用于光电子器件的功率谱的数据压缩的编码方法和解码方法

用于光电子器件的功率谱的数据压缩的编码方法和解码方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于光电子器件的功率谱的数据压缩的编码方法，其中所述光电子器件的至少一个功率谱被提供并且在特定的采样波长处被采样，以产生离散输出谱。该离散输出谱被加索引，以产生具有离散输出值的输出图，而且波长被连续的输出索引替换。通过离散频率变换将输出图从输出域变换到图像域产生了具有离散图像值的图表。当所述图表随后被压缩时，所述图表的重要的和较不重要的组成部分被标识并且所述较不重要的组成部分从所述图表被排除。所述经压缩的图表被数字化，以生成经压缩的谱数据，而且在所述经压缩的图表上的每个图像值都被分配有具有特定的位深的相对应的数字数。
【专利说明】
用于光电子器件的功率谱的数据压缩的编码方法和解码方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于压缩光电子器件的一个或者多个功率谱的方法，而且涉及一种用于给功率谱解压的方法。
[0002]本专利申请要求了德国专利申请10 2014 101 307.7的优先权，该德国专利申请10 2014 101 307.7的公开内容通过引用被结合于此。
【背景技术】
[0003]光电子器件(例如发光二极管(LED，发光装置))被用于各种技术应用中。特别是，LED正越来越多地被用于照明目的。根据相应的应用，可以制造已经限定了光特性的不同的LED。然而，在相同的器件系列的LED中，由于制造而出现在光特性方面或多或少的显著的变化。当光属性的某个变异对于一些使用LED的领域没有问题时，对于特定的特别应用的先决条件是对所使用的LED的光特性的最大准确的认知。因此，由人眼感知的LED光通常已经借助于少量宏观数据(例如光度学亮度和颜色轨迹(color locus))而充分地被表征。对于特别是通过传感器来记录LED光的应用，有利的是具有对各个单独的LED的特性的最大准确的认知。因此，除了诸如辐射度的亮度的宏观数据之外，特别是具有大得多的数据量的光功率谱对于通过传感器来记录的LED光是令人感兴趣的。这里可以被提及的例子是移动电话，所述移动电话的摄像机模块记录了内部LED闪烁的光。
[0004]对于具有多个可单独地控制的颜色的LED器件(LED芯片)，有相对应地被增加的数据量。因此，在被集成在LED器件中的存储模块中对这些数据的存储需要相对大的存储器容积，这尤其与相对高的制造成本相关联。因为相对应的存储模块的尺寸也随着存储容量增加，所以大的存储器容积恰恰在具有明显被限制的安装空间的应用领域中是相对关键的。
[0005]到目前为止的用于表征LED器件的方法尤其包括所谓的“分级(binning)”。在这种情况下，LED器件被划分成所谓的级(bin)，其中每个级都被分配了参数范围。在相对精细的分布的情况下，一些参数(例如亮度和颜色)可以借助于分级针对每个LED器件相对应地准确地被表征。然而，由于数据数量，谱信息不能通过分级有意义地被处理。
[0006]此外，为了表征各个单独的LED器件，可能使用所谓的数据文件，其中LED例如已经在芯片层面(晶片图)被测量并且被配备有唯一的代码(例如激光码)。在这种情况下，数据必须离线地例如以数据文件的形式被传送给用户，所述数据文件允许借助于LED器件的唯一的代码分配数据。
[0007]如果功率谱被存储在LED器件的存储模块中，那么引起对相对应地大的并且因此昂贵的存储模块的需求。否则，只有少量的用于表征LED器件的数据可被存储。

【发明内容】

[0008]因此，本发明的目标是提供如下可能性:利用在光电子器件的只有有限的存储容量的存储装置中尽可能高的信息内容来存储光电子器件的谱数据。该目标通过按照权利要求I所述的用于压缩光电子器件的功率谱的编码方法来实现。此外，该目标还通过按照权利要求14所述的用于给光电子器件的功率谱解压的解码方法来实现。其它的有利的实施例在从属权利要求中被详细说明。
[0009]根据用于压缩光电子器件的功率谱的方法，光电子器件的至少一个功率谱被提供并且在特定的采样波长处被采样，以便产生离散源谱(discrete source spectrum)。该离散源谱随后被加索引(index)，以便产生具有离散源值的源图(source graph)，其中波长被连续的索引代替。随后通过借助于离散频率变换将源图从源域变换到图像域来产生具有离散图像值的图表(image graph)。图表的压缩随后被执行，其中图表的重要的和低重要性的组成部分被标识并且低重要性的组成部分从图表被排除。最后，经压缩的图表被数字化，以便产生经压缩的谱数据，其中经压缩的图表的每个图像值都被分配了相对应的具有确定的位深的数字数(digital number)。借助于该压缩方法，一个或者多个功率谱的意图要被存储的数据数量可以明显被减小。因此，甚至可以在具有相对小的存储器容积的存储模块中存储具有相对高的信息内容的功率谱。使用小的存储模块允许相关联的光电子器件的小的安装尺寸。此外，通过使用具有低存储容量的存储装置可以将制造成本保持得低。
[0010]根据一个有利的实施例，借助于离散余弦变换来执行源图的变换。借助于离散余弦变换，相对简单明了地可能的是:将重要的信号分量与不重要的信号分量分离。当使用实数时，与可比较的变换(例如离散傅立叶变换)相比，借助于离散余弦变换可能避免用复数来进行复杂的计算。由此，可以减小用于对功率谱进行编码和解码的计算费用。
