭代用其随机取代候选解向量集Dk,c中相同数量 的候选解向量，同时确保候选解向量集Dk,c中的最优候选解向量不被取代；
[0044] S313:重复执行步骤S308~S312,直至满足设定的迭代终止条件，即最大迭代次数 Gmax，并将此时获得的最佳解向量记为Dt,end，且t = {1，2，. . .，Nmax}，Nmax为优化执行次数；
[0045] S314:重复执行步骤S306~S313,直至满足设定的优化执行次数Nmax，并根据步骤 S305中的式(3)和式(4)，从Nmax次优化获得的Nmax个最佳解向量Dt, ^中选出最终的最佳解向 量，并将其记为D。, end，即为匹配获得的各类LED的驱动值；
[0046] S315 :将步骤S314中匹配获得的各类LED的驱动值输入到相应的控制软件点亮 LED，并通过光谱辐射计测量光谱辐射亮度分布Stm(A)和CIE1976UCS色品坐标(u/，ν/ )，通 过照度计测量相应的照度Em。
[0047] 作为优选，所述步骤S4中光谱和色度匹配评价具体包括以下步骤：
[0048] S401:采用光谱均方根误差(RMS)、光谱拟合优度(GFC)、p参数等光谱评价指标对
[0049] 光谱匹配结果进行评价，这三个指标的定义分别为式(6)、式(7)和式(8);
[0050]
[0051]
[0052] 式中应步骤S304中的波长匹配范围，N为参与评价波长的数量，Sta(A)为 步骤S203中目标光谱，Stm(A)为步骤S315中的光谱测量值；
[0053] S402:采用CIE1976UCS色品差Δ w评价优化测量出的光源色品与目标色品间的 差异，Aw的定义为
[0054]
(19)
[0055] 式中（u/，ν/)为步骤S205中目标CIE1976UCS色品坐标，（u/，ν/)为步骤S315中 测量的CIE1976UCS色品坐标；
[0056] S403:采用照度误差百分比εΕ对照度匹配结果进行评价，其定义为
[0057]
(20)
[0058] 式中Et为步骤S203中的待匹配照度，Em为步骤S315中的照度测量值。
[0059] 本发明的有益效果是:本发明解决了当前通过混合多色LED实现光源光谱匹配方 法存在的不足，所述方法可在匹配特定光源色品和照度的同时实现光谱差异最小化，可同 时满足实际应用对光源色品、照度以及光谱等照明品质方面的需求。另外，若以不同色温的 黑体辐射光谱和CIE D照明体作为目标光谱，本发明能够为实现光源色温和照度的连续可 调提供一种切实有效的方法。
【附图说明】
[0060] 图1是与CIE标准照明体A对应的目标光谱和匹配测量光谱；
[0061 ]图2是与CIE标准照明体D65对应的目标光谱和匹配测量光谱。
【具体实施方式】
[0062]本发明提供的多色LED实现色度限制的光谱匹配方法，主要包括如下步骤：
[0063] SI: LED光谱样本数据的获取；
[0064] S2:待匹配光谱和照度数据的设置及处理，得到其对应的目标光谱辐射亮度分布 和目标绝对三刺激值；
[0065] S3:采用约束型差分进化算法进行迭代匹配获得与目标光谱辐射亮度分布和目标 绝对三刺激值匹配的各类LED的驱动值；
[0066] S4:对上述驱动值下测量得到的目标光谱辐射亮度分布进行光谱和色度匹配评 价。
[0067] 下面结合实施例和附图对上述方法进行详细阐述，以更好地理解本发明的实质。
[0068] 本实施例采用的多色LED光源是由17种类型一千多颗单色LED构成的一个大尺寸 LED矩阵，并通过基于PWM的数字调光方式对其进行调光控制。需要说明的是，本发明并不局 限于实施例中所采用的LED类型和调光方式，只要采用LED光源匹配光谱均适用于本发明。
[0069] 1 .LED光谱样本数据的获取过程具体包括以下步骤：
[0070] S101:在各类LED的驱动值动态范围内以8作为驱动值采样间隔建立LED驱动数据 样本，记为d^，表示第i类LED的第j个驱动数据样本，用行向量将每类LED的驱动数据样本 表示为. . .，di,max]，其中，di,max表示第i类LED的最大采样驱动值，驱动值的取 值范围为〇~255，并将各类1^0最大采样驱动值构成的行向量记为0_=[(1 1,_，(12,_，...， dn,max]，其中η为LED的种类数，即n= 17;
[0071 ] S102:将步骤S101中的驱动数据样本分别依次驱动点亮各类单颗LED，并等待其发 光稳定；
