專利名稱:用于生成具有可變顏色的光的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總的涉及發(fā)光(lighting)領(lǐng)域。更具體地,本發(fā)明涉及 用于生成具有可變顏色的光的照明(illumination)設(shè)備。
背景技術(shù):
以可變顏色來(lái)照明空間的照明系統(tǒng)是普遍已知的。通常,這樣的 系統(tǒng)包括多個(gè)光源,每個(gè)光源發(fā)射具有特定顏色的光,不同光源的各 個(gè)顏色相互不同。然后由系統(tǒng)生成的總體光整體上是由幾個(gè)光源發(fā)射 的光的混合。通過(guò)改變不同光源的相對(duì)強(qiáng)度,可以改變總體光混合的 顏色。
注意到光源可以是不同的類型,諸如例如TL燈、卣素?zé)簟ED等。 在下面,將筒單地使用詞語(yǔ)"燈,,,但是這不意圖排除LED。
作為例子,在家、商店、餐館、旅館、學(xué)校、醫(yī)院等情況下,可 能期望能夠改變發(fā)光的顏色。在很多場(chǎng)合,期望具有平滑且緩慢的轉(zhuǎn) 變,具有顏色(用色調(diào)和飽和度描述)上的精細(xì)的選擇以通過(guò)用戶接 口來(lái)容易地找到期望的顏色,或者具有舒服的有色氛圍而不具有太快 的動(dòng)態(tài)改變。
對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是,光的顏色可以通過(guò)顏 色空間中的色點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)表示。在這樣的表示中,改變顏色對(duì)應(yīng)于在 顏色空間中從一個(gè)色點(diǎn)到另一個(gè)色點(diǎn)的位移(displacement),或者 系統(tǒng)的色點(diǎn)的設(shè)置的位移。此外,顏色序列對(duì)應(yīng)于顏色空間中色點(diǎn)的 集合,該集合將被指示為路徑。于是動(dòng)態(tài)地改變顏色可以被指示為"游 歷"這樣的路徑。更一般地,動(dòng)態(tài)改變發(fā)光的顏色將被指示為"航行 (navigating),,經(jīng)過(guò)該顏色空間。
典型地,照明系統(tǒng)包括三個(gè)單色燈,這些燈也將被指示為生成原 色(primary color)的原燈(primary lamp)。 通常,這些燈是近紅 (R)、近綠(G)、近藍(lán)(B),并且該系統(tǒng)被指示為RGB系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)注 意到照明系統(tǒng)可以具有四個(gè)或者更多的燈。白燈可以被用作第四個(gè)燈。 也可以使用一個(gè)或者多個(gè)另外的顏色,例如黃色燈、青色燈等。在下面的說(shuō)明中,將假定RGB系統(tǒng),但是本發(fā)明也可以被應(yīng)用到具有四種 或者甚至更多顏色的系統(tǒng)中。
對(duì)于每個(gè)燈,光強(qiáng)可以被表示為從0 (沒(méi)有光)到l (最大強(qiáng)度) 的數(shù)字??梢酝ㄟ^(guò)三維坐標(biāo)(gl、 ^、 ^3)表示色點(diǎn),從0到1范圍內(nèi) 的每個(gè)坐標(biāo)以線性方式對(duì)應(yīng)于其中每一個(gè)燈的相對(duì)強(qiáng)度。各個(gè)燈的色 點(diǎn)可以分別被表示為(l,O,O) 、 (O,l,O) 、 (O,O,l)。這些點(diǎn)描述 了在CIE1931(x,y)顏色空間中的三角形。在這個(gè)三角形內(nèi)的所有顏色 都可以通過(guò)該系統(tǒng)生成。
理論上,顏色空間可以被認(rèn)為是連續(xù)體(continuum)。然而,實(shí) 際上,照明系統(tǒng)的控制器是數(shù)字控制器,只能夠生成離散的控制信號(hào)。 當(dāng)用戶希望航行經(jīng)過(guò)具有包括這樣的數(shù)字控制器的系統(tǒng)的顏色空間 時(shí),他只能在所述坐標(biāo)之一的方向上采用離散的步驟。 一個(gè)問(wèn)題是RGB 顏色空間不是線性空間,所以,當(dāng)沿著一個(gè)顏色強(qiáng)度坐標(biāo)軸采取一定 大小的離散步驟時(shí),由用戶感知的顏色改變的量是不固定的,而是依 賴于顏色空間內(nèi)的實(shí)際位置。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,已經(jīng)提出了不同的顏色空間的表示,例如 CIELAB顏色空間,這種情況下獨(dú)立變量是色調(diào)(H)、飽和度(S;在 CIELAB中用S=色度/明度(Lightness)計(jì)算)、亮度(B;在CIELAB 中根據(jù)明度計(jì)算)。因?yàn)槊鞫鹊母兄鶆蛐?即,明度級(jí)的線性改變 也被用戶感知為光強(qiáng)度級(jí)的線性改變),使用這個(gè)參數(shù)而不是亮度是 有利的。然而,為了一般化該描述,在下面的說(shuō)明中將使用參數(shù)"亮 度",這些值也用感知均勻分布(例如,在u,V,Y空間中,用"Y"描 述強(qiáng)度,感知均勻亮度分布是logarithm(Y))來(lái)描述。CIELAB顏色空 間可以被看作是離散點(diǎn)的三維空間(3D網(wǎng)格)。在這個(gè)空間中的每個(gè) 點(diǎn)可以通過(guò)坐標(biāo)m、n、p來(lái)表示,并且在每個(gè)點(diǎn),色調(diào)(H)、飽和度(S)、 亮度(B)分別具有特定的值H(m, n, p) 、 S (m, n, p) 、 B(m, n, p)。 只要顏色是在由原燈所定義的色域的外部邊界之內(nèi),用戶便可以沿著 三個(gè)坐標(biāo)軸的任意一個(gè)采取離散步驟,產(chǎn)生分別在色調(diào)、飽和度和亮 度上的預(yù)定和恒定的改變。原則上,變量色調(diào)、飽和度和亮度是相互 獨(dú)立的。然而,不是色調(diào)、飽和度和亮度的可能值的所有組合對(duì)應(yīng)于 物理上可能的顏色。在最新技術(shù)的實(shí)施方式中,系統(tǒng)包括3個(gè)分別用 于色調(diào)、飽和度和亮度的3D查找表。使用這樣的3D查找表,優(yōu)勢(shì)是
