基于极坐标的无极调光调色方法技术

本发明专利技术提出了一种基于极坐标的无极调光调色方法。本发明专利技术结合格拉斯曼混色原理，建立极坐标系下的色度和光度参量算法模型，将色度和光度量转换为两路PWM控制量，实现了亮度和色温的独立调节，可快速达到需设定的亮度和色温。并针对调光过程中出现的抖动和闪烁问题，给出了动态平滑调光机制，提升了调光体验感。相比于现有方法，本发明专利技术在调光准确度上有了很大的提升，并且算法实现复杂度低，具有很好的实用价值。

Polar adjustment and color adjustment method based on polar coordinates

The invention provides a polar adjustment and color adjustment method based on polar coordinates. Combining the principle of Glassman color mixing, the algorithm model of chromaticity and luminosity parameters in polar coordinate system is established, and the chromaticity and luminosity are converted into two PWM control variables. The independent adjustment of brightness and color temperature is realized, and the brightness and color temperature needed to be set can be quickly achieved. The mechanism of Dynamic Smoothing dimming is proposed to improve the dimming experience. Compared with the existing methods, the invention has a great improvement in the dimming accuracy, and the algorithm has low complexity and good practical value.

【技术实现步骤摘要】
基于极坐标的无极调光调色方法
本专利技术涉及调光
，具体为涉及一种基于极坐标的无极调光调色方法。
技术介绍
国际照明委员会(CIE)用色调、亮度和饱和度这三个属性来描述颜色的综合指数——色品，色品图上不同的点表示了不同的色品。根据色度学相关理论，由色品图中任意两种颜色组合而成的新颜色，位于该两种颜色的线段上。根据格拉斯曼颜色混合定律，新颜色的色品取决于混光前各颜色的占比。LED的色温由光源决定。光源不同，显色指数也不相同。根据光源的色温，可大致分成暖白光和冷白光。为了实现光照的调节，可采用LED调光技术，将若干不同颜色的LED光源进行组合，调节各个光源的光度参数，改变光照的色温和照度。目前，LED常用的调光方式有模拟调光和脉宽调制(PWM)调光。模拟调光通过改变电路的电流大小，实现LED的亮度调节，电路实现简单。但是，由于电流的改变引起LED峰值波长变化，会造成发光不稳定，改变光源本身的显色指数和色温。PWM调光通过改变光源电流的通断时间，即通过占空比改变平均有效电流，从而实现LED亮度调节。PWM调光对光源本身的色温影响很小，几乎可以忽略不计。两种不同比例色温光源混光以后，理论上可调节出两种色温之间的所有色温值，具有稳定性高、可调幅度大和准确度高的优势，工程上多采用PWM调光。现有的PWM调光调色技术主要有RGB三色混光技术和冷暖白光混光技术。RGB混光技术通过红、绿、蓝三种单色LED混光，生成白光。冷暖LED调光技术，将冷白光和暖白光混光，实现照度和色温的调节。作为实用的调光调色灯具，应当满足在对色温调节时，光度量不变；在对光度量调节时，色温值不变，实现两者之间的独立调节，才能调节光环境到人体舒适的照度和色温点。浙江大学王纪永团队提出了两通道PWM调光调色的混光模型，将期望相关色温线结合CIE色品图等温线，由几何约束条件的交点得出期望色坐标，以此建立期望光色量与两通道占空比间的函数关系。该算法能定量地调制出期望照度和色温，利用PWM同时控制光源光度量和色度量的量化计算。但是在实际操作中，需要查阅和计算色品坐标，再汇总数据，运算复杂，内部控制消耗严重。不同色温对应占空比信息数据表进行存储消耗大量内存，难以处理在渐变调光中的短时间大量数据运算，可能引起延时、抖动等情况。徐代升等人从光源本身参数出发，依据选用冷白LED光源和暖白LED光源光度色度参数，利用常用色温下的经验计算公式确定色品坐标，实现在确定光度量参数时，可计算得出每路通道占空比。此种算法减少了运算量，但是通过改变混色的冷暖光源占空比Dw和Dc实现色温调节，会造成色温调节下光度量改变，不能独立对色温和光度量进行调节。