CN101283628B - 用于可变色照明的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于控制能够发射色域内的光的可变色照明系统(1)的颜色输出的方法，包含下列步骤：接收(10)对目标色(T)的请求；将所述的目标色(T)转换为一组照明系统控制参数；并应用(15)所述的照明系统控制参数组，由此控制所述照明系统(1)的颜色输出。转换步骤包括下列步骤：确定(11)对应于所述目标色(T)的照明系统控制参数的目标组(DT)；相对容许的控制参数的范围来评估(12)所述照明系统控制参数的目标组(D_T)，从而确定所述目标色(T)是否在所述的色域之外；且当所述目标色(T)在所述色域之外时，确定(14)控制参数的近似组(DA)，所述近似组对应于所述色域内的输出色(A1，A2)，所述输出色(A1，A2)为所述目标色(T)的近似。

Description

用于可变色照明的方法和系统

技术领域

本发明涉及可变色照明系统和方法，以及控制这种可变色照明系统的颜色输出的控制器。本发明还涉及包含多个照明系统的照明网络。

背景技术

现在照明领域中趋势是越来越多地利用照明来产生某种气氛，而不仅仅用于照明。适合于作为“气氛提供者”的照明解决方案需要能够发射不同颜色的光，并在光强方面是可变的(可调的)。理想地，这种照明解决方案应该在人眼可察觉的整个颜色三角(例如，在CIE XYZ系的xy平面中)上是可变的。然而，现实中可变色照明解决方案仅能够跨越颜色三角的一部分。对于特定的可变色照明解决方案，颜色三角的这一部分被称为照明解决方案的色域。而且，不同的照明解决方案通常具有不同的色域。

US 5 384 519公开了这样的可变色照明装置的实例，其中混合了来自于至少三个可调单色光源的光，从而发射出预期颜色的光。

由于任何可变色照明解决方案的色域仅跨域颜色三角的一部分，因此总是存在这种可能，即用户可能要求位于照明解决方案的色域之外的颜色的光。此外，可变色照明系统在特定时刻可能不能发射位于特定的色域之内颜色的光。这种情况的发生可能是由于在照明系统中包含的光源中随时间、温度等产生的变化而引起的。

因此需要一种改进的可变色照明系统，该系统能够以令人满意的方法处理所请求的超出色域之外的色点。

发明内容

由于现有技术的上述的和其他的缺点，本发明的基本目的是提供一种改进的可变色照明系统。

本发明的另一目的是能够处理超出可变色照明系统的色域之外的所请求的颜色。

根据本发明的第一方面，这些和其他的目的通过用于控制能在色域范围内发光的可变色照明系统的颜色输出的方法来实现，该方法包括以下步骤：接收目标色的请求，将目标色转换为一组照明系统控制参数，并应用该组照明系统控制参数，从而控制照明系统的颜色输出。转换的步骤包括下列步骤：确定对应于目标色的照明系统控制参数的目标组，相对容许的控制参数范围来评估该目标组的照明系统控制参数，从而确定目标色是否在色域之内，并在目标色位于色域之外时，确定控制参数的近似组，该近似组对应色域内的输出色，该输出色是目标色的近似色。

依照下面的n个光源的关系，颜色空间中的某点(x，y，z)与照明系统控制参数(D₁-D_n)相关：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}{b}_{11}& \·& \·& \·& b_{1n}\\ & & & & \·\\ & & & & b_{3n}\end{array}\right]\·\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{D}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ D_n\end{array}\right]\end{array}$

其中的3×n矩阵包含将光源链接到色度坐标的照明装置的特定信息。

在本应用的上下文中，“容许的控制参数的范围”应理解为由照明系统中包含的照明装置设置的限度所确定的控制参数的范围。

通过根据本发明的方法，主动地评估了照明系统控制参数的目标组，以便确定该目标组是否对应于可变色照明系统的色域中的目标色。此外，如果发现所请求的目标色点位于照明系统的色域之外，则确定控制参数的近似组。从而，可以由可变色照明系统发射位于色域之外的所请求的颜色的近似色。