[0072] S103:在各类单颗LED垂直正下方放置X-Rite ColorChecker Passport标准灰板， 采用光谱辐射计Konica Minolta CS-2000依次测量获得各类单颗LED点亮稳定时经标准灰 板反射的光谱辐射亮度分布数据，记为S^(A)，表示第i类单颗LED在驱动值点亮稳定后 经标准灰板反射的光谱辐射亮度分布，单位为W/(sr · m2 · nm)，λ为可见光波长，测量波长 范围为380~780nm，测量波长间隔为lnm。
[0073] 2.待匹配光谱和照度数据的设置及处理具体包括以下步骤：
[0074] S201:设置CIE标准照明体A和D65作为待匹配光谱St(A)，然后结合标准灰板的光 谱反射比，根据光度学理论计算St(A)经标准灰板反射的光谱StQ(A)，标准灰板的光谱反射 比通过分光光度计GretagMacBeth Color-Eye 7000A测量获得，需要说明的是，本发明并不 局限于这两种类型的光谱，只要在色度限制的条件下匹配光谱均适用于本发明；
[0075] S202:根据光度学理论计算步骤S201中StQ(X)对应的光亮度Lt0;
[0076] S203:设置A和D65的待匹配照度Et均为5001x，并结合步骤S202中的光亮度LtQ，依 据光度学理论计算待匹配光谱和照度对应的目标光谱辐射亮度分布Sta(A)，分别见图1(A_ 目标)和图2(065_目标）；
[0077] S204:根据色度学理论计算步骤S203中Sta(A)对应的目标绝对三刺激值(Xt，Y t， Zt)；
[0078] S205:根据色度学理论计算步骤S204中目标绝对三刺激值对应的目标CIE1976UCS 色品坐标(u/，v/)，计算结果见表1。
[0079] 表1目标CIE1976UCS色品坐标
[0080]
[0081] 3.色度限制的光谱匹配采用一种约束型差分进化算法进行迭代匹配，其具体步骤 为：
[0082] S301:根据光照度叠加原理计算多色LED光源中各类LED的等效数量，并用行向量 表示为Nmax = [Nmax, i，Nmax, 2，…，Nmax, n]，其中η为LED的种类数，即η = 17;
[0083] S302:按照下式计算各类LED在采样驱动值均为du打开时的混合光谱辐射亮度分 布Si，j，M(X):
[0084] Si, =Nmax,iSi,」（λ) ( 1 )
[0085] 式中Nmax,i为步骤S301中第i类LED的等效数量，Si,j(A)为步骤S103中单颗LED在采 样驱动值为di,j时测量的光谱福射亮度分布；
[0086] S303:通过三次样条插值算法预测各类LED在其驱动值动态范围内任一驱动值时 的光谱福射亮度分布Si,M(X)，gp
[0087] Si，M(X) =spline(di，Si(A)，Di) (2)
[0088] 式中spline表示执行三次样条插值，di为步骤S101中第i类LED采样驱动值构成的 行向量为步骤S302中第i类LED在波长λ处不同采样驱动值的光谱辐射亮度构成的行 向量，Di为第i类LED在其驱动值动态范围内的任一驱动值；
[0089] S304:设置波长匹配范围[λ^λ〗]，即在[心，\2]波长范围内进行光谱匹配，在此实 施例中设置^ = 430^1^2 = 640^11,需要说明的是，波长匹配范围并不局限于这一范围，取决 于实际采用的LED的光谱分布；
[0090] S305:定义目标优化函数，即将给定色度限制的光谱匹配转换为在满足式(4)的限 制条件下求解式(3)的最小值问题：
[0091]
[0092]
[0093]
[0094]
[0095]
[0096] 式中Sm(A)表示多色LED的混合光谱，Si,μ为第i类LED在其驱动值动态范围内任一 驱动值处的光谱辐射亮度分布，可通过步骤S303获得，D为待求解行向量，向量中各元素01 表示第i类LED在其驱动值动态范围内任一驱动值，对2)，对汾为CIE1931标准色度观 察者，ri=17,需要注意的是，该目标函数需在步骤S304中设置的波长匹配范围内进行计算， 即 λι = 430nm，人2 = 640nm;
