一种超三色LED光源的精确调光方法及系统与流程

本公开涉及led照明相关技术领域，具体的说，是涉及一种超三色led光源的精确调光方法及系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

近年来，led照明技术发展迅速，为实现智能照明和动态照明提供了无限可能，正不断渗透到各种照明应用领域，这得益于led光源在节能、环保、寿命、调光等方面具有十分突出的优势。照明应用通常采用白光，现有的白光led技术主要有两种类型：一是蓝光led芯片激发黄色荧光粉产生白光，二是组合多种光色的芯片产生白光。前者是当前最为常用且应用最为广泛的白光led技术，技术较为成熟，但无法实现光色的调节，难以满足当前智能照明和动态照明的技术发展需求。后者一般至少需组合三种颜色的芯片，如由红、绿、蓝三种颜色芯片构成的rgb三色led光源，由红、绿、蓝、白四种颜色芯片构成的rgbw四色光源，由红、绿、蓝、琥珀色四种颜色芯片构成的rgba四色光源、由红、绿、蓝、白、黄五种颜色芯片构成的rgbwy五色光源等。将光色超过三种颜色的芯片构成的led光源定义为超三色led光源。

根据色度学原理，虽然三色led光源通过控制信号的改变能够实现光色的随意变化，但是其在实现给定目标光色的条件下无法对光色品质作进一步的优化。而且，三色led光源往往会因其芯片选择的不合理导致显色性较差。相反，超三色led光源，如rgbw四色光源、rgba四色光源等，不仅具有更高的光色调节自由度，而且能够显著改善显色性。因此，超三色led光源在满足智能照明和动态照明等应用需求方面具有更突出的优势。

发明人发现，现有的针对超三色led光源的调光方法大都涉及光谱优化，调光复杂，而且往往假定led芯片的发光特性与控制信号之间满足线性关系，造成较大的调光误差。此外，现有的调光方法一般要求目标光色的亮度只能为绝对亮度或者相对亮度，严重限制了其应用范围。

技术实现要素：

本公开为了解决上述问题，提出了一种超三色led光源的精确调光方法及系统，目的是解决超三色led光源调光复杂且其发光特性与控制信号之间的非线性关系问题，并克服目标光色的亮度只能为绝对亮度或者相对亮度之不足，提供了一种用于超三色led光源的简单、便捷且精确的调光方法。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种超三色led光源的精确调光方法，包括如下步骤：

获取目标光色数据，包括目标光色的色品和目标光色的亮度；

建立定标数据：根据控制信号获得控制样本集，在控制样本集的各个样本点利用光谱辐射计的测量数据，获取超三色led光源各光色led在各个控制信号点处的亮度系数，将控制信号样本和超三色led光源各光色led在各个控制信号样本点处的亮度系数作为定标数据；

归一化亮度匹配系数的计算：以超三色led光源的发光亮度最大为目标函数建立线性规划模型，根据建立的线性规划模型、目标色品和目标亮度获得归一化亮度匹配系数；

根据定标数据和归一化亮度匹配系数确定超三色led光源调光的控制信号值。

一个或多个实施例提供了一种超三色led光源的精确调光系统，包括：

目标光色数据获取模块：用于获取目标光色数据，包括目标光色的色品和目标光色的亮度；

定标数据建立模块：用于根据控制信号获得控制样本集，在控制样本集的各个样本点利用光谱辐射计的测量数据，获取超三色led光源各光色led在各个控制信号点处的亮度系数，将控制信号样本和超三色led光源各光色led在各个控制信号样本点处的亮度系数作为定标数据；

