一種多色led實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法

文檔序號：10611064閱讀：567來源：國知局

一種多色led實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法。在本方法中，首先，通過采樣和測量獲取各色單顆LED的光譜樣本數(shù)據(jù)；然后，將目標光源色品和照度數(shù)據(jù)進行轉換以獲取其絕對三刺激值；最后，采用一種約束型差分進化算法迭代優(yōu)化獲得對應LED的驅(qū)動值，同時通過色溫誤差百分比、色品差、照度誤差百分比以及顯色性評價指標對優(yōu)化測量結果進行評價。本發(fā)明解決了當前光譜優(yōu)化方法存在的不足，能夠同時滿足實際應用對光源色品、照度以及顯色性等照明品質(zhì)方面的需求，也為實現(xiàn)光源色溫和照度的連續(xù)可調(diào)提供了一種切實有效的方法，對促進智能照明相關技術的發(fā)展具有十分重要的意義。
【專利說明】
一種多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及LED照明領域，尤其涉及一種多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] LED光源顯著的節(jié)能、長壽等特性越來越引起人們的廣泛關注。當前主要有兩種方法用于產(chǎn)生照明白光:一種為藍光LED激發(fā)黃色熒光粉，即熒光粉轉換型白光LED，這種白光 LED由于存在Stokes漂移故效率較低，且難以獲得較高的顯色性;另一種為借助LED豐富的顏色分布及色光混合原理組合多色LED產(chǎn)生白光，該方式通過調(diào)整各色LED的混合比例或強度能夠產(chǎn)生想要的白光，而這一特性也為實現(xiàn)光源光譜優(yōu)化提供了無限可能。顯色性作為評價照明光源最為重要的品質(zhì)參數(shù)，在一般照明應用中，如辦公、家居、商場、博物館以及產(chǎn) 品顏色檢測等場合，往往均對其有特定的要求，因此以光源最佳顯色性為目標優(yōu)化多色LED 混合光譜具有十分重要的實際意義。
[0003] 目前，采用多色LED對其混合光譜進行優(yōu)化多集中于通過調(diào)整LED的峰值波長和帶寬來實現(xiàn)特定顯色性評價指標或輻射效率的最大化，這種優(yōu)化方式旨在為促進新型LED的發(fā)展和LED類型的選擇提供指導，并不是對實際已有的LED進行優(yōu)化。另外，已有的優(yōu)化方法也不能很好地針對特定的光源色品和照度來優(yōu)化多色LED的混合光譜。為此，本發(fā)明公開了一種多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，該方法能夠在匹配給定光源色品和照度的條件下實現(xiàn)其顯色性的最大化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服已有光譜優(yōu)化方法的不足，本發(fā)明提供了一種多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0006] -種多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0007] SI: LED光譜樣本數(shù)據(jù)的獲??；
[0008] S2:光源目標色品和照度數(shù)據(jù)的輸入及處理，得到其對應的目標絕對三刺激值；
[0009] S3:采用約束型差分進化算法進行迭代優(yōu)化，獲得匹配光源目標絕對三刺激值且實現(xiàn)其最佳顯色性的各類LED的驅(qū)動值；
[0010] S4:對上述驅(qū)動值下測量得到的光譜進行優(yōu)化評價。
[0011] 作為優(yōu)選，所述步驟S1中LED光譜樣本數(shù)據(jù)的獲取過程具體包括以下步驟：
[0012] S101:在各類LED的驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)以一定采樣間隔建立LED驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本，記為d^，表示第i類LED的第j個驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本，用行向量將每類LED的驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本表示為cU = [(^▲,2,. . .，di,max]，其中di,max表示第i類LED的最大采樣驅(qū)動值，并將各類LED最大采樣驅(qū)動值構成的行向量記為0 111￡?=[(11,111￡?，(12,111 ￡?，...，(111,111￡?]，其中11為]^1)的種類數(shù)；