[0097] S306:执行初始化操作，即在0~Dmax间随机生成Np个均匀分布的候选解向量集，记 为〇15,1=[01,1<,1，02九1，"_，0 11九1]，其中11=17，1^表示第1^个候选解向量，且1^={1，2，...，邮}， 取Np= 180，1代表初始候选解向量集，即第1次迭代时的候选解向量集，同样将第G次迭代时 的候选解向量集记为〇1^=[01,以，02,1<,0，"，0 11,1^];
[0098] S307:将步骤S306中180个候选解向量Dk,c分别代入步骤S305中的式(3)和式(4);
[0099] S308:从180个候选解向量Dk,G中随机选择s个候选解向量，记为Dp,g=[D 1>p,g， D2，p,g,…，Dn,P,G]，其中p= {1，2, · · ·，s}，取s = 9;
[0100] S309:根据差分进化算法原理对步骤S308中的9个候选解向量DP,G依次执行变异和 交叉操作，经此操作共获得9个候选解向量UD P, c;
[0101] S310:将步骤S309中9个候选解向量UDP,(^V别代入步骤S305中的式(3)和式(4);
[0102] S311:根据步骤S305中的式(3)和式(4)比较步骤S309中9个候选解向量UDP,G以及 步骤S308中9个候选解向量DP,c的计算结果，并用前者最优候选解向量取代后者中与此相比 较差的候选解向量DP, c，同样也对候选解向量集Dk, c中的候选解向量进行取代；
[0103] S312:若步骤S309中9个候选解向量UDP,G的所有最优候选解向量均不满足式(4)， 则将这些最优候选解向量存储，并每隔20次迭代用其随机取代候选解向量集D k,c中相同数 量的候选解向量，同时确保候选解向量集Dk, c中的最优候选解向量不被取代；
[0104] S313:重复执行步骤S308~S312,直至满足设定的迭代终止条件，即最大迭代次数 Gmax，此处Gmax=1200,可根据实际优化情况对其适当调节，迭代次数设置越大匹配效果越 好，但会降低匹配效率，并将此时获得的最佳解向量记为Dt, end，且t={l，2,. . .，Nmax}，Nmax为 优化执行次数；
[0105] S314:重复执行步骤S306~S313,直至满足设定的优化执行次数Nmax，此实施例Nmax = 25,多次执行优化的目的是确保获得最佳解向量，也可根据实际优化情况对Nmax适当调 节，然后，根据步骤S305中的式(3)和式(4)，从25次优化获得的25个最佳解向量D t,end中选出 最终的最佳解向量，并将其记为D。, end，即为匹配获得的各类LED的驱动值；
[0106] S315:将步骤S314中匹配获得的各类LED的驱动值导入到编写的控制软件中点亮 LED矩阵，并通过CS-2000测量匹配出的光谱辐射亮度分布Stm(A)和CIE1976UCS色品坐标 (u/，v/ )，由此便可获得与步骤S203中目标光谱辐射亮度分布(CIE标准照明体A和D65)匹 配的光谱辐射亮度分布，测量结果分别见图1(A_匹配）和图2(D65_匹配），测量的 CIE1976UCS色品坐标(u/，ν/ )见表2,同时通过XYI-III全数字照度计测量相应的照度Em， 测量结果如表2所示。
[0107] 表2CIE1976UCS色品坐标和照度测量结果
[0108]
[0109] 4.光谱和色度匹配评价具体包括以下步骤：
[0110] S401:采用光谱均方根误差(RMS)、光谱拟合优度(GFC)、p参数等光谱评价指标对 光谱匹配结果进行评价，这三个指标的定义分别为式(6)、式(7)和式(8);
[0111]
[0112]
[0113] Λ=Α,
[0114] 式中λ#Ρλ2对应步骤S304中的波长匹配范围，分别为430nm和640nm，N为参与评价 波长的数量，即211，S ta(A)为步骤S203中目标光谱，Stm(A)为步骤S315中的光谱测量值；
[0115] 将步骤S203中对应CIE标准照明体A和D65的目标光谱以及步骤S315中的测量光谱 分别代入上述公式，可获得光谱匹配评价结果，如表3所示；
[0116] S402:采用CIE1976UCS色品差Δ w评价优化测量出的光源色品与目标色品间的 差异，Aw的定义为
[0117]
(9)
[0118] 式中（u/，ν/)为步骤S205中目标CIE1976UCS色品坐标，（u/，ν/)为步骤S315中 测量的CIE1976UCS色品坐标，色品差具体计算结果见表3;
[0119] S403:采用照度误差百分比εΕ对照度匹配结果进行评价，其定义为
[0120]
(10)
