LED灯具主波长和纯度的测量方法、装置及电子设备与流程

led灯具主波长和纯度的测量方法、装置及电子设备
技术领域
1.本发明涉及led照明技术领域，具体涉及一种led灯具主波长和纯度的测量方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.色纯度，即色彩所包含的单色相饱和的程度，也称为彩度；决定色纯度的因素有多个方面，从光的角度而言，光波的波长越单一，则色纯度越高。
3.在led灯的设计生产过程中，led制造商在某些彩光规格中根据色坐标范围来定义产品色品特性，如lumileds的pc amber的规格书根据色坐标来定义颜色特性，该方法定义彩光不能直观体现颜色，目前照明设计师更习惯用主波长来判断色彩，如460~470nm为蓝光、520~530nm为绿光、620~630nm为红光，因此需要根据色坐标计算主波长。目前对于计算主波长方法主要有几种：作图法、计算斜率查表法、分区法以及函数拟合法。
4.其中作图法虽然操作简单，可以直观地得到主波长，但是不能得到精确的结果，计算斜率查表法在计算斜率值的时候，不同的点会存在相同的斜率值，结合采用查表法也较为麻烦，因此计算效率很低，分区法由于分区较多，计算过程十分繁琐，函数拟合法虽然计算简单一点，但是由于拟合曲线精度较低，从而造成较大的误差。
5.中国专利公告号cn101566505b公开了一种发光二极管主波长的测量方法，该方法用于光电技术领域中根据发光二极管的主波长来实现发光二极管色度参数的在线测量及分选，通过光谱仪的感光器件获得被测发光二极管的一系列离散的相对光谱能量分布曲线数据p(λi)并根据cie
‑
1931 配色函数计算出其色度坐标，将cie 1931轮廓线按纯光谱色波长分为若干个区间，每个区间的光谱轨迹和等能白光点连线的斜率变化是单调递减的，通过区域比对来确定发光二极管所在的区间，再在确定的区间内根据步长逐渐查找到主波长估算值，这个方案依旧采用的是分区法，该方案需要对色度图进行分区同时还需要逐渐比对才能获取较为准确的主波长值，整个计算过程较为繁琐且最终计算结果依据步长比对得到，导致主波长的计算效率不高。
6.综上，亟待需要一种可显著提高计算效率，提高计算精度的led灯具主波长和纯度的测量方法、装置及电子设备。


技术实现要素：

7.本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种可显著提高计算效率，有利于提高led生产加工效率的led灯具主波长和纯度的测量方法、装置及电子设备，该方案可被用于确定led灯具的色彩特性，特别适用于在led灯具设计阶段进行led选型和混光设计，以及在led灯具的成品检验阶段确定产品是否合格。
8.为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种led灯具主波长和纯度的测量方法，该方法适用于在led灯具设计阶段进行led灯具的选型和混光设计，以及在led灯具的成品检验阶段确定产品质量，包括以下步骤：
获取cie 1931轮廓线上波长和标准色坐标对应的标准数据，并计算得到每个所述标准色坐标的夹角中间值，基于所有标准色标准的夹角中间值获取最小夹角中间值以及最大夹角中间值；获取待测led灯具的待测品色坐标，计算待测品色坐标的夹角中间值；其中，夹角中间值的计算方式为：获取色坐标和等能白光色坐标的向量与x轴正方向的夹角，将夹角按照该色坐标对应的波长顺序进行单向处理，得到对应色坐标的夹角中间值；依据最小夹角中间值、最大夹角中间值以及待测led灯具的夹角中间值，计算获取待测led灯具的主波长系数以及测定夹角中间值；依据测定夹角中间值遍历cie 1931轮廓线获取待测led灯具所在的波长区间，通过插值计算法获取待测led灯具的主波长中间值和x差值；根据待测led灯具的主波长中间值和主波长系数得出待测led灯具的主波长，根据x差值、待计算色品坐标横坐标及等能白光色坐标横坐标得出待测led灯具的纯度，基于待测led灯具的主波长以及纯度确定led灯具的色彩特性。