李楠等人提出一种基于时间混色方式的照明光源系统控制算法，通过保持两路PWM控制信号相位交错，引入色温系数m和光度系数B参量，实现混色光源色温与亮度的独立调制。但是，由于此种算法需要两路PWM交错，减少了混光后光源色温和照度可调节范围。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种基于极坐标的无极调光调色方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和不足。本专利技术通过光度参数和脉冲调制、色温参数和脉冲调制之间的函数关系，建立极坐标系，将色温和光度量转换为两路PWM控制量。此方法实现了在调节色温时，光度量保持恒定；在调节照度时，色坐标保持不变，即相关色温值也不变化。算法复杂度低、精度高且调节范围广，满足了工程使用方便。并针对调光过程中出现的抖动和闪烁等导致人眼不舒适的问题，给出了动态平滑调光调色机制，提升调光体验感。本专利技术的有益效果是：可实现了亮度和色温的独立调节，可快速达到需设定的亮度和色温。解决了调光过程中出现的抖动和闪烁问题，调光过程均匀平滑，提升了调光体验感。相比于现有方法，在调光准确度上有了很大的提升，并且算法实现复杂度低，满足了工程使用方便。附图说明图1为本专利技术的同一直线上各点光度量值；图2为本专利技术的极坐标系下同一直线上各点光度量值图；图3为本专利技术的极坐标调光盲区图；图4为本专利技术的动态平滑调光图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围作出更为清楚明确的界定。色温是光线中包含颜色成本的一个计量单位，指绝对黑体从绝对零度(-273℃)开始加热后呈现的颜色。根据CIE色度计算模型，可以建立确定目标色温对应色品坐标，Tamaru团队提出了色温计算公式：T＝669A4-779A3+3360A2-7047A+5652(1.1)式(1.1)中T为计算得到的色温值，A为等色温线斜率倒数，计算公式为：若目标色温T已经确定，根据式(1.1)，可确定等温线斜率倒数A的值。把计算得到的A值代入式(1.2)，可得到当前色品坐标关系式如式(1.3)所示。由于该条直线上，等温线斜率值相同，该直线也称之为等温线：通过上述调色原理可以得出，如果已知冷白LED光源的色品坐标为(xc，yc)，暖白LED光源的色品坐标为(xw，yw)，则两种光源混合之后的色品坐标关系式可以表示为：式子中，xm∈[xw,xc]。令联立(1.3)和(1.4)，则xm可解得：由之前的分析可知，如果当前混光的色品坐标为xm，则ym可由式(1.3)或式(1.4)计算得出，这里暂时不进行计算。冷暖LED的通过两通道PWM来调节混光后光源的光度和色温。要解决的关键问题在于如何根据当前冷暖LED灯的光度、色度等光源参数，待调节混色后的光度和色度，最终计算得出每路通道对应的占空比，进行单路控制。根据光通矩阵理论，PWM改变脉冲宽度时，LED冷暖白光本身的色度变化很小，几乎忽略不计。但是，光度量的变化却和PWM呈现正比例相关关系，即和最大光度量成正比，可用如下关系式进行表示：Y＝DYz(1.6)式(1.6)中，Yz为电源在满电流工作状态下的输出光度量，D为占空比，Y为实际输出光度量。在已知冷暖LED每路通道光源输出最大光度量和占空比下，根据光通量叠加原理，可得出混合光的光度量：Ym＝DcYc+DwYw(1.7)式(1.7)中，Yc和Yw分别是冷光通道和暖光通道在满电流下的输出最大光度量，Dc和Dw分别为冷光通道和暖光通道的PWM占空比，Ym为混合后的输出光度量。以冷暖LED灯的每路实际输出光度量为坐标，则混光后光源的光度量可用坐标点Ym(DcYc，DwYw)进行。根据色度学原理和上述分析可得，在确定色温参量时，色品坐标和冷暖LED光源的光度量Yc和Yw，可用式(1.8)表示：于是有根据光度计算条件可以计算得出：根据式(1.7)和式(1.10)，可以得出每路通道的占空比为：根据上述推导，已经获得混合色品坐标下的冷暖通道占空比。由式(1.11)可以得出，冷暖LED光度量比值为：可以得出，当冷暖通道的光度量值确定时，x的色品坐标也确定。在这里，选取冷暖光度量区域内，直线y＝kx(k>0)上的混光点A(Dc1Yc1，Dw1Yw1)，B(Dc2Yc2，Dw2Yw2)和C(Dc3Yc3，Dw3Yw3)，如图1所示。在直线y＝kx上的混光点，斜率恒定，即冷暖光的光度量值相同，可用公式表示为：化简得出，在已知光度量区域内的直线斜率，可得出x的色品坐标为：当斜率和光度量比值相同时，可以唯一确定x值。x确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于极坐标的无极调光调色方法，其特征在于该方法具体是：根据CIE色度计算模型，建立确定目标色温对应色品坐标，色温计算公式：T＝669A4‑779A3+3360A2‑7047A+5652    (1.1)式(1.1)中T为计算得到的色温值，A为等色温线斜率倒数，计算公式为：

