Optimierung von Farbdaten in FRED
Einführung
Bei vielen realen Anwendungen von Produkten, die Beleuchtungssysteme enthalten, ist es wichtig, die Ausgabefarbe(n) des Systems vorherzusagen oder zu spezifizieren. FRED kann spektrale Leistungsdaten auswerten und optimieren, um die gewünschten CIE-Farbwerte zu erhalten. In diesem Artikel wird die Verwendung des FRED-Optimierers zum Ändern von Tristimuluswerten und zum Zielen einer gewünschten Farbe unter Verwendung von Farborten erläutert und die Funktionen zur Berechnung von Farbbildern hervorgehoben.
LED-Spektrum mit Digitizer
Um eine möglichst genaue Nachbildung der LED-Quellen zu erzielen, erstellen wir zunächst unsere roten, grünen und blauen Farbspektren. Eine einfache Möglichkeit, dies schnell zu tun, besteht darin, die Digitizer-Funktion von FRED zu nutzen. Das Digitalisierungswerkzeug (oder Digitizer) ermöglicht es dem Benutzer, Datenpunkte aus einem Diagramm, Plot, einer Linsenzeichnung usw. aus einer Bilddatei zu digitalisieren. Darauf kann in FRED zugegriffen werden, wenn ein neues gesampeltes Spektrum erstellt und dann Kurve digitalisieren ausgewählt wird.
Von hier aus können wir dann ein Bild eines Spektrums auswählen und in unseren Digitizer einfügen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Standardeinheiten von FRED Mikrometer entlang der x-Achse und Watt entlang der y-Achse sind.
Nach dem Einstellen der min X- und Y-Werte auf den Ursprung (0,4,0). Wir setzen dann unseren maximalen X-Wert auf 0,8 Mikrometer und den maximalen Y-Wert auf 1 Watt. Als nächstes wählen wir die Datenpunkte entlang unserer gewünschten Kurve aus und wählen schließlich Daten exportieren (Sie haben auch die Möglichkeit, die digitalisierten Daten in einer Datei zu speichern, damit Sie die digitalisierten Daten an anderer Stelle verwenden können). Nach dem Exportieren der Daten sind die Spektren für jede LED im Spectra-Ordner zu sehen.
Anzeige
Für diese Demonstration verwenden wir ein einfaches RGB-LED-System, um eine einzelne F-Taste auf einer Computertastatur zu beleuchten.
TLa source LED est projetée dans l'espace libre et dispersée sous le couvercle du clavier. La lumière sort ensuite par l'ouverture sur le dessus éclairant ainsi la lettre et s'arrêtant sur notre surface d'analyse.
Après le lancer de rayons, nous pouvons voir la couleur de l'éclairage avec la fonction d'analyse d'image couleur.
Farbbild
Die Farbbildanalysefunktion berechnet die XYZ-Farbwertkoordinaten (CIE 1931) für jedes Pixel der ausgewählten Analyseoberfläche und wandelt dann die Farbwertkoordinaten in RGB-Werte für die Anzeige im Chart Viewer um. FRED führt diese Analyse durch:
1/ Bestimmung des maximalen Y-Tristimulus-Wertes im Datensatz
2/ Skalieren Sie jeden Tristimulus-Wert mit dem Faktor: Helligkeit/Ymax
3/ Konvertieren von skaliertem XYZ-Tristimulus in RGB mithilfe der sRGB-Matrix:
[ 3.2406 -1.5372. -0.4986 ]
[-0.9689 1.8758. 0.0415 ]
[ 0.0557 -0.2040 1.0570 ]
4/ R,G,B Werte außerhalb des Bereichs von 0 bis 1,0 werden als "außerhalb der Skala" betrachtet und entweder auf 0 oder 1,0 . geklemmt
5/ Gammakorrektur (Gamma = 2,2) auf die RGB-Pixelwerte anwenden (z. B. R = R1 / 2,2)
Die Diagrammansicht für Farbbilder hat vier Bereiche; eine RGB-Raumkarte auf der Analyseoberfläche, zwei Querschnittsprofile und eine Farbtafel. Wenn der Cursor in der räumlichen Karte bewegt wird, zeigt ein Cursor im Farbwertdiagramm die dem aktuellen Pixel entsprechende XY-Farbwertkoordinate an. Somit erhalten wir mit unseren zuvor definierten Spektraldaten das folgende Farbbild:
Wir sehen nicht nur das Farbbild oben links, sondern auch die Farbwerte X und Y zu jedem Pixel unten rechts. Hier sehen wir, dass die Tastenfarbe weiß (ish) ist, wenn alle drei LEDs die gleiche Leistung haben.
Optimierungs- und Leistungsabweichungsfunktionen
Um eine gewünschte Farbausgabe zu erhalten, verwendet FRED den Optimierer, um die relative Leistung der drei LEDs abzustimmen, eine neue Farbe zu erzeugen und die Computertaste zu beleuchten.
Die roten, grünen und blauen LEDs werden als Entitäten ausgewählt und dem Typ „Quellenleistung“ zugewiesen.
Dadurch weiß der Optimierer, welche Modellparameter während der Optimierung variiert werden sollen. Die Ober- und Untergrenzen entsprechen dem ausgewählten Typ. Für die Quellenleistung beziehen sich die Ober- und Untergrenzen auf die Leistung in Watt für jede LED-Quelle.