9.工作原理及有益效果：1、本方法通过夹角中间值的计算可定位待测led灯具的波长区间，并在波长区间内利用设定的计算公式获取待测led灯具的主波长和纯度，根据主波长和纯度准确地获取led灯具的色彩特性，适用于进行led灯具的选型和混光设计。本方案相比现有技术而言，仅需要根据对应的计算公式利用角度查询的方式即可获取每次待测led灯具的主波长和纯度，不再需要重新作图或者对色度图进行分区，以此方式极大程度地提高了计算的效率和精度。
10.2.不同于分区法至少需要分四个区才能获取补色光波长的手段，本方案通过主波长参数的设置即可直接得到补色光波长，完成全色域、不分区的主波长快速计算的效果。
11.3、标准数据中的波长和色坐标都是一一对应且确定的，也就是cie 1931轮廓线上波长和色坐标的对照表，为本领域公知常识，因此可方便地按照标准数据依次对每个色坐标进行与等能白光色坐标的差值和距离的计算，计算公式简单，计算效率高，得出的数据经过处理后再进行夹角和夹角中间值计算处理，可得出更近一步的标准数据，计算得到的每个波长对应的色坐标及夹角、夹角中间值等都是确定的，此时对于待测色品的色品坐标，只需要计算此色品坐标的夹角中间值，根据更近一步的标准数据按照上述测量方法即可快速得出主波长和纯度，无需画图，无需将舌形图划分成多个区间，无需进行曲线拟合，不存在不同的点会存在相同的斜率值的问题，也无需人工进行查表计算，上述方法均可以在计算机上自动执行。
12.进一步地，若色坐标和等能白色坐标重叠时，该色坐标为等能白光，没有主波长，而若色坐标和等能白色坐标不重叠时，进行色坐标的主波长计算。对应的，在计算每个所述标准色坐标的夹角中间值前，首先获取所述标准数据中每个色坐标与等能白光色坐标的差值和距离，若差值和距离不为零，则继续计算色坐标对应的主波长，对应的，获取所述标准数据中每个色坐标与等能白光色坐标的差值和距离的计算公式如下：横坐标x差值dx1=x1
‑
xc;纵坐标y差值dy1=y1
‑
yc；
，其中dxy1为色坐标(x1,y1)与等能白光色坐标(xc,yc)的距离，其中xc=0.3333, yc=0.3333。其中主波长物理定义是公知常识，通过常见的电脑软件，如matlab、excel等，均可快速进行计算。
13.进一步地，获取色坐标和等能白光色坐标的向量与x轴正方向的夹角的具体步骤如下：若dx1=0时，若dy1>0，则夹角θ=π/2，若dy1<0，则夹角θ=3π/2；此时，色坐标和等能白光色坐标的横坐标重叠，若色坐标在等能白光色坐标的上方时，则夹角为π/2，若色坐标在等能白光色坐标的下方时，则夹角θ=3π/2。
14.若dx1≠0时，根据tan(θ)=dy1/dx1，θ=arctan(tan(θ))的公式计算得到夹角θ。
15.进一步的，将夹角按照该色坐标对应的波长顺序进行单向处理，得到对应色坐标的夹角中间值θ1的计算步骤如下：若dx1>0，则夹角中间值θ1=θ；若dx1<0，则夹角中间值θ1=π+θ。
16.取cie 1931色度图上最短波长对应的夹角为θ0；分别将每个色坐标的夹角中间值θ1与θ0比较；若θ1≤θ0，则θ1=θ；若θ1>θ0，则θ1=2π
‑
θ；将所得数据按照波长顺序排列，并记录每个色标点的详细参数，通过夹角中间值的换算可将不规律的夹角数据调整为单调函数，避免同一斜率对应不同点的问题。换言之，通过计算出每个色坐标向量与x轴正方向的夹角，以及夹角中间值变化，将不规律的夹角数据调整为单调函数，大大提高计算效率，其中每个色坐标对应一个波长，如波长380nm对应的色坐标为(0.1741,0.005)，而从上述计算可得，此坐标的夹角θ为1.1194，夹角中间值θ1=4.2609。