[0013] S102:將步驟S101中的驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本分別依次驅(qū)動點亮各類單顆LED，并等待其發(fā) 光穩(wěn)定；
[0014] S103:在各類單顆LED垂直正下方放置標準板，所述的標準板為標準灰板或標準白板，采用光譜輻射計依次測量獲得各類單顆LED點亮穩(wěn)定時經(jīng)標準板反射的光譜輻射亮度分布數(shù)據(jù)，記為S^(A)，表示第i類單顆LED在驅(qū)動值點亮穩(wěn)定后經(jīng)標準板反射的光譜輻射亮度分布，單位為W/(sr · m2 · ηπι)，λ為可見光波長。
[0015]作為優(yōu)選，所述步驟S2中光源目標色品和照度數(shù)據(jù)的輸入及處理具體包括以下步驟：
[0016] S201:輸入光源的目標色品數(shù)據(jù)，其中目標色品數(shù)據(jù)可以為光源的目標相關色溫 Τ、光源的目標相關色溫Τ和目標Duv或者光源的任意一種目標色品坐標，然后根據(jù)色度學原理將目標色品輸入數(shù)據(jù)轉換為目標CIE1931色品坐標(x t，yt)和目標CIE1976UCS色品坐標 (u/，ν/ );
[0017] S202:輸入待匹配光源照度Et，單位為lx，并結合標準板的反射比，根據(jù)光度學和色度學原理計算待匹配光源照度E t和步驟S201中目標色品坐標(xt，yt)對應的目標絕對三刺激值(1，1，匕），標準板的反射比可通過分光光度計測量計算獲得。
[0018] 作為優(yōu)選，所述步驟S3中光譜優(yōu)化采用約束型差分進化算法進行迭代優(yōu)化，其具體步驟為：
[0019] S301:根據(jù)光照度疊加原理計算多色LED光源中各類LED的等效數(shù)量，并用行向量表示為Nmax = [Nmax, 1，Nmax, 2，…，Nmax, η]，其中η為LE：D的種類數(shù)；
[0020] S302:按照下式計算各類LED在采樣驅(qū)動值均為du打開時的混合光譜輻射亮度分布Si，j，M(X):
[0021] Si;j;M(A)=Nmax>iSi>j(A) (9)
[0022] 式中Nmax,i為步驟S301中第i類LED的等效數(shù)量，Si,j(A)為步驟S103中單顆LED在采樣驅(qū)動值為di,j時測量的光譜福射亮度分布；
[0023] S303:通過三次樣條插值算法預測各類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū)動值時的光譜福射亮度分布Si,M(X)，gp
[0024] Si，M(X) =spline(di，Si(A)，Di) (10)
[0025] 式中spline表示執(zhí)行三次樣條插值，di為步驟S101中第i類LED采樣驅(qū)動值構成的行向量為步驟S302中第i類LED在波長λ處不同采樣驅(qū)動值的光譜輻射亮度構成的行向量，Di為第i類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)的任一驅(qū)動值；
[0026] S304:定義目標優(yōu)化函數(shù)，將給定光源目標色品和照度參數(shù)的光譜優(yōu)化轉換為在滿足式(4)的約束條件下求解式(3)的最大值問題：
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 其中
[0031]
[0032] 式中R( ·)表示某種光源顯色性評價指標或者光源顯色性與光效的組合型評價指標，如CIE-般顯色指數(shù)Ra，且R( ·)為光源光譜的函數(shù)，Sm(X)表不多色LED的混合光譜，Si,M (λ)為第i類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū)動值處的光譜輻射亮度分布，可通過步驟 S303獲得，D為待求解行向量，向量中各元素 Di表示第i類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū) 動值，yU). F(/l)為CIE1931標準色度觀察者，η為LED的種類數(shù)；