[0011]根据另一有利的实施例，通过存储具有借助于离散频率变换来产生的图表的低索引的图像值并且通过借助于离散频率变换将图表的剩余的图像值重新变换，离散频率变换的级联被执行。变换的这样的联结(concatenat1n)允许在总信息没有实质的损失的情况下将重要的信号分量成功地集中到低的索引。这首先是在具有重要的并且特别是系统化地高频分量的谱值的情况下是有利的。
[0012]根据另一实施例，具有在阈值索引以上的索引的图像值在压缩图表期间被排除，其中阈值索引以固定的方式被预先确定或者动态地被确定。借助于阈值索引来进行过滤表示特别简单而且同时非常有效的压缩方法。通过简单地按相对应的索引比例使阈值索引移位，可以关于经压缩的谱数据的尺寸和压缩度非常简单明了地优化该压缩方法。
[0013]根据另一实施例，功率谱的谱值在采样之前被乘以第一比例因子。在这种情况下，在整个波长范围上恒定的值或者与波长有关的函数被用作第一比例因子，其中所述第一比例因子被建立用于多个功率谱或者根据相应的功率谱动态地被确定。功率谱的值可以借助于该缩放步骤来适配。特别是，借助于缩放，多个功率谱可以按功率比例彼此相匹配。将函数用作比例因子允许被优化的缩放，而将固定值用作比例因子允许特别简单明了的缩放。特别是当不同的光电子器件的功率谱彼此只有非实质的差别时，使用提前建立的比例因子是值得推荐的。在这种情况下，借助于表格可以操作解码器，使得比例因子或者该比例因子的相对应的参数并不需要随着经编码的谱数据被传送给解码器。另一方面，动态地确定比例因子提供了针对每个单独的光电子器件的缩放的优化。
[0014]根据另一实施例，在将图表压缩之后，图像值借助于第二比例因子被缩放，其中预先确定的或动态地被确定的恒定值或者预先确定的或动态地被确定的函数被用作所述第二比例因子。借助于对经变换的并且经压缩的图表的缩放，可以针对数字化来优化图像值。用这种方法，例如使经压缩的图表的所有值都进入到在-1到+1之间的范围内，这允许特别简单明了的数字化。
[0015]根据另一实施例，为了缩放，经压缩的图表的包络被确定，而且经压缩的图表的图像值被除以该包络的相对应的值。通过确定适当的包络，可以特别简单明了地实现将经压缩的图表缩放到在-1到+1之间的值。
[0016]根据另一实施例，为了缩放而形成经压缩的图表的图像值的绝对值的对数，其中回归线借助于线性回归被确定用于具有小于或等于阈值索引的索引的图像值。经压缩的图表的包络随后通过回归线的线性位移来确定。最后，经压缩的图表的图像值被除以该包络的相对应的值。借助于该思路，可以以特别简单明了的方式确定适当的包络，而且因此实现经压缩的图表的最优的缩放。
[0017]根据另一实施例，以固定的方式被预先确定的或者动态地被确定的采样波长被用于采样，其中借助于恒定的或者与采样点的信息内容有关的采样波长分辨率来执行采样。在这种情况下，使用预先确定的采样波长允许不同的功率谱的直接比较。另一方面，通过动态地确定采样波长，可以优化采样并且因此可以优化整个编码过程。此外，相应的应用的各个单独的采样点的信息内容可以通过改变采样波长分辨率而被优化。
[0018]根据另一实施例，在采样之前，功率谱的负值被设置为零。用这种方法，要被压缩的功率谱的动态范围可以在没有信息损失的情况下被减小。
[0019]根据另一实施例，为了产生离散源图，光电子器件的至少两个不同的功率谱被组合来形成总功率谱并且共同被加索引。在这种情况下，各个单独的功率谱直接彼此被连接起来或者通过被插入在各个单独的功率谱之前、之间和/或之后的间隔值而彼此分离。最后，各个单独的功率谱分离地或者一起地被缩放。与分离地压缩各个单独的功率谱相比，通过压缩光电子器件的多个各个单独的功率谱，可以明显减小数据数量。用这种方法，通过使用间隔值，一方面可以实现各种功率谱的适配。同时，插入间隔值允许将由在各个单独的谱的外部范围中的压缩过程引起的失真最小化。通过分离地缩放功率谱，所述各个单独的谱都可以特别最优地被缩放。另一方面，通过共同缩放可以减小数据量。
[0020]根据另一实施例，以恒定的或者动态地被确定的位深来执行经压缩的图表的数字化。在这种情况下，恒定的位深允许特别简单明了的数字化。另一方面，借助于动态地被确定的位深，可以实现各种频率分量关于最大量化误差的加权。例如，具有低索引的频率分量可以尽可能准确地以高的位深来成像，而具有较高索引的频率分量可以以较低的深度并且因此以较大的量化误差来成像。
[0021]根据另一实施例，执行由所述压缩方法产生的对经压缩的谱数据的数据数量和/或压缩品质的估计。在这种情况下，考虑到经压缩的谱数据的最优的数据数量和/或压缩品质，各个单独的或者多个方法步骤的特定的参数被适配，并且再次用经适配的参数来执行相对应的方法步骤或者所述压缩方法。通过在各个单独的方法步骤并且在已经完全执行了压缩算法之后都可以执行的所述估计，可能确保经压缩的谱数据的数据数量并不超过预先确定的存储器尺寸。同时，因此可能确保借助于经压缩的谱数据重建的功率谱尽可能好地与原始功率谱匹配。