17.进一步地，依据最小夹角中间值、最大夹角中间值以及待测led灯具的夹角中间值，计算获取待测led灯具的主波长系数k1以及测定夹角中间值θ3的方式如下：当θ1a≤θ2≤θ1b时，k1=1，θ3=θ2，此时，待测色品的色坐标夹角中间值θ2大于等于最小夹角中间值θ1a同时小于等于最大夹角中间值θ1b时，待测色品的色坐标的图形与舌形图（cie 1931轮廓线）边线有交点，此时主波长为交点波长；当θ2>θ1b时，k1=
‑
1，θ3=θ2
‑
π，当待测色品的色坐标夹角中间值θ2大于最大值θ1b后，图像与舌形图（cie 1931轮廓线）边线不相交，只有补色主波长存在，等能白光色坐标与待测色品的色坐标连线延长线与舌形图边线交点波长的相反数；减π是为了使待测色品的色坐标夹角第二中间值符合单调要求；当θ2<θ1a时，k1=
‑
1，θ3=θ2+π，当待测色品的色坐标夹角中间值θ2小于最小值后θ1a，图像依旧与舌形图边线不相交，只有补色主波长存在，等能白光色坐标与待测色品的色坐标连线延长线与舌形图边线交点波长的相反数；加π是为了使待测色品的色坐标夹角第二中间值符合单调要求。
18.整理数据得到波长数组λ
arr
=[λ1,λ2,...λ
n
]、x差值数组dx1
arr
=[dx11,dx12,...dx1
n
]及夹角中间值数组θ1
arr
=[θ11,θ12,...θ1
n
]，其中x差值数组为色坐标与等能白光
色坐标的横坐标差值的组合，这些数据为夹角数据的一部分，夹角数据可以是excel中的表格或数据库中的数据。
[0019]
上述步骤，只需要根据夹角数据中查找出所需要的数据，然后根据简单比对即可，从而实现快速求出主波长系数和第二夹角中间值，实现cie1931全色域主波长计算，且现有技术的向量角度法计算主波长的方式需要至少分四个区才能得到补色光波长，计算效率低，而通过方案的上述步骤可直接计算得到补色光波长。
[0020]
进一步地，所述测定夹角中间值θ3对应的波长区间为θ1
i
<θ3<θ1
i
‑1，其中θ1
i
为夹角中间值数组θ1
arr
=[θ11,θ12,...θ1
n
]中第i个θ1的值，θ1
i
‑1为夹角中间值数组θ1
arr
=[θ11,θ12,...θ1
n
]第i
‑
1个θ1的值。
[0021]
在一些实施例中，依据测定夹角中间值θ3遍历获取波长区间包括步骤：do
ꢀꢀꢀꢀ
i = i + 1；
ꢀꢀ
loop until
ꢀꢀꢀ
θ1
i
<θ3；查找得到
ꢀꢀ
θ1
i
<θ3<θ1
i
‑1；进一步地，所述插值计算的计算公式为：λ
d
_t=λ
i
+(θ3
‑
θ1
i
‑1)*(λ
i
‑
λ
i
‑1)/(θ1
i
‑
θ1
i
‑1)，其中λ
d
_t为主波长中间值，λ
i
为波长数组λ
arr
=[λ1,λ2,...λ
n
]中第i个波长λ的值，λ
i
‑1为波长数组λ
arr
=[λ1,λ2,...λ
n
]中第i
‑
1个波长λ的值；dx_full=dx1
i
+(θ3
‑
θ1
i
‑1)*(λ
i
‑
λ
i
‑1)/(θ1
i
‑
θ1
i
‑1)，其中dx_full为x差值的中间值，dx1
i
为x差值数组dx1
arr
=[dx11,dx12,...dx1
n
]中第i个dx1的值。
[0022]
进一步地，所述主波长和纯度的计算公式为：λ
d
=λ
d
_t*k1，其中λ
d
为待计算色品坐标的主波长；pur=|(x2
‑
xc)/dx_full|，其中pur为待计算色品坐标的纯度。
[0023]
通过上述计算公式，可快速计算处所需要计算的色坐标的主波长和纯度。
[0024]
一种基于色品坐标计算led主波长和纯度的装置包括存储模块、计算模块、输入模块及输出模块；所述存储模块，用于存储上述的一种led主波长和纯度的测量方法及各种数据；所述计算模块，用于执行存储模块中的可执行命令并传输给输出模块；所述输入模块，用于输入需要计算的色坐标；所述输出模块，用于显示输入模块输入的色坐标的主波长和纯度。
[0025]
通过上述的装置，可实现自动计算色品坐标的主波长和纯度，从而方便用户使用，可显著提高led灯生产过程中的前期设计阶段的工作效率。
