本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)相關(guān)色溫快速計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
光源在溫度T時(shí)所呈現(xiàn)的顏色與在某一溫度Tc時(shí)的黑體顏色相同時(shí)，則稱Tc為該光源的色溫度。如果光源在溫度T時(shí)的相對(duì)光譜功率分布所決定的色度坐標(biāo)，不在色品圖的黑體溫度軌跡上，而在此軌跡的附近。這時(shí)，用色度坐標(biāo)與其最靠近的黑體溫度表示該光源的溫度，稱之為該光源的相關(guān)色溫。
光源(相關(guān))色溫的計(jì)算方法
由光源的三刺激值X、Y、Z，計(jì)算光源在CIE1931-XYZ色品圖中的x、y：
計(jì)算CIE1960UCS均勻色度坐標(biāo)系中的色坐標(biāo)u、v值：
在CIE1960UCS均勻色度圖中，每種光源對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的色坐標(biāo)(u，v)。當(dāng)黑體的溫度從較低的值逐漸升溫至∞K，在UCS色度圖中，代表黑體光色的色坐標(biāo)點(diǎn)將會(huì)形成一段連續(xù)的曲線(如圖1所示)，稱為黑體色軌跡。在均勻色度圖中，等相關(guān)色溫線是一系列垂直于黑體色軌跡(曲線)的直線簇。
相關(guān)色溫計(jì)算方法較多，主要相關(guān)論文如下：
《光源相關(guān)色溫計(jì)算方法的討論》比較了內(nèi)插法、三角形垂足法、逐次逼近法計(jì)算相關(guān)色溫的精度；其中逐次逼近法是精度最高的相關(guān)色溫計(jì)算方法；
《光源相關(guān)色溫算法的比較研究》比較了三角垂足插值法、黑體軌跡的Chebyshev法、模擬黑體軌跡弧線法、McCamy近似公式法計(jì)算相關(guān)色溫的精度；
《光源相關(guān)色溫計(jì)算方法的研究》利用遺傳模擬退火算法得到的計(jì)算色溫和相關(guān)色溫的經(jīng)驗(yàn)公式為，是一種近似的計(jì)算方法；
《關(guān)于光源顏色溫度標(biāo)定方法的討論》主要關(guān)注顏色溫度標(biāo)準(zhǔn)燈及其標(biāo)定和測(cè)試方法；
《白光LED光學(xué)仿真中的相關(guān)色溫計(jì)算》采用逐點(diǎn)逼近法計(jì)算相關(guān)色溫，重點(diǎn)關(guān)注TracePro光學(xué)軟件對(duì)白光LED的模擬仿真；
《LED光源相關(guān)色溫計(jì)算新方法》通過(guò)等點(diǎn)間隔和等幾何距離間隔，相關(guān)色溫計(jì)算速度較快且精度高；
《二分法優(yōu)化計(jì)算LED光源相關(guān)色溫》采用多重二分的計(jì)算方法快速計(jì)算相關(guān)色溫。
在光源相關(guān)色溫測(cè)量中，積分式測(cè)量方法是應(yīng)用光學(xué)濾光片組將探測(cè)器的光譜響應(yīng)曲線匹配成CIE推薦的XYZ光譜三刺激值曲線，探測(cè)器可以對(duì)被測(cè)光源的光譜組成進(jìn)行快速積分測(cè)量。積分式測(cè)量?jī)x器特點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)易，性價(jià)比高，測(cè)量速度快，可靠性高。作為相關(guān)色溫的便攜式測(cè)量?jī)x器采用積分式測(cè)量方法，獲得被測(cè)光源的XYZ，進(jìn)而計(jì)算相關(guān)色溫。