通过根据本发明的方法，可以近似出位于色域之外的所请求的颜色，使得用户在绝大多数时间内不知道已请求了位于色域之外的颜色。仅仅通过在接收到对应于照明装置不可达到的输出的颜色请求时被动地允许照明系统中包含的照明装置达到饱和，是不大可能获得这样的结果的。

根据本发明的方法还可以探测位于xy平面中的颜色三角形之外的所请求的色点，而这通常是“不可能”的。

而且，根据本发明的方法能够处理色域中的变化，该色域中的变化归因于照明系统的光源以及其他功能部件的性质随时间的变化，或者归因于诸如温度的环境因素的变化。

例如，这个功能性可以这样来实现，即通过在照明系统中包含诸如温度传感器的一个或者若干个传感器，并使照明系统中包含的控制器适用于在环境和其他参数发生变化之后和/或在经过某段时间之后来计算新的色域。

确定近似组的步骤可以包括如下步骤：选择与照明系统色域中的颜色对应的照明系统控制参数的修正组，并通过把目标组与乘以修正系数的修正组相结合来形成近似组。

通过上述方法，可以遵循适当地选择照明系统色域中的修正色点及简单的计算来实现所请求的目标色的近似。修正的色点可以是用于所有近似的通用色点，或者可以依赖请求的目标色点的位置来进行选择。

近似组可以优选地根据下面的关系来形成：

D_A＝D_T+a*D_C；

其中的D_A是近似组，D_T是目标组，D_C是修正组，且a是修正系数。

每一组控制参数可以对应于照明系统中包含的至少三个光源的一组占空比。

范围为0到100％的占空比覆盖了对于特定光源的所有可用输出强度。例如，特定的占空比可以通过为光源提供相应的电量来实现，或者通过使光源在“关”和“开”状态之间迅速切换以使在“开”状态的相对时间对应于占空比来实现。

在这种情况下，可以通过包含在目标组中的具有负值的至少其中一个占空比来指示可用的色域外的目标色。

由于光源显然不能以负的占空比工作，因此可以很容易地确定所请求的目标色点是否在色域之外，而无需不必要的计算。

可以确定前述的修正系数，使得在近似组中包含的所有占空比变成大于或等于零。

通过这个方法保证了近似组与可用的色域范围内的颜色相对应。

优选地，确定修正系数，使得具有最负(most negative)目标占空比的光源被赋予0％的占空比。从而，近似色点被置于可用色域的边缘上且在目标色点和修正色点之间的颜色区间中的线上。因此获得了所请求的目标色的良好近似。

修正组可以对应于黑体曲线上的白色点。

通过以这种方法选择修正组，向白色点有效地降低目标色的饱和度。这样，就获得了近似的输出色，该近似的输出色可以被感知为目标色。

可选择地，修正组可以是单位矢量。

如本领域技术人员所理解的，存在若干其他合适的修正组。这种合适的修正组可以例如对应于日光照明器，诸如D50、D55、D65和D75中的任何一个，或者照明器A到D。

根据一个实施例，如果目标色在色域之外，那么本发明的方法还可以包括将色域外警告以及代表输出色的颜色坐标传输到至少第二照明系统的步骤。

可变色照明系统可以由很多种不同光源来实现。这种光源包括LED，滤光卤素灯和彩色荧光灯。多个照明系统可以相互连接形成照明网络，并且形成这个网络的照明系统可以有不同的色域。如果这些照明系统中的一个要接收色域外的目标色点的请求，则根据本发明它将警告网络上其他的照明系统，并还可能为那个照明系统确定的近似输出色传输颜色坐标。该传输使得其他照明系统以相似的方式对该特定的目标颜色请求作出响应，使得用户不会从照明网络中不同的照明系统得到不同的输出作为相同请求的结果。

根据本发明的第二个方面，上述的和其他的目的通过用于控制包含至少两个照明装置的可变色照明系统的控制器来实现，该控制器被配置成接收目标色的请求，将目标色转换成一组照明系统控制参数，并将该组照明系统控制参数应用到照明装置，从而控制照明系统的颜色输出，其中该控制器还被配置成确定对应于目标色的照明系统控制参数的目标组，相对容许的控制参数范围来评估该目标组的照明系统控制参数，从而确定目标色是否在色域之外，并且当目标色在色域之外时，确定控制参数的近似组，该近似组对应于色域之内的输出色，该输出色是目标色的近似。

