多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器

摘要

本发明涉及一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器，所述方法包括如下步骤：步骤1：将接收的灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值；步骤2：按对应公式计算出各个像素下的亮度矩阵；步骤3：根据对应公式计算出混合色总亮度；步骤4：求出用于消除饱和亮度的修正系数；步骤5：求出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵，LED光源的各个像素的各种颜色根据对应的灰阶信号值进行发光。本发明在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功耗，达到节能减排的效果。

权利要求

1.一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，当检测到当前LED光源的整体亮度小于等于预设阈值时，则维持当前亮度，否则，按如下步骤处理：步骤1：接收LED光源输入的灰阶信号值，LED光源包括n个像素和m种颜色，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，则第i个像素的m种颜色混合的亮度值Lpi按如下公式计算：Lpi＝fγ(PWM(pi,c1))*Lc1+fγ(PWM(pi,c2))*Lc2+…+fγ(PWM(pi,cm))*Lcm其中，PWM(pi,cj)(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m)表示第i个像素的第j种颜色转换前的灰阶信号值，Lcj表示第j种颜色的最大亮度值，fγ(PWM(pi,cj))表示每种颜色的实时亮度值，其值为转换后的灰阶信号值，γ为转换参数，为常数；

步骤2：按如下公式计算出混合色总亮度Lt，Lt为各个像素的所有颜色亮度的总和：2

步骤3：去饱和亮度曲线的曲线方程为fpf(x)＝ax+bx+c，a,b,c为系数，fpf(x)表示横坐标x对应的亮度值，则拥有消除饱和亮度的修正系数α按如下公式计算：其中，Lsaturation为所述预设阈值，q为常数，表示当前LED光源的混合色总亮度大于q倍的饱和亮度阈值，

步骤4：计算出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵Gγ′：其中，Gγ*h为哈达玛积运算， 表示第i个像素的第j种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，

LED光源的第i像素的第j种颜色根据对应的灰阶信号值 进行发光，从而实现LED光源的调光调色，

其中，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，具体为将灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，转换公式如下：其中，x表示接收到的输入的灰阶信号值，fγ(x)为转换后的灰阶信号值，w表示输入的灰阶信号值的位数。

2.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述q＝0.8。

3.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述γ＝2.2。

4.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述步骤3中，通过三坐标点A、B和C，坐标分别为(xA,yA)、(xB,yB)、(xc,yc)，其中，

8 8 8

yA＝q*Lsaturation，xB＝2，yB＝Lsaturation，xc＝2+(2 ‑xA)，yc＝q*Lsaturation。

5.根据权利要求1所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，所述预设阈值等于饱和亮度阈值。

6.一种控制器，其特征在于，其包括，存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于运行所述程序指令，以执行如权利要求1‑5任一项所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法中的步骤。

说明书

多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器

技术领域

[0001] 本发明涉及LED光源控制技术领域，具体是一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法及控制器。

背景技术

[0002] LED作为新一代光源，具有环保节能的优点，在照明、景观和装饰领域具有广泛的应用。在实际使用过程中，照明、装饰或景观所处环境复杂，以及人眼对绿色健康的认识的
提高，都对LED光源有新的要求，其中，尤其对LED光源产生的亮度控制有更高追求。人眼视
觉系统并不是对所有亮度区域都有同样的敏感度，在亮度较高区域，人眼视觉系统受到光
刺激后会产生饱和，也即对该亮度区域形成亮度饱和区域。人眼对亮度饱和区域的亮度等
级的敏感度和灰度的识别率都会大大下降，甚至产生厌恶的情绪，也即造成光污染，而且还
额外耗能，为此需要对LED光源进行控制。

[0003] 传统的LED驱动控制方式是，当LED的驱动电流确定后，其输出的功率亮度称为固定值，当多基色同时亮灯的时候，由于亮度叠加造成亮度饱和，进而形成亮度饱和区域，若
简单把LED光源的整体功率调低，则一种颜色发光（亮灯）时又显得太暗。导致要么多基色整
灯全亮时形成亮度饱和，要么单色亮灯亮度不足，无法符合目前的实际使用需求。因此，需
要一种能够消除多基色LED光源多像素下消除多余的饱和亮度，以达到正常显示亮度的同
时，又能节能减排。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的提供一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其能够解决克服消除多余的饱和亮度的问题。

[0005] 实现本发明的目的的技术方案为：一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，其特征在于，当检测到当前LED光源的整体亮度小于等于预设阈值时，则维持当
前亮度，否则，按如下步骤处理：

[0006] 步骤1：接收LED光源输入的灰阶信号值，LED光源包括 个像素和 种颜色，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，则第 个像素的 种颜色混合的亮度值 按如下
公式计算：

[0007]

[0008] 其中， 表示第 个像素的第 种颜色转换前的灰阶信号值， 表示第 种颜色的最大亮度值， 表示每种颜色的实时亮
度值，其值为转换后的灰阶信号值， 为转换参数，为常数；