便攜式測(cè)量?jī)x器采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)、MCU等而不是PC作為核心處理器，因此計(jì)算能力受限，對(duì)于較為復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，則需要較長(zhǎng)的時(shí)間，不適用便攜式測(cè)量?jī)x器的快速測(cè)量功能。因此研究適應(yīng)于嵌入式系統(tǒng)的快速且高精度的相關(guān)色溫計(jì)算方法，具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠快速獲得相關(guān)色溫的嵌入式系統(tǒng)相關(guān)色溫快速計(jì)算方法。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
1、嵌入式系統(tǒng)相關(guān)色溫快速計(jì)算方法，其特征在于它包括以下步驟：
1.1建立黑體和標(biāo)準(zhǔn)照明體D在不同色溫時(shí)的u、v值表
以黑體和標(biāo)準(zhǔn)照明體D為標(biāo)準(zhǔn)光源，計(jì)算黑體和標(biāo)準(zhǔn)照明體D在不同色溫時(shí)的u、v值，并保存為色溫的u、v值表。計(jì)算過(guò)程中將色溫分為五種情況，分別為小于1000K，大于等于1000K小于5000K，大于等于5000K小于7000K，大于等于7000K小于等于25000K，大于25000K；由計(jì)算機(jī)編程計(jì)算后獲得從1000K到25000K色溫的u、v值表，間隔為1K；
1.1.1黑體的u、v值計(jì)算包括以下步驟
(1)、由普朗克定律計(jì)算得到的黑體發(fā)射光的相對(duì)光譜功率：
其中：T為黑體的絕對(duì)溫度(K)；λ為波長(zhǎng)(nm)；c1為第一輻射常數(shù)，c1＝3.741844×10-12W·cm2；c2為第二輻射常數(shù)，c2＝1.438833cm·K；
(2)、由黑體相對(duì)光譜功率分布P(λ)，根據(jù)下式計(jì)算黑體的三刺激值X、Y、Z：
其中Δλ＝5nm；
(3)、由(3)式計(jì)算CIE1931-XYZ色品圖中的色品坐標(biāo)x、y，并由(4)式計(jì)算CIE1960UCS均勻色度坐標(biāo)系中的色品坐標(biāo)u、v值；
(4)、對(duì)于按上述過(guò)程計(jì)算黑體1000K到4999K色溫的三刺激值X、Y、Z，x、y、u、v，間隔為1K，建立黑體從1000K到4999K色溫的u、v值表，間隔為1K；
1.1.2標(biāo)準(zhǔn)照明體D的u、v值計(jì)算包括以下步驟
(1)、針對(duì)5000K到25000K色溫，采用標(biāo)準(zhǔn)照明體D的色品坐標(biāo)，當(dāng)色溫在5000K到6999K之間：
(2)、當(dāng)色溫在7000K到25000K之間：
(3)、針對(duì)5000K到25000K色溫，采用(7)式計(jì)算u、v值：
(4)、建立標(biāo)準(zhǔn)照明體D從5000K到25000K色溫的u、v值表，間隔為1K；
1.1.3存儲(chǔ)u、v值表
嵌入式系統(tǒng)相關(guān)色溫快速計(jì)算方法中的u、v值表，是由1.1.1建立的1000K至4999K色溫的u、v值表和由1.1.2建立的5000K至25000K色溫的u、v值表，再添加900K色溫和26000K色溫的u、v值合并完成；其中900K色溫和26000K色溫的u、v值用于色溫區(qū)域劃分；該表中的u、v值直接存儲(chǔ)于便攜式測(cè)量?jī)x器中微處理器的閃存(Flash Memory)中；在針對(duì)被測(cè)光源的相關(guān)色溫計(jì)算中，可以直接獲取表中數(shù)據(jù)，加快運(yùn)算速度；
1.2計(jì)算被測(cè)光源的相關(guān)色溫