[0026]
一种基于色品坐标计算led主波长和纯度的电子设备包括人机交互界面和通信模块；所述人机交互界面，用于输入参数和显示结果；所述通信模块用于与服务器交换数据，通过服务器运行上所述的一种led主波长和纯度的测量方法；所述服务器为上述的一种基于色品坐标计算led主波长和纯度的装置。
[0027]
通过上述设置，可通过本电子设备，快速方便地获取色品坐标的主波长和纯度，可
显著提高led灯生产过程中的前期设计阶段的工作效率。
附图说明
[0028]
图1是本发明的流程示意图；图2是夹角与主波长的非单调曲线关系图；图3是中间夹角与主波长的单调曲线关系图。
具体实施方式
[0029]
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]
现有技术中各方法存在的缺点：作图法：计算直观，计算精度低，不方便快速计算；计算斜率查表法：斜率非单调函数，查找效率低，一个斜率会对应两个主波长，容易计算错误；分区法：计算步骤多，分区结合处有奇点；函数拟合法：波长与斜率、角度关系不符合线性和多项式，通过函数拟合计算，精度低。
[0031]
如图2和图3所示，本方案将夹角的非单调曲线通过设定公式转换为中间夹角的单调曲线，方便查找计算，具有计算效率高的效果；且本方案通过波长区间插值计算，精度高，计算数据与标准值偏差<0.1nm；计算色品坐标范围广，iec1931色域图内的色品坐标主波长都能计算，适用范围广。
[0032]
为了解决上述技术问题，请参阅图1，本方案提供的led灯具主波长和纯度的测量方法包括以下步骤：获取cie 1931轮廓线上波长和标准色坐标对应的标准数据，并计算得到每个所述标准色坐标的夹角中间值，基于所有标准色标准的夹角中间值获取最小夹角中间值以及最大夹角中间值；获取待测led灯具的待测品色坐标，计算待测品色坐标的夹角中间值，其中待测品色坐标可通过现有仪器测定获取，还可以是其他获取方式；其中，夹角中间值的计算方式为：获取色坐标和等能白光色坐标的向量与x轴正方向的夹角，将夹角按照该色坐标对应的波长顺序进行单向处理，得到对应色坐标的夹角中间值；依据最小夹角中间值、最大夹角中间值以及待测led灯具的夹角中间值，计算获取待测led灯具的主波长系数以及测定夹角中间值；依据测定夹角中间值遍历cie 1931轮廓线获取待测led灯具所在的波长区间，在波长区间内通过插值计算法，获取待测led灯具的主波长中间值和x差值；根据待测led灯具的主波长中间值和主波长系数得出待测led灯具的主波长，根据x差值、待计算色品坐标横坐标及等能白光色坐标横坐标得出待测led灯具的纯度。
[0033]
本方案提供的led灯具主波长和纯度的测量方法特别适用于基于待测led灯具的待测品色坐标测量其主波长和纯度，在获取待测led灯具的主波长和纯度之后可获取led灯具的色彩特性。主要可被应用于在led的设计阶段进行led选型和混光设计，以及在成品检验阶段确定产品是否合格。
[0034]
为了方便理解，以下将详细展示本方法的计算步骤，以该方案应用于在成品检验阶段确定产品是否合格为例进行说明。
[0035]
步骤一：建立cie 1931轮廓线上波长λ和色坐标(x1,y1)的对应表格，这个表格可以从网上获取数据，利用excel表格绘制或者其他软件绘制。其中本实施例中表1为了节省篇幅，只显示了波长380
‑
392nm以及622
‑
635nm的数据，具体数据可从网上搜索到，为本领域公知常识。
[0036]
表1cie 1931轮廓线上波长λ和色坐标(x1,y1)的对应表：
步骤二：计算上述表格中每个波长对应的色坐标（x1，y1）与等能白光色坐标(xc,yc)的差值和距离，其中xc=0.3333, yc=0.3333；
横坐标x差值：dx1=x1
‑
xc；纵坐标y差值：dy1=y1
‑