7對(duì)于每個(gè)m、 n和p的組合,可以容易地考慮產(chǎn)生的H、 S和B的組合 是否對(duì)應(yīng)于物理上可能的顏色,并且如果需要就在表中輸入偏離值 (deviating value)。對(duì)于H、 S和B的組合將產(chǎn)生物理上不可能的顏 色的存儲(chǔ)位置,表可以包含特定碼,或者它們可以包含不同顏色的值, 例如顏色空間邊界的最近值。
然而, 一個(gè)問(wèn)題是這樣的具有3D查找表的方案要求相對(duì)大量的存 儲(chǔ)空間。在一個(gè)示范性情況下,系統(tǒng)允許以25種可能的亮度級(jí)別的亮 度、以75種可能的飽和度級(jí)別的飽和度、和以200種可能色調(diào)值的色 調(diào)的獨(dú)立設(shè)置。在這樣的情況下,系統(tǒng)要求3*200*75*25-1125000個(gè) 存儲(chǔ)位置(超過(guò)1M字節(jié))。
本發(fā)明目的在于減少需要的存儲(chǔ)空間量,使得可以使用具有有限 存儲(chǔ)空間的低成本微控制器。本發(fā)明的另外目的是提供一種更有效的 方式,來(lái)生成顏色表、和配備有這樣的顏色表的顏色導(dǎo)航(navigation)
設(shè)備,允許沿著固定色調(diào)、固定飽和度或者固定相對(duì)亮度(在顏色空 間CIE 1931中的某個(gè)色點(diǎn)(x,y)處,相對(duì)亮度是可能處于這個(gè)色點(diǎn) 處的最大絕對(duì)亮度的百分?jǐn)?shù)(或者0和l之間的系數(shù)))的線通過(guò)該 顏色空間的簡(jiǎn)單導(dǎo)航方法。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面,定義了二維顏色表,有效地映射三 維顏色空間的上表面。在表中色點(diǎn)的兩個(gè)坐標(biāo)是色調(diào)和飽和度。定義 具有相同色調(diào)的色點(diǎn),使得當(dāng)在例如L*a*b空間的感知均勻顏色空間 中測(cè)量時(shí),連續(xù)色點(diǎn)之間的間隔基本相等。結(jié)果,當(dāng)沿著固定色調(diào)的 線從一個(gè)色點(diǎn)步進(jìn)(step)至下一個(gè)色點(diǎn)時(shí),用戶將感知到飽和度的 相等改變。沿著顏色空間的邊界(即,最大飽和度),在原色之間,預(yù) 定義某些特定中間色點(diǎn)以便保證那些特定顏色能夠通過(guò)該系統(tǒng)產(chǎn)生。 在兩個(gè)相鄰原色之間,總定義有至少一個(gè)特定中間色點(diǎn)。沿著顏色空 間邊界的每個(gè)區(qū)段(section),在原色和相鄰中間色點(diǎn)之間或者在兩 個(gè)相鄰中間色點(diǎn)之間,定義中間色點(diǎn),使得當(dāng)在相同的感知均勻顏色 空間中被測(cè)量時(shí),連續(xù)色點(diǎn)之間的間隔基本相等。可以選擇沿著各個(gè) 區(qū)段的色點(diǎn)的數(shù)目,使得如期望的那樣給予某些區(qū)段和其他區(qū)段相比 更大的權(quán)重。發(fā)現(xiàn)容納32個(gè)色調(diào)級(jí)別和8個(gè)飽和度級(jí)別的表是足夠的,該表僅要求256個(gè)存儲(chǔ)器位置;然而,更精細(xì)的顏色分布也是可行的; 特別地,色調(diào)步驟的數(shù)目可以更大,并且可以例如高至90。簡(jiǎn)單地通 過(guò)控制器將RGB值乘以0和l之間的系數(shù)可以執(zhí)行改變亮度(調(diào)光)。 在從屬權(quán)利要求中提到了進(jìn)一步有利的詳細(xì)說(shuō)明。
將通過(guò)下面的一個(gè)或者多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖的描述進(jìn)一步說(shuō) 明本發(fā)明的這些和其他的方面、特征和優(yōu)勢(shì),在附圖中相同的附圖標(biāo) 記指示相同或者相似的部分,并且其中
圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的框圖2是示意性地圖示三維RGB顏色空間的示意圖3示意性地示出色度圖4A-4D圖示用于計(jì)算顏色表的色點(diǎn)的方法。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了照明系統(tǒng)10的框圖,包括燈組件14。燈組件 14包括多個(gè)(這里三個(gè))燈12A、 12B、 12C,例如LED,每個(gè)燈分別 具有關(guān)聯(lián)的燈驅(qū)動(dòng)器13A、 13B、 13C,由公共控制器15來(lái)控制。在19 處指示了用戶輸入設(shè)備。三個(gè)燈12A、 12B、 12C分別生成具有相互不 同的光顏色的光16A、 16B、 16C;通常使用的顏色是紅色(R)、綠色(G)、 藍(lán)色(B)。除了純的紅色、綠色和藍(lán)色,燈通常將發(fā)射接近紅色、接 近綠色和接近藍(lán)色的光。由燈組件14所發(fā)射的總體光(overall light) 在17處被指示;該總體光17,其為各個(gè)光16A、 16B、 16C的混合,具 有由原燈12A、 12B、 12C的相互光強(qiáng)度LI(R)、 LI (G) 、 LI(B)所確定 的顏色,而相互光強(qiáng)度LI(R)、LI(G)、LI(B)又由各個(gè)驅(qū)動(dòng)器13A、 13B、 13C的控制器15生成的控制信號(hào)S 1、 S 2、《3所確定。各個(gè)強(qiáng)度LI (R)、 LI (G) 、 LI (B)可以被看作RGB顏色空間中的三維坐標(biāo)。
