CN111294521B - 一种补光方法、装置和计算机可读存储介质 - Google Patents

一种补光方法、装置和计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种补光方法、装置和计算机可读存储介质，其中方法包括：根据预设的距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量，计算每种可能的LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式；所述LED排列方式为单个LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构；利用采用所选择的LED排列方式构建的LED组件，对所述补光对象进行补光。采用本发明，可以确保满足实际应用场景的照明需要。

Description

一种补光方法、装置和计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及计算机应用技术，特别是涉及一种补光方法、装置和计算机可读存储介质。
背景技术
目前，为了满足数字摄像法能见度测量仪均匀光源的要求，提高半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)照明的均匀性，提出了一种LED照明光源均匀度设计方案。该方案中，首先对放置单颗LED的模组区域数字摄像采样，分析亮度分布特点，并拟合单颗LED亮度分布函数。以此分布函数为基础，在固定功率和尺寸下，运用多颗LED亮度叠加原理，计算不均匀度最小的LED阵列方式。在功率和均匀度固定的情况下，计算照明光源尺寸，设计相应的光学***。
在实现本发明过程中，通过发明人的研究分析发现：上述LED照明光源均匀度设计方案无法满足实际应用场景的光照需要，具体分析如下：
一、上述方案在固定功率下，即在固定的发光二极管颗数下，给出了光源均匀的最佳尺寸设计。但没有考虑在该光源均匀下，其光照强度是否满足实际使用要求。然而现实中，比如装备在自动导引运输车(AGV)上的带有 LED组件的摄像头扫描扫二维码时，即使LED组件光照均匀，但是摄像头采集到的二维码照片的亮度可能不够。也就是说，在该应用场景下，仅有光照均匀是不够的，还必须对采集到的照片的亮度有要求。
二、上述方案在研究模组亮度均匀性时，在模板区域中选取了固定的5 个点作为参考，由于参考点位置和数量的固定，无法确保较好地衡量模组亮度均匀性。
因此，上述现有方案存在亮度和光照均匀性方面无法满足实际应用场景照明需要的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种补光方法、装置和计算机可读存储介质，可以确保满足实际应用场景的照明需要。
为了达到上述目的，本发明实施例提出的技术方案为：
一种补光方法，包括：
根据预设的距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED 数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量，对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的 LED排列方式；所述LED排列方式为单个LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构；
利用采用所选择的LED排列方式构建的LED组件，对所述补光对象进行补光。
较佳地，所述亮度和光照均匀性要求为：
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值；
或者，
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值。
较佳地，当所述LED排列方式为：第二LED环内嵌套第一LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值时，所述对于每种可能的LED排列方式，计算该LED 排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式包括：
x1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1；
x2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer；
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线；
x3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1；
x4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值；
x5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角theta_first_inner_light 为0度；
x6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner；
x7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集num_sample个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量；
x8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、所述坐标Coordinates_lights_inner和所述坐标 Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，所述 num_sample个采样点中各点的亮度值light_gray_point(k)，k＝1，2，…， num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差light_gray_var；
x9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_th，则将variance_th更新为light_gray_var，利用当前的LED排列配置参数，更新最优LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括：num_outer_light、 num_inner_light、theta_first_inner_light、radius_inner_light、light_gray_average 和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值；
x10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/num_outer_light，则执行步骤x6；否则，执行步骤x11；
x11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果 radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤x5；否则，执行步骤x12；
x12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤x4；否则，执行步骤x13；N为所述单个LED环中的最大LED数量；
x13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤x2；否则，执行步骤x14；
x14、将最后一次更新的最优LED排列方式作为所选择的LED排列方式。
较佳地，所述步骤x7包括：
采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样num1个和num1×lb/la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1×num1×lb/la个采样点的坐标(xn，ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1，-la/2≤xn≤la/2， ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y轴坐标，m＝1,…,num1×lb/la, -lb/2≤ym≤lb/2,num_sample＝num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度， lb为所述待补光面的宽度。
较佳地，当所述LED排列方式为：第一LED环内嵌套第二LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值时，所述对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式包括：
y1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1；
y2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer；
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线；
y3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1；
y4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值；
y5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角theta_first_inner_light 为0度；
y6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner；
y7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集num_sample个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量；
y8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、所述坐标Coordinates_lights_inner和所述坐标 Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，所述 num_sample个采样点中各点的亮度值light_gray_point(k)，k＝1，2，…， num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差light_gray_var；
y9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_max，则，将当前的LED排列配置参数确定为候选LED排列方式的配置参数；所述LED 排列配置参数包括：num_outer_light、num_inner_light、theta_first_inner_light、 radius_inner_light、light_gray_average和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值,variance_max为所述方差阈值；
y10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/num_outer_light，则执行步骤y6；否则，执行步骤y11；
y11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果 radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤y5；否则，执行步骤y12；
y12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤y4；否则，执行步骤y13；N为所述单个LED环中的最大LED数量；
y13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤y2；否则，执行步骤y14；
y14、根据所述候选LED排列方式的配置参数，从所有所述候选LED排列方式中，筛选出所包含的LED数量最少的一个LED排列方式，作为所选择的LED排列方式。
较佳地，所述步骤y7包括：
采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样num1个和num1×lb/la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1×num1×lb/la个采样点的坐标(xn，ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1， -la/2≤xn≤la/2，ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y轴坐标， m＝1,…,num1×lb/la,-lb/2≤ym≤lb/2,num_sample＝num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
一种补光装置，包括：
LED排列方式选择模块，用于根据预设的距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量，对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式；所述LED排列方式为单个 LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构；