通过本发明的该第二方面得到的另外效果很大程度上类似于前面根据本发明第一方面所描述的情形。

根据本发明的第三个方面，上述的和其他的目的通过能够发射色域内的光的可变色照明系统来实现，该可变色照明系统包括至少两个照明装置和根据本发明的控制器，每个照明装置布置成可控制地发射原色光。

根据本发明的第四个方面，上述的和其他的目的通过包含多个根据本发明的可变色照明系统的照明网络来实现，其中该可变色照明系统被布置成在这个照明网络上相连通。

根据本发明的第五个方面，上述的另外目的可通过适合在可变色照明系统中的控制器上运行的计算机程序模块来实现，以执行权利要求1的步骤。

附图说明

为举例起见，现在参考示出本发明当前优选实施例的附图，来详细描述本发明的这些或者其他的方面，其中：

图1示意性示出根据本发明的可变色照明系统的优选实施例的框图。

图2示意性示出通过根据本发明的方法获得的在CIE XYZ-颜色空间的xy平面中，目标色点和近似色点之间关系的两个示例。

图3为示意流程图，表明根据本发明的方法。

图4为示意流程图，表明根据本发明的方法的优选实施例。

具体实施方式

在以下描述中，参考包含三个窄带光源的独立的可变色照明系统来描述本发明。需要注意的是这绝不是限制本发明的范围，本发明可等同地应用于以其他的多种方法配置的照明系统，例如包含多个物理上分离的装置，具有更少或者更多的窄带光源，或者包含一个或若干个宽带光源。例如，该可变色照明系统可以包含主控制器，该主控制器可以以计算机的形式提供，从用户接收颜色请求，并将这些请求转变成照明系统控制参数，该系统控制参数然后被传送到置于远处的照明装置。控制参数可以通过有线或者无线传送。

在图1中，示意性地示出了根据本发明的可变色照明系统的优选实施例的框图表示。

参考图1，显示了包含三个窄带的(实质上为单色的)光源2a-c、光源接口3、控制器8以及外部接口6的可变色照明系统1，控制器8包含微处理器4、诸如RAM或者非易失性存储器之类的存储器5。该示例性的照明系统1通过外部电源连接7供电。当然，也可以使用内部电源，例如电池。

微处理4通过外部接口6接收输出的颜色请求，接着进行处理，通过光源接口3将该请求转送给光源2a-c。

光源2a-c为强度可控的(可调的)，并可以被控制以便以从0％到100％的相对强度或者占空比输出它们各自颜色的光。

例如，输出颜色请求可以以颜色空间中的色度坐标的形式接收，所述颜色空间例如CIE XYZ-颜色空间。这些颜色坐标原则上通过执行根据以下关系的计算被转换为照明系统控制参数，在本示例中为占空比：

$\left[\begin{array}{c}{D}_1\\ D_2\\ D_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ T_z\end{array}\right],$

其中的D_1-3为三个光源2a-c的占空比，T_x-z为目标色的色度坐标，且a₁₁-a₃₃代表用于在色度坐标和光源占空比之间转换的照明系统特定信息。

定义照明系统的色域的值a_11-33可以存储在存储器5中，对于每个所请求的颜色可以在微处理器4中计算占空比。可选择地，存储器5可以包含具有多个对应的颜色坐标和占空比的查找表。对于在查找表中没有直接表示的所请求的颜色，微处理器4可以在存储的值之间进行插值来得到色域中与所请求的颜色对应的占空比。

在图2中显示了XYZ颜色空间中表示可见颜色的部分在xy平面上的投影。这个投影通常被称为颜色空间的xy表示。

现参考图1和2，在xy平面中绘出了分别代表从光源2a、b、c输出的原色的示例性色点R、G、B。R、G、B点共同构成一个三角形，原则上，可以用三个可控光源2a-c在该三角形中再现所有的色点。在xy平面内由此三角形定义的区域称为照明系统的色域。