圖2是示意性圖示這樣的三維RGB顏色空間的示意圖。三個(gè)正交 軸4皮分別指示為R、 G、 B。每個(gè)軸可以例如以流明(lumen)表示燈12A、 12B、 12C中的一個(gè)的實(shí)際光強(qiáng)度,但是通常使用標(biāo)準(zhǔn)化的軸,其中對(duì) 應(yīng)的坐標(biāo)可以具有僅在0和l之間的指示對(duì)應(yīng)的燈的相對(duì)燈功率的值, 相對(duì)燈功率可以在關(guān)閉(0)和最大(1)之間變化。在這個(gè)方面,應(yīng)當(dāng)注意到通常用選擇的固定燈電流來(lái)操作LED,該LED以預(yù)定的切換頻 率被開(kāi)啟和關(guān)閉,于是占空比(即,開(kāi)時(shí)間和切換周期之間的比率) 確定平均燈功率。因此,圖2中沿著三個(gè)正交軸的值也可以被看作表 示對(duì)應(yīng)的燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。這些值將被指示為具有0和1之間 的值的X、 Y、 Z。
在圖2中,可以用該系統(tǒng)10產(chǎn)生的顏色被限制在具有角點(diǎn) O(O,O, 0)、 R (l,O,O) 、 G(O,l,O)、 B(0,0,l)的立方體20內(nèi)。此外, 角點(diǎn)被指示A(l,l,O)、 D(l,O,l)、 C(0,1,1)和E(l,l,l)。立方體20 具有六個(gè)邊界平面,其中三個(gè)平面將被指示為"最大平面"第一最 大平面21RDEA包括其中紅色貢獻(xiàn)最大的所有顏色,第二最大平面 22GAEC包括其中綠色貢獻(xiàn)最大的所有顏色,而第三最大平面23BCED 包括其中藍(lán)色貢獻(xiàn)最大的所有顏色。經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的線,例如線24,包括 具有相同的顏色但是不同的亮度的所有色點(diǎn);這樣的線與最大平面的 交點(diǎn)定義了對(duì)于那個(gè)顏色的可能的最大亮度。
相對(duì)的三個(gè)平面將被指示為"最小平面,,這些是經(jīng)過(guò)O的平面。 三個(gè)最大平面與三個(gè)最小平面的交叉線,即閉合線RAGCBDR,包括具有 最大飽和度的所有點(diǎn),并且將被指示為顏色空間邊界曲線,簡(jiǎn)稱作CSB 曲線。
可以實(shí)現(xiàn)到亮度是獨(dú)立坐標(biāo)的坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。這樣的系統(tǒng)是例 如具有坐標(biāo)x、 y、 Y的CIE 1931坐標(biāo)系統(tǒng),其中x和y是色度坐標(biāo), 并且其中大寫字母Y指示亮度。通過(guò)下面的公式定義關(guān)于顏色坐標(biāo)的 轉(zhuǎn)換
x = ^^~~ (la)
X + F + Z
少=一 r— _ (lb)
i + y + z
=1_jc-;; (lc)
X + F + Z
因此,如圖3中所示,所有的顏色可以在二維xy平面中被表示, 圖3示意性地示出CIE (xy)色度圖。該圖是公知的,所以對(duì)其進(jìn)行最 少的"i兌明。點(diǎn)(l,O)、 (O,O)和(O,l)分別指示理想的紅色、藍(lán)色和 綠色,它們是虛擬顏色。曲線1表示純光語(yǔ)顏色。以納米(nm)指示 波長(zhǎng)。虛線2連接曲線1的末端。由曲線1和虛線2包圍的區(qū)域3包 括所有的可見(jiàn)光;與曲線1的純光譜顏色形成對(duì)比,區(qū)域3的顏色是
10混合顏色,該混合顏色可以通過(guò)混合兩種或者更多種純光譜顏色來(lái)獲
得。反過(guò)來(lái),每種可見(jiàn)顏色可以通過(guò)在色度圖中的坐標(biāo)來(lái)表示;色度 圖中的點(diǎn)將被指示為"色點(diǎn)"。
注意到圖3的二維表示對(duì)應(yīng)于具有相同亮度的所有顏色。對(duì)于不 同的亮度,線1和2的形狀可能是不同的。亮度可以被看作垂直于圖3 的繪圖的平面的第三軸。根據(jù)亮度堆疊的所有二維曲線一起定義了彎 曲了的三維體。換句話說(shuō),圖3的色度圖是三維顏色空間的二維截面。 還要注意到以RGB表示的邊界平面轉(zhuǎn)換到以x、 y、 Y表示的邊界平面。 特別地,上述最大表面21、 22、 23轉(zhuǎn)換到以x、 y、 Y表示的三個(gè)最大 平面,它們一起定義了三維顏色空間的"上"邊界,假定亮度的第三 軸被看作"垂直"軸并且坐標(biāo)x和y被看作定義了 "水平,,平面。三 維顏色空間的所述"上,,邊界將在下文中被指示為該顏色空間的"天 花板(ceiling ),,。
盡管在其他顏色空間中可以獲得其他的定義,在CIE 1931 (x,y) 顏色空間中解釋色調(diào)、飽和度和亮度的基本概念最為容易,參考圖3。 為簡(jiǎn)潔起見(jiàn),下一步我們使用CIE1931(x,y)顏色空間。當(dāng)兩種純光譜 顏色^t混合時(shí),產(chǎn)生的混合顏色的色點(diǎn)位于連接兩種純顏色的色點(diǎn)的 線上,產(chǎn)生的色點(diǎn)的確切位置依賴于混合比率(強(qiáng)度比率)。例如, 當(dāng)紫色和紅色被混合時(shí),產(chǎn)生的混合顏色紅紫色(purple)的色點(diǎn)位 于虛線2上。如果兩個(gè)顏色能夠混合產(chǎn)生白色,則它們被稱為"互補(bǔ) 顏色"。例如,圖3示出連接藍(lán)色(480nm)和黃色(580nm)的線4, 該線經(jīng)過(guò)白色點(diǎn),指示藍(lán)光和黃光的恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)度比率將被感知為白光。 相同的情形將應(yīng)用于任何其他組的互補(bǔ)顏色在對(duì)應(yīng)的恰當(dāng)強(qiáng)度比率 的情況下,光混合將被感知為白光。應(yīng)該注意到光混合實(shí)際上仍然包 含兩種處于不同波長(zhǎng)的光譜貢獻(xiàn)(contribution)。
