專(zhuān)利名稱(chēng)：顏色導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及照明領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及用于產(chǎn)生具有可變顏 色的光的顏色導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用可變顏色照明空間的照明系統(tǒng)通常為大家所熟知。通常，這 種系統(tǒng)包括多個(gè)光源，每個(gè)光源發(fā)射出具有特定顏色的光，不同光源 的各個(gè)顏色相互不同。整體來(lái)看該系統(tǒng)所產(chǎn)生的整個(gè)光因而是若干個(gè) 光源所發(fā)射出的光的混合。通過(guò)改變不同光源的相對(duì)強(qiáng)度，可改變整 個(gè)混光體的顏色。
應(yīng)該注意的是光源可以是諸如例如TL燈、卣素?zé)?、LED等等之 類(lèi)的不同類(lèi)型。在下文中，將簡(jiǎn)單地使用詞"燈"，但是這不排除LED。
作為可變顏色照明系統(tǒng)的示例，提到了劇場(chǎng)中的照明系統(tǒng)。在演 出期間，可能希望改變照明的顏色。然而，同樣在家庭、商店、飯店、 旅館、學(xué)校、醫(yī)院等等的情況下，也希望能夠改變照明的顏色。在劇 場(chǎng)等等的情況下，顏色典型地隨視野而改變以增強(qiáng)戲劇效果，但是在 其他狀況下，更希望具有平滑且緩慢的過(guò)渡。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)清楚的是，可通過(guò)色點(diǎn)在顏色空間中 的坐標(biāo)來(lái)表示光的顏色。在這種表示中，改變顏色對(duì)應(yīng)于在顏色空間 中從一個(gè)色點(diǎn)到另一色點(diǎn)的移動(dòng)或者對(duì)應(yīng)于該系統(tǒng)中的色點(diǎn)設(shè)置的 移動(dòng)。此外，顏色序列對(duì)應(yīng)于顏色空間中的色點(diǎn)集合，該集合將被表 示為路徑。因此可將動(dòng)態(tài)改變顏色表示為沿該路徑"行進(jìn)"。更通常地， 將動(dòng)態(tài)改變照明的顏色表示為在顏色空間"導(dǎo)航"。
典型地，照明系統(tǒng)包括三個(gè)燈。通常，這些燈接近紅色(R)、 接近綠色(G)和接近藍(lán)色(B)，并且將該系統(tǒng)表示為RGB系統(tǒng)。對(duì) 于每個(gè)燈，可將光強(qiáng)表示為從0 (沒(méi)有光)至1 (最大強(qiáng)度)的數(shù)字。 色點(diǎn)可由三維坐標(biāo)(《1， ^， g3)來(lái)表示，在從0至1的范圍中的每 個(gè)坐標(biāo)按照線性方式與燈之一的相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。可將各個(gè)燈的色點(diǎn) 分別表示為(l，O，O) 、 ( 0， 1， 0)和(0， 0, 1 )。這些點(diǎn)描述了顏色空間中的三角形。該系統(tǒng)可產(chǎn)生該三角形之內(nèi)的所有顏色。
希望具有一種可允許用戶(hù)以舒適且直觀的方式對(duì)顏色空間進(jìn)行 導(dǎo)航的顏色導(dǎo)航系統(tǒng)。具體地說(shuō)，希望顏色導(dǎo)航系統(tǒng)允許用戶(hù)在該顏 色空間中采用這樣的階步以便所感知到的色變是恒定的。
理論上，可以認(rèn)為顏色空間是連續(xù)集。這將允許用戶(hù)選擇上述三 角形之內(nèi)的每種可能顏色。然而，計(jì)算某個(gè)階步方向上的步長(zhǎng)以便所 感知到的色變具有某個(gè)值需要使用相當(dāng)大功率且昂貴的微處理器。因 此，對(duì)于顏色導(dǎo)航系統(tǒng)而言，更有利的是具有包括有預(yù)定色點(diǎn)的色表。 此后將對(duì)顏色空間進(jìn)行導(dǎo)航轉(zhuǎn)化成從該表格中的一個(gè)色點(diǎn)至該表格 中的下一色點(diǎn)邁出階步。此后在簡(jiǎn)單用戶(hù)接口的控制之下可容易地執(zhí) 行導(dǎo)航。這種簡(jiǎn)單用戶(hù)接口的示例包括六個(gè)按鈕，每個(gè)顏色坐標(biāo)兩個(gè) 按鈕(分別為步升和步降)。啟動(dòng)這些按鈕之一將會(huì)導(dǎo)致沿著相應(yīng)顏 色坐標(biāo)軸的階步，該階步會(huì)導(dǎo)致預(yù)定色覺(jué)差異。
在這方面的問(wèn)題在于RGB顏色空間不是線性空間，因此當(dāng)采用沿 著色強(qiáng)坐標(biāo)軸之一的某個(gè)大小的離散階步時(shí)，用戶(hù)所感知到的色變量 不是恒定的，而是取決于顏色空間之內(nèi)的實(shí)際位置。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，提議了諸如CIELAB顏色空間之類(lèi)的顏色空 間的不同表示，其中的獨(dú)立變量是色相(H)、飽和度(S;在CIELAB 中利用S =色度/明度(lightness)來(lái)計(jì)算)、亮度(brightness)
(B;在CIELAB中由明度計(jì)算得到)。因?yàn)槊鞫鹊母兄鶆蛐?即用 戶(hù)還將明度級(jí)的線性變化感知為光強(qiáng)級(jí)別的線性變化)，因此有利地 是使用這個(gè)參數(shù)來(lái)代替亮度。然而，為了使該描述普通化，在接下來(lái) 的說(shuō)明中使用參數(shù)"亮度"，還利用感知均勻分布(例如在uH空間 中，由"Y"描述強(qiáng)度，因此感知均勻的亮度分布是對(duì)數(shù)(Y))來(lái)對(duì)這 個(gè)參數(shù)的值進(jìn)行描述。可將CIELAB顏色空間看作離散點(diǎn)的三維空間
(3D網(wǎng)格)。該空間中的每個(gè)點(diǎn)可以由坐標(biāo)邁、n、 p來(lái)表示，并且 在每個(gè)點(diǎn)中色相(H)、飽和度(S)、亮度(B)分別具有特定值H