[0022]在用于给通过根据本发明的压缩方法而被压缩的功率谱解压的解码方法中，首先提供功率谱的经压缩的谱数据，并且执行数字化的逆转，其中经压缩的谱数据的每个数字数都分别被分配有与相应的位深相对应的图像值。随后执行逆缩放，其中图像值被除以第二比例因子。此外，执行图像值的加索引，以便产生被重建的图表，其中每个图像值都被分配有相对应的图像索引。随后，与由编码器使用的离散频率变换相反的变换被应用于被重建的图表，以便产生被重建的源图。随后，执行加索引的逆转，以便产生被重建的源谱，其中被重建的源图的各个单独的源索引都被分配有相对应的波长。最后，执行被重建的源谱的进一步的逆缩放，以便产生被重建的功率谱。借助于基本上与压缩方法颠倒的次序来执行的解码方法，可能产生在与原始功率谱有相对小的差别的情况下产生被重建的功率谱。为此，解码装置使用那些被编码装置曾用于对经压缩的谱数据进行编码的参数。
[0023]根据一个实施例，被重建的图表的图像值被内插，以便产生附加的图像值。在这种情况下，借助于所述附加的图像值，所希望的在被重建的功率谱中的中间值通过应用反变换、逆转加索引和逆缩放来产生。用这种方法，相对简单明了地可能在被重建的功率谱中产生特定的谱值，所述特定的谱值在原始的离散功率谱中不曾存在。
【附图说明】
[0024]与将结合附图更详细地被解释的对示例性实施例的如下描述相结合，如上面所描述的本发明的属性、特征和优点和实现所述属性、特征和优点的方式将变得可更清楚地并且更容易地是可理解的。以图示化的表示:
图1示出了用于借助于测量和编码装置测量并且编码光电子器件的功率谱的示例性的装置；
图2示出了用于利用用于对相应的光电子器件的经压缩的功率谱解码的解码设备来操作光电子器件的装置的示意性表示；
图3例如示出了发光二极管的功率谱；
图4示出了多色发光二极管的三个不同的功率谱；
图5示出了包括三个功率谱并且通过缩放和加索引产生的源图；
图6示出了通过源图的离散频率变换产生的图表；
图7示出了图6的图表的绝对值的具有相对应的回归线、包络和阈值索引的对数表示； 图8示出了在将具有以指数方式降低的包络的对数表示逆转之后的图表；
图9示出了图8的在用第二比例因子缩放之后的图表；
图10以表格的形式例如示出了经压缩的谱数据的数据集；
图11示出了根据本发明的编码方法的流程图的示意性表示；以及图12示出了根据本发明的解码方法的流程图的示意性表示。
【具体实施方式】
[0025]光电子器件的功率谱的存储由于这种功率谱的高数据量而遭受特定的限制。为了存储发光二极管的功率谱，由于发光二极管的小尺寸，只有非常有限的存储器容积是可用的。为了允许根据被存储在存储装置中的数据最大准确地重建功率谱，适当的数据压缩应被用于压缩功率谱。接着，经编码的功率谱优选地仍在发光二极管的制造方法的背景期间被写到发光二极管的存储装置中。
[0026]下面所描述的编码方法使用有损压缩方法，在所述有损压缩方法中，数据被分离成对于应用重要的部分和不重要的部分，并且只有重要的部分被存储。典型的不重要的部分例如是噪声。在这种情况下，重要的与不重要的部分之间的边界通常是不固定的。因此，通过在上面所描述的示例性实施例中通过使阈值索引沿着图像索引比例来移位而完成的适配这个边界，可能精确地控制经压缩的数据的数据尺寸。因此，这种形式的压缩特别好地适合于关于有限的存储器容积来优化数据尺寸。在这种情况下，输入信号的形状、编码器的品质和可用的数据量确定压缩的品质，也就是确定经解码的被编码的数据与原始数据匹配的程度。
[0027]在图1中示出了用于对功率谱进行编码的一个可能的装置。在这种情况下，光电子器件100的光电子半导体模块110发射的光111被测量装置220接收。一般以光谱仪的形式来配置的测量装置220确定该入射光的功率谱并且将数据的该功率谱转交给编码装置210。也被称作编码器的编码装置210借助于特殊的算法根据所接收到的功率谱产生经编码的谱数据的集合。随后，经压缩的谱数据经由相对应的数据接口 130被发射给光电子器件100，并且在那里被存储在内部的存储装置120中。尽管测量装置220以及编码装置210在图1的示意性表示中被组合成共同的测量和编码设备200，但是在时间上和空间上都可以彼此独立地执行测量过程和编码过程。在存储装置120被安装在光电子器件100上之前，也可以执行经编码的谱数据到存储装置120中的存储。诸如例如在图2中所示出的那样，优选地借助于适当的解码装置来执行根据经压缩的谱数据对功率谱的重建。在这种情况下，在也被称作解码器的解码装置310中，基本上通过逆转由编码装置210执行的方法步骤，从光电子器件100的存储装置120读出的经压缩的谱数据被转换为被重建的功率谱。根据应用，可以直接使用被重建的功率谱，或者被重建的功率谱被存储在存储器中，以供以后使用。在本示例性实施例中，被重建的功率谱被发送给如下控制装置320:所述控制装置320利用该信息执行对光电子器件100的光电子半导体芯片110的控制。作为对此的替换方案或者附加于此地，该控制装置320可以将光电子半导体芯片110的被重建的功率谱用于控制或者评估(evaluate)如下光学传感器330:所述光学传感器330接收光电子半导体芯片110的已经被对象340反射的光111。这个传感器装置330例如可以是移动电话的摄像机模块，在该情况下，光电子半导体芯片110以闪烁或者照相光的形式被配置。在这样的情况下，借助于光源110的从存储装置120读出的和通过解码装置310重建的功率谱，控制装置320可以执行对通过摄像机模块330接收到的图像的修正。尽管图2以共同的解码和控制设备300的形式示出了解码装置310和控制装置320，但是可以使经编码的谱数据的解码和使用经解码的谱数据(例如用于处理传感器信号)在时间上和空间上都彼此分离。例如，经编码的谱数据已经可以提前被解码并且被存储在相应的应用的存储器中，以供以后使用。