归一化亮度匹配系数的计算模块：用于以超三色led光源的发光亮度最大为目标函数建立线性规划模型，根据建立的线性规划模型、目标色品和目标亮度获得归一化亮度匹配系数；

控制信号值确定模块：用于根据定标数据和归一化亮度匹配系数确定超三色led光源调光的控制信号值。

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法所述的步骤。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本发明有效解决了超三色led光源的现有调光方法复杂且其发光特性与控制信号之间存在的非线性关系问题，通过构建线性规划模型并求解获得归一化亮度匹配系数，通过建立的定标数据确定调光的控制信号，无需采用光谱优化技术便可达到精确调光；并且本公开不涉及led光源的光谱数据，同时克服了目标光色的亮度只能为绝对亮度或者相对亮度之不足，允许接收多种表示形式的目标光色，数据量小，为实现智能照明和动态照明等应用提供了一种行之有效的调光方法。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种用于超三色led光源的精确调光方法，包括如下步骤:

s1：获取目标光色数据，包括目标光色的色品和目标光色的亮度；

s2：建立定标数据：根据控制信号获得控制样本集，在控制样本集的各个样本点利用光谱辐射计的测量数据，获取超三色led光源各光色led在各个控制信号点处的亮度系数，将控制信号样本和超三色led光源各光色led在各个控制信号样本点处的亮度系数作为定标数据。

s3：归一化亮度匹配系数的计算：以超三色led光源的发光亮度最大为目标函数建立线性规划模型，根据建立的线性规划模型、目标色品和目标亮度获得归一化亮度匹配系数；

s4：根据定标数据和归一化亮度匹配系数确定控制信号值。

1.获取目标光色数据，对获得的目标光色数据进行预处理；

目标光色数据是设置的配置数据，为需要配置的设定数据，可以为用户要求达到的数值。

s101：设定目标光色的亮度lt，目标光色的亮度可以设定为绝对亮度值和相对亮度值两者中的任意一种表示形式。

s102：设定目标光色的色品，目标光色的色品可以设定为cie1931色品坐标、相关色温、相关色温和duv、cie1960ucs色品坐标、cie1976ucs色品坐标五种表示形式中的任意一种，这五种表示形式分别记为cie1931色品坐标(xt，yt)、相关色温tt、相关色温和duv(tt，duvt)、cie1960ucs色品坐标(ut，vt)、cie1976ucs色品坐标(u't，v't)；duv表示偏离黑体轨迹的距离，且位于黑体轨迹上方为正值，位于黑体轨迹下方为负值。

对获得的目标光色数据进行预处理，若设定的目标色品不是cie1931色品坐标，则需要将其转换至cie1931色品坐标；具体转换方法如下：

若目标色品设定为相关色温tt，则依据tt的大小选择对应温度的黑体辐射体或对应相关色温的cie日光照明体的cie1931色品坐标作为目标色品，即当tt<5000k时，选择温度为tt的黑体辐射体的cie1931色品坐标(xt，yt)作为目标色品，而当tt≥5000k时，选择相关色温为tt的cie日光照明体的cie1931色品坐标(xt，yt)作为目标色品；若目标色品为相关色温和duv，则依据色度学原理将(tt，duvt)转换为cie1931色品坐标(xt，yt)；若目标色品为cie1960ucs色品坐标或cie1976ucs色品坐标，则需将目标色品为cie1960ucs色品坐标(ut，vt)和cie1976ucs色品坐标(u't，v't)分别根据坐标间的转换关系，转换为目标cie1931色品坐标(xt，yt)。

cie1960ucs色品坐标(ut，vt)和cie1931色品坐标(xt，yt)之间的转换关系为：

cie1976ucs色品坐标(u't，v't)和cie1931色品坐标(xt，yt)之间的转换关系为：

2.定标数据的建立

根据控制信号获得超三色led光源各光色led在各个控制信号点处的亮度系数，将控制信号样本和超三色led光源各光色led在各个控制信号点处的亮度系数作为定标数据，具体步骤如下：

s201：获取利用光谱辐射计测量得到的各光色led在最大控制信号值绝对三刺激值，记为(xk,m，yk,m，zk,m)，代表第k种光色led在最大控制信号值处的绝对三刺激值，其中，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色led光源中包含的led光色种类。

s202：建立控制信号样本集，记为di，表示第i个控制信号值样本。可以在超三色led光源的控制信号取值范围内进行采样，可以进行等间隔采样或者非等间隔采样，可选的，可以根据所采用的led光源的光色响应特性确定采样间隔。