(m，n，p) 、 S (m，n，p) 、 B (m，n，p)。用戶(hù)可采用沿著這三個(gè)坐標(biāo) 軸任何一個(gè)的離散階步，只要顏色在顏色空間(色域)的外邊界之內(nèi)， 這會(huì)分別導(dǎo)致預(yù)定且恒定的色相、飽和度、或者亮度變化。原則上， 可變的色相、飽和度以及亮度彼此無(wú)關(guān)。
現(xiàn)在問(wèn)題是定義良好的導(dǎo)航算法，其這樣定義導(dǎo)航階步以便所感
8知到的色變是恒定的，以便構(gòu)建適當(dāng)表格或者以便步進(jìn)通過(guò)現(xiàn)有表
格。根據(jù)CIELAB理論，當(dāng)從色度值為Cl且色相角為hi的第一色點(diǎn) 到色度值為C2且色相角為h2的第二色點(diǎn)邁出階步時(shí)，將色差A(yù)E定 義為
m = VaL2 +ac2 +a//2
其中AH是計(jì)量色相差，其被定義為A// = G'A/
其中O是Cl和C2的平均值并且Ah = h2 - hi 。 雖然根據(jù)理論上述公式是精確的，但是在人的實(shí)際感知中它看起 來(lái)不是精確的。因此，需要一種改善的、更適于人的感知的色差公式。 在ACM transaction on Graphics中的作者為B. Hill等人的文 章"Comparative Analysis of the Quantization of Color Spaces on the Basis of the CIELAB Color- difference Formula", 第16 巻，第2期，1997年4月，第109 - 154頁(yè)中描述了一種改善的色差 公式
八F —
墨94 ——
、2
v 乂
+
AAC* 、2 \ ^c《c 乂
+
、2
、^t/s// 乂
其中AL'、AC'ab以及AH'ab分別是明亮度、色度、以及色相的CIELAB 1976色差；
其中kL、 kc以及kH是用于匹配對(duì)背景條件的感知的因數(shù)，以及其
中SL、 Sc以及SH是C'ab的線性函數(shù)。
根據(jù)該文章，假定標(biāo)準(zhǔn)值如下 kL = kc = 1ch = 1 SL = 1
Sc = 1 + 0. 045.C*ab SH = 1 + 0. 015.C*ab
然而，本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出了上述公式?jīng)]有給出滿(mǎn)意結(jié)果。 因此，本發(fā)明的第一目的是提供一種在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可給出更令人滿(mǎn)足 結(jié)杲的色差公式。
9該問(wèn)題的進(jìn)一 步方面涉及這樣的事實(shí)，即顏色空間的邊界通常不
是圓形而是具有彎曲邊的三角形的一般形狀。在飽和LED原色的情況 下，藍(lán)原色在該三角形中創(chuàng)建了長(zhǎng)的延長(zhǎng)角，并且紅色-綠色側(cè)相對(duì) 較短。當(dāng)用戶(hù)在色相方向上沿著該邊界導(dǎo)航時(shí)，采用階步以便根據(jù)上 述公式感知到的色差A(yù)E保持恒定，他將發(fā)現(xiàn)在青色-藍(lán)色-洋紅區(qū) 域中存在比紅色-綠色區(qū)域中更多的階步。這不是吸引人的狀況。該 狀況是由于下述事實(shí)造成的，即當(dāng)沿著顏色空間的邊界導(dǎo)航時(shí)，不可 能保持明度和色度二者恒定，并且明度和色度中的差異被認(rèn)為有助于 感知到色差。當(dāng)導(dǎo)航接近藍(lán)色時(shí)，色度差相對(duì)很大，因此當(dāng)保持所感 知到的色差恒定時(shí)，色相的階步相對(duì)小些。
因此，本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種還可解決該問(wèn)題的方案。 進(jìn)一步尤其是，本發(fā)明目的在于提供一種用于計(jì)算色階的方法， 該會(huì)導(dǎo)致使一方面希望在所感知到的色差中階步等距與另一方面希 望沿著顏色空間的邊界具有基本上相當(dāng)數(shù)目的色階之間有很好的折 衷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，如下定義色差公式
AE膠=V(^)2+(/c(外AC)2+W
其中AE，表示根據(jù)本發(fā)明的色差，并且其中fc (H)是0與l之 間的僅取決于色相H的因數(shù)。適當(dāng)?shù)剡x擇該因數(shù)以便可減輕色度對(duì)所 感知到的色差的影響。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，將顏色空間分成三個(gè)部分紅色-綠色、 綠色-藍(lán)色、以及藍(lán)色-紅色，并且對(duì)fc (H)的值進(jìn)行定義以便在 所述三個(gè)部分的色相方向沿著顏色空間邊界的色點(diǎn)數(shù)目彼此相等或 者至少差別不多于50%。


將通過(guò)下面參考附圖的描述進(jìn)一步闡述本發(fā)明的這些及其他方 面、特征、以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中相同參考數(shù)字表示相同或者相似部分， 并且在附圖中
10圖l示意性地給出了色度圖2示意性地給出了 CIELAB標(biāo)圖3是示意性說(shuō)明顏色導(dǎo)航系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地給出了 CIE(xy)色度圖。該示意圖為大家所熟知， 因此將說(shuō)明保持在最低限度。點(diǎn)(l，O)、 (0, 0)以及(O，l)分別 表示理想紅色、藍(lán)色以及綠色，它們是虛擬顏色。曲線l表示純光語(yǔ) 顏色。以納米(認(rèn))為單位示出了波長(zhǎng)。虛線2連接曲線1的端部。 曲線1和虛線2所包圍的區(qū)域3包舍所有可見(jiàn)顏色；與曲線1的純光 i普顏色相反，區(qū)域3中的顏色是混色，該混色可以通過(guò)對(duì)兩個(gè)或更多 純光鐠顏色進(jìn)行混合而獲得。反之，可由色度圖中的坐標(biāo)來(lái)表示每個(gè) 可見(jiàn)顏色；色度圖中的點(diǎn)將被表示為"色點(diǎn)"。