[0033] S305:執(zhí)行初始化操作，即在0~Dmax間隨機生成Np個均勻分布的候選解向量集，記為015,1=[01人1，02九 1，"_，01^,1]，其中1^表示第1^個候選解向量，且1^={1，2，...，郵}，恥取決于LED的種類數(shù)n，一般Np取為10η或更大值，1代表初始候選解向量集，即第1次迭代時的候選解向量集，同樣將第G次迭代時的候選解向量集記為Dk.GWDuGAn-Ak.G];
[0034] S306:將步驟S305中Np個候選解向量Dk,c依次代入步驟S304中的式(3)和式(4);
[0035] S307:從Np個候選解向量Dk,G中隨機選擇s個候選解向量，記為Dp,g=[D 1>p,g， 02，口,。廠..，011,卩,。]，其中卩={1，2，...，8};
[0036] S308:根據(jù)差分進化算法原理對步驟S307中的s個候選解向量Dp,g依次執(zhí)行變異和交叉操作，經(jīng)此操作共獲得s個候選解向量UD P, c;
[0037] S309:將步驟S308中s個候選解向量UDP,G依次代入步驟S304中的式(3)和式(4);
[0038] S310:根據(jù)步驟S304中的式(3)和式(4)比較步驟S308中s個候選解向量UDP,G以及步驟S307中s個候選解向量DP,c的計算結果，并用前者最優(yōu)候選解向量取代后者中與此相比較差的候選解向量DP, c，同樣也對候選解向量集Dk, c中的候選解向量進行取代；
[0039] S311:若步驟S308中s個候選解向量UDP,G的所有最優(yōu)候選解向量均不滿足式(4)，則將這些最優(yōu)候選解向量存儲，并每隔m次迭代用其隨機取代候選解向量集Dk,c中相同數(shù)量的候選解向量，同時確保候選解向量集Dk,c中的最優(yōu)候選解向量不被取代；
[0040] S312:重復執(zhí)行步驟S307~S311，直至滿足設定的迭代終止條件，即最大迭代次數(shù) Gmax，并將此時獲得的最佳解向量記為Dt,end，且t= {1，2,. . .，N}，N為優(yōu)化執(zhí)行次數(shù)；
[0041] S313:重復執(zhí)行步驟S305~S312,直至滿足設定的優(yōu)化執(zhí)行次數(shù)N，并根據(jù)步驟 S304中的式(3)和式(4)，從N次優(yōu)化獲得的N個最佳解向量Dt, md中選出最終的最佳解向量，并將其記為D。, -，即為優(yōu)化獲得的各類LED的驅(qū)動值；
[0042] S314:將步驟S313中優(yōu)化獲得的各類LED的驅(qū)動值輸入到相應的控制軟件點亮 LED，并通過光譜輻射計測量光譜輻射亮度分布Stm(A)、相關色溫Tm以及CIE1976UCS色品坐標(Un/ ,νη/ )，通過照度計測量相應的照度Em。
[0043] 作為優(yōu)選，所述步驟S4中光譜優(yōu)化評價具體包括以下步驟：
[0044] S401:采用色溫誤差百分比ετ評價優(yōu)化測量出的相關色溫與目標相關色溫間的差異，ετ的定義為
[0045]
[0046] 式中Τ為步驟S201中的目標相關色溫，Tm為步驟S314中的相關色溫測量值；
[0047] S402:采用CIE1976UCS色品差Δ w評價優(yōu)化測量出的光源色品與目標色品間的差異，Aw的定義為
[0048]
(15)
[0049] 式中（u/，ν/ )為步驟S201中的目標CIE1976UCS色品坐標，（u/，ν/ )為步驟S314 中實際測量的CIE1976UCS色品坐標；
[0050] S403:采用照度誤差百分比εΕ對照度匹配結果進行評價，εΕ的定義為
[0051 ]
(16).
[0052] 式中Et為步驟S202中的待匹配照度，Em為步驟S314中的照度測量值；
[0053] S404:分別采用CIE-般顯色指數(shù)特殊顯色指數(shù)R9以及IES顏色保真性指數(shù)Rf 和色域面積指數(shù)心對步驟S314中優(yōu)化測量出的光譜Stm(A)進行顯色性評價。
[0054]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明解決了當前采用LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu) 化方法存在的不足，所述方法可在匹配特定光源色品和照度的條件下獲得其顯色性的最大化，能夠同時滿足實際應用對光源色品、照度以及顯色性等照明品質(zhì)方面的需求，并為實現(xiàn) 光源色溫和照度的連續(xù)可調(diào)提供了一種切實有效的方法。
【附圖說明】