【技术特征摘要】
1.基于极坐标的无极调光调色方法，其特征在于该方法具体是：根据CIE色度计算模型，建立确定目标色温对应色品坐标，色温计算公式：T＝669A4-779A3+3360A2-7047A+5652(1.1)式(1.1)中T为计算得到的色温值，A为等色温线斜率倒数，计算公式为：若目标色温T已经确定，根据式(1.1)，可确定等温线斜率倒数A的值；把计算得到的A值代入式(1.2)，可得到当前色品坐标关系式如式(1.3)所示：通过上述调色原理可以得出，如果已知冷白LED光源的色品坐标为(xc，yc)，暖白LED光源的色品坐标为(xw，yw)，则两种光源混合之后的色品坐标关系式可表示为：式子中，xm∈[xw,xc]；令联立(1.3)和(1.4)，则xm可解得：如果当前混光的色品坐标为xm，则ym可由式(1.3)或式(1.4)计算得出；根据光通矩阵理论，PWM改变脉冲宽度时，LED冷暖白光本身的色度变化很小，几乎忽略不计；但是，光度量的变化却和PWM呈现正比例相关关系，即和最大光度量成正比，可用如下关系式进行表示：Y＝DYz(1.6)式(1.6)中，Yz为电源在满电流工作状态下的输出光度量，D为占空比，Y为实际输出光度量；在已知冷暖LED每路通道光源输出最大光度量和占空比下，根据光通量叠加原理，可得出混合光的光度量：Ym＝DcYc+DwYw(1.7)式(1.7)中，Yc和Yw分别是冷光通道和暖光通道在满电流下的输出最大光度量，Dc和Dw分别为冷光通道和暖光通道的PWM占空比，Ym为混合后的输出光度量；以冷暖LED灯的每路实际输出光度量为坐标，则混光后光源的光度量可用坐标点Ym(DcYc，DwYw)进行；根据色度学原理和上述分析可得，在确定色温参量时，色品坐标和冷暖LED光源的光度量Yc和Yw，可用式(1.8)表示：于是有根据光度计算条件计算得出：根据式(1.7)和式(1.10)，得出每路通道的占空比为：根据上述推导，已经获得混合色品坐标下的冷暖通道占空比；由式(1.11)可以得出，冷暖LED光度量比值为：可以得出，当冷暖通道的光度量值确定时，x的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈科明，江倩，孙萌，杨小雨，罗国清，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33