[0121] 式中Et为步骤S203中的待匹配照度，即5001x，Em为步骤S315中的照度测量值，照度 匹配结果见表3。
[0122] 表3光谱及色度匹配评价结果
[0123]
[0124] 由表3、图1以及图2可以看出，本发明提供的多色LED实现色度限制的光谱匹配方 法在保证的色品和照度匹配同时获得了满意的光谱匹配结果，可见该方法能够满足实际应 用对光源光谱和色度等照明品质的要求。
【主权项】
1. 一种多色L邸实现色度限制的光谱匹配方法，其特征在于，包括如下步骤： S1: LED光谱样本数据的获取； S2:待匹配光谱和照度数据的设置及处理，得到其对应的目标光谱福射亮度分布和目 标绝对Ξ刺激值； S3:采用约束型差分进化算法进行迭代匹配获得与目标光谱福射亮度分布和目标绝对 Ξ刺激值匹配的各类L邸的驱动值； S4:对上述驱动值下测量得到的目标光谱福射亮度分布进行光谱和色度匹配评价。2. 如权利要求1所述的多色Lm)实现色度限制的光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤 S1中L邸光谱样本数据的获取过程具体包括W下步骤： S101:在各类Lm)的驱动值动态范围内W-定采样间隔建立Lm)驱动数据样本，记为 di,j，表示第i类L邸的第j个驱动数据样本，用行向量将每类L邸的驱动数据样本表示为di = [di,l，di,2, . . .，di,max]，其中，di,max表示第i类L抓的最大采样驱动值，并将各类LED最大采样 驱动值构成的行向量记为〇。3、=[山,。3、，(12,。3、，...，山,。3^，其中11为1邸的种类数； S102:将步骤S101中的驱动数据样本分别依次驱动点亮各类单颗LED,并等待其发光稳 定； S103:在各类单颗Lm)垂直正下方放置标准灰板或标准白板下统称为标准板），采用 光谱福射计依次测量获得各类单颗LED点亮稳定时经标准板反射的光谱福射亮度分布数 据，记为Si, ^λ)，表示第i类单颗L邸在驱动值di,j点亮稳定后经标准板反射的光谱福射亮度 分布，单位为W/(sr · m2 · nm)，λ为可见光波长。3. 如权利要求1所述的多色Lm)实现色度限制的光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤 S2中待匹配光谱和照度数据的设置及处理具体包括W下步骤： S201:输入待匹配光谱St(A)，并结合标准板的光谱反射比，依据光度学理论计算扣(入） 经标准板反射的光谱Sto(A)，标准板的光谱反射比通过分光光度计测量获得； S202:根据光度学理论计算步骤S201中St〇a)对应的光亮度ko; S203:设置待匹配照度Et，单位为Ix，并结合步骤S202中的光亮度Lto,依据光度学理论 计算待匹配光谱和照度对应的目标光谱福射亮度分布Sta(A); S204:根据色度学理论计算步骤S203中Sta(A)对应的目标绝对Ξ刺激值(Xt，Yt，Zt); S205:根据色度学理论计算步骤S204中目标绝对Ξ刺激值对应的目标CIE197抓CS色品 坐标(Ut'，Vt')。4. 如权利要求1所述的多色Lm)实现色度限制的光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤 S3中色度限制的光谱匹配采用约束型差分进化算法进行迭代匹配，其具体步骤为： S301:根据光照度叠加原理计算多色LED光源中各类Lm)的等效数量，并用行向量表示 为Nmax = [ Nmax, 1，Nmax, 2，…，Nmax, η]，其中 η为LED的种类数； S302:按照下式计算各类LED在采样驱动值均为di,苗Τ开时的混合光谱福射亮度分布 Si,川(入）： -Nmax, iSi, j (λ.) ( 1 ) 式中Nmax,i为步骤S301中第i类Lm)的等效数量，Sij(A)为步骤S103中单颗Lm)在采样驱 动值为di,j时测量的光谱福射亮度分布； S303:通过Ξ次样条插值算法预测各类Lm)在其驱动值动态范围内任一驱动值时的光 谱福射亮度分布Si,Μ(λ)，即 5?,Μ(λ) = 3ρ1;?ηθ((1?,5?