[0055] 圖1是本發(fā)明在2800K、3500K、4000K和4500K等4種相關色溫下獲得的最佳顯色性的光譜輻射亮度分布；
[0056] 圖2是本發(fā)明在5000Κ、5500Κ、6000Κ和6500Κ等4種相關色溫下獲得的最佳顯色性的光譜輻射亮度分布。
【具體實施方式】
[0057]本發(fā)明提供的多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，主要包括如下步驟： [0058] SI: LED光譜樣本數(shù)據(jù)的獲取；
[0059] S2:光源目標色品和照度數(shù)據(jù)的輸入及處理，得到其對應的目標絕對三刺激值；
[0060] S3:采用約束型差分進化算法進行迭代優(yōu)化，獲得匹配光源目標絕對三刺激值且實現(xiàn)其最佳顯色性的各類LED的驅(qū)動值；
[0061 ] S4:對上述驅(qū)動值下測量得到的光譜進行優(yōu)化評價。
[0062] 下面結合實施例和附圖對上述方法進行詳細闡述，以更好地理解本發(fā)明的實質(zhì)。
[0063] 本實施例采用的多色LED光源是由17種類型一千多顆單色LED構成的一個大尺寸 LED矩陣，并通過基于PWM的數(shù)字調(diào)光方式對其進行調(diào)光控制。需要說明的是，本發(fā)明并不局限于實施例中所采用的LED類型和調(diào)光方式，只要采用LED光源優(yōu)化光源光譜均適用于本發(fā) 明。
[0064] 1 .LED光譜樣本數(shù)據(jù)的獲取過程具體包括以下步驟：
[0065] S101:在各類LED的驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)以8作為驅(qū)動值采樣間隔建立LED驅(qū)動數(shù)據(jù) 樣本，記為d^，表示第i類LED的第j個驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本，用行向量將每類LED的驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本表示為. . .，di,max]，其中，di,max表示第i類LED的最大采樣驅(qū)動值，驅(qū)動值的取值范圍為〇~255，并將各類1^0最大采樣驅(qū)動值構成的行向量記為0_=[(1 1,_，(12,_，...， dn,max]，其中n= 17;
[0066] S102:將步驟S101中的驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本分別依次驅(qū)動點亮各類單顆LED，并等待其發(fā) 光穩(wěn)定；
[0067] S103:在各類單顆LED垂直正下方放置X-Rite ColorChecker Passport標準灰板，采用光譜輻射計Konica Minolta CS-2000依次測量獲得各類單顆LED點亮穩(wěn)定時經(jīng)標準灰板反射的光譜輻射亮度分布數(shù)據(jù)，記為S^(A)，表示第i類單顆LED在驅(qū)動值點亮穩(wěn)定后經(jīng)標準灰板反射的光譜輻射亮度分布，單位為W/(sr · m2 · nm)，λ為可見光波長，測量波長范圍為380~780nm，測量波長間隔為lnm。
[0068] 2.光源目標色品和照度數(shù)據(jù)的輸入及處理具體包括以下步驟：
[0069] S201:輸入光源的目標色品數(shù)據(jù)，其中目標色品數(shù)據(jù)可以為光源的目標相關色溫 T、光源的目標相關色溫T和目標Duv或者光源的任意一種目標色品坐標，然后根據(jù)色度學原理將目標色品輸入數(shù)據(jù)轉換為目標CIE1931色品坐標(xt，yt)和目標CIE1976UCS色品坐標 (u/，ν/ );
[0070] 選取 28001(、35001(、40001(、45001(、50001(、55001(、60001(、65001(等共計8種相關色溫作為光源目標色品輸入數(shù)據(jù)，選取的相關色溫覆蓋了常用的照明色溫范圍，由此可計算這8 種相關色溫對應的目標CIE1931色品坐標(x，y)和CIE1976UCS色品坐標(Υ ,ν')，計算結果如表1所示，需要說明的是，本發(fā)明并不局限于這些色溫點，只要目標色品點在多色LED光源的混光范圍內(nèi)，均適用于本發(fā)明；
[0071] 表1目標CIE1931色品坐標（x，y)和CIE1976UCS色品坐標(ι/ ,ν')
[0072]