如果兩種互補(bǔ)顏色(燈)的光強(qiáng)度被分別指示為II和12,那么混 合光的總體強(qiáng)度Itot將由11+12所定義,而產(chǎn)生的顏色將由比率11/12 定義。例如,假定第一顏色是在強(qiáng)度II處的藍(lán)色而第二顏色是在強(qiáng)度 12處的黃色。如果12=0,產(chǎn)生的顏色是純藍(lán)色,并且產(chǎn)生的色點(diǎn)位于 曲線1上。如果I2增加,色點(diǎn)向著白色點(diǎn)游歷線4。只要色點(diǎn)位于純 藍(lán)和白色之間,那么對(duì)應(yīng)的顏色就仍然被感知為帶青色的(blueish), 但是越靠近白色點(diǎn),產(chǎn)生的顏色將越淡。在下面,詞語(yǔ)"顏色"將被用于區(qū)域3中的實(shí)際顏色,與短語(yǔ)"色 點(diǎn)"相關(guān)聯(lián)。顏色的"印象,,將由詞語(yǔ)"色調(diào)"所指示;在上面的例 子中,色調(diào)將是藍(lán)色。應(yīng)該注意到色調(diào)和曲線1的光譜顏色相關(guān)聯(lián); 對(duì)于每個(gè)色點(diǎn),通過(guò)沿著穿過(guò)白色點(diǎn)的線將這個(gè)色點(diǎn)投影到曲線1上 可以找到對(duì)應(yīng)的色調(diào)。
此外,將通過(guò)短語(yǔ)"飽和度"來(lái)表述顏色是否更淡或者不那么淡 的事實(shí)。如果色點(diǎn)位于曲線1上,則對(duì)應(yīng)的顏色是純光譜顏色,也被 指示為全飽和色調(diào)(飽和度=1).當(dāng)色點(diǎn)朝向白色點(diǎn)移動(dòng)時(shí),飽和度 減小(更少的飽和色調(diào)或者更淺色的色調(diào));在白色點(diǎn),按照定義, 飽和度為0。
應(yīng)該注意到通過(guò)混合兩種顏色可以獲得許多可見(jiàn)顏色,但是這不 應(yīng)用于所有的顏色,正如從圖3可以容易地看出的一樣。利用產(chǎn)生三 種不同顏色的燈,可以產(chǎn)生具有任何期望的在由三個(gè)對(duì)應(yīng)色點(diǎn)所定義 的三角形內(nèi)的顏色??梢允鞘褂酶嗟臒?,但那不是必需的。例如, 也可能增加白光燈?;蛘撸绻谕a(chǎn)生在所述三角形之外的顏色, 可以增加具有更靠近期望的顏色的色點(diǎn)的笫四燈。在所述三角形之內(nèi), 顏色不再作為三種光輸出的唯一組合而獲得,而是可以作為四種光輸 出的組合以幾種不同的方式被獲得。
在圖3中,三個(gè)示范性色點(diǎn)Cl、 C2、 C3指示三個(gè)燈UA、 12B、 的各個(gè)近紅、近綠和近藍(lán)的顏色。如果可以連續(xù)地改變所述控制信號(hào) ;1、 12、 13,那么利用系統(tǒng)IO,可以將輸出光混合17的混合顏色 設(shè)置于由所述點(diǎn)C1、 C2、 C3所定義的三角形內(nèi)的任何期望的位置處。 然而,通常用戶需要允許他以離散的步驟改變顏色的功能。為了那個(gè) 目的,控制器15被提供有包含顏色表的存儲(chǔ)器18。在這個(gè)表中的每個(gè) 條目對(duì)應(yīng)于CIE 1931顏色空間中的特定色點(diǎn),并且包含對(duì)應(yīng)的控制信 號(hào)gl、《2、《3。如果用戶選擇某個(gè)色點(diǎn),那么控制器15從該表中讀取 用于控制信號(hào)《1、g2、g3的對(duì)應(yīng)值,并且使用這些值來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器13A、 13B、 13C,這產(chǎn)生了具有用戶期望的顏色的混合光17。在這樣的情況 下,可獲得的色點(diǎn)沿著在顏色空間中的網(wǎng)格而定位。
以這樣的方式組織該表使得用戶可以容易地沿著固定色調(diào)、固定 飽和度或者固定亮度的線以逐步的方式航行經(jīng)過(guò)顏色空間。用戶輸入 設(shè)備19是允許用戶輸入例如增加(step—up)和降低(step-down)命
12令來(lái)一步地增加或者降低色調(diào)的類型,這具有的結(jié)果是控制器15將從 存儲(chǔ)器18取出第一色點(diǎn),該第一色點(diǎn)在色調(diào)方向上緊接著當(dāng)前色點(diǎn)而 定位。用戶輸入設(shè)備19也允許用戶輸入增加和降低命令來(lái)一步地增加 或者降低飽和度,這具有的結(jié)果是控制器15將從存儲(chǔ)器18取出第一 色點(diǎn),該第一色點(diǎn)在飽和度方向上緊接著當(dāng)前色點(diǎn)而定位。為了簡(jiǎn)潔 起見(jiàn),在圖1中,這通過(guò)示出具有針對(duì)色調(diào)的上/下按鈕19HU、 19HD, 針對(duì)飽和度的上/下按鈕19SU、 19SD,和針對(duì)亮度的上/下按鈕19BU、 19BD的用戶控制器19來(lái)可視化。
在現(xiàn)有技術(shù)中,通常具有三維顏色表,第三維用于亮度。如果用 戶輸入增加或者降低命令來(lái)一步地增加或者降低亮度,那么控制器15 將從存儲(chǔ)器18取出第一色點(diǎn),該第一色點(diǎn)在亮度方向上緊接著當(dāng)前色 點(diǎn)而定位。然而,這要求很多存儲(chǔ)空間。本發(fā)明提供解決方案,實(shí)現(xiàn) 了在整個(gè)顏色空間的相同功能而僅僅要求相對(duì)小量的存儲(chǔ)空間,并且 提供了產(chǎn)生這樣的表的有效方法。本發(fā)明還提供了包括這樣的表的照 明系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面,在存儲(chǔ)器18中的顏色表是二維顏色表, 并且只包含位于以CIE xyY表示的顏色空間的天花板上的色點(diǎn)。這些 色點(diǎn)(考慮到它們位于最大邊界表面上并且因此表示對(duì)于該特定色調(diào) 和飽和度可以獲得的最大亮度的事實(shí),這些色點(diǎn)將被指示為最大色點(diǎn)) 被沿著由固定色調(diào)和固定飽和度的正交線所定義的網(wǎng)格而安排;這里 飽和度被用作相對(duì)值從白色點(diǎn)到該色點(diǎn)的距離除以從白色點(diǎn)到 CIE1931x、 y空間中相同色調(diào)處的顏色空間邊界CSB的最大距離。在下