在图2中显示了代表在不同温度下来自黑体辐射体的发射的黑体曲线BB。

此外，显示了色域之外的所请求的目标色点T和近似的输出色点A₁、A₂，以及修正色点C₁、C₂。下面参考图3和图4来描述对在色域之外的所请求的目标色点T的处理。

在图3中，该图是描述了本发明的方法的示意流程图，在第一个步骤10中接收对目标色T的请求。在随后的步骤11中确定照明系统控制参数的目标组D_T。在接下来的步骤12中，相对容许的控制参数范围评估这个目标组。参考如图2所示的示例性照明控制系统和上面的描述，这个范围优选地为光源2a-c的占空比的0到100％的范围。

如果目标组D_T在容许的控制参数范围内，则目标色T在照明系统的色域之内，因此能由照明系统来再现。这通过将目标组D_T应用到照明系统(步骤13)来完成，在图2的示例性系统中这可以通过直接将与占空比对应的电能施加于光源来完成。

在另一方面，如果在典型地对应于呈现具有负值的一个或者多个占空比的图2的示例性系统中发现目标组D_T在容许的控制参数范围之外，则该过程继续前进到确定照明系统控制参数的近似组D_A的步骤14。这个近似组D_A对应于色域内的输出色A，输出色A是所请求的域外目标色T的近似。随后，这个近似组D_A将应用15到照明系统，且由照明系统发射输出色A，从而给用户呈现所请求的域外目标色T的近似。

图4为示意性示出根据本发明的方法的优选实施例的流程图，它与图3的不同之处在于，图3中确定近似组D_A的步骤14由选择照明系统控制参数的修正组D_C以及使用这个修正组D_C构成照明系统控制参数的近似组D_A的步骤20和21代替。

在选择修正组D_C的步骤20中，选择对应于合适的色点C的控制参数。在这里参考图2，这种合适的色点C可例如是在黑体曲线BB上的白色点C₁或者诸如相等占空比的相等控制参数的点C₂。这样，C₂为通过给在图1中的示例性照明系统1的全部光源2a-c施加100％的占空比来获得的输出色。

在确定控制参数的近似组D_A时，使用以下的关系：

$\left[\begin{array}{c}{D}_{A,R}\\ D_{A,G}\\ D_{A,B}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{D}_{T,R}\\ D_{T,G}\\ D_{T,B}\end{array}\right]+a^{*}\left[\begin{array}{c}{D}_{C,R}\\ D_{C,G}\\ D_{C,B}\end{array}\right]$

现假设红色光源2a的目标占空比D_T，R为负，且我们想要在色域的边缘放置近似色点A。红色光源2a的近似占空比D_A，R应变成零。这给我们提供了关于系数a的以下关系：

a＝-D_T，R/D_C，R

根据本发明方法的优选实施例的第一个示例，修正组D_C1对应于例如在4000K处的黑体色温曲线BB上的白色点C₁。系数a于是变为：

a＝-D_T，R/D_C1，R.

根据第二个，修正组D_C2对应于相等占空比的点C₂。修正组D_C2于是变为单位矢量，且系数a变为：

a＝-D_T，R

本领域技术人员认识到，本发明绝不仅仅局限于上述的优选实施例。相反，在附属的权利要求范围内许多修正和变更都是可能的。例如，存在不同于上述占空比的其他合适的控制参数。这些控制参数可以包含用于控制可变色照明系统中的光源输出的电压、电流、功率和其他参数。

Claims (16)

1.一种用于控制能够发射色域内的光的可变色照明系统(1)的颜色输出的方法，包含下列步骤：

接收(10)对目标色(T)的请求；

将所述的目标色(T)转换为照明系统控制参数组；以及

应用(15)所述照明系统控制参数组，由此控制所述照明系统(1)的颜色输出，其特征在于，所述转换步骤包括下列步骤：

确定(11)对应于所述目标色(T)的照明系统控制参数的目标组(D_T)；

相对于容许的控制参数的范围来评估(12)照明系统控制参数的所述目标组(D_T)，由此确定所述目标色(T)是否在所述的色域之外；以及

当所述目标色(T)在所述色域之外时，确定(14)控制参数的近似组(D_A)，所述近似组对应于所述色域内的输出色(A₁；A₂)，所述输出色(A₁；A₂)为所述目标色(T)的近似，