[0028]这里所示出的编码和解码装置210、310原则上可以以硬件、软件或者硬件和软件的组合的形式来制造。
[0029]在下面将借助于示例性的功率谱和各种相关联的曲线图详细地表示根据本发明的编码和解码过程。为此，图3示出了绿色LED的典型的光功率谱，如在通过编码装置210的光谱仪的相对应的测量之后所获得的那样。更确切地说，这是功率密度谱，在所述功率密度谱中，辐射亮度(radiance)L—般相对波长λ被绘制，其中辐射亮度L意思是被表达成每平方米每立体角的瓦特[W sr-1 m-2]的每单位立体角每单位面积的辐射通量或者辐射功率。在这种情况下，在相对高的波长分辨率的情况下，功率谱152—般是可用的，使得未经压缩的谱数据具有大的数据量。
[0030]在多色LED的情况下，由于各个单独的LED芯片的功率谱都被用来表征这样的LED，所以该数据量明显增加。图4例如示出了多色发光二极管的三个功率谱151、152、153。在这种情况下，所述各个单独的功率谱151、152、153明显在等级(level)上彼此不同，这一方面是由于制造，而另一方面涉及人眼对光的生理感知。
[0031]然而，通过适当地压缩功率谱151、152、153可以实现为了描述这些功率谱所需的数据数量的减少。在第一步中，功率谱151、152、153的负值首先被排除。这样的负值通常由于噪声效应并且由于在光谱仪220中的特定的处理操作而出现。为此，小于零的谱值被设置等于零。原则上，该方法步骤是可选的。
[0032]在同样是可选的第二方法步骤中，可执行对各个单独的功率谱151、152、153的缩放。例如，当在所述各个单独的功率谱之内的谱值在相对宽的范围上变化时或者当不同的功率谱的谱值具有不同的数量级时，这是适宜的。通过缩放可执行功率谱的归一化或者适配，使得各个单独的功率谱的谱值都具有对于随后的数字化有利的数量级。根据该应用，在谱之内的比例因子可以是恒定的。此外，可以将函数、例如波长的函数用于缩放。编码装置210可以被配备有被用于所有的功率谱的固定的比例因子，或者可以分别使用根据相应的功率谱选择或者特殊地产生的动态地被确定的比例因子。然而，在后者情况下，比例因子需要被传送给解码装置。尽管这与高的存储需求相关联，但是这一般通过将缩放函数的相对应的参数插入到已经被压缩的数据集中来完成。
[0033]由光谱仪220提供的功率谱一般以相对高的波长分辨率在宽的波长范围上是可用的。由于对于该应用通常只需要有限的波长范围，而且由光谱仪提供的波长可能不可对应于该应用所要求的波长，所以在编码装置210中在特定的波长处对功率谱151、152、153的采样。这些采样波长可以是恒定的，也就是说通过表格来详细说明并且可应用于所有等效的功率谱。作为替换方案，也可以在编码装置210中，例如借助于特定的函数动态地确定采样波长。在这种情况下，采样波长或者相应的函数的参数必须被传送给解码装置310，这一般与相对较高的数据量相关联。编码装置210可以将恒定的波长分辨率用于采样，其中所述采样波长彼此分别是等距的。作为对此的替换方案，也可以非线性地选择采样波长，使得各个单独的采样点彼此具有不同的距离。有利地，在这种情况下可以选择采样波长，使得作为采样的结果，每个采样点的信息内容都尽可能是等效的或者所述信息内容根据该应用是被优化的。在后者的情况下，以高的采样率来采样对于相应的应用是重要的波长范围，而以低的采样率来采样较不重要的波长范围。例如可以将采样波长适配到要被期望的LED谱。因此，可以针对所希望的谱来优化编码器，伴随着编码品质针对不希望的谱降低的危险。通过适宜地选择采样波长，编码器也可以相对稳健地被配置，使得该编码器对于宽范围的LED功率谱同样良好地运行。
[0034]如果原始谱是以离散的形式可用的(这一般是用数字光谱仪的情况)，那么可以有利地利用内插例程来执行采样。为此，杠杆规则、线性回归或者多项式拟合例如可以是可设想的。
[0035]通过适宜地选择采样波长的数目可以确定并且优化在计算费用与编码品质之间的比。在这种情况下，编码品质通常随着采样分辨率的提高而增加。然而，位于原始谱的分辨率以上的采样分辨率并不提供任何其它的性能优点。
[0036]如果由光谱仪提供的离散功率谱系统化地包含不重要的信号分量(例如在通过光谱仪采样和数字化引起的噪声信号中的系统地占主导地位地高的分量)，那么可以通过重新采样来使所述不重要的信号分量失效，使得这些它们有效地被抑制或者通过随后的算法被除去。
[0037]为了压缩功率谱，谱值被加索引。在这种情况下，所述谱值以它们的次序被排列并且被配备有连续的源索引IA(0、l、2-_maX_index(最大索引))。在这种情况下的每个源索引Ia都对应于特定的采样波长。如果光电子器件具有多个发光二极管，那么各个单独的LED谱可单独地被加索引并且随后分离地被编码。然而，有利的是将多个各个单独的功率谱151、152、153组合来形成被扩展的功率谱154。接着，所述各个单独的功率谱151、152、153可以被加索引并且随后一起被编码。为了针对随后的变换而优化功率谱151、152、153，适宜的是在每个单独的谱151、152、153的开始和结束处并且在两个各个单独的谱151、152、153之间的过渡区域中引入特定的间隔值。用这种方法可以实现的效应是:作为随后的变换的结果、优选地在谱的边缘区域中出现的误差只被集中到间隔值上，而实际的谱基本上保持被保护免于这些误差。此外，可以借助于适当的间隔值实现在两个谱之间的更好的过渡。