(λ) ,Di) (2) 式中spline表示执行Ξ次样条插值，di为步骤SlOl中第i类LED采样驱动值构成的行向 量，5ι(λ)为步骤S302中第i类LED在波长λ处不同采样驱动值的光谱福射亮度构成的行向 量，Di为第i类Lm)在其驱动值动态范围内的任一驱动值； S304:设置波长匹配范围[λι，λ2]，即在[λι，λ2]波长范围内进行光谱匹配； S305:定义目标优化函数，将给定色度限制的光谱匹配转换为在满足式(4)的限制条件 下求解式(3)的最小值问题：式中Sm(A)表示多色Lm)的混合光谱，Si,M(A)为第i类Lm)在其驱动值动态范围内任一驱 动值处的光谱福射亮度分布，可通过步骤S303获得，D为待求解行向量，向量中各元素 Di表 示第i类Lm)在其驱动值动态范围内任一驱动值，巧A). ?α).巧/1)为CIE1931标准色度观察 者，η为L邸的种类数； S306:执行初始化操作，即在0~Dmax间随机生成化个均匀分布的候选解向量集，记为 0^=[〇1山1，化,、1，。'，0。山1]，其中1^表示第1^个候选解向量，且1^={1，2，...，化}，1代表初 始候选解向量集，即第1次迭代时的候选解向量集，同样将第G次迭代时的候选解向量集记 为Dk,G= [Dl,k,G,〇2,k,G, ... ,Dn,k,G]; S307:将步骤S306中化个候选解向量Dk,G分别代入步骤S305中的式(3)和式(4); S308:从化个候选解向量Dk,G中随机选择S个候选解向量，记为Dp,G = [Di,p,g,〇2,p,g,…， Dn,p,G],其中 P 二{1,2,. . . ,s}; S309:根据差分进化算法原理对步骤S308中的S个候选解向量Dp,G依次执行变异和交叉 操作，经此操作共获得S个候选解向量UDp, C; S310:将步骤S309中S个候选解向量UDp,g分别代入步骤S305中的式(3)和式(4); S311:根据步骤S305中的式（3)和式(4)比较步骤S309中S个候选解向量UDp, G W及步骤 S308中S个候选解向量Dp,G的计算结果，并用前者最优候选解向量取代后者中与此相比较差 的候选解向量Dp,G，同样也对候选解向量集Dk,G中的候选解向量进行取代； S312:若步骤S309中s个候选解向量UDp,g的所有最优候选解向量均不满足式(4)，则将 运些最优候选解向量存储，并每隔m次迭代用其随机取代候选解向量集Dk,c中相同数量的候 选解向量，同时确保候选解向量集Dk,冲的最优候选解向量不被取代； S313:重复执行步骤S308~S312,直至满足设定的迭代终止条件，即最大迭代次数Gmax， 并将此时获得的最佳解向量记为Dt,end，且t= {1，2, . . .，Nmax}，Nmax为优化执行次数； S314:重复执行步骤S306~S313,直至满足设定的优化执行次数Nmax，并根据步骤S305 中的式(3 )和式(4 )，从Nmax次优化获得的Nmax个最佳解向量Dt, end中选出最终的最佳解向量， 并将其记为D。,end,即为匹配获得的各类L邸的驱动值； S315:将步骤S314中匹配获得的各类L抓的驱动值输入到相应的控制软件点亮LED，并 通过光谱福射计测量光谱福射亮度分布Stm(A)和CIE1976UCS色品坐标(um^)，通过照度 计测量相应的照度Em。5.如权利要求1所述的多色Lm)实现色度限制的光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤 S4中光谱和色度匹配评价具体包括W下步骤： S401:采用光谱均方根误差RMS、光谱拟合优度GFC、p参数等光谱评价指标对光谱匹配 结果进行评价，运Ξ个指标的定义分别为式(6)、式(7)和式(8);式中λι和λ2对应步骤S304中的波长匹配范围，N为参与评价波长的数量，Sta(A)为步骤 S203中目标光谱，Stm(A)为步骤S315中的光谱测量值； S402:采用CIE197抓CS色品差Au'y评价优化测量出的光源色品与目标色品间的差异， Au'y的定义为饼 式中（u/，v/ )为步骤S205中目标CIE197抓CS色品坐标，（加/)为步骤S315中测量的 CIE197抓CS色品坐标； S403:采用照度误差百分比εΕ对照度匹配结果进行评价，其定义为(10) 式中Et为步骤S203中的待匹配照度，Em为步骤S315中的照度测量值。
【文档编号】G01J3/46GK105973470SQ201610270619
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】徐海松, 章夫正, 汪哲弘
【申请人】浙江大学