[0009] 步骤2：按如下公式计算出混合色总亮度 ， 为各个像素的所有颜色亮度的总和：

[0010]

[0011] 步骤3：去饱和亮度曲线的曲线方程为 ， 为系数，表示横坐标 对应的亮度值，则拥有消除饱和亮度的修正系数 按如下公式计算：

[0012]

[0013] 其中， 为所述预设阈值， 为常数，表示当前LED光源的混合色总亮度大于q倍的饱和亮度阈值，

[0014] 步骤4：计算出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵 ：

[0015]

[0016] 其中， 为哈达玛积运算， 表示第 个像素的第 种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，

[0017] LED光源的第 像素的第 种颜色根据对应的灰阶信号值 进行发光，从而实现LED光源的调光调色。

[0018] 进一步地，所述 。

[0019] 进一步地，将灰阶信号值转换为非线性的灰阶信号值，具体为将灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，转换公式如下：

[0020]

[0021] 其中，表示接收到的输入的灰阶信号值， 为转换后的灰阶信号值， 表示输入的灰阶信号值的位数。

[0022] 进一步地，所述所述 。

[0023] 进一步地，所述步骤3中，通过三坐标点A、B和C，坐标分别为 、 、，其中，

[0024] ， ， ， ， ，。

[0025] 进一步地，所述预设阈值等于饱和亮度阈值。

[0026] 一种控制器，其特征在于，其包括，

[0027] 存储器，用于存储程序指令；

[0028] 处理器，用于运行所述程序指令，以执行如权利要求1‑6任一项所述的多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法中的步骤。

[0029] 本发明的有益效果为：本发明具有以下有益效果：

[0030] 1、当多基色多像素的混合色LED光源发光的时候，亮度超过预设定的饱和亮度阈值，本发明会保持各个颜色原有的亮度值比例，根据本发明计算出来的修正曲线参数进行
各个颜色的亮度调节；当显示单色或混合色不超过预设定值的时候，将会按原单颜色最大
功率亮度输出，即当混合光亮度超出人眼可接受的饱和亮度范围的时候，该亮度输出显得
没有意义并造成功率上的浪费，在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED
光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功
耗，达到节能减排的效果。

[0031] 2、计算的消除饱和亮度的修正系数值，与直接消除或抑制亮度在一个常数的修正方法相比，本发明的修正亮度曲线为二阶函数曲线，与原GAMMA亮度曲线高度拟合，在最后
的20%亮度调节区间能保持灰阶梯度的变化，并平滑过渡到饱和亮度，调光更加细腻。

附图说明

[0032] 图1为本发明的步骤示意图；

[0033] 图2为GAMMA校正亮度曲线和去饱和亮度修正曲线之间的关系示意图；

[0034] 图3为虚设点C的示意图；

[0035] 图4为本发明一种控制器的结构示意图。

[0036] 具体实施方案

[0037] 下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述：

[0038] 如图1至图3所示，一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法，当检测到当前LED光源的整体亮度小于等于预设阈值时，则维持当前亮度，否则，按如下步骤处理：

[0039] 步骤1：接收输入的灰阶信号值，目前，通常采用8bit（位）灰阶信号值。由于人眼对光源暗部细节敏感的特性，为了让人眼对LED光源获得的色阶更加均匀，调光更加细腻，需
要把线性亮度调光转换为非线性亮度调光，通常把线性亮度调光转换为带GAMMA校正的非
线性亮度调光。因此，需要将8bit的灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，转换公
式为公式①：

[0040]                  ‑‑‑‑‑‑①

[0041] 表示接收到的输入的灰阶信号值， 为GAMMA校正值，为常数，一般取 ，为转换后的灰阶信号值。

[0042] 步骤2：假设LED光源具有 个像素和 种颜色，转换后的灰阶信号值构成的灰阶矩阵记为 ，设定每种颜色的亮度参数矩阵为 ，则各个像素下的亮度矩阵 为灰阶矩
阵 和亮度参数矩阵 的乘积，即 ，灰阶矩阵 由转换后的灰阶信号
值构成，因此有公式②：

[0043]   ‑‑‑‑‑‑②

[0044] 其中， 表示第 个像素的 种颜色混合的亮度值，也即公式③：

[0045]  ‑‑‑‑‑‑③

[0046] 表示第 个像素的第 种颜色的8bit灰阶信号值，也即接收到的输入的灰阶信号值， 表示第 种颜色的最大亮度值，所有的
即构成亮度参数矩阵 ，该最大亮度值可从LED光源的规格书上得到，出厂时已设定。而每
种颜色的实时亮度值为LED光源的最大亮度值 乘以经公式①转换后的灰阶信号值
，其也是经转换后带GAMMA校正的灰阶信号值，根据亮度叠加原理， 把单
个像素每种颜色的实时亮度值全部相加起来就是单个像素的当前接收到灰阶信号值后的
实时亮度值。