面說(shuō)明計(jì)算飽和度距離的方法。在所述表中存儲(chǔ)的用于這些最大色點(diǎn) 的相應(yīng)控制信號(hào)gl、《2、《3將被分別指示為glm、 g2m、 g3m。應(yīng)該清
楚的是這些值中的至少一個(gè)總是等于1。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面,控制器15通過(guò)將從存儲(chǔ)器18獲得的值 glm、 g2m、 g3m乘以公共倍增系數(shù)(multiplication factor)"來(lái)設(shè) 置色點(diǎn)的亮度,"具有0和l之間的值。因此,要被輸出的控制信號(hào)gl、 《2、 g3被計(jì)算為gl = "^lm、 g2 = a^2m、 g3=ag3m。
通過(guò)讓"具有在從0到1的范圍內(nèi)的任何值,控制器15可以連續(xù) 地改變亮度。然而,優(yōu)選的是也可以以逐步的方式改變亮度。因此, 在可行實(shí)施例中,根據(jù)"=11/酕來(lái)計(jì)算《,其中Nb是定義亮度級(jí)別的數(shù)目的整數(shù),并且其中n是在從0到Nb范圍內(nèi)的整數(shù)??偸怯?jì)算n是 可行的,但是將"的允許值存儲(chǔ)在亮度系數(shù)存儲(chǔ)器中也是可行的,這將 要求Nb+1個(gè)存儲(chǔ)器位置。
然而,應(yīng)當(dāng)注意到"感知亮度"以對(duì)數(shù)的方式涉及"實(shí)際亮度", 這意味著如果亮度級(jí)別是等距的,這將不會(huì)產(chǎn)生感知均勻的亮度步驟。 由于感知亮度步驟比實(shí)際亮度步驟更重要,所以優(yōu)選根據(jù)下面的公式 計(jì)算"<formula>formula see original document page 14</formula> 其中i是在從l到Nb范圍內(nèi)的整數(shù),
并且其中Nd指示在最大亮度級(jí)別和最小亮度級(jí)別之間十(decade) 的數(shù)目。
在合適的實(shí)施例中,Nd等于2,在該情況下"范圍從0. 01到1。
公式(2)暗示在"的連續(xù)值之間的固定系數(shù)。
同樣,總是計(jì)算"是可行的,但是將根據(jù)公式(2)的"的允許值 存儲(chǔ)在亮度系數(shù)存儲(chǔ)器中也是可行的,這將要求Nb個(gè)存儲(chǔ)器位置。
如果控制器15從用戶輸入19接收色調(diào)增加或者色調(diào)降低命令信 號(hào)來(lái)一步地增加或者降低色調(diào),那么控制器15將從存儲(chǔ)器18取出第 一色點(diǎn),該笫一色點(diǎn)緊接著色調(diào)方向上的當(dāng)前色點(diǎn)而定位。如果控制 器15從用戶輸入19接收飽和度增加或者飽和度降低命令信號(hào)來(lái)一步 地增加或者降低飽和度,那么控制器15將從存儲(chǔ)器18取出第一色點(diǎn), 該第一色點(diǎn)緊接著飽和度方向上的當(dāng)前色點(diǎn)而定位。如果控制器15從 用戶輸入19接收亮度增加或者亮度降低命令信號(hào)來(lái)一步地增加或者降 低亮度,那么控制器15將逐1增加或者減小n,或者從存儲(chǔ)器18取出 第一亮度系數(shù),該第一亮度系數(shù)位于亮度系數(shù)存儲(chǔ)器中緊接著當(dāng)前亮 度系數(shù)的存儲(chǔ)器位置的存儲(chǔ)器位置。重復(fù)一下,這里"亮度"意味著 "相對(duì)亮度"。
本發(fā)明的第三方面涉及表中的色點(diǎn)在顏色空間的天花板上的分 布。使用xyY空間中的等距色點(diǎn)是可行的,但缺點(diǎn)是步驟將不會(huì)被用 戶感知為產(chǎn)生相同幅度的顏色改變。
本發(fā)明要致力于解決這個(gè)問(wèn)題。特別地,本發(fā)明致力于提供在二 維顏色表中定義最大色點(diǎn)的方法,該方法允許設(shè)計(jì)者更多的自由以適應(yīng)一些愿望。
將參考圖4A-4B解釋由本發(fā)明提供的解決方案,其示意性地示出 了顏色空間的天花板40的俯視圖。天花板的外部周邊對(duì)應(yīng)于稍早提到 的CSB曲線,并且因此同樣被指示為CSB曲線(通過(guò)附圖標(biāo)記41指示)。 在這個(gè)解釋中,將假定系統(tǒng)IO具有如在圖1中示出的三個(gè)光源,但是 應(yīng)當(dāng)注意到該解釋也應(yīng)用于具有四個(gè)或者更多光源的系統(tǒng)。
在第一步,確定光源的色點(diǎn)C1、 C2、 C3,并且確定這些光源的最 大強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)注意到這些參數(shù)依賴于實(shí)際光源,并且反過(guò)來(lái)它們定義 CSB曲線41和天花板40的形狀。應(yīng)當(dāng)注意到色點(diǎn)C1、 C2、 C3總是位 于CSB曲線41上。在該例子中,Cl、 C2、 C3分別對(duì)應(yīng)于紅色、綠色和 藍(lán)色??紤]到這些色點(diǎn)對(duì)應(yīng)于光源的事實(shí),它們也將被指示為"原" 色點(diǎn)。
在第二步,為至少一對(duì)相鄰原色點(diǎn)定義預(yù)定數(shù)目的中間色點(diǎn),那 些中間色點(diǎn)位于所述相鄰原色點(diǎn)對(duì)之間的CSB曲線41上。作為例子, 圖4A示出一個(gè)在C1和C2之間的中間色點(diǎn)IC1(12)、 一個(gè)在C2和C3 之間的中間色點(diǎn)IC2 (23)、和一個(gè)在C3和Cl之間的中間色點(diǎn)IC3 (31)。 在任意相鄰原色點(diǎn)對(duì)之間的中間色點(diǎn)的數(shù)目可以是2或者更高,但是 不期望選擇這個(gè)數(shù)字太高實(shí)際的上限似乎是5。