應(yīng)該注意的是，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很清楚的是還可使 用例如RGB圖之類(lèi)的不同圖示顏色表示。然而，RGB空間中的顏色分 布完全取決于設(shè)備(例如某個(gè)RGB值通常利用每一個(gè)具有不同RGB原 色的不同燈給出了不同感知的顏色)。
更好地，顏色在還被稱(chēng)為L(zhǎng)'a'b'顏色空間的、如同CIELAB顏色空 間那樣的與設(shè)備無(wú)關(guān)的顏色空間中表示。圖2是用于說(shuō)明CIELAB空 間的示意圖。CIELAB空間由于其感知均勻性而是優(yōu)選的；然而，如 上所述，可清楚地得知與CIE (xy)示意圖相比，CIELAB曲線是變形 的，其具有相當(dāng)大的藍(lán)色"尾部"。
因?yàn)榕c這些顏色空間相關(guān)的顏色定義為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所 熟知，因此在這里省去寬泛的說(shuō)明。這里提及了這些空間具有作為獨(dú) 立變量的色相(在下文中對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明)、飽和度(在下文中對(duì)此進(jìn) 行說(shuō)明)、以及亮度(對(duì)整體光強(qiáng)的度量)，以及可以通過(guò)一對(duì)一的 矩陣變換可將RGB空間中的顏色表示轉(zhuǎn)換為CIELAB顏色空間中的顏 色表示或者反之亦然就足夠了。
雖然在其他顏色空間中可獲得其他定義，但是在CIE 1931 (x，y) 顏色空間中最容易對(duì)色相、飽和度、以及亮度的基本概念進(jìn)行說(shuō)明。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，接下來(lái)我們使用1931 (x，y)顏色空間。
當(dāng)混合兩個(gè)純光譜顏色時(shí)，最終得到的混色的色點(diǎn)位于連接這兩個(gè)純色的色點(diǎn)的線上，最終得到色點(diǎn)的精確位置取決于混合比(強(qiáng)度 比)。例如，當(dāng)紫色和紅色混合時(shí)，最終得到的混色紫色的色點(diǎn)位于
虛線2上。如果兩種顏色能夠混合以生成白光，那么將這兩種顏色稱(chēng) 作"互補(bǔ)色"。例如，圖l給出了連接藍(lán)色(480 nm)和黃色(580 nm) 的線4，該線與白點(diǎn)相交，這表示藍(lán)光和黃光的正確強(qiáng)度比將被感知 為白光。這同樣適用于任何其他互補(bǔ)色集合在相應(yīng)正確強(qiáng)度比的情 況下，混光將被感知為白光。應(yīng)該注意的是混光實(shí)際上仍包括不同波 長(zhǎng)的兩個(gè)光鐠貢獻(xiàn)(spectral contributions)。
如果將兩個(gè)互補(bǔ)色(燈)的光強(qiáng)分別表示為II和12,那么將由 11 + 12來(lái)定義混光的整體強(qiáng)度Itot，同時(shí)由比率11/12來(lái)定義最終得 到的顏色。例如，假定第一顏色是強(qiáng)度為Il的藍(lán)色并且第二顏色是 強(qiáng)度為12的黃色。如果12 = 0，那么最終顏色是純藍(lán)色，并且最終 得到的色點(diǎn)位于曲線l上。如果I2增大，那么色點(diǎn)朝著白色點(diǎn)的方 向而在線4上行進(jìn)。只要色點(diǎn)位于純藍(lán)色與白色之間，那么相應(yīng)顏色 仍被感知為藍(lán)色，但是越接近白色點(diǎn)，則最終得到的顏色越蒼白。
在下文中，詞"顏色"與短語(yǔ)"色點(diǎn)"相關(guān)聯(lián)地用于區(qū)域3中的實(shí)際 顏色。通過(guò)詞"色相"來(lái)表示對(duì)顏色的"印象"；在上述示例中，色相是 藍(lán)色。應(yīng)該注意的是，色相與曲線1的光i普顏色相關(guān)；對(duì)于每個(gè)色點(diǎn)， 通過(guò)沿著與白色點(diǎn)相交的線將該色點(diǎn)投影到曲線1上可得到相應(yīng)色 相。
此外，由短語(yǔ)"飽和度"來(lái)表示顏色是較淺色相還是較深色相這樣 的事實(shí)。如果色點(diǎn)位于曲線l上，那么相應(yīng)顏色是還被表示為完全飽 和色相(飽和度=1 )的純光鐠顏色。當(dāng)色點(diǎn)朝著白色點(diǎn)的方向行進(jìn)時(shí)， 飽和度降低(較不飽和的色相或者更淺的色相)；在白色點(diǎn)中，對(duì)于 每個(gè)定義而言飽和度是零。
應(yīng)該注意的是如從圖l可很容易得知的那樣，通過(guò)混合兩種顏色 可獲得許多可見(jiàn)顏色，但是這不適用于所有顏色。為了能夠生成具有 任何期望顏色的光，需要生成三個(gè)不同顏色的三個(gè)燈?？墒褂酶酂?， 但是這不是必需的。
圖3示意性地給出了包括有燈組件14的照明系統(tǒng)10的框圖。該 燈組件14包括多個(gè)燈12A、 12B、 12C (在這里三個(gè))，每一個(gè)分 別具有由通用控制器15控制的相關(guān)燈驅(qū)動(dòng)器13A、 13B、 13C。在19示出了用戶(hù)輸入設(shè)備。三個(gè)燈12A、 12B、 12C分別產(chǎn)生具有相互不同 光顏色的光16A、 16B、 16C;所使用的典型顏色是紅色(R)、綠色 (G)、藍(lán)色(B)。代替純紅色、綠色、以及藍(lán)色，燈典型地發(fā)射出 如圖1中的三個(gè)示意性色點(diǎn)Cl、 C2、 C3分別所示的接近紅色、接近 綠色、以及接近藍(lán)色的光。在17示出了燈組件14所發(fā)出的整體光； 即就是各個(gè)光16A、 16B、 16C的混合的整體光17具有位于由角點(diǎn)Cl、 C2、 C3所定義的三角形之內(nèi)的色點(diǎn)。利用該系統(tǒng)IO,如果可連續(xù)地 改變各個(gè)燈12A、 12B、 12C的光強(qiáng)，那么可將輸出混光17的混色設(shè) 置在所述三角形之內(nèi)的任何希望位置處。然而典型地，控制器15是 數(shù)字控制器，并且各個(gè)燈12A、 12B、 12C的光強(qiáng)僅可利用離散階步來(lái) 改變。在這種情況下，可得到的色點(diǎn)沿著顏色空間中的網(wǎng)格定位。就 顏色表示而言，CIELAB顏色空間是優(yōu)選地，這是因?yàn)樵谡麄€(gè)CIELAB 顏色空間上，兩個(gè)相鄰網(wǎng)格點(diǎn)之間的距離與所感知到的基本上相等的 色差相對(duì)應(yīng)。