Die Merit Function Aberrationen des Optimierers sind die einzelnen Komponenten, aus denen die Merit Function aufgebaut wird. Jede Aberration definiert die zu bewertende Größe (zB Spotgröße, Gesamtleistung), einen Gewichtungsfaktor und den gewünschten Zielwert, der erreicht werden soll. Alle aktiven Aberrationen werden wie folgt in die Gütefunktion summiert:
Wobei wi der Gewichtungsfaktor für die i-te Aberration ist,Ai die berechnete Größe für die i-te Aberration ist und Ti der Zielwert für die i-te Aberration ist.
Auf der Registerkarte Merit Function Aberrations wählen wir unsere Aberrationsdefinition sowie die Analyseoberfläche aus, die zur Berechnung der Merit-Funktion verwendet wird.
Die 'Centroid X color' und 'Centroid Y color' werden für die Aberrationsdefinitionen verwendet, wobei die angestrebten Farbwerte unserer gewünschten Farbe in der Farbtafel entsprechen. Dadurch werden die XY-Farbwertkoordinaten für jedes Pixel im Analyseraster berechnet. Als Aberrationswert wird der flussgewichtete durchschnittliche x-Farbwert oder y-Farbwert im Datenraster zurückgegeben.
Die oben gewählten Werte geben uns Chromatizitätskoordinaten im roten Spektrum.
TDie Registerkarte Methode wird verwendet, um die Optimierungsmethode sowie die Anzahl der Iterationen zu definieren. Beim Ändern von Leistungswerten kann die Simplex-Methode (Geometrischer Ansatz) mit maximal 20 Iterationen verwendet werden.
Durch die Anwendung von „Wenn sich alle Variablen weniger ändern als:“ erlauben wir FRED, den Konvergenzprozess zu beschleunigen, indem wir die Optimierung stoppen, wenn unsere gewünschten Werte erreicht sind. Abhängig von der erforderlichen Änderung der Werte benötigen wir jedoch möglicherweise mehr als 20 Iterationen; kleine Änderungen konvergieren in weniger als 20 Iterationen.
Auf der Registerkarte Ausgabe/Ergebnisse kann ausgewählt werden, wie der Optimierungsstatus und die Ergebnisse an den Benutzer zurückgesendet werden. Während der Optimierung können Strahlen auf den Bildschirm gezeichnet und die 3D-Ansicht aktualisiert werden, und die Gütefunktion und Variablenwerte können im Textformat in das Ausgabefenster gedruckt werden. Hier bitten wir FRED, die Merit-Funktion für jede Iteration zu drucken und die vorherigen und aktuellen Werte nach der Optimierung zu drucken. Auf diese Weise können wir sicherstellen, dass unsere spektralen Leistungswerte optimiert wurden.
Nachdem FRED die Ausführung des Optimierers ausgewählt hat, zeigt FRED sofort alle ausgewählten Kriterien im Ausgabefenster an und beginnt mit der Anzeige von Leistungsfunktionswerten für jede Iteration.
Nachdem FRED alle Iterationen ausgeführt hat, erscheint „Optimierung beendet“ im Ausgabefenster und darunter die Variablen und Aberrationen vor und nach der Optimierung. Die Variablen sind von rechts nach links angeordnet und zeigen rote, grüne und blaue Leistungswerte an.
Wir sind jetzt in der Lage, unser neues Farbbild zu sehen.
Farbdiagramme
Nachdem wir nun unsere Farbwerte definiert und das System optimiert haben, kehren wir zum Farbbildobjekt zurück.
Wie von unseren Schwerpunkt x- und y-Werten erwartet, sehen wir den Buchstaben F rot gedruckt. Beim Betrachten des Ausgabefensters ist zu erkennen, dass unsere rote LED optimiert wurde, um die meiste Leistung zu erzeugen, und dass unsere grünen und blauen LEDs stark reduziert wurden, wodurch wir ein rotes Spektrum erhalten. Um die Fähigkeit von FRED, die spektrale Leistung unserer drei Quellen zu optimieren, besser zu erkennen, führen wir den Optimierer für eine Vielzahl von CIE-Farbwertwerten aus.
Farbe des Schwerpunkts X = 0,2, Farbe des Schwerpunkts Y = 0,1
LED-Leistung (Watt)
Rot = 0,0986, Grün = 0,157, Blau = 0,709
Farbe des Schwerpunkts X = 0,1, Farbe des Schwerpunkts Y = 0,7
Puissance LED (Watts)
Rouge = 0,0765, Vert = 0,678, Bleu = 0,0231
Farbe des Schwerpunkts X = 0,55, Farbe des Schwerpunkts Y = 0,4
LED-Leistung (Watt)
Rot = 0,0642, Grün = 0,0211, Blau = 0,0
Farbe des Schwerpunkts X = 0,45, Farbe des Schwerpunkts Y = 0,15
LED-Leistung (Watt)
Rot = 0,199, Grün = 0,0105, Blau = 0,0914
FRED ist in der Lage, die spektrale Leistung unseres RGB-LED-Systems zu ändern, um alle Farben des sichtbaren Lichtspektrums zu erhalten.Kontaktieren Sie uns um eine Demo von FRED anzufordern oder Ihre Anwendungsanforderungen detaillierter zu besprechen.