[0047] 步骤3：步骤2中，根据亮度叠加原理， 把单个像素每种颜色的实时亮度值全部相加起来就是单个像素的当前接收到灰阶信号值后的实时亮度值。因此，可求出接收到灰
阶信号值后的当前LED光源的混合色总亮度，根据亮度叠加原理，混合色总亮度 为各个像
素的所有颜色亮度的总和，也即公式④：

[0048]                    ‑‑‑‑‑‑④

[0049] 步骤4：计算出当前LED光源的混合色总亮度后，为了消除饱和亮度，求出修正系数，通过修正系数 将原先的带GAMMA校正亮度曲线修正为去饱和亮度曲线，并使得去饱
和亮度曲线无限趋近于饱和亮度阈值所在的直线，也即去饱和亮度曲线收敛于饱和亮度阈
值，如图2所示，饱和亮度阈值记为 ，也即是所述预设阈值，但 小于LED光
源允许的最大亮度值。

[0050] 本步骤中，为了使得去饱和亮度曲线能平滑地滑向饱和亮度阈值，不产生突变，需要求出其符合要求的去饱和亮度曲线的曲线方程。为此，定义该曲线方程为与GAMMA校正同
模型的幂函数曲线，设定幂函数曲线为 ， 为系数，只需要求出
该系数，即可得到去饱和亮度曲线。求出系数的具体过程如下：

[0051] 如图2所示，定义拐点A和饱和亮度阈值点B，拐点A也即是原先带GAMMA校正亮度曲线突变为去饱和亮度曲线的突变点，该点也即是去饱和亮度曲线的起点。拐点A的纵坐标值
取饱和亮度阈值的80%，以使得亮度值在拐点和饱和亮度阈值之间有20%的区间进行收敛。
当然，实际应用中，也可以取其他比例值，例如取饱和亮度阈值的90%或其他，不作具体限
制。因此，拐点A的纵坐标 ，将其代理原先GAMMA校正亮度曲线中，即代入
公式①中，求得拐点A的横坐标 ：

[0052]               ‑‑‑‑‑‑⑤

[0053] 饱和亮度阈值点B的横坐标和纵坐标分别为 、 。

[0054] 如图3所示，虚拟一个与拐点A的对称点C，点C和拐点A关于 对称，因此，点C的横坐标和纵坐标分别为 。将拐点A、点B和点C的坐标
值代入幂函数曲线中，得到如下方程组：

[0055]               ‑‑‑‑‑‑⑥

[0056] 根据克拉默法则，可求得系数 ，具体求解过程在这不赘述。

[0057] 如果当前LED光源的混合色总亮度大于0.8倍的饱和亮度阈值 时，计算出带GAMMA校正亮度曲线对应的横坐标 ：

[0058]                ‑‑‑‑‑‑⑦

[0059] 横坐标 对应在去饱和亮度修正曲线的亮度值 ：

[0060]       ‑‑‑‑‑‑⑧

[0061] 综合，可得到消除饱和亮度的修正系数 ，如公式⑨：

[0062]      ‑‑‑‑‑‑⑨

[0063] 求出修正系数 后，还需要生成用于消除亮度饱和算子 ：

[0064]                   ‑‑‑‑‑‑⑩

[0065] 其中，全单位模1矩阵的大小为 。

[0066] 步骤5：最后需要 求出各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵 ，其为GAMMA转换后灰阶矩阵 和算子 的哈达玛积：

[0067]

[0068] 其中， 表示第 个像素的第 种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，LED光源的各个像素的各种颜色根据对应的灰阶信号值 进行发光，从而实现LED光源的
调光调色的控制。

[0069] 相比于现有的调光调色控制方法，本发明具有以下有益效果：

[0070] 1、当多基色多像素的混合色LED光源发光的时候，亮度超过预设定的饱和亮度阈值，本发明会保持各个颜色原有的亮度值比例，根据本发明计算出来的修正曲线参数进行
各个颜色的亮度调节；当显示单色或混合色不超过预设定值的时候，将会按原单颜色最大
功率亮度输出，即当混合光亮度超出人眼可接受的饱和亮度范围的时候，该亮度输出显得
没有意义并造成功率上的浪费，在保持颜色比例的情况下，进行亮度修正，使得多基色LED
光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功
耗，达到节能减排的效果。

[0071] 2、计算的消除饱和亮度的修正系数值，与直接消除或抑制亮度在一个常数的修正方法相比，本发明的修正亮度曲线为二阶函数曲线，与原GAMMA亮度曲线高度拟合，在最后
的20%亮度调节区间能保持灰阶梯度的变化，并平滑过渡到饱和亮度，调光更加细腻。

[0072] 如图4所示，本发明还涉及多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法的实体实现控制器100，其包括，

[0073] 存储器101，用于存储程序指令；

[0074] 处理器102，用于运行所述程序指令，以执行所述一种多基色LED光源多像素下消除亮度饱和的控制方法的步骤。

[0075] 本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域
的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变
形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。