在該例子中,在每一對(duì)相鄰原色點(diǎn)之間定義一個(gè)中間色點(diǎn),但這 不是必要的可以是,在每一對(duì)相鄰色點(diǎn)之間存在至少一個(gè)中間色點(diǎn)。
在該例子中,對(duì)于每一對(duì)相鄰原色點(diǎn),中間色點(diǎn)的數(shù)目總是相同 的,但這不是必要的對(duì)于不同的對(duì)這些數(shù)目可以是不同的。
中間色點(diǎn)的確切位置基本是設(shè)計(jì)自由的問(wèn)題。在具體的實(shí)施例中, 中間色點(diǎn)總是位于對(duì)應(yīng)原色點(diǎn)之間的中間(沿著圖4A的CSB曲線41 測(cè)量)。在另一個(gè)特定實(shí)施例中,中間色點(diǎn)對(duì)應(yīng)于某個(gè)預(yù)定的顏色或 者某個(gè)預(yù)定的(xy)-坐標(biāo);例如該中間色點(diǎn)可以對(duì)應(yīng)于黃色、青色和品 紅色。
原色點(diǎn)和中間色點(diǎn)一起將CSB曲線41分成曲線區(qū)段(section); 在圖4A的實(shí)施例中,存在六個(gè)這樣的曲線區(qū)段。
應(yīng)當(dāng)注意到,可以通過(guò)選擇在CSB曲線之外(或之內(nèi))的某個(gè)色 點(diǎn)X(例如,位于CIE31(x,y)顏色空間中最大飽和度的邊界上的單色色 點(diǎn))、并且沿著經(jīng)過(guò)白色點(diǎn)W的線將該色點(diǎn)X投影到CSB曲線41上來(lái)
15定義中間色點(diǎn)。針對(duì)IC1(12)對(duì)這進(jìn)行了說(shuō)明。
在第三步,每個(gè)曲線區(qū)段被細(xì)分成多個(gè)片段(segment)。對(duì)于每 個(gè)曲線區(qū)段,片段的數(shù)目可以相等,但那不是必要的。在圖4A的例子 中,每個(gè)曲線區(qū)段被細(xì)分成4個(gè)片段,這涉及在每個(gè)曲線區(qū)段上在對(duì) 應(yīng)的原色點(diǎn)C1、 C2、 C3和/或中間色點(diǎn)IC1、 IC2、 IC3之間定義3個(gè) 輔助色點(diǎn)AC。對(duì)于每個(gè)曲線區(qū)段,定義這些輔助色點(diǎn)AC使得對(duì)應(yīng)的片 段具有相互基本相等的長(zhǎng)度(即,色點(diǎn)具有相互基本相等的距離)。 為了測(cè)量之,使用感知均勻的空間,例如CIELAB顏色空間,也被稱為 "a豐b顏色空間?;蛘?,也可以使用u,v,Y空間。
應(yīng)當(dāng)注意到,L* a *1)顏色空間對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的,所 以可以省略詳細(xì)的討論。為了完整起見(jiàn),應(yīng)當(dāng)注意到在"a孝b顏色空 間中,通過(guò)下面的公式表示兩個(gè)色點(diǎn)之間的距離A£:
M = V()2 + (A/T )2 + (AC* )2 (3)
其中AC指示在那兩個(gè)色點(diǎn)之間^^;^差^^色度被定義為飽和度 和明度之間的乘積;并且其中A// = 5 A/z*, C是那兩個(gè)色點(diǎn)的兩個(gè) 色度值的算術(shù)平均,并且是在那兩個(gè)色點(diǎn)之間的色調(diào)角度差異。
應(yīng)當(dāng)注意到,在一個(gè)曲線區(qū)段中的片段的長(zhǎng)度值可以和在另一個(gè) 曲線區(qū)段中的片段的長(zhǎng)度值不同。
基于經(jīng)驗(yàn),為了改善顏色表,使用下面的公式。
1) 沿著在最大亮度處固定色調(diào)的線
A£ = AC* (4)
2) 沿著最大飽和度和最大亮度(在邊界CSB)的線
A^"(A/T)2+(AC"2 (5)
在第四步,在顏色空間邊界線41之內(nèi)選擇白色點(diǎn)W,即在黑色體 線上的點(diǎn)。這里,設(shè)計(jì)者具有一些設(shè)計(jì)自由以便選擇白色點(diǎn)W的色溫 (color temperature),但是優(yōu)選在范圍2500K到7000K內(nèi)選擇這個(gè) 色溫,優(yōu)選在可能具有那個(gè)顏色的最大亮度處。優(yōu)選地,這個(gè)白色點(diǎn) 和用于定義CIELAB坐標(biāo)和CIELAB顏色差異的白色點(diǎn)相同。進(jìn)一步優(yōu) 選的是這個(gè)白色點(diǎn)對(duì)應(yīng)于顏色空間的頂點(diǎn)[R, G, B]-[l, 1, 1]。
或者,可以使用白色點(diǎn),使得到原色點(diǎn)、或者到原色點(diǎn)和中間色 點(diǎn)的組合的平均距離最小。
在第五步,如圖4B所示,定義位于天花板40平面中的固定色調(diào)的線42,該線42連接白色點(diǎn)W和對(duì)應(yīng)的在CSB曲線41上定義的色點(diǎn) 中的一個(gè)。這應(yīng)用于原色點(diǎn)C,以及中間色點(diǎn)IC,以及輔助色點(diǎn)AC。 由于天花板40是彎曲的,所述線42是彎曲的,但是在圖4B中它們被 示作直線。這些線42在CIELAB空間中是等距的。
在第六步,每個(gè)固定色調(diào)線42被提供有固定數(shù)目的等距色點(diǎn),其 中,再次使用上面的公式(3)計(jì)算在那些色點(diǎn)之間的感知顏色距離。 如上所述,M:AC'是固定的。考慮到固定色調(diào)線42如輪中的輻條 (spoke) —般從白色點(diǎn)W到周邊CSB延伸的事實(shí),這些線也被指示為 輻條線并且這些色點(diǎn)也被指示為輻條色點(diǎn)SC。相比之下,位于周邊CSB 上的色點(diǎn)將也被指示為周邊色點(diǎn)PC。為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn),圖4B僅示出對(duì)于 其中一條固定色調(diào)線42的輻條色點(diǎn)SC。