[0073] S202:與步驟S201中8種相關色溫對應的待匹配照度均設置為Et = 5001x，并結合標準灰板的反射比，根據(jù)光度學和色度學原理計算待匹配光源照度Et和步驟S201中目標色品坐標（xt，yt)對應的絕對三刺激值（Xt，Yt，Z t)，標準灰板的反射比通過分光光度計 GretagMacBeth Color-Eye 7000A測量計算獲得，需要說明的是，本發(fā)明并不局限于這一照度值，只要待匹配照度在多色LED所能實現(xiàn)的照度范圍之內(nèi)均適用本發(fā)明。
[0074] 3.光譜優(yōu)化采用一種約束型差分進化算法進行迭代優(yōu)化，其具體步驟為：
[0075] S301:根據(jù)光照度疊加原理計算LED矩陣中各類LED的等效數(shù)量，可用向量表示為 Nmax = [Nmax,i，Nmax,2，…，Nmax, n]，其中η為LED矩陣中LED的種類數(shù)，SPη = 17;
[0076] S302:按照下式計算各類LED在采樣驅(qū)動值均為du打開時的混合光譜輻射亮度分布Si，j，M(X):
[0077] Si, =Nmax，iSi，j(A) ( 1 )
[0078] 式中Nmax,i為步驟S301中第i類LED的等效數(shù)量，Si,j(A)為步驟S103中單顆LED在采樣驅(qū)動值為di,j時測量的光譜福射亮度分布；
[0079] S303:通過三次樣條插值算法預測各類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū)動值時的光譜福射亮度分布Si,M(X)，gp
[0080] Si，M(X) =spline(di，Si(A)，Di) (2)
[0081 ]式中spline表示執(zhí)行三次樣條插值，di為步驟S101中第i類LED采樣驅(qū)動值構成的行向量為步驟S302中第i類LED在波長λ處不同采樣驅(qū)動值的光譜輻射亮度構成的行向量，Di為第i類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)的任一驅(qū)動值；
[0082] S304:定義目標優(yōu)化函數(shù)，將給定光源目標色品和照度參數(shù)的光譜優(yōu)化轉換為在滿足式(4)的約束條件下求解式(3)的最大值問題：
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087]
[0088]式中R( ·)采用CIE-般顯色指數(shù)Ra作為目標優(yōu)化函數(shù)，且R( ·)為光源光譜的函數(shù)，需要說明的是，本發(fā)明并不局限于CIE-般顯色指數(shù)，只要為光源顯色性或光源顯色性與光效的組合型評價指標，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，Sm(A)表示多色LED的混合光譜， Si,Μ(λ)為第i類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū)動值處的光譜輻射亮度分布，可通過步驟 S303獲得，D為待求解行向量，向量中各元素 Di表示第i類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū) 動值，〒U).只1). 7(/i)為CIE1931標準色度觀察者，n = 17;
[0089] S305:執(zhí)行初始化操作，即在0~Dmax間隨機生成Np個均勻分布的候選解向量集，記為〇15,1=[01,1<,1，02九1，"_，011九1]，其中11=17，1^表示第1^個候選解向量，且1^={1，2，...，郵}，取Np= 180，1代表初始候選解向量集，即第1次迭代時的候選解向量集，同樣將第G次迭代時的候選解向量集記為〇1^=[01,以，02,1<,0，"，011,1^];
[0090] S306:將步驟S305中180個候選解向量Dk,G依次代入步驟S304中的式(3)和式(4);
[0091] S307:從180個候選解向量Dk,c中隨機選擇s個候選解向量，記為Dp.cztDnc， D2,p,g，…，Dn,P,G]，其中，p= {1，2, · · ·，s}，取s = 9;
[0092] S308:根據(jù)經(jīng)典差分進化算法原理對步驟S307中的9個候選解向量DP,G依次執(zhí)行變異和交叉操作，經(jīng)此操作共獲得9個候選解向量UDP, c;
[0093] S309:將步驟S308中9個候選解向量UDP,G依次代入步驟S304中的式(3)和式(4); [0094] S310:根據(jù)步驟S304中的式(3)和式(4)比較步驟S308中9個候選解向量UDP,G以及步驟S307中9個候選解向量D P,c的計算結果，并用前者最優(yōu)候選解向量取代后者中與此相比較差的候選解向量DP, c，同樣也對候選解向量集Dk, c中的候選解向量進行取代；