其中确定近似组(D_A)的所述步骤(14)包含下列步骤：

选择(20)与所述色域内的颜色(C₁，C₂)对应的照明系统控制参数的修正组(D_C)；且

通过把所述的目标组(D_T)和乘以修正系数(a)的所述修正组(D_C)相结合来形成所述近似组(D_A)。

2.根据权利要求1的方法，其中所述近似组(D_A)根据以下关系形成：

D_A＝D_T+a*D_C；

其中D_A是近似组，D_T是目标组，D_C是修正组，且a是修正系数。

3.根据任一前述权利要求的方法，其中每一组所述控制参数对应于包含在所述照明系统(1)中的至少三个光源(2a-c)的一组占空比。

4.根据权利要求3的方法，其中所述色域之外的目标色(T)由包含在所述目标组(D_T)中的具有负值的至少其中一个所述占空比来表示。

5.根据权利要求3的方法，其中确定所述修正系数(a)，使得包含在所述近似组(D_A)中的所有占空比大于或等于零。

6.根据权利要求4的方法，其中确定所述修正系数(a)，使得包含在所述近似组(D_A)中的所有占空比大于或等于零。

7.根据权利要求1或2的方法，其中所述修正组(D_C)对应于黑体曲线(BB)上的白色点(C₁)。

8.根据权利要求1或2的方法，其中所述修正组(D_C)为单位矢量。

9.根据前述权利要求1或2的方法，还包括将色域外警告传送至至少第二照明系统的步骤。

10.根据权利要求9的方法，还包括将代表所述输出色(A₁；A₂)的颜色坐标传送至所述至少第二照明系统的步骤。

11.一种用于控制包含至少两个照明装置(2a-c)的可变色照明系统(1)的颜色输出的控制器(8)，所述控制器包括：

用于接收对目标色(T)的请求的模块；

用于将所述目标色(T)转换为照明系统控制参数组的模块；以及

用于将所述照明系统控制参数组应用到所述照明装置(2a-c)，由此控制所述照明系统(1)的颜色输出的模块，

其特征在于，所述控制器(8)还包括：

用于确定对应于所述目标颜色(T)的照明系统控制参数的目标组(D_T)的模块；

用于相对于容许的控制参数的范围来评估照明系统控制参数的所述目标组(D_T)，从而确定所述目标色(T)是否在所述色域之外的模块；

用于当所述目标色(T)在所述色域之外时，确定控制参数的近似组(D_A)的模块，所述近似组(D_A)对应于所述色域内的输出色(A₁；A₂)，所述输出色为所述目标色(T)的近似；

用于选择对应于在所述色域内的颜色(C₁，C₂)的照明系统控制参数的修正组(D_C)的模块；以及

用于通过将所述目标组(D_T)与乘以修正系数(a)的所述修正组(D_C)相结合来形成所述近似组(D_A)的模块。

12.根据权利要求11的控制器(8)，其中控制器(8)包括用于根据以下关系形成所述近似组(D_A)的模块：

D_A＝D_T+a*D_C；

其中D_A为近似组，D_T为目标组，D_C为修正组，且a为修正系数。

13.根据权利要求11或12的控制器(8)，其中控制器(8)进一步包括用于将色域外警告传送至至少第二照明系统的模块。

14.根据权利要求13的控制器(8)，其中控制器(8)进一步包括用于将代表所述输出色(A₁；A₂)的颜色坐标传送至所述至少第二照明系统的模块。

15.一种能够发射色域内的光的可变色照明系统(1)，包括：

至少两个照明装置(2a-c)，每一个都被设置为可控地发射原色的光；和

根据权利要求11到14中任意一项的控制器(8)。

16.一种包含多个根据权利要求15的可变色照明系统(1)的照明网络，所述可变色照明系统被设置为在所述照明网络中相互连通。

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