在CIELAB顏色空間中，只要該顏色在顏色空間邊界之內(nèi)，色相、 飽和度以及亮度可彼此獨(dú)立地變化。在該發(fā)明中，我們使用用于色相、 飽和度以及明度的線性軸；這些線性軸跨越具有柱面坐標(biāo)的顏色空 間。此外，使每個(gè)軸離散，即僅可分別獲得沿著每個(gè)軸的離散階步。 這樣選擇這些階步以便所感知到的顏色AEINV中的相應(yīng)階步是均勻的。 在這里，根據(jù)以下公式來(lái)定義所感知到的色階。
AE鮮=V(AL)2+(/c(外AC)2+(MT)2 (1)
其中如隨后所描述的那樣，fc (H)是0與1之間的僅取決于色 相H的比例因數(shù)。因此，顏色空間充滿(mǎn)著色點(diǎn)的網(wǎng)格，其中將L方向 上的相鄰色點(diǎn)之間的距離表示為AL、將C方向上的相鄰色點(diǎn)之間的 距離表示為AC、并且將H方向上的相鄰色點(diǎn)之間的距離表示為AH。 應(yīng)該注意的是C表示色度，其被定義為C=S L， S表示飽和度并且L 表示明度。
根據(jù)所提議的發(fā)明，明度級(jí)別的分布是等距的。尤其是，明度L 可以從最小值Lmin (通常采用比零大的值)至最大值Lmax以等距階 步變化。由Nl來(lái)表示可能的明度級(jí)別的數(shù)目。因此，利用"明度索引 "p，可根據(jù)以下公式來(lái)表示明度L (p)的K個(gè)可能值L (p ) = Lmin + p*AL ( 2)
其中索引P是從0至^-l的整數(shù)。
可以很容易的看出AL= (Lmax-Lmin)/(NL-1)。當(dāng)在L方向上步進(jìn) 時(shí)，應(yīng)用AEINV=AL。應(yīng)該注意的是，明度的線性增大也可以被觀察者 感知為亮度的線性增大。
此外，根據(jù)所提議的發(fā)明，飽和度級(jí)別的分布是等距的。尤其是， 飽和度S可以從最小值Smin (通常等于0 )至最大值Smax (通常等 于l)以等距階步變化。由Ns來(lái)表示可能的飽和度級(jí)別的數(shù)目。因此， 利用"飽和索引"n，可根據(jù)以下公式來(lái)表示飽和度S (n)的Ns個(gè)可能 值
S ( n ) = Smin + n*AS ( 3 )
其中索引n是從O至Ns-l的整數(shù)。
可4艮容易得知AS= (Smax —Smin) / ( Ns - 1 )。
鑒于C-S^這樣的事實(shí)，當(dāng)在S方向上步進(jìn)時(shí)，AH=AL=0，因此
應(yīng)用AEINY=fc (H) *AC = fc (H) *AS*L。
因此，當(dāng)在S方向上步進(jìn)時(shí)，所感知到的色差是恒定的，但是這 些差異的大小取決于H和L。
就分別具有色度值CI和C2且分別具有色相角hl和h2的兩個(gè)色 點(diǎn)之間的色相差而言，應(yīng)該注意的是，在CIELAB中使用了計(jì)量色相 差A(yù)H,其被定義為沿著環(huán)繞顏色空間邊界的色相環(huán)
紐=『A/T
其中C是Cl和C2的算術(shù)平均值并且Ah-hl - h2。 ( H2 - HI )是 沿著顏色空間邊界的色相環(huán)部分的計(jì)量長(zhǎng)度(其被計(jì)算為沿著邊界的 顏色序列之間的所有AH差的總和)。
在先有技術(shù)中，使色相H以等距階步在從適當(dāng)選擇的最小值Hmin 至適當(dāng)選擇的最大值Hmax的整個(gè)色域上離散。如先前所說(shuō)明的，當(dāng) 采用大小為AE的階步沿著顏色空間的邊界進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致藍(lán) 色范圍中相對(duì)多數(shù)目的階步(即在藍(lán)色范圍中連續(xù)階步之間的H差相 對(duì)小些)以及紅色-綠色范圍中相對(duì)低數(shù)目的階步。本發(fā)明人可認(rèn)識(shí) 到這是由于在整個(gè)顏色空間上給予色度C相同權(quán)重這樣的事實(shí)而引 起的。根據(jù)本發(fā)明，可按照不同方式來(lái)進(jìn)行離散化以便減輕該問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明，如圖2所示，將顏色空間分成三個(gè)部分44、 45、 46， 并且在這三個(gè)部分44、 45、 46中獨(dú)立地設(shè)置色度C的權(quán)重。在圖2 中，白色點(diǎn)被表示為W。恒定紅色色相的線41將白色點(diǎn)W與紅色色 點(diǎn)相連；相應(yīng)色相被表示為H1。恒定綠色色相的線42將白色點(diǎn)W與 綠色色點(diǎn)相連；相應(yīng)色相被表示為H2。恒定藍(lán)色色相的線43將白色 點(diǎn)W與藍(lán)色色點(diǎn)相連；相應(yīng)色相被表示為H3。將從紅色延伸到綠色 并且因此表示為紅色/綠色部分的第一顏色部分44定義為在線41與 42之間。將從綠色延伸到藍(lán)色并且西此表示為綠色/藍(lán)色部分的第二 顏色部分45定義為在線42與43之間。將從藍(lán)色延伸到紅色并且因 此表示為藍(lán)色/紅色部分的第三顏色部分46定義為在線43與41之 間。將該顏色空間的邊界線表示為47。