[0038]图5例如示出了通过缩放、采样、组合和加索引而根据在图4中所示出的三个功率谱151、152、153形成的源图160。由于随后的数学算法使用无量纲的数，所以以nm为单位的波长λ和以(W/(sr nm2))为单位的辐射亮度L的物理量在源图160中通过无量纲的源索引Ia和同样无量纲的源值A代替。
[0039]在随后的方法步骤中，执行这里被提供为离散空间信号的源图160从位置域或者源域到频域或者图像域中的变换。原则上，这可以通过任何适当的离散线性正交变换来完成。然而，优选地，离散余弦变换(DCT)被用于此。更确切地说，使用离散余弦变换的四种已知的变型1、n、m、iv之一。可以以多种多样的方式执行一般在用于功率守恒的离散变换的情况下所需的归一化。例如，不可在编码期间应用归一化因子l/(max_index+l)，使得该归一化因子接着需要被解码器应用。此外，该归一化因子还可以被解码器用作根，在这种情况下，该解码器也必须将该归一化因子用作根。最后，该归一化因子可以完全被编码器应用，使得该归一化因子并不需要被解码器应用。
[0040]离散余弦变换将重要的(低频)信号分量集中到低索引上并且将不重要的(高频)信号分量(例如噪声)集中到高索引上。由于LED功率谱没有不连续(例如弯折或跳跃)，所以所述LED功率谱的重要的信号分量一般是低频的。另一方面，高频信号分量更多地被噪声主导。针对此原因，借助于适当的离散变换并且特别是借助于离散余弦变换，在重要的与不重要的信号分量之间实现良好的分离。在本上下文中，图6示出了源图160的离散傅立叶变换的频谱170。在下文被称作图表170的频谱中，在下文被称作图像索引的形成横轴的索引Ib对应于离散余弦变换的各个单独的函数，而且被称作图像值B以便将其与源图160的源值A区分的沿着纵轴绘制的频率值对应于所述各个单独的函数的相应的系数。图表170的频率分量在低频范围内示出了对于具有未修正的频率分量信号典型的指数降低，其在频谱的近区中具有高的值并且在频谱的远区中具有低的值。因此，当执行所述变换时，将计算限制到适当的近的索引区域是可能的。用这种方法可以减小计算费用。
[0041]由于离散余弦变换与离散傅立叶变换对比允许用实数计算，所以可以避免具有复数的复杂的计算。然而，原则上也可能将其它等效的变换(例如离散正弦变换、离散傅立叶变换或者快速傅立叶变换)用作离散余弦变换的替换方案。
[0042]如果是必要的或者适宜的，那么也可以执行变换的级联。这涉及变换的联结，其中在已经执行变换之后，索引值0...η被存储并且再次通过离散余弦变换来变换其它的索引值η+1...ηι彡max_index。该步骤可以被重复若干次，其中在极限情况下分别只保持最低的索引值并且所有其它的索引值都再次被变换。由于执行具有较大的索引范围的计算，所以该方法导致了明显增加的计算费用。然而，借助于该级联，在谱值具有重要的并且特别是系统的高频分量的情况下，实现将这些重要的信号分量成功地集中到低索引上。因此，特别是在同时功率谱的再现性基本上没有被损害的情况下，可以明显地减小经编码的谱数据的数据量。
[0043]为了明显地减小经编码的一个或者多个功率谱的数据数量，适宜的是标识重要的和低重要性的信号分量并且将低重要性的信号分量从频谱排除。这通过随后的压缩步骤来完成，其中阈值索引S被确定并且在阈值索引S以上的索引值被从频谱除去。一方面，通过适当地选择阈值索引S可以优化数据数量与压缩品质之比。特别是，由此可以以特别简单明了的方式将压缩配置到预先确定的存储器容积。另一方面，在适当地选择阈值索引的情况下，实现谱曲线的平滑。
[0044]在典型的LED谱的情况下，在从最大索引的1/4到最大索引的1/5的范围中的索引可以被选作阈值索引S。适宜的是，阈值索引S位于一般以指数方式降低的提供信息的信号与一般具有更恒定的型式(profile)的噪声之间的索引边界处。根据该应用，阈值索引S可以在编码装置210中被预先确定或者动态地被确定。然而，在后者的情况下，阈值索引S需要被传送到解码器并且因此占据附加的存储空间。
[0045]图7示出了被绘制在对数坐标上的源图170的绝对值。由于重要的信号分量以指数方式降低，在该图示中有直至为大约65的图像索引Ib的基本上直的曲线型式，其中针对在该极限索引以上的值有基本上由宽带分布的噪声信号引起的水平的曲线型式。在这种情况下，该极限索引176位于具有小于总索引176的图像索引Ib的第一图部分171的第一回归线173与具有大于极限索引176的图像索引Ib的第二图部分172的第二回归线174的交点处。如图7所示出的那样，尽管阈值索引S的位置可以根据所希望的压缩和信号品质而沿着索引轴在极限值索引周围变化，但是所述阈值索引S优选地位于通过直线176来限定的极限值索引的区域中。
[0046]为了优化图像值B的数字化，可以跟随压缩步骤执行经压缩的图表170的缩放。在缩放期间，图像值B被乘以比例因子。例如，这可以用以固定的方式预先确定的比例因子来完成。作为对此的替换方案，可以通过编码器动态地将比例因子确定或者建立为例如图像索引Ib的函数。然而，在这种情况下，比例因子必须被传送到解码器，这增加了在被编码的数据集中的数据数量。