[0095] S311:若步驟S308中9個候選解向量UDP,G的所有最優(yōu)候選解向量均不滿足式(4)，則將這些最優(yōu)候選解向量存儲，并每隔20次迭代用其隨機取代候選解向量集Dk,c中相同數(shù) 量的候選解向量，同時確保候選解向量集Dk, c中的最優(yōu)候選解向量不被取代；
[0096] S312:重復執(zhí)行步驟S307~S311，直至滿足設定的迭代終止條件，即最大迭代次數(shù) Gmax，此處Gmax=1200,可根據(jù)實際優(yōu)化情況對其適當調(diào)節(jié)，迭代次數(shù)設置越大匹配效果越好，但會降低匹配效率，并將此時獲得的最佳解向量記為Dt,end，且t={l，2,. . .，N}，N為優(yōu)化執(zhí)行次數(shù)；
[0097] S313:重復執(zhí)行步驟S305~S312,直至滿足設定的優(yōu)化執(zhí)行次數(shù)N，此實施例N = 25，多次執(zhí)行優(yōu)化的目的是確保獲得最佳解向量，也可根據(jù)實際優(yōu)化情況對其適當調(diào)節(jié)，然后，根據(jù)步驟S304中的式(3)和式(4)，從25次優(yōu)化獲得的25個最佳解向量Dt,end中選出最終的最佳解向量，并將其記為D。, end，即為優(yōu)化獲得的各類LED的驅(qū)動值；
[0098] S314:將步驟S313中優(yōu)化獲得的各類LED的驅(qū)動值輸入到編寫的控制軟件中點亮 LED矩陣，通過CS-2000測量其光譜輻射亮度分布Stm(A)、相關色溫!"以及CIE1976UCS色品坐標(u/，ν/ )，由此可獲得與步驟S201中8種目標相關色溫T對應的最佳光譜分布，分別如圖1 和圖2所示，相關色溫和CIE1976UCS色品坐標測量結果見表2,同時通過ΧΥΙ-ΙΙΙ全數(shù)字照度計測量相應的照度E m，測量結果如表2所示。
[0099] 表2相關色溫、CIE1976UCS色品坐標以及照度測量結果
[0100]
[0101 ] 4.光譜優(yōu)化評價具體包括以下步驟：
[0102] S401:采用色溫誤差百分比ετ評價優(yōu)化測量出的相關色溫與目標相關色溫間的差異，ετ的定義為
[0103]
(6)
[0104] 式中Τ為步驟S201中的8種目標相關色溫，Tm為步驟S314中的8種相關色溫測量值，相關色溫評價結果見表3;
[0105] S402:采用CIE1976UCS色品差Δ w評價優(yōu)化測量出的光源色品與目標色品間的差異，Aw的定義為
[0106]
(7)
[0107] 式中（ιι^,ν^)為步驟S201中8種目標相關色溫對應的目標CIE1976UCS色品坐標， (ιι、，ν\)為步驟S314中優(yōu)化實際測量的CIE1976UCS色品坐標，色品差評價結果見表3;
[0108] S403:采用照度誤差百分比εΕ對照度匹配結果進行評價，εΕ的定義為
[0109]
(8)；
[0110] 式中Et為步驟S202中的待匹配照度，即5001x，Em為步驟S314中的照度測量值，照度誤差評價結果見表3;
[0111] 由表3可見，本發(fā)明提供的光譜優(yōu)化方法能夠?qū)崿F(xiàn)光源目標色溫、色品以及照度的精確匹配；
[0112] 表3相關色溫、色品以及照度評價結果
[0113]
[0114] S404:分別采用CIE-般顯色指數(shù)特殊顯色指數(shù)R9以及IES顏色保真性指數(shù)Rf 和色域面積指數(shù)心對步驟S314中優(yōu)化測量出的光譜Stm(A)進行顯色性評價，顯色性具體評價結果見表4。
[0115] 表4顯色性評價結果
[0116]
[0117]由表4可見，本發(fā)明提供的光譜優(yōu)化方法在廣泛的色溫范圍內(nèi)均獲得了優(yōu)異的光源顯色性。該方法以獲取光源最佳顯色性為目標，可為獲得光源色溫和照度的連續(xù)可調(diào)提供一種切實有效的實現(xiàn)方法。
【主權項】