為了定義色相分布，使用以下方法。將明度L設(shè)置為某個(gè)級(jí)別， 更好地是得到Cmax的明度值，其中Cmax是色度C的最大值；將該明 度值表示為L(zhǎng) (Cmax)。在保持明度L恒定的同時(shí)，即AL-O,利用恒 定大小AEm的階步來(lái)在邊界47上導(dǎo)航。很顯然的是，就每個(gè)階步而 言，色度和色相根據(jù)從公式1所導(dǎo)到的以下公式而變
M曹=V(/c(外AC)2+(臘)2 (4)
利用每個(gè)這樣的階步，可到達(dá)具有某個(gè)色相值H (m)的色點(diǎn)，m 是色相索引。這些值H (m)將用作色相軸的離散化值，即色點(diǎn)網(wǎng)格 的色相坐標(biāo)。
在紅色/綠色部分44中，將比例因數(shù)fc (H)設(shè)置為等于1，并 且由Nh,rc來(lái)表示從H1 (紅色)至H2 (綠色)的最終得到的階步數(shù)目。
在綠色/藍(lán)色部分45中，將比例因數(shù)fc (H)設(shè)置為恒定值fcB， 并且由Nh，gb (fGB)來(lái)表示從H2 (綠色)至H3 (藍(lán)色)的最終階步數(shù) 目，這表示該階步數(shù)目取決于fCB。
在藍(lán)色/紅色部分46中，將比例因數(shù)fc (H)設(shè)置為恒定值fM， 并且由NH,BR (fBR)來(lái)表示從H3 (藍(lán)色)至HI (紅色)的最終階步數(shù) 目，這表示該階步數(shù)目取決于fBR。
在先有技術(shù)中，feB和fM等于l,但是這具有它會(huì)導(dǎo)致Nh，、 Nh,cb 和NH,BR之間的差很大這樣的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)選擇小于1的
fGB和fM以便理想地NH,RG= NH,GB (fGB) = NH,BR (fBR),以及無(wú)論如何以
15便Nh,gb ( fGB)和NH,BR ( fBR)與N^之間的差別小于50%來(lái)解決該問(wèn)題。 在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，證明值fcB = fBR == 0. 5是令人滿(mǎn)意的。
因此，將邊界線的完整軌跡分成NH,Re + NH,eB (fcB) + NH ，bk ( f^h ) 個(gè)階步。換句話說(shuō)，被示為Nh的可能色相級(jí)別的數(shù)目等于NH,Re + NH,eB (fGB) + NH，BR (fBR)。由色相索引m所示的那些級(jí)別不是等距的， 但是彼此具有距離AH (H),也就是說(shuō)，階步AH的大小按照當(dāng)沿著 邊界線47從一個(gè)色相級(jí)別步進(jìn)到下一色相級(jí)別時(shí)遵從上述公式4的 方式而取決于色相的實(shí)際值。
因此，本發(fā)明描述了用于離散化顏色空間的尤其有利的方式。對(duì) 通過(guò)該離散化所產(chǎn)生的顏色進(jìn)行導(dǎo)航會(huì)導(dǎo)致沿著飽和度和亮度的軸 的近乎感知為等距的色階AEINV (只要該顏色在顏色空間邊界之內(nèi))， 以及導(dǎo)致當(dāng)沿著顏色空間邊界在色相方向上步進(jìn)時(shí)的近乎感知為等 距的色階AEINV。因此，對(duì)于顏色空間邊界之內(nèi)的色相而言，該分布 不是等距的，但是會(huì)導(dǎo)致沿著顏色空間邊界的更好分布。進(jìn)一步的優(yōu) 點(diǎn)是色相方向上的總體階步數(shù)目可以較小，因此可降低色表所需的存 儲(chǔ)空間。
應(yīng)該注意的是，當(dāng)利用CIELAB顏色空間時(shí)，必須選擇某個(gè)參考 白色點(diǎn)?；诎l(fā)明人的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選選擇是選擇與RGB = [ 1 1 l]的 RGB光源(即完全光輸出的光源)具有相同的相關(guān)色溫(CCT)的黑 體線(在CIE1931空間中用(x-ref,y—ref )描述)上的白色點(diǎn)。或 者，可使用CCT在2500 [K]與6500 [K]之間的任意白色點(diǎn)。
從上，可見(jiàn)可由索引m、 n、 p來(lái)定義顏色空間中的點(diǎn)，并且可認(rèn) 為那些點(diǎn)中的顏色是3個(gè)獨(dú)立參數(shù)m、 n、 p的函數(shù)。圖3說(shuō)明了用戶(hù) 輸入設(shè)備19允許用戶(hù)獨(dú)立地選擇m、 n以及p的值；尤其是，可允許 用戶(hù)采用沿著明度、飽和度以及色相的階步。用戶(hù)輸入設(shè)備19被示 為用于獨(dú)立地為控制器15提供輸入值m、 n、 p的三個(gè)獨(dú)立輸入設(shè)備 19H、 19S以及19B的組合。根據(jù)那些輸入值m、 n、 p,該控制器為燈 組件14的驅(qū)動(dòng)器13A、 13B、 13C產(chǎn)生一組控制信號(hào)(gl、 ^2、 )。
控制器15具有存儲(chǔ)器18,該存儲(chǔ)器18包括分別用于色相、飽 和度以及亮度的表格。利用從用戶(hù)接口 19所接收到的用戶(hù)指令，控 制器15從所迷存儲(chǔ)器18獲取色相、飽和度以及亮度的值并且根據(jù)這 些值產(chǎn)生其控制信號(hào)(纟l、 g2、纟3)。
16本發(fā)明提供了兩個(gè)可能實(shí)現(xiàn)。在第一實(shí)現(xiàn)中，利用上述公式來(lái)填
充存儲(chǔ)器18中的表格。在該情況下，根據(jù)存儲(chǔ)器18的表格來(lái)在顏色 空間上導(dǎo)航總會(huì)導(dǎo)致感知到均勻的色階。這種實(shí)現(xiàn)不需對(duì)微處理器進(jìn) 行任何特定改進(jìn)當(dāng)采取從一個(gè)色點(diǎn)至下一色點(diǎn)的階步時(shí)，控制器 15可簡(jiǎn)單地從該表格獲取下一信息。因此，本發(fā)明具體體現(xiàn)在存儲(chǔ) 器中的表格的內(nèi)容。