應(yīng)當(dāng)注意到,關(guān)于每條固定色調(diào)線42,在具有最高飽和度的輻條 色點(diǎn)SC和相應(yīng)鄰近周邊色點(diǎn)PC之間的距離也等于相同的常數(shù) A£ = AC*。在具有最低飽和度的輻條色點(diǎn)SC和白色點(diǎn)W之間的距離也 可以等于相同的常數(shù),但是如果輻條色點(diǎn)SC的數(shù)目相對(duì)高,則這個(gè)輻 條色點(diǎn)SC可以相當(dāng)靠近白色點(diǎn)W,在該情況下游歷靠近白色點(diǎn)W的固定 飽和度線可以導(dǎo)致顏色步驟,這些顏色步驟是如此之小以至于對(duì)于用 戶它們不會(huì)被注意到,這對(duì)于期望看到顏色變化的用戶可能是令人煩 惱的。為了防止這種情況,最靠近白色點(diǎn)W的輻條色點(diǎn)SC可以具有到 這個(gè)白色點(diǎn)W的大于在相同的固定色調(diào)線的輻條色點(diǎn)SC之間的相等相 互距離的距離。
圖4C在更大的尺度上示出了一部分天花板平面40,具有三個(gè)具有 它們的輻條色點(diǎn)SC的鄰近輻條線42的部分。在SCc處指示當(dāng)前輻條 色點(diǎn)。箭頭SU指示響應(yīng)于飽和度增加用戶命令的到鄰近輻條色點(diǎn)SC1 的步驟。箭頭SD指示響應(yīng)于飽和度降低用戶命令的到鄰近輻條色點(diǎn) SC2的步驟。箭頭HU指示響應(yīng)于色調(diào)增加用戶命令的到在鄰近輻條線 上的輻條色點(diǎn)SC3的步驟。箭頭HD指示響應(yīng)于色調(diào)降低用戶命令的到 鄰近輻條線上的輻條色點(diǎn)SC4的步驟。
圖4D是用上述的方法獲得的實(shí)際顏色表的在CIE31(x,y)中的圖 形表示。在CSB曲線41上有32個(gè)色點(diǎn),因此32個(gè)固定色調(diào)線42中 的每一個(gè)具有10個(gè)色點(diǎn)SC。白色點(diǎn)W具有色溫4500K。存在3個(gè)由單 色色點(diǎn)黃色、青色、品紅色定義的中間色點(diǎn),通過(guò)菱形符號(hào)指示??偠灾?,本發(fā)明提供照明系統(tǒng)IO,包括
-燈組件14 (lamp assembly),具有多個(gè)燈12A、 12B、 12C和 相關(guān)聯(lián)的燈驅(qū)動(dòng)器13A、 13B、 13C;
-公共控制器15,用于為燈驅(qū)動(dòng)器13A、 13B、 13C生成控制信號(hào) ;1、 g2、 g3;
-存儲(chǔ)器18,包含帶有色點(diǎn)的顏色表;
其中,該顏色表的色點(diǎn)位于對(duì)應(yīng)于顏色空間的天花板(ceiling) 的二維平面中。當(dāng)在感知均勻的第二顏色空間測(cè)量時(shí),周邊色點(diǎn)PC以 等距色點(diǎn)組位于所述平面的邊界線上。等距輻條(spoke)色點(diǎn)SC位 于所述平面中的固定色調(diào)線42上,固定色調(diào)線連接所述周邊色點(diǎn)PC 中的一個(gè)到白色點(diǎn)W。
盡管在附圖和前面的描述中已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明和描述了本發(fā)明,對(duì)于 本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)應(yīng)該清楚的是這樣的說(shuō)明和描述應(yīng)當(dāng)被看作解釋 性的或者示范性的,而不是限制性的。本發(fā)明不限于公開(kāi)的實(shí)施例; 而是,若干變體和修改可以在如附加權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
例如,有色燈的數(shù)目大于3個(gè)是可行的,并且中間色點(diǎn)的數(shù)目大 于1是可行的。例如,在RGBA的情況下,顏色空間的頂點(diǎn)可以被表示 為[l,l,l,l],但是在RGBW的情況下,優(yōu)選使用
-[l, 1, 1])。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,選擇所述白色點(diǎn)(W)使 得它到所述原色點(diǎn)的平均距離最?。黄渲性谒龅诙伾臻g中沿著 在所述第一顏色空間中定義的線性曲線、并且用CIELAB坐標(biāo)中的公差 /^ = 3測(cè)量所述距離。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,選擇所述白色點(diǎn)(W)使 得它到原色點(diǎn)和中間色點(diǎn)的組合的平均距離最?。黄渲性谒龅诙?色空間中沿著在所述第一顏色空間中定義的線性曲線、并且用CIELAB 坐標(biāo)中的公差A(yù)£ = 3測(cè)量所述距離。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中對(duì)于每一條輻條線(42) 所述輻條色點(diǎn)(SC)的數(shù)目是相同的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述白色點(diǎn)(W)和所述 具有最低飽和度的輻條色點(diǎn)(SC)之間的距離大于在所述相同輻條線(42)的所述輻條色點(diǎn)(SC)之間的相等相互距離。