1.2.1計(jì)算被測(cè)光源的色品坐標(biāo)
對(duì)于一個(gè)被測(cè)光源的色品坐標(biāo)x0、y0，由(7)式計(jì)算u0、v0值；
1.2.2色溫分區(qū)
(1)、分別計(jì)算被測(cè)光源的u0、v0和色溫u、v值表中900K及1000K色溫的u、v值距離平方E900K和E1000K：
ET＝(u0-uT)*(v0-vT) (8)
其中uT、vT分別表示某色溫的u、v值；ET表示被測(cè)光源的u、v值和u、v值表中某色溫的u、v值的距離平方，如果E900K<E1000K，則被測(cè)光源的相關(guān)色溫設(shè)定為0；
(2)、由(8)式分別計(jì)算被測(cè)光源的u0、v0和色溫的u、v值表中25000K及26000K色溫的u、v值距離平方E25000K及E26000K；如果E26000K<E25000K，則被測(cè)光源的相關(guān)色溫設(shè)定為0；
(3)、從色溫u、v值表中獲得5000K及5001K色溫的u、v值：u5000K＝＝0.209144，v5000K＝0.325443，u5001K＝0.209133，v5001K＝0.325433；用式(8)計(jì)算被測(cè)光源的u0、v0和色溫u、v值表中的5000K及5001K的u、v值距離平方E5000K及E5001K，如果E5000K<E5001K，設(shè)定為被測(cè)光源的相關(guān)色溫處在低色溫區(qū)域，否則設(shè)定為高色溫區(qū)域；
1.2.3相關(guān)色溫快速計(jì)算
采用McCamy近似公式計(jì)算被測(cè)光源的相關(guān)色溫T的近似值：
根據(jù)下式計(jì)算該相關(guān)色溫值的麥勒德值(mired)：
mired＝1000000/T (10)
根據(jù)所設(shè)定的高、低色溫區(qū)域，低色溫區(qū)域的相關(guān)色溫最大值為4999K，高色溫區(qū)域的相關(guān)色溫最小值為5000K；在所述麥勒德值正負(fù)1個(gè)麥勒德的范圍內(nèi)，獲取色溫表中所有u、v值，并分別計(jì)算距離平方，求出最短距離，則該色溫值為被測(cè)光源的相關(guān)色溫。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、針對(duì)光源的相關(guān)色溫測(cè)量，劃定常用光源的相關(guān)色溫區(qū)間，對(duì)于超出計(jì)算范圍的以0K表示。在計(jì)算范圍內(nèi)，分別以黑體和標(biāo)準(zhǔn)照明D作為參考標(biāo)準(zhǔn)，并以5000K為參考標(biāo)準(zhǔn)的劃分閾值，提高了相關(guān)色溫計(jì)算精度；
2、由預(yù)處理提供的u、v表直接存儲(chǔ)在Flash中，間隔為1K，無(wú)需便攜式儀器重新計(jì)算，提高了計(jì)算速度并保證了計(jì)算精度；
3、采用距離平方，而不是距離計(jì)算，在保證相同效果的前提下，降低計(jì)算量；
4、綜合比較了各種近似算法，采用近似精度較高且較為簡(jiǎn)潔的McCamy近似公式估算被測(cè)光源的相關(guān)色溫，大致確定相關(guān)色溫范圍；而后采用等色溫間隔的麥勒德值劃定精確計(jì)算范圍，最終采用全查表計(jì)算法獲得最終結(jié)果。其計(jì)算速度極快且精度為1K，對(duì)便攜式測(cè)量?jī)x器的微處理器內(nèi)存要求低，達(dá)到便攜式測(cè)量?jī)x器的速度及精度要求。
附圖說(shuō)明
圖1為CIE1960UCS色度圖。
表1為u、v值表中色溫900K和1000K-1500K的那部分表。
表2為u、v值表中色溫4999K-5500K的那部分表。
表3為u、v值表中色溫24499K-25000K和26000K的那部分表。
具體實(shí)施方式