在第二實(shí)現(xiàn)中，可以任意方式填充存儲(chǔ)器18中的表格(但是色 相值隨著索引'm'增大而單調(diào)增大、飽和值隨著索引'n'增大而單調(diào)增 大、并且明度值隨著索引、'增大而單調(diào)增大)，并且本發(fā)明具體體 現(xiàn)在控制器15中?？稍试S用戶(hù)鍵入用于對(duì)某個(gè)方向上的某個(gè)色階大 小AE，進(jìn)行定義的導(dǎo)航命令。當(dāng)控制器15接收到來(lái)自用戶(hù)的導(dǎo)航命 令時(shí)，控制器15計(jì)算AL、 AC、 AH的相應(yīng)值，并且此后在該表格中 查找最接近由所計(jì)算的值A(chǔ)L、 AC、 AH所定義的色點(diǎn)的色點(diǎn)。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)該清楚的是本發(fā)明并不局限于上面 所討論的示意性實(shí)施例，而是在所附權(quán)利要求中所定義的本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)可做出若干變化和修改。
例如，在該示例中色表18與控制器15相關(guān)聯(lián)。然而，還有可能 的是色表18與用戶(hù)接口 19相關(guān)聯(lián)。
在上述中，已參考用于對(duì)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的功能塊進(jìn)行說(shuō)明的 框圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。應(yīng)該理解的是可以硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能塊 的一個(gè)或多個(gè)，其中該功能塊的功能是由單獨(dú)的硬件部件來(lái)執(zhí)行的， 但是還可以軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能塊的一個(gè)或多個(gè)，因此該功能塊的功 能是由計(jì)算機(jī)程序或者諸如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器等 等這樣的可編程設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)程序行來(lái)執(zhí)行的。
權(quán)利要求
1、一種用于產(chǎn)生具有可變顏色的光的顏色導(dǎo)航系統(tǒng)(10)，包括燈組件(14)，該燈組件能夠產(chǎn)生具有可變顏色的光(17)；控制器(15)，用于控制該燈組件(14)；用戶(hù)輸入設(shè)備(19)，該用戶(hù)輸入設(shè)備與所述控制器(15)相耦合；存儲(chǔ)器(18)，用于定義離散色點(diǎn)；其中將所述控制器(15)設(shè)計(jì)成根據(jù)從所述用戶(hù)輸入設(shè)備(19)接收到的數(shù)據(jù)(m，n，p)以及根據(jù)所述存儲(chǔ)器(18)中的信息產(chǎn)生用于所述燈組件(14)的顏色控制信號(hào)(ξ1、ξ2、ξ3)，以便所產(chǎn)生的光(17)的色點(diǎn)與所述用戶(hù)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，其特征在于分別利用色相方向上的相鄰色點(diǎn)之間的預(yù)定間隔ΔH、明度方向上的相鄰色點(diǎn)之間的預(yù)定間隔ΔL以及色度方向上相鄰色點(diǎn)之間的預(yù)定間隔ΔC，根據(jù)三維CIELAB坐標(biāo)色相(H)、明度(L)、色度(C)來(lái)定義存儲(chǔ)器(18)中的色點(diǎn)；其中ΔL在顏色空間上是等距的；其中ΔS在顏色空間上是等距的，其中ΔC＝ΔS*L，S表示飽和度；以便對(duì)于在L方向和S方向上的階步，根據(jù)公式定義的感知色差ΔEINV在顏色空間上基本上是恒定的；其中fC(H)是0與1之間的僅取決于色相H的比例因數(shù)；其中，對(duì)于在和紅色相對(duì)應(yīng)的第一色相值(H1)與和綠色相對(duì)應(yīng)的第二色相值(H2)之間的色相值H而言，該比例因數(shù)fC(H)等于1并且該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)數(shù)目等于NH，RG；其中，對(duì)于在和綠色相對(duì)應(yīng)的第二色相值(H2)與和藍(lán)色相對(duì)應(yīng)的第三色相值(H3)之間的色相值而言，將該比例因數(shù)fC(H)設(shè)置為恒定值fGB以便該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH，GB(fGB)與NH，RG的差別小于50％，NH，GB(fGB)優(yōu)選等于NH，RG；其中，對(duì)于在第三色相值(H3)與第一色相值(H1)之間的色相值而言，將該比例因數(shù)fC(H)設(shè)置為恒定值fBR，以便該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH，BR(fBR)與NH，RG的差別小于50％，NH，BR(fBR)優(yōu)選等于NH，RG；以及其中ΔH是H的函數(shù)，以便對(duì)于沿著所述顏色空間的邊界的色相方向上的階步而言，所述感知色差ΔEINV基本上是恒定的。