1. 一種多色L邸實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟： S1: LED光譜樣本數(shù)據(jù)的獲取； S2:光源目標色品和照度數(shù)據(jù)的輸入及處理，得到其對應的目標絕對Ξ刺激值； S3:采用約束型差分進化算法進行迭代優(yōu)化，獲得匹配光源目標絕對Ξ刺激值且實現(xiàn) 其最佳顯色性的各類L邸的驅(qū)動值； S4:對上述驅(qū)動值下測量得到的光譜進行優(yōu)化評價。2. 如權利要求1所述的多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S1中L邸光譜樣本數(shù)據(jù)的獲取過程具體包括W下步驟： S101:在各類Lm)的驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)W-定采樣間隔建立Lm)驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本，記為 di,j，表示第i類L邸的第j個驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本，用行向量將每類L邸的驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本表示為di = [di,l，di,2, . . .，di,max]，其中di,max表示第i類L抓的最大采樣驅(qū)動值，并將各類LED最大采樣驅(qū)動值構成的行向量記為〇。3、=[山,。3、，(12,。3、，...，山,。3^，其中11為1邸的種類數(shù)； S102:將步驟S101中的驅(qū)動數(shù)據(jù)樣本分別依次驅(qū)動點亮各類單顆LED,并等待其發(fā)光穩(wěn) 定； S103:在各類單顆Lm)垂直正下方放置標準板，采用光譜福射計依次測量獲得各類單顆 L邸點亮穩(wěn)定時經(jīng)標準板反射的光譜福射亮度分布數(shù)據(jù)，記為Si, ^λ)，表示第i類單顆Lm)在驅(qū)動值di,j點亮穩(wěn)定后經(jīng)標準板反射的光譜福射亮度分布，單位為W/(sr · m2 · nm)，λ為可見光波長。3. 如權利要求1所述的多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S2中光源目標色品和照度數(shù)據(jù)的輸入及處理具體包括W下步驟： S201:輸入光源的目標色品數(shù)據(jù)，其中目標色品數(shù)據(jù)為光源的目標相關色溫T、光源的目標相關色溫T和目標Duv或者光源的任意一種目標色品坐標，然后根據(jù)色度學原理將目標色品輸入數(shù)據(jù)轉換為目標CIE1931色品坐標(xt，yt)和目標CIE197抓CS色品坐標(u/，v/); S202:輸入待匹配光源照度Et，單位為lx，并結合標準板的反射比，根據(jù)光度學和色度學原理計算待匹配光源照度Et和步驟S201中目標色品坐標(xt，yt)對應的目標絕對Ξ刺激值 (Xt，Yt，Zt)，標準板的反射比通過分光光度計測量計算獲得。4. 如權利要求1所述的多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S3中光譜優(yōu)化采用約束型差分進化算法進行迭代優(yōu)化，其具體步驟為： S301:根據(jù)光照度疊加原理計算多色LED光源中各類Lm)的等效數(shù)量，并用行向量表示為Nmax = [ Nmax, 1，Nmax, 2，…，Nmax, η]，其中 η為LED的種類數(shù)； S302:按照下式計算各類LED在采樣驅(qū)動值均為di,苗Τ開時的混合光譜福射亮度分布 Si,川(入）： -Nmax, iSi, j (λ.) ( 1 ) 式中Nmax,i為步驟S301中第i類Lm)的等效數(shù)量，Sij(A)為步驟S103中單顆Lm)在采樣驅(qū) 動值為di,j時測量的光譜福射亮度分布； S303:通過Ξ次樣條插值算法預測各類Lm)在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū)動值時的光譜福射亮度分布Si,Μ(λ)，即 8?,Μ(λ) = 3ρ1?ηθ((1?,8?(λ) ,Di) (2) 式中spline表示執(zhí)行Ξ次樣條插值，di為步驟SlOl中第i類Lm)采樣驅(qū)動值構成的行向量，5ι(λ)為步驟S302中第i類LED在波長λ處不同采樣驅(qū)動值的光譜福射亮度構成的行向量，Di為第i類Lm)在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)的任一驅(qū)動值； S304:定義目標優(yōu)化函數(shù)，將給定光源目標色品和照度參數(shù)的光譜優(yōu)化轉換為在滿足式(4)的約束條件下求解式(3)的最大值問題：式中R( ·)表示某種光源顯色性評價指標或者光源顯色性與光效的組合型評價指標，且R( ·)為光源光譜的函數(shù)，Sm(A)表示多色L抓的混合光譜，Si,M(A)為第i類L抓在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū)動值處的光譜福射亮度分布，可通過步驟S303獲得，D為待求解行向量，向量中各元素 Di表示第i類LED在其驅(qū)動值動態(tài)范圍內(nèi)任一驅(qū)動值，xU)，巧A).