嵌入式系統(tǒng)相關(guān)色溫快速計(jì)算方法如下：
1、針對(duì)被測(cè)光源的相關(guān)色溫一般在1000K與25000K之間，將分為五種情形，分別為T<1000K，1000K≤T<5000K，5000K≤T<7000K，7000K≤T≤25000K，T>25000K；
2、計(jì)算黑體軌跡，由普朗克定律計(jì)算得到的黑體發(fā)射光的相對(duì)光譜功率：
其中：T為黑體的絕對(duì)溫度(K)；λ為波長(zhǎng)(nm)；c1為第一輻射常數(shù)，c1＝3.741844×10-12W·cm2；c2為第二輻射常數(shù)，c2＝1.438833cm·K；
3、由黑體相對(duì)光譜功率分布P(λ)，由下式計(jì)算黑體的三刺激值X、Y、Z：
其中Δλ＝5nm；
4、由(3)式計(jì)算CIE1931-XYZ色品圖中的x、y，并由(4)式計(jì)算CIE1960UCS均勻色度坐標(biāo)系中的色坐標(biāo)u、v值；
5、按上述過(guò)程計(jì)算黑體1000K到4999K色溫的三刺激值X、Y、Z，x、y、u、v，間隔為1K。建立黑體從1000K到4999K色溫的uv值表，間隔為1K。
6、針對(duì)5000K到25000K色溫，采用標(biāo)準(zhǔn)照明體D的色品坐標(biāo)，當(dāng)色溫在5000K到6999K之間：
7、當(dāng)色溫在7000K到25000K之間：
8、計(jì)算uv值：
9、計(jì)算并建立標(biāo)準(zhǔn)照明體D從5000K到25000K色溫的uv值表，間隔為1K；
10、按黑體相對(duì)光譜功率計(jì)算900K色溫的uv值，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)照明體D26000K色溫的uv值，保存在色溫uv表中；
以上為相關(guān)色溫的預(yù)處理程序，由PC計(jì)算后獲得uv值保存為色溫的u、v值表，該表中的uv值直接存儲(chǔ)于便攜式測(cè)量?jī)x器中微處理器的閃存中；在針對(duì)被測(cè)光源的相關(guān)色溫計(jì)算中，可以直接獲取表中數(shù)據(jù)，加快運(yùn)算速度。表1、2、3顯示了該u、v值表的一部分。
11、對(duì)于一個(gè)被測(cè)光源的色品坐標(biāo)x0、y0，由(7)式計(jì)算u0、v0值；
12、分別計(jì)算u0、v0和表中900K及1000K色溫的距離平方：
ET＝(u0-uT)*(v0-vT) (8)
如果E900K<E1000K，則被測(cè)光源的相關(guān)色溫設(shè)定為0；
13、由(8)式分別計(jì)算u0、v0和表中25000K及26000K色溫的距離平方。如果E26000K<E25000K，則被測(cè)光源的相關(guān)色溫設(shè)定為0；
14、從uv表中獲得5000K及5001K色溫的uv值：u5000K＝＝0.209144，v5000K＝0.325443，u5001K＝0.209133，v5001K＝0.325433。計(jì)算E5000K及E5001K。如果E5000K<E5001K，設(shè)定為低色溫區(qū)域，否則設(shè)定為高色溫區(qū)域。
15、采用McCamy近似公式計(jì)算被測(cè)光源的相關(guān)色溫近似值：
16、根據(jù)下式計(jì)算該相關(guān)色溫值的麥勒德值：
mired＝1000000/T (10)
17、根據(jù)14中所設(shè)定的高低色溫區(qū)域，低色溫區(qū)域的最大值為4999K，高色溫區(qū)域的最小值為5000K。在16中所計(jì)算的麥勒德值正負(fù)1個(gè)麥勒德的范圍內(nèi)，獲取uv表中所有uv值，并分別計(jì)算距離平方，求出最短距離，則該色溫值為被測(cè)光源的相關(guān)色溫。