Optimisation des données de couleur dans FRED
Introduction
Dans de nombreuses applications du monde réel de produits contenant des systèmes d'éclairage, il est important de prévoir ou de spécifier la ou les couleurs de sortie du système. FRED peut évaluer et optimiser les données de puissance spectrale afin de donner les coordonnées de chromaticité CIE souhaitées. Cet article traitera de l'utilisation de l'optimiseur de FRED pour modifier les valeurs tristimulus et cibler une couleur souhaitée à l'aide des coordonnées de chromaticité, ainsi que mettre en évidence les capacités de calcul de l'image couleur.
Spectre LED utilisant le numériseur
Pour obtenir la recréation la plus précise des sources LED, nous commençons d'abord par créer nos spectres de couleurs rouge, vert et bleu. Un moyen simple de le faire rapidement est de profiter de la fonction numériseur de FRED. L'outil de numérisation (ou numériseur) permet à l'utilisateur de numériser des points de données à partir d'un graphique, d'un tracé, d'un dessin d'objectif, etc. à partir d'un fichier image. Ceci est accessible dans FRED lors de la création d'un nouveau spectre échantillonné, puis en sélectionnant Digitize Curve.
De là, nous sommes alors en mesure de sélectionner une image d'un spectre et de l'insérer dans notre numériseur. Il est important de noter que les unités par défaut de FRED sont les microns le long de l'axe x et les watts le long de l'axe y.
Après avoir défini les valeurs min X et Y à l'origine (0.4,0). Nous avons ensuite défini notre valeur X max à 0,8 microns et la valeur Y max à 1 Watt. Ensuite, nous sélectionnons les points de données le long de notre courbe souhaitée et sélectionnons enfin les données d'exportation (Vous avez également la possibilité d'enregistrer les données numérisées dans un fichier afin de pouvoir utiliser les données numérisées ailleurs). Après avoir exporté les données, les spectres de chaque LED sont visibles dans le dossier Spectra.
Affichage
Pour cette démonstration, nous utilisons un simple système de LED RVB pour éclairer une seule touche F sur un clavier d'ordinateur.
La 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.
Image en couleur
La fonction d'analyse d'image couleur calcule les coordonnées de chromaticité XYZ (CIE 1931) pour chaque pixel de la surface d'analyse sélectionnée, puis convertit les coordonnées de chromaticité en valeurs RVB pour l'affichage dans la visionneuse de graphiques. FRED effectue cette analyse en :
1/ Détermination de la valeur maximale du tristimulus Y dans le jeu de données
2/ Mettre à l'échelle chaque valeur tristimulus par le facteur : luminosité/Ymax
3/ Convertir du tristimulus XYZ à l'échelle en RVB à l'aide de la matrice sRGB :
[ 3.2406 -1.5372. -0.4986 ]
[-0.9689 1.8758. 0.0415 ]
[ 0.0557 -0.2040 1.0570 ]
4/ Les valeurs R,V,B en dehors de la plage de 0 à 1,0 sont considérées comme "hors gamme" et bloquées à 0 ou à 1,0
L'affichage du graphique Color Image comporte quatre volets ; une carte spatiale RVB sur la surface d'analyse, deux profils transversaux et un diagramme de chromaticité. Lorsque le curseur est déplacé dans la carte spatiale, un curseur dans le diagramme de chromaticité indique la coordonnée de chromaticité XY correspondant au pixel actuel. Ainsi avec nos données spectrales précédemment définies nous obtenons l'image couleur suivante :
Nous pouvons non seulement visualiser l'image couleur en haut à gauche, mais également les valeurs de chromaticité X et Y relatives à chaque pixel en bas à droite. Ici, nous voyons que la couleur de la clé semble être blanche (ish) lorsque les trois LED ont une puissance égale.
Fonctions d'optimisation et d'aberrations de mérite
Pour obtenir une sortie de couleur souhaitée, FRED utilise l'optimiseur pour régler les puissances relatives des trois LED, produisant une nouvelle couleur et éclairant la clé de l'ordinateur.
Les LED rouges, vertes et bleues sont sélectionnées en tant qu'entités et affectées au type « Source power ».
Cela permet à l'optimiseur de savoir quels paramètres du modèle doivent être modifiés pendant l'optimisation. Les limites supérieure et inférieure correspondent au type sélectionné. Pour la puissance de la source, les limites supérieure et inférieure concernent la puissance en watts pour chaque source LED.