[0047]优选地借助于包络来执行缩放，其中如下包络方法由于经压缩的图表170的图像值B的指数降低而是适当的:在所述包络方法中首先形成图像值B的绝对值并且随后形成所述绝对值的对数。由于频率分量是不相关的并且因而以指数方式降低，所以自然对数特别适合于此。在从O到阈值索引S的图像索引范围内执行线性回归，所述线性回归给出了两个参数X_scale(索引轴)和￥_80&16(频率值轴)，借助于所述两个参数X_scale(索引轴)和￥_scale(频率值轴)可以产生回归线。在这种情况下，参数可以指明回归线与图像索引轴和图像值轴的交点。作为对此的替换方案，X_scale也可以指明回归线的梯度。通过确定在从O到阈值索引S的图像索引范围内的回归线与对数值之差，通过修改参数X_scale或者Y_scale来使回归线移位，使得所有的对数值总是位于被移位的回归线之下。可选地，可以引入为例如5%的安全裕量。用这种方法来移位的回归线形成直包络线，经修改的参数X_scale和相关联的参分别用被建立的具有固定的参数的缩放函数来缩放并且被舍入成整数。这些值同样被插入到经压缩的数据集中并且因此被传输给解码器。
[0048]利用经修改的分别使用被舍入的值的参数产生在其第一部分171中包含图表170的所有的图像值B的包络175。如在图8中所呈现的那样，包络175显示出指数的型式。为了澄清，在图8中的负的范围内也指明了包络175。
[0049]为了缩放图表170，图表170的在从O到阈值索引S的图像索引范围内的图像值B现在被除以包络175的相对应的包络值。如在图9中所表示的那样，这因此给出了位于-1到+1之间的经缩放的图像值C。因此，最优地利用了随后的数字化步骤的可用的位深。此外，通过缩放可靠地避免了可能的溢出。
[0050]借助于参数X_scale，编码器可以估计其性能，或者如果该估计给出了极限值性能或者不足的性能，那么编码器可以产生报警或者错误消息。通过以对数方式缩放参数Y_scale，可以覆盖谱值的大的功率范围。
[0051]在随后的数字化步骤中，每个图像值B或者B’都被分配有具有被限定的位深的数字数。在这种情况下，可以使用例如借助于表格预先确定的位深分配，或者作为对此的替换方案，可以通过编码器借助于函数动态地分配位深。例如该分配例如可以以其自己的位深包络函数来形成并且以函数参数的形式被传送给解码器。在这种情况下，对于函数参数需要附加的存储空间。
[0052]如果图像值B或者B’位于-1到I之间，那么可以使用如下的简单的分配:
数字值:等于图像值乘(2 — I)。
[0053]确定了经编码的频率值的数目的阈值索引S的限定与位深一起限定了经压缩的频谱数据的所需的存储空间。在缺少存储空间的情况下，通过调整这些因子可以相对简单明了地减小经压缩的数据集的尺寸。另一方面，所述压缩和数字化产生数据损失，所述数据损失导致了经解码的被编码的谱(也就是说被重建的谱)与原始谱的差别。通过在压缩与数字化之间的准确的调整，利用预先确定的存储空间可以优化编码品质。
[0054]图10以表格形式例如示出了可能的被压缩的数据集。分别表示了数字数(数据串)和相关联的位深。如可以分别看出的那样，经压缩的数据集包括通过编码器动态地确定的参数被传输到其中的第一部分I和基本上包含数字化的图像值的第二部分Π。在这种情况下，所述数字化图像值例如按照所述数字化图像值的索引来排列。根据该应用，在数据集之内的参数的数目以及次序可以变化。如可以从图10的表格看出的那样，随着索引的前进，位深可以逐步地减低，其中前八个数字数有10位的位深，接下来的八个数字数有9位的位深，接下来的八个数字数有8位的位深等等。利用相对应地降低的位深函数，确保了第一和因此最重要的信号分量可以尽可能准确地被重建。
[0055]图11示出了本编码方法的示意性的流程图400，其中负值首先在第一步骤410中从原始谱被除去。在第二方法步骤420中，执行对一个或者多个功率谱的缩放。在第三方法步骤430中，执行对用这种方法产生的源谱的采样。在第四方法步骤440中，为了产生源图而执行对源谱的索引。在第五方法步骤450中执行变换。在第六方法步骤中，可选地执行变换的级联。在第七方法步骤中，将用这种方法产生的图表压缩，其中只有小于等于所限定的阈值索引S的图像值进一步被处理。在第八方法步骤480中，可选地执行对用这种方法压缩的图表的缩放。最后，在第九方法步骤490中执行图表的数字化。这里所示出的方法步骤可以以它们的次序根据应用来变化。特别是，第一方法步骤和第二方法步骤可以彼此互换。此外，第三和第四方法步骤可以彼此互换。
[0056]为了给成功地借助于编码装置来编码的功率谱解码，解码器或者解码装置基本上以颠倒的次序执行编码器或者编码装置的步骤。在这种情况下，解码器使用了在编码期间所使用的参数，其中在编码方法中以固定的方式被预先确定的参数在解码器中被实施。通过编码器动态地产生的参数优选地随着经编码的数据集被传送给解码器。图12示意性地示出了解码过程的序列。在第一方法步骤510中，首先执行数字化的逆转。在这种情况下，位数目首先按照它们的位深分配根据连续的位序列被确定。用这种方法确定的数字数被转换为浮点数。在方法步骤520中执行缩放的逆转，在此期间，优选地位于-1到I之间的经缩放的值被乘以相对应的包络值。
[0057]在随后的方法步骤530中执行加索引，在此期间，每个被重建的图像值都被分配有相对应的图像索引Ib。在这种情况下，原则上可能的是:通过适当的内插产生用这种方法被重建的离散图表的中间值，所述中间值在反变换之后给出了在原始源谱中不存在的特定的波长。在这种情况下，为了不产生被编码器使用的采样波长的谱值，而是产生用于在经编码的波长范围内的任意的波长的谱值，使用离散余弦变换的内插属性。为此，可以按照所希望的波长对被重建的图表的图像索引线性地内插，使得在某些情况下所述图像索引不再作为整数存在。通过随后的离散余弦变换，匹配的被内插的谱值针对这些索引来产生。因此，可以以任何所希望的分辨率产生经解码的或者被重建的功率谱。然而，原始谱与被重建的谱之间的差别与所选择的分辨率无关。