s203：从超三色led光源中选出任意三种光色的led，获取选出的三种光色的led在控制信号样本集中的各个控制信号下的绝对三刺激值即为选定光色led的绝对三刺激值，记为(xi,s，yi,s，zi,s)，用矩阵可以表示为n，并将选定光色led在最大控制信号值处的绝对三刺激值用矩阵可以表示为m；选定光色led的绝对三刺激值可以利用光谱辐射计测量得到,具体的选出的三种光色的led在各控制信号样本点控制其同时点亮时进行测量。任意选择三种光色的led,在提供完整的定标数据的同时,能显著减少定标数据测量的数量,提高定标效率。

s204：获取利用光谱辐射计测得到的剩余光色led在步骤s202中各控制信号样本点亮时的绝对三刺激值即为剩余光色led的绝对三刺激值，记为(xi，yi，zi)；

s205：根据色度学原理，根据各光色led在最大控制信号值绝对三刺激值、选定光色led的绝对三刺激值和剩余光色led的绝对三刺激值，获得控制信号值为di时第k种光色led的亮度系数lk,i；

具体的，可以为：根据色度学原理，将步骤203中三种选定光色led的绝对三刺激值矩阵n和步骤s201中选定光色led在最大控制信号值处的绝对三刺激值矩阵m，代入式(3)计算获得选定光色led的亮度系数矩阵，记为ls，ls包含了选定的三种光色led的亮度系数；根据式(4)，利用步骤s201中剩余光色led的y刺激值yk,m对步骤s204中y刺激值yi进行归一化获得剩余光色led的亮度系数，记为lk,i,r；将选定光色led的亮度系数矩阵ls和剩余光色led的亮度系数lk,i,r统一记为lk,i，代表控制信号值为di时第k种光色led的亮度系数；

mls＝n(3)

s206：利用步骤s202中控制信号样本di与步骤s205中的亮度系数lk,i建立定标数据。

步骤s3中，在目标色品下以超三色led光源的最大发光亮度为目标函数建立线性规划模型，可以具体为：

其中，lk为需要优化的第k种光色led的亮度系数；(xt，yt)为目标色品的cie1931色品坐标，(xk,m，yk,m，zk,m)为第k种光色led在最大控制信号值处的绝对三刺激值，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色led光源所包含的led光色种类。

作为进一步的改进，根据建立的线性规划模型、目标色品和目标亮度获得归一化亮度匹配系数，可以包括如下步骤：

s301：对建立的线性规划模型进行求解，获得匹配目标cie1931色品坐标(xt，yt)时各光色led的归一化亮度初始匹配系数lk,0；

s302：根据各光色led的归一化亮度初始匹配系数lk,0、目标光色的亮度及对应光色led在最大控制信号值处的y刺激值yk,m，计算各光色led的归一化亮度匹配系数lk,t。

若步骤s101中获取的目标光色的亮度lt为绝对亮度，归一化亮度匹配系数lk,t可以通过如下公式计算:

其中，lk,t为第k种光色led的归一化亮度匹配系数，yk,m为第k种光色led在最大控制信号值处的y刺激值，lt为目标光色的绝对亮度，lk,0为第k种光色led的归一化亮度初始匹配系数。

若步骤s101中获取的lt为相对亮度，归一化亮度匹配系数lk,t可以通过如下公式计算：

式中，max(·)表示求最大值，lt为目标光色的相对亮度，lk,0为第k种光色led的归一化亮度初始匹配系数，k＝{1,2,3,…,n}，n为超三色led光源所包含的led光色种类。

步骤s301中，对建立的线性规划模型进行求解的方法，采用对偶单纯形算法对上述模型进行求解，求解的具体步骤如下：

(1)建立初始单纯形表；

(2)进行基变换；

(3)按主元素进行旋转运算和枢运算。

循环以上步骤，直至求解出超三色led光源匹配目标cie1931色品坐标(xt，yt)时各光色led的归一化亮度匹配系数lk,0，lk为需要优化的第k种光色led的亮度系数求解过程不断更新，lk,0为lk的最优解。