yc；距离： ；如果dxy1=0 则没有主波长；dxy1>0按下面步骤计算主波长；步骤三：计算等能白光色坐标(xc,yc)到色坐标(x1,y1)向量与x轴正方向夹角θ；a)dx1=0时：如果dy1>0，则夹角θ=π/2；如果dy1<0，则夹角θ=3π/2；b)dx1≠0时，夹角θ的正切值tan(θ)=dy1/dx1；c)计算夹角θ=arctan(tan(θ))；步骤四：将夹角θ按照对应波长顺序进行单向处理，得到夹角中间值θ1；如果dx1>0, 则夹角中间值θ1=θ；如果dx1<0，则夹角中间值θ1=π+θ；取cie 1931轮廓线上最短波长的夹角为θ0；分别将每个色坐标的夹角中间值θ1与θ0比较；若θ1≤θ0，则θ1=θ；若θ1>θ0，则θ1=2π
‑
θ；将所得数据按照波长顺序排列，并记录每个色标点的详细参数，并形成新的表格。其中新的表格中包括了每个波长对应的色坐标、x差值、y差值、夹角θ及夹角中间值θ1，为了节省篇幅，只展示了波长380
‑
392nm以及622
‑
635nm的参数，这些数据在标准数据的基础上补充，通过上述计算得到的数值都是确定的，省略未展示的部分不影响本方案的实现。
[0037]
表2每个色标点的详细参数表：
根据上述步骤可以得出按照波长由短到长顺序得到：整理数据得到波长数组λ
arr
=[λ1,λ2,...λ
n
]、x差值数组dx1
arr
=[dx11,dx12,
...dx1
n
]及夹角中间值数组θ1
arr
=[θ11,θ12,...θ1
n
]，其中x差值数组为色坐标与等能白光色坐标的横坐标差值的组合，这些数据为夹角数据的一部分，夹角数据可以是excel中的表格或数据库中的数据。
[0038]
需要说明的是，步骤一至步骤四的步骤是建立标准的数据库，可将上述数组保存在数据库中，使用时通过数据库调用命令调用即可，建立数组方便进行编程查找计算。
[0039]
步骤五：计算待测led灯具的待测品色坐标(x2,y2)对应的主波长λ
d
和纯度pur。
[0040]
示例性的，若假定需要进行产品质量检测的led灯具的色坐标为（0.5576，0.4326），照明设计师要求主波长为【585，590】、色纯度大于95%，则按照步骤二~四计算待测色品的待测品色坐标的夹角中间值θ2为0.4168，获取最小夹角中间值θ1a为
‑
0.1238及最大夹角中间值θ1b为4.2609，从而依据上述公式计算得到主波长系数k1为1和测定夹角中间值θ3为0.4168，根据第二夹角中间值θ3计算，顺序循环查找第二夹角中间值θ3对应的波长区间为【588，589】，再经过插值计算得到：主波长中间值为588.1nm，x差值为0.2243，最终计算得到待测led色品坐标的主波长为588.1nm满足大于585nm小于590nm要求，待测led色品坐标的色纯度为97.3%大于95%，判断该led灯具是符合要求的。
[0041]
一种led灯具主波长和纯度的测量装置包括存储模块、计算模块、输入模块及输出模块；存储模块，用于存储上述的一种led灯具主波长和纯度的测量方法及各种数据；计算模块，用于执行存储模块中的可执行命令并传输给输出模块；输入模块，用于输入需要计算的色坐标；输出模块，用于显示输入模块输入的色坐标的主波长和纯度。
[0042]
通过上述的装置，可实现自动计算色品坐标的主波长和纯度，从而方便用户使用。
[0043]
一种应用led灯具主波长和纯度的测量方法的电子设备包括人机交互界面和通信模块；人机交互界面，用于输入参数和显示结果；通信模块用于与服务器交换数据，通过服务器运行上的一种led主波长和纯度的测量方法；服务器为上述的一种基于色品坐标计算led主波长和纯度的装置。
[0044]
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
[0045]
尽管本文较多地使用了专业术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
[0046]
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。