2、 一種用于產(chǎn)生具有可變顏色的光的顏色導(dǎo)航系統(tǒng)(10),包括燈組件(14)，能夠產(chǎn)生具有可變顏色的光(17);控制器(15)，用于控制所述燈組件(14);用戶(hù)輸入設(shè)備(19)，該用戶(hù)輸入設(shè)備與所述控制器(15)相耦合；存儲(chǔ)器(18),用于定義離散色點(diǎn)；其中將所述控制器(15)設(shè)計(jì)成根據(jù)從所述用戶(hù)輸入設(shè)備(19) 接收到的數(shù)據(jù)(m，n，p)以及根據(jù)所述存儲(chǔ)器(18)中的信息產(chǎn)生用 于所述燈組件(14)的顏色控制信號(hào)(gl、 g2、 ，以便所產(chǎn)生的 光(17)的色點(diǎn)與所述用戶(hù)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，其特征在于將所述控制器(15)設(shè)計(jì)成利用色相方向上的階步AH、明度方 向上的階步AL以及色度方向上的階步AC來(lái)在CIELAB上進(jìn)行導(dǎo)航；其中AL在顏色空間上是等距的；其中AS在顏色空間上是等距的，其中AC-AS化，S表示飽和度； 以便對(duì)于在L方向和S方向上的階步，根據(jù)以下公式A^鮮定義的感知色差A(yù)EINV在顏色空間上基本上是恒定的； 其中fc (H)是0與1之間的僅取決于色相H的比例因數(shù)； 其中，對(duì)于在和紅色相對(duì)應(yīng)的第一色相值(Hl)與和綠色相對(duì)應(yīng)的第二色相值(H2)之間的色相值H而言，該比例因數(shù)fC (H)等于1并且該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)數(shù)目等于NH,RC;其中，對(duì)于在和綠色相對(duì)應(yīng)的第二色相值(H2)與和藍(lán)色相對(duì)應(yīng)的第三色相值(H3)之間的色相值而言，將該比例因數(shù)fC (H)設(shè)置為恒定值58以便該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH,eB(feB)與Nh^的差別小于50%, NH 'gb ( fGB )優(yōu)選等于NH其中，對(duì)于在所述第三色相值(H3)與第一色相值(Hl)之間的 色相值而言，將該比例因數(shù)f e ( H )設(shè)置為恒定值f BR以便該范圍中的 色相方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH,BR(fBR)4 Nh,的差別小于50%， NH,BR(fBR) 優(yōu)選等于NH，RG;以及其中AH是H的函數(shù)，以便對(duì)于沿著所述顏色空間的邊界的色相 方向上的階步，所述感知色差A(yù)E，基本上是恒定的；并且其特征在于將控制器(15 )設(shè)計(jì)成響應(yīng)用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)并考慮 到當(dāng)前色點(diǎn)來(lái)根據(jù)所述階步AH、 AL、 AC計(jì)算目標(biāo)色點(diǎn)，以從存儲(chǔ)器 (18)獲取與最接近目標(biāo)色點(diǎn)的色點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)來(lái)自存儲(chǔ) 器(18 )的這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生用于所述燈組件(14 )的顏色控制信號(hào)(《1、 《2、 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2的系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器(18)與用 戶(hù)接口 ( 19)相關(guān)聯(lián)。
4、 一種用于在三維CIELAB顏色空間中導(dǎo)航燈組件(14)的方 法，該燈組件(14)能夠產(chǎn)生具有可變顏色的光(17),該方法包括 步驟提供定義離散色點(diǎn)的存儲(chǔ)器(18); 接收用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)(m，n，p);響應(yīng)于所述用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)(m,n，p)并且根據(jù)存儲(chǔ)器(18)中的 信息，產(chǎn)生用于所述燈組件(14)的顏色控制信號(hào)(gl、 g2、 , 以便所產(chǎn)生的光(17)的色點(diǎn)與用戶(hù)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，其特征在于步驟響應(yīng)于所述用戶(hù)輸入數(shù)據(jù)(m，n，p)，計(jì)算在色相方向的階步AH、 在明度方向的階步AL、在色度方向的階步AC或者這些階步的組合； 其中AL在顏色空間上是等距的；其中AS在顏色空間上是等距的，其中AC-AS -L， S表示飽和度； 以便對(duì)于在L方向和S方向上的階步，根據(jù)以下公式所定義的》)2+(/c(/7).AC)2+闊2感知色差A(yù)E麗在顏色空間上基本上是恒定的；其中fc (H)是0與1之間的僅取決于色相H的比例因數(shù)；其中，對(duì)于在和紅色相對(duì)應(yīng)的第一色相值(Hl)與和綠色相對(duì)應(yīng)的第二色相值(H2)之間的色相值H而言，該比例因數(shù)fe (H)等于 1并且在該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)數(shù)目等于NH,RC;其中，對(duì)于在和綠色相對(duì)應(yīng)的第二色相值(H2)與和藍(lán)色相對(duì)應(yīng) 的第三色相值(H3)之間的色相值而言，將該比例因數(shù)fe (H)設(shè)置為恒定值feB以便該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH,eB (feB)與Nh,rc的差別小于50%， NH,GB (fGB)優(yōu)選等于NH，RG;其中，對(duì)于在第三色相值(H3)與第一色相值(HI)之間的色相 值而言，將該比例因數(shù)fc (H)設(shè)置為恒定值fM以便該范圍中的色相 方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH,BR (fBR)與Nh，的差別小于50%， NH，BR (fBR) 優(yōu)選等于NH，RG;以及其中AH是H的函數(shù)，以便對(duì)于沿著所述顏色空間的邊界的色相 方向上的階步而言，所述感知色差A(yù)E麗基本上是恒定的；考慮到當(dāng)前色點(diǎn)來(lái)根據(jù)所述階步AH、 AL、 AC計(jì)算目標(biāo)色點(diǎn)，并 且依照所述目標(biāo)色點(diǎn)產(chǎn)生用于所述燈組件(14 )的顏色控制信號(hào)(《1、 ;2、 ；3)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括步驟從存儲(chǔ)器(18) 獲取與最接近所述目標(biāo)色點(diǎn)的色點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且依照來(lái)自存儲(chǔ)器(18)的這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生用于所述燈組件(14)的顏色控制信號(hào)(gl、 《2、 。