巧/1)為 CIE1931標準色度觀察者，η為L邸的種類數(shù)； S305:執(zhí)行初始化操作，即在0~Dmax間隨機生成化個均勻分布的候選解向量集，記為 0^=[〇1山1，化,、1，。'，0。山1]，其中1^表示第1^個候選解向量，且1^={1，2，...，化}，1代表初始候選解向量集，即第1次迭代時的候選解向量集，同樣將第G次迭代時的候選解向量集記為Dk,G= [Dl,k,G,〇2,k,G, ... ,Dn,k,G]; S306:將步驟S305中化個候選解向量Dk,G依次代入步驟S304中的式(3)和式(4); S307:從化個候選解向量Dk,G中隨機選擇S個候選解向量，記為Dp,G= [Di,p,g,〇2,p,g,…， Dn,p,G],其中 P 二{1,2,. . . ,s}; S308:根據(jù)差分進化算法原理對步驟S307中的S個候選解向量Dp,G依次執(zhí)行變異和交叉操作，經(jīng)此操作共獲得S個候選解向量UDp, C; S309:將步驟S308中S個候選解向量UDp,g依次代入步驟S304中的式(3)和式(4); S310:根據(jù)步驟S304中的式（3)和式(4)比較步驟S308中S個候選解向量UDp,gW及步驟 S307中S個候選解向量Dp,G的計算結果，并用前者最優(yōu)候選解向量取代后者中與此相比較差的候選解向量Dp,G，同樣也對候選解向量集Dk,G中的候選解向量進行取代； S311:若步驟S308中S個候選解向量UDp,g的所有最優(yōu)候選解向量均不滿足式(4)，則將運些最優(yōu)候選解向量存儲，并每隔m次迭代用其隨機取代候選解向量集Dk,c中相同數(shù)量的候選解向量，同時確保候選解向量集Dk,沖的最優(yōu)候選解向量不被取代； S312:重復執(zhí)行步驟S307~S311，直至滿足設定的迭代終止條件，即最大迭代次數(shù)Gmax，并將此時獲得的最佳解向量記為Dt,end，且t= {1，2,. . .，N}，N為優(yōu)化執(zhí)行次數(shù)； S313:重復執(zhí)行步驟S305~S312,直至滿足設定的優(yōu)化執(zhí)行次數(shù)N，并根據(jù)步驟S304中的式(3)和式(4)，從N次優(yōu)化獲得的N個最佳解向量Dt,en沖選出最終的最佳解向量，并將其記為D。,end,即為優(yōu)化獲得的各類L邸的驅(qū)動值； S314:將步驟S313中優(yōu)化獲得的各類LED的驅(qū)動值輸入到相應的控制軟件點亮LED，并通過光譜福射計測量光譜福射亮度分布Stm(A)、相關色溫TmW及CIE197抓CS色品坐標(Um^， Vn/ )，通過照度計測量相應的照度Em。5.如權利要求1所述的多色LED實現(xiàn)光源最佳顯色性的光譜優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S4中光譜優(yōu)化評價具體包括W下步驟： S401:采用色溫誤差百分比ετ評價優(yōu)化測量出的相關色溫與目標相關色溫間的差異，ετ 的定義為(6) 式中Τ為步驟S201中的目標相關色溫，Tm為步驟S314中的相關色溫測量值； S402:采用CIE197抓CS色品差Δ U' y評價優(yōu)化測量出的光源色品與目標色品間的差異， Au'y的定義為(巧式中（u/，v/ )為步驟S201中的目標CIE197抓CS色品坐標，（加/，ν"/ )為步驟S314中實際測量的CIE197抓CS色品坐標； S403:采用照度誤差百分比εΕ對照度匹配結果進行評價，εΕ的定義為做式中Et為步驟S202中的待匹配照度，Em為步驟S314中的照度測量值； S404:分別采用CIE-般顯色指數(shù)Ra和特殊顯色指數(shù)R9W及IES顏色保真性指數(shù)Rf和色域面積指數(shù)Rg對步驟S314中優(yōu)化測量出的光譜StmW進行顯色性評價。
【文檔編號】G06F17/16GK105973572SQ201610270620
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】徐海松, 章夫正, 汪哲弘
【申請人】浙江大學

完整全部詳細技術資料下載