根据定标数据和归一化亮度匹配系数确定超三色led光源调光的控制信号值的方法，可以采用三次样条插值算法，具体包括如下步骤：

s401：通过对定标数据和归一化亮度匹配系数采用三次样条插值算法计算，获得各光色led的控制信号值；

利用步骤s206建立的定标数据和步骤s3确定的归一化亮度匹配系数lk,t代入式(9)计算各光色led的控制信号值dk,t；

dk,t＝spline(di,lk,i,lk,t)(9)

式中spline(·)表示执行三次样条插值。

s402：根据控制信号的取值范围对获得的各光色led的控制信号值进行修正，将超出范围的数值分别设置在相邻的边界数值上，判断步骤s401中的dk,t是否超出了控制信号值的取值范围，若超出则通过式(10)作进一步修正；

其中，dmin和dmax分别是控制信号值的最小值和最大值，按照修正后的控制信号值点亮led即可实现步骤s1设定的目标光色。

下面以具体的示例进行说明：

本实施例采用的超三色led光源是由红(r)、绿(g)、蓝(b)、白(w)四种颜色芯片构成的rgbw四色led光源，并通过8位pwm数字调光方式对其进行调光控制，对应的控制信号值范围为0～255。需要说明的是，本公开并不局限于实施例中所采用的led芯片种类、调光方式以及控制信号值范围。

本实施例的具体示例将s101中的目标光色亮度选取为相对亮度，并设定为100。

s102中取相关色温5000k作为目标色品，根据上述预处理中的转换方法，可获得其对应的cie1931色品坐标为(0.3457，0.3587)。

执行步骤201，利用光谱辐射计测量各色led在最大控制信号值即255处的绝对三刺激值，红(r)、绿(g)、蓝(b)、白(w)四种颜色芯片具体测量数据分别为(201.0900，85.3050，0.1340)、(31.9980，151.0500，30.6000)、(99.7360，52.1140，611.8800)、(212.6900，224.5100，223.4800)；

本示例在s202步骤中，在超三色led光源的控制信号取值范围内以16为间隔进行采样，从rgbw四色led光源中选出r、g、b三种光色的led进行测量，需要说明的是公开并不局限于示例所作出这一种选择。

执行步骤s301和s302，计算出r、g、b、w四种光色led的归一化亮度匹配系数分别为0.9004、1.0000、0.2085、1.0000。

步骤s4中计算出的r、g、b、w四种光色led的控制信号值分别为241、255、123、255。

在示例中其控制信号取值范围为0～255，显然，步骤s401中r、g、b、w四种光色led的控制信号值241、255、123、255均未超出其取值范围，故241、255、123、255为用于实现实施中目标光色的最终控制信号值，将其点亮示例中的rgbw四色led光源即可实现该目标光色。

为匹配目标光色调光提供准确的控制信号，对待调光的led光源输入通过本方法计算获得的控制信号，通过光谱辐射计进行测光验证，测得其与设定的目标光色数据之间的相对误差低于1％，满足精确调光的要求。

实施例2

本实施例提供一种超三色led光源的精确调光系统，包括：

目标光色数据获取模块：用于获取目标光色数据，包括目标光色的色品和目标光色的亮度；

定标数据建立模块：用于根据控制信号获得控制样本集，在控制样本集的各个样本点获取光谱辐射计的测量数据，计算超三色led光源各光色led在各个控制信号点处的亮度系数，将控制信号样本和超三色led光源各光色led在各个控制信号样本点处的亮度系数作为定标数据；

归一化亮度匹配系数的计算模块：用于以超三色led光源的发光亮度最大为目标函数建立的线性规划模型，根据建立的线性规划模型、目标色品和目标亮度获得归一化亮度匹配系数；

控制信号值确定模块：用于根据定标数据和归一化亮度匹配系数确定超三色led光源调光的控制信号值。

实施例3

本实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1的方法所述的步骤。

实施例4

本实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1的方法所述的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。