[0058]跟随索引步骤和可选地被执行的内插，在第四方法步骤540中，执行被重建的图表从图像域到源域中的反变换。在这种情况下，在解码器中的变换必须与在编码器中的变换匹配。特别是当将离散余弦变换用于编码谱数据时，使用了与其相反的离散余弦变换，其中不得不分别观察原始离散余弦变换的变型(1、n、m、iv)。归一化因子的使用也必须观察原始变换中的过程。因此，当在原始变换中使用归一化因子时，使用归一化因子在反变换中不是必需的。如果归一化因子之前曾被用作根，那么该归一化因子也必须在反变换中被用作根。最后，如果归一化因子不曾在正变换中被使用，那么该归一化因子必须在反变换中被使用。
[0059]如果在编码期间曾执行变换的级联，那么现在必须以颠倒的次序执行该级联。在这种情况下，只有图表的最后曾被变换的部分首先被反变换。随后，其它的值被添加并且与第一反变换的结果一起在新的反变换中被变换。在已经执行反变换之后，可能存在的间隔值被省去，而且在第五方法步骤550中，执行将被重建的功率谱分离成各个单独的功率谱。在这种情况下，谱值再次被分配给所述各个单独的谱。只有在多个功率谱最初曾被组合来形成被扩展的功率谱的情况下，该方法步骤才是必需的。
[0060]在随后的第六方法步骤560中执行加索引的逆转，其中每个谱值都按照加索引被分配有相对应的波长。
[0061]在另一方法步骤570中，一个或者多个功率谱的第一缩放被逆转。在这种情况下，功率谱的谱值分别被除以相关联的缩放值。在逆缩放之后，被重建的一个或者多个功率谱现在是可用的。在可选的第八方法步骤580中，可以将由于解压缩而可能已经在被重建的功率谱中存在的负值除去。在这种情况下，经解码的小于零的谱值被设置等于零。
[0062]也在解码期间，在解码器中可以互换或者重新排列所述步骤的次序，只要这是适宜的并且满足该函数即可。特别是，方法步骤560、570和580可以彼此互换。此外，缩放的逆转520和加索引或内插530也可以彼此互换。这里所描述的解码器也可以被集成到编码器实施方案中。因此，解码器的解码结果已经可以直接与编码器中的原始谱相比较，使得该解码器被给予评定其自身性能的可能性。
[0063]本发明已经借助于优选的示例性实施例更详细地被图解说明并且被描述。尽管如此，本发明并不限于所公开的例子。更确切地说，其它的变型可以由本领域技术人员从其导出，而不离开本发明的保护范围。
[0064]这里所描述的编码方法使用有损压缩方法，其中数据被分离成对于应用重要的部分和不重要的部分，而且只存储重要的部分。典型的不重要的部分例如是噪声。在这种情况下，重要的与不重要的部分之间的边界通常是不固定的。因此，通过适配该边界(这在上文所描述的示例性实施例中通过沿着图像索引比例来使阈值索引移位而被完成)，可能精确地控制经压缩的数据的数据尺寸。因此，这种形式的压缩特别好地适合于关于有限的存储器容积来优化数据尺寸。在这种情况下，输入信号的形状、编码器的品质和可用的数据量确定压缩的品质，也就是说确定经解码的被编码的数据与原始数据匹配的程度。
[0065]通过这里所提出的方法，可以对光电子器件的各种各样的谱进行编码。例如，可以通过例如以W/(sr*nm)为单位的例如绝对谱值来执行编码。因此，在压缩多个谱期间，特别是保持所述谱之间的比。作为对此的替换方案，经归一化的谱也可以被编码，在这种情况下失去了所述绝对值。
[0066]尽管这里在示例性实施例中所描述的术语“功率谱”涉及光功率谱，其中与相应的测量方法和应用无关地，辐射亮度L相对波长λ被绘制，但是原则上也可能然而使用如下谱:在所述谱中，不同的辐射量或者光度量相对波长λ被绘制，所述辐射量或者光度量例如是以W/nm为单位的总功率、最大辐射强度(每立体角的光功率W/( sr*nm))、辐照度(也就是以W/m2*nm为单位的表面照明)等等。
[0067]参考符号列表
100光电子器件
110光电子半导体芯片
111光福射 120 存储装置 130 数据接口 140 电接口 151-153 功率谱
154总功率谱
155源谱 160 源图170图表
171图表的第一部分
172图表的第二部分
173第一图表部分中的回归线
174第二图表部分中的回归线
175直的包络线
176经过两个回归线的交点的直线
177直的阈值线
180被缩放的图表
181上包络
182下包络
200测量和编码设备
210编码装置
220测量装置
300解码和控制设备
310解码装置
320控制装置
330传感器装置
340被照明的对象
400压缩方法的流程图
410-490压缩方法的方法步骤
500解压缩方法的流程图
510-580解压缩方法的方法步骤
A源图的离散源值
B图表的离散图像值
B’被缩放的图表的离散图像值
Ia源图的索引
Ib图表的索引
S图表的阈值索引
【主权项】
