[发明专利]基于极坐标的无极调光调色方法

说明书

本发明提出了一种基于极坐标的无极调光调色方法。本发明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。

技术领域

本发明涉及调光技术领域，具体为涉及一种基于极坐标的无极调光调色方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，以解决上述背景技术中提出的问题和不足。

本发明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。