Les aberrations de la fonction de mérite de l'optimiseur sont les composants individuels à partir desquels la fonction de mérite est construite. Chaque aberration définit la quantité à évaluer (ex. taille du spot, puissance totale), un facteur de pondération et la valeur cible souhaitée à atteindre. Toutes les aberrations actives sont additionnées dans la fonction de mérite de la manière suivante:
Où wi est le facteur de pondération pour la ième aberration,Ai est la quantité calculée pour la ième aberration et Ti est la valeur cible pour la ième aberration.
L'onglet Aberrations de la fonction de mérite est l'endroit où nous sélectionnons notre définition d'aberration ainsi que la surface d'analyse qui sera utilisée pour calculer la fonction de mérite.
Les "Couleur Centroid X" et "Couleur Centroid Y" sont utilisées pour les définitions d'aberrations, avec des valeurs de chromaticité ciblées correspondant à notre couleur souhaitée sur le diagramme de chromaticité. Ceci calcule les coordonnées de chromaticité x,y pour chaque pixel dans la grille d'analyse. La valeur de chromaticité x ou de chromaticité y moyenne pondérée par le flux dans la grille de données est renvoyée comme valeur d'aberration.
Les valeurs choisies ci-dessus nous donnent des coordonnées de chromaticité dans le spectre rouge.
L'onglet Méthode permet de définir la méthode d'optimisation ainsi que le nombre d'itérations. Lors de la modification des valeurs de puissance, la méthode Simplex (approche géométrique) peut être utilisée avec un maximum de 20 itérations.
En appliquant « Lorsque toutes les variables changent moins de : », nous permettons à FRED d'accélérer le processus de convergence en arrêtant l'optimisation lorsque nous arrivons à nos valeurs souhaitées. Selon le changement de valeurs requis, nous pouvons toutefois avoir besoin de plus de 20 itérations ; les petits changements convergeront en moins de 20 itérations.
L'onglet Sortie/Résultats permet de sélectionner la manière dont l'état d'optimisation et les résultats sont renvoyés à l'utilisateur. Les rayons peuvent être dessinés à l'écran et la vue 3D mise à jour pendant l'optimisation, et la fonction de mérite et les valeurs des variables peuvent être imprimées dans la fenêtre de sortie au format texte. Ici, nous demandons à FRED d'imprimer la fonction de mérite pour chaque itération et d'imprimer les valeurs précédentes et actuelles après optimisation. De cette façon, nous pouvons nous assurer que nos valeurs de puissance spectrale ont été optimisées.
Après avoir choisi d'exécuter l'optimiseur, FRED affichera immédiatement tous les critères sélectionnés dans la fenêtre de sortie et commencera à afficher les valeurs de la fonction de mérite pour chaque itération.
Une fois que FRED a terminé d'exécuter toutes les itérations, « Optimisation terminée » apparaîtra dans la fenêtre de sortie et en dessous se trouveront les variables et les aberrations avant et après l'optimisation. Les variables sont placées dans l'ordre de droite à gauche affichant les valeurs de puissance rouge, verte et bleue.
Nous pouvons maintenant visualiser notre nouvelle image couleur.
Diagrammes de couleurs
Maintenant que nous avons défini nos valeurs tristimulus et optimisé le système, nous revenons à l'objet image couleur.
Comme prévu à partir de nos valeurs centroïdes x et y, nous voyons la lettre F imprimée en rouge. En regardant la fenêtre de sortie, on peut voir que notre LED rouge a été optimisée pour produire le plus de puissance et que nos LED verte et bleue ont été largement réduites, nous donnant ainsi un spectre rouge. Pour mieux voir la capacité de FRED à optimiser la puissance spectrale de nos trois sources, nous exécutons l'optimiseur pour une variété de valeurs de chromaticité CIE.
Couleur du centre de gravité X = 0,2, Couleur du centre de gravité Y = 0,1
Puissance LED (Watts)
Rouge = 0,0986, Vert = 0,157, Bleu = 0,709
Couleur X du centre de gravité = 0,1, Couleur du centre de gravité Y = 0,7
Puissance LED (Watts)
Rouge = 0,0765, Vert = 0,678, Bleu = 0,0231
Couleur X du centre de gravité = 0,55, Couleur du centre de gravité Y = 0,4
Puissance LED (Watts)
Rouge = 0,0642, Vert = 0,0211, Bleu = 0,0
Couleur X du centre de gravité = 0,45, Couleur du centre de gravité Y = 0,15
Puissance LED (Watts)
Rouge = 0,199, Vert = 0,0105, Bleu = 0,0914
FRED est capable de modifier la puissance spectrale de notre système LED RGB pour obtenir toutes les couleurs du spectre de la lumière visible. Contactez-nous pour demander une démo de FRED ou discuter plus en détail des besoins de votre application.