1.用于光电子器件(100)的功率谱(151、152、153)的数据压缩的编码方法，所述编码方法包括如下步骤: -提供所述光电子器件(100)的至少一个功率谱(151、152、153); -在特定的采样波长处采样所述功率谱(151、152、153)，以便产生离散源谱(155); -给所述离散源谱(155)加索引，以便产生具有离散源值(A)的源图(160)，其中波长(λ)被连续的源索引(IA)代替； -通过借助于离散频率变换将源图(160)从源域变换到图像域来产生具有离散图像值(B)的图表(170); -执行所述图表(170)的压缩，其中所述图表(170)的重要的和低重要性的组成部分被标识而且低重要性的组成部分从所述图表(170)被排除;并且 -将经压缩的图表(170)数字化，以便产生经压缩的谱数据，其中所述经压缩的图表(170)的每个图像值(B)都被分配有相对应的具有确定的位深的数字数。2.根据权利要求1所述的方法， 其中，借助于离散余弦变换执行所述源图(160)的变换。3.根据权利要求1和2之一所述的方法， 其中，通过存储具有通过所述离散频率变换产生的图表(170)的低的图像索引(IB)的图像值(170)并且借助于所述离散频率变换将所述图表(170)的剩余的图像值(B)重新变换，离散频率变换的级联被执行。4.根据上述权利要求之一所述的方法， 其中，具有在阈值索引(S)以上的图像索引(IB)的图像值(B)在所述图表(170)的压缩期间被排除， 其中，所述阈值索引(S )以固定的方式被预先确定或者动态地被确定。5.根据上述权利要求1至4之一所述的方法， 其中，所述功率谱(151、152、153)的谱值在采样之前被乘以第一比例因子， 其中，在整个波长范围上恒定的值或者与波长有关的函数被用作第一比例因子，并且其中，所述第一比例因子针对多个功率谱(151、152、153)被建立或者根据相应的功率谱(151、152、153 )动态地被确定。6.根据上述权利要求之一所述的方法， 其中，所述图像值(B)在所述图表(170)的压缩之后借助于第二比例因子被缩放， 其中，预先确定的或者动态地被确定的恒定的值或者预先确定的或者动态地被确定的函数被用作第二比例因子。7.根据权利要求6所述的方法， 其中，所述经压缩的图表(170)的包络(175)被确定用于缩放，并且所述经压缩的图表(170 )的图像值(B )被除以所述包络(175 )的相对应的值。8.根据权利要求7所述的方法， 其中，形成所述经压缩的图表(170)的图像值(B)的绝对值的对数，用于缩放， 其中，回归线(173)借助于针对具有小于或者等于阈值索引(S)的图像索引(IB)的图像值(B)的线性回归来确定， 其中，所述经压缩的图表(170 )的包络(175)通过所述回归线(173 )的线性位移来确定，并且 其中，所述经压缩的图表(170 )的图像值(B)被除以所述包络(175 )的相对应的值。9.根据上述权利要求之一所述的方法， 其中，以固定的方式预先确定的或者动态地被确定的采样波长被用于采样;并且 其中，借助于恒定的或者与采样点的信息内容有关的采样波长分辨率来执行采样。10.根据上述权利要求之一所述的方法， 其中，所述功率谱的负值在采样之前被设置为零。11.根据上述权利要求之一所述的方法， 其中，为了产生源图(160)，所述光电子器件(100)的至少两个不同的功率谱(151、152、153)被组合来形成总功率谱(154)并且一起被加索引， 其中，各个单独的功率谱(151、152、153)直接彼此被连接起来或者通过被插入在所述各个单独的功率谱(151、152、153)之前、之间和/或之后的间隔值彼此分离，并且 其中，所述各个单独的功率谱(151、152、153)分离地或者一起被缩放。12.根据上述权利要求之一所述的方法， 其中，利用恒定的或者动态地被确定的位深执行所述经压缩的图表(170)的数字化。13.根据上述权利要求之一所述的方法， 其中，执行通过编码方法产生的经压缩的谱数据的数据数量和/或压缩品质的估计， 其中，考虑到经压缩的谱数据的最优的数据数量和/或压缩品质，各个单独的或者多个方法步骤的特定参数被适配，并且再次用经适配的参数来执行相对应的方法步骤或者所述编码方法。14.用于给通过根据权利要求1至13之一所述的编码方法来压缩的功率谱(151、152、153、154)解压的解码方法，所述解码方法包括如下步骤: -提供功率谱(151、152、153、154)的经压缩的谱数据； -将数字化逆转，其中所述经压缩的谱数据的每个数字数都分别被分配有与相应的位深相对应的图像值(B); -执行逆缩放，其中所述图像值(B)被除以第二比例因子； -给所述图像值(B)加索引，以便重建图表(170)，其中每个图像值(B)都被分配有相对应的图像索引(IB); -将与离散频率变换相反的变换应用于被重建的图表(170)，以便产生被重建的源图(160)； -将加索引逆转，以便产生被重建的源谱(155)，其中所述被重建的源图(160)的各个单独的源索引(IA)都被分配有相对应的波长(λ);并且 -执行所述被重建的源谱(155)的逆缩放，以便产生被重建的功率谱(151、152、153)。15.根据权利要求14所述的方法， 其中，所述被重建的图表(170)的图像值(B)被内插，以便产生附加的图像值，并且 其中，借助于所述附加的图像值，通过应用与离散频率变换相反的变换、逆转加索引和逆缩放来产生在被重建的功率谱(151、152、153)中的所希望的中间值。
【文档编号】H03M7/30GK105940612SQ201580007016
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】M.舒曼, L.普莱茨
【申请人】奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司