6、 一種用于提供用于定義顏色空間中的離散色點(diǎn)的存儲(chǔ)器(18) 的方法，該方法包括步驟利用色相方向上的相鄰色點(diǎn)之間的預(yù)定間隔AH、明度方向上的 相鄰色點(diǎn)之間的預(yù)定間隔AL、以及色度方向上相鄰色點(diǎn)之間的預(yù)定 間隔AC，根據(jù)三維CIELAB坐標(biāo)色相(H)、明度(L)和色度(C)來(lái)定義色點(diǎn)；其中AL在顏色空間上是等距的；其中AS在顏色空間上是等距的，其中AC-AS .L， S表示飽和度； 以便對(duì)于在L方向和S方向上的階步，根據(jù)以下公式M臟=V(M)2 + (/cW.AC)2 + (A//)2所定義的感知色差A(yù)EINV在顏色空間上基本上是恒定的；其中fc (H)是0與1之間的僅取決于色相H的比例因數(shù)；其中，對(duì)于在和紅色相對(duì)應(yīng)的第一色相值(HI)與和綠色相對(duì)應(yīng) 的第二色相值(H2)之間的色相值H而言，該比例因數(shù)fc (H)等于 1,并且該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)數(shù)目等于NH,R(i;其中，對(duì)于在和綠色相對(duì)應(yīng)的第二色相值(H2)與和藍(lán)色相對(duì)應(yīng) 的第三色相值(H3)之間的色相值而言，將該比例因數(shù)fc (H)設(shè)置 為恒定值f(jB以便該范圍中的色相方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH,eB (feB)與 Nh,的差別小于50%, Nh,gb (fGB)優(yōu)選等于nh,Rc;其中，對(duì)于在第三色相值(H3)與第一色相值(HI)之間的色相 值而言，將該比例因數(shù)f c ( H )設(shè)置為恒定值f BK以便該范圍中的色相 方向上的色點(diǎn)的數(shù)目NH,BR (fBR)與Nh,的差別小于50%， NH,BR (fBR) 優(yōu)選等于NH,RG;以及其中AH是H的函數(shù)，以便對(duì)于沿著顏色空間的邊界的色相方向 上的階步而言，所感知色差A(yù)E，基本上是恒定的；對(duì)于由此定義的每個(gè)色點(diǎn)而言，計(jì)算相應(yīng)顏色控制值(gl、 W、并且將那些值寫(xiě)入到存儲(chǔ)器(18)中。
7、 一種顏色導(dǎo)航系統(tǒng)(IO)，該顏色導(dǎo)航系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要 求6的方法所提供的存儲(chǔ)器(18 )。
8、 一種用戶(hù)接口 (19),該用戶(hù)接口包括根據(jù)權(quán)利要求6所提 供的存儲(chǔ)器(18)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l一3或7的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，或者根據(jù) 權(quán)利要求4 — 6的任何一個(gè)所述的方法，其中白色點(diǎn)(W)是相關(guān)色溫 在2500K與6500K之間的任意白色點(diǎn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l一3或7的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，或者根據(jù) 權(quán)利要求4一6的任何一個(gè)所述的方法，其中選擇與RGB -[111] 的RGB光源即完全光輸出的光源具有相同的相關(guān)色溫(CCT)的黑體 線(在CIE1931空間中用(xREF，yREF)描述的)上的白色點(diǎn)。
全文摘要
一種利用間隔ΔH、ΔL、ΔC來(lái)對(duì)具有坐標(biāo)色相(H)、明度(L)和色度(C)的CIELAB顏色空間進(jìn)行顏色導(dǎo)航的系統(tǒng)和方法，以便對(duì)于在L方向和S方向上的階步以及對(duì)于沿顏色空間的邊界在H方向上的階步而言，根據(jù)公式I所定義的感知色差ΔE_INV基本上是恒定的。f_C(H)是0與1之間的取決于色相的比例因數(shù)。對(duì)于紅色(H1)與綠色(H2)之間的色相值而言，f_C(H)＝1。對(duì)于綠色(H2)與藍(lán)色(H3)之間的色相值而言，將比例因數(shù)f_C(H)設(shè)置為恒定值f_GB以便N_H，GB(f_GB)與N_H，RG的差別小于50％；對(duì)于藍(lán)色(H3)與紅色(H1)而言，將該比例因數(shù)fC(H)設(shè)置為恒定值f_BR以便N_H，BR(f_BR)與N_H，RG的差別小于50％。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101480107SQ200780024611
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者J·P·W·巴伊詹斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司