19. 照明系統(tǒng)(10),包括-燈組件(14),具有多個(gè)燈(UA、 12B、 12C)和相關(guān)聯(lián)的燈驅(qū) 動(dòng)器(13A、 13B、 13C),所述燈組件(14)被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生由所述各 個(gè)燈(12A、 12B、 12C)的光輸出貢獻(xiàn)(16A、 16B、 16C)組成的光混 合(17);-公共控制器(15),用于為燈驅(qū)動(dòng)器(13A、 13B、 13C)生成控 制信號(hào)(《1、《2、 ^ );-用戶輸入設(shè)備(19),用于輸出命令信號(hào)到所述控制器(15);-與所述控制器(15 )相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器(18 ),所述存儲(chǔ)器(18 ) 包含帶有色點(diǎn)的顏色表;所述表中的每一個(gè)條目包含用于所述燈驅(qū)動(dòng) 器(13A、 13B、 13C)的對(duì)應(yīng)最大控制信號(hào)組(glm、 g2m、 g3m),以 便使所述總體光輸出混合(17)在所述對(duì)應(yīng)色點(diǎn)處具有最大可能強(qiáng)度;其中,所述顏色表的色點(diǎn)可以用權(quán)利要求1至18中的任意一項(xiàng)的 方法獲得。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的照明系統(tǒng),其中所述用戶輸入設(shè)似19 ) 能夠生成識(shí)別期望的顏色設(shè)置的色調(diào)、飽和度和亮度的命令信號(hào);其中,所述控制器(15),響應(yīng)于接收這樣的用戶命令信號(hào),被 設(shè)計(jì)為基于在所述用戶命令信號(hào)中的所述色調(diào)和飽和度信息從所述存 儲(chǔ)器(18)中讀取所述最大控制信號(hào)(《lm、 ^m、 g3m),基于在所述 用戶命令信號(hào)中的亮度信息確定倍增系數(shù)(《 ),通過(guò)將所述最大控制 信號(hào)(glm、 ^m、 g3m)乘以所述倍增系數(shù)(《)來(lái)計(jì)算輸出控制信號(hào) Ul、 g2、 g3),并且發(fā)出所述因此計(jì)算的輸出控制信號(hào)(gl = 11m、 g2 = a'^2m、 ^3= "^3m)用于控制所述驅(qū)動(dòng)器(13A、 13B、 13C)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求2 0所述的照明系統(tǒng),其中所述用戶輸入設(shè)4< 19 ) 能夠生成飽和度增加/降低命令來(lái)一步地增加/降低所述飽和度;并且其中所述控制器(15),響應(yīng)于接收飽和度增加/降低用戶命 令,被設(shè)計(jì)為用位于在所述相同的輻條線(42)上鄰近所述當(dāng)前色點(diǎn) (SCc)的所述第一色點(diǎn)(SCI; SC2)的最大控制信號(hào)(glm、 g2m、 g3m) 替換所述當(dāng)前色點(diǎn)(SCc)的最大控制信號(hào)(glm、 g2m、 g3m)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的照明系統(tǒng),其中所述用戶輸入設(shè)似19 ) 能夠生成色調(diào)增加/降低命令來(lái)一步地增加/降低所述色調(diào);并且其中所述控制器(15),響應(yīng)于接收色調(diào)增加/降低命令,被設(shè)計(jì)為用位于在所述第一鄰近輻條線(42 )上鄰近所述當(dāng)前色點(diǎn)(SCc )的所述色點(diǎn)(SC3; SC4)的最大控制信號(hào)(glm、 g2m、 g3m)替換所述當(dāng)前色點(diǎn)(SCc)的最大控制信號(hào)(glm、 g2m、 g3m)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的照明系統(tǒng),其中所述用戶輸入設(shè)^( 19 )能夠生成亮度增加/降低命令來(lái)一步地增加/降低所述亮度;并且其中,所述控制器(15),響應(yīng)于接收亮度增加/降低命令,被設(shè)計(jì)為增加/減小所述倍增系數(shù)(")。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的照明系統(tǒng),其中控制器(15)被設(shè)計(jì)為通過(guò)將所述倍增系數(shù)(")的當(dāng)前值乘以固定系數(shù)來(lái)計(jì)算所述倍增系數(shù)(《 )的增加的/減小的值。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的照明系統(tǒng),其中所述存儲(chǔ)器(18)包含用于所述倍增系數(shù)(a)的允許值的表,并且其中所述控制器(15)被設(shè)計(jì)為通過(guò)從所述表讀取所述倍增系數(shù)(")的下一個(gè)允許值來(lái)獲得所述倍增系數(shù)(《 )的增加的/減小的值。
全文摘要
在照明系統(tǒng)(10)中,包括燈組件(14),具有多個(gè)燈(12A、12B、12C)和相關(guān)聯(lián)的燈驅(qū)動(dòng)器(13A、13B、13C);公共控制器(15),用于為燈驅(qū)動(dòng)器(13A、13B、13C)生成控制信號(hào)(ξ1、ξ2、ξ3);存儲(chǔ)器(18),包含帶有色點(diǎn)的顏色表;該顏色表的色點(diǎn)位于對(duì)應(yīng)于顏色空間的天花板的二維平面中。當(dāng)在感知均勻的第二顏色空間測(cè)量時(shí),周邊色點(diǎn)(PC)以等距色點(diǎn)組位于所述平面的邊界線上。等距輻條(spoke)色點(diǎn)(SC)位于所述平面中的固定色調(diào)線(42)上,固定色調(diào)線連接所述周邊色點(diǎn)(PC)中的一個(gè)到白色點(diǎn)(W)。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101554093SQ200780045395
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
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