补光模块，用于利用采用所选择的LED排列方式构建的LED组件，对所述补光对象进行补光。
较佳地，所述亮度和光照均匀性要求为：
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值；
或者，
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值。
较佳地，所述LED排列方式选择模块，用于当所述LED排列方式为：第二LED环内嵌套第一LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值时，所述对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式，包括：
x1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1；
x2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer；
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线；
x3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1；
x4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值；
x5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角theta_first_inner_light 为0度；
x6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner；
x7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集num_sample个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量；
x8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、所述坐标Coordinates_lights_inner和所述坐标 Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，所述 num_sample个采样点中各点的亮度值light_gray_point(k)，k＝1，2，…， num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差light_gray_var；
x9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_th，则将variance_th更新为light_gray_var，利用当前的LED排列配置参数，更新最优LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括：num_outer_light、 num_inner_light、theta_first_inner_light、radius_inner_light、light_gray_average 和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值；
x10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/num_outer_light，则执行步骤x6；否则，执行步骤x11；
x11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果 radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤x5；否则，执行步骤x12；
x12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤x4；否则，执行步骤x13；N为所述单个LED环中的最大LED数量；
x13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤x2；否则，执行步骤x14；
x14、将最后一次更新的最优LED排列方式作为所选择的LED排列方式。
10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述LED排列方式选择模块，用于采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系的x轴和y 轴方向上分别采样num1个和num1×lb/la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1×num1×lb/la个采样点的坐标(xn， ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1， -la/2≤xn≤la/2，ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y轴坐标， m＝1,…,num1×lb/la,-lb/2≤ym≤lb/2,num_sample＝num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
较佳地，当所述LED排列方式为：第一LED环内嵌套第二LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值时，所述对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式包括：
y1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1；
y2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer；
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线；
y3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1；
y4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值；
y5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角theta_first_inner_light 为0度；
y6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner；
y7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集num_sample个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量；
y8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、所述坐标Coordinates_lights_inner和所述坐标 Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，所述 num_sample个采样点中各点的亮度值light_gray_point(k)，k＝1，2，…， num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差light_gray_var；
y9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_max，则，将当前的LED排列配置参数确定为候选LED排列方式的配置参数；所述LED 排列配置参数包括：num_outer_light、num_inner_light、theta_first_inner_light、 radius_inner_light、light_gray_average和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值,variance_max为所述方差阈值；
y10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/num_outer_light，则执行步骤y6；否则，执行步骤y11；
y11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果 radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤y5；否则，执行步骤y12；
y12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤y4；否则，执行步骤y13；N为所述单个LED环中的最大LED数量；
y13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤y2；否则，执行步骤y14；
y14、根据所述候选LED排列方式的配置参数，从所有所述候选LED排列方式中，筛选出所包含的LED数量最少的一个LED排列方式，作为所选择的LED排列方式。
较佳地，所述LED排列方式选择模块，用于采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样num1个和num1×lb/ la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1 ×num1×lb/la个采样点的坐标(xn，ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1，-la/2≤xn≤la/2，ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y轴坐标，m＝1,…,num1×lb/la,-lb/2≤ym≤lb/2,num_sample＝ num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
一种用于补光的装置，包括：
存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的方法。
综上所述，上述发明中的实施例提出的补光方法、装置和计算机可读存储介质中，采用单个LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构来构建LED组件，并且遍历每种可能的LED排列方式，同时考虑不同LED排列方式下各采样点的亮度均值和亮度方差，选择出满足一定亮度和光照均匀性要求的 LED排列方式作为用于对模组(即二维码)补光的LED排列方式，如此，可以确保补光的亮度和均匀度同时满足对补光对象的照明需要。因此，采用本发明，可以确保满足实际应用场景的照明需要。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程示意图；
图2为本发明实施例的装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图1为本发明实施例的方法流程示意图，如图1所示，该实施例实现的补光方法主要包括：
步骤101、根据预设的距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量，对于每种可能的 LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式；所述LED排列方式为单个LED环或共圆心的多个 LED环嵌套结构。
本步骤中与现有技术所不同的是：将LED阵列设计为由单层或多层环形 LED嵌套组合的方式，遍历所有可能的LED排列方式，同时考虑亮度和均匀性要求，选择出一个满足这些要求的LED排列方式。这样，一方面采用 LED环或LED环嵌套结构的LED排列方式，可以较为容易的满足光照均匀性要求，另一方面，同时考虑亮度和均匀性要求，可以确保利用所选择的LED 排列方式构建LED组件进行补光后，被补光的表面亮度和光照均匀性满足实际应用需要。
这里，所述距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED 数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量均为预先设置的参数，其中前三种参数用于确定出相应的所有可能的LED排列方式。这些参数可由本领域技术人员根据实际需要设置合适的取值。
具体地，所述补光对象可以是模组(即二维码)，但不限于此，只要具有需要补光的平面即可。
相应地，本步骤所述选择出的LED排列方式也可应用于摄像头或其他用于补光的设备上的LED组件。
在实际应用中，对于所述LED排列方式的结构，当设置的LED环数量较少时，可能会存在无法找到满足亮度和光照均匀性要求的LED排列方式，而设置的LED环数量较多时，则可能会存在算法复杂度较大，运算开销大且成本高的问题。因此，本领域技术人员可基于上述规则，根据实际需要为LED 排列方式设置合适的结构。例如，较佳地，可以设置为共圆心的两个LED环嵌套结构。
在实际应用中，所述亮度和光照均匀性要求可以根据实际需要进行设置，例如，较佳地，所述亮度和光照均匀性要求可以为：
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值。
或者，可以为：
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值。
为了对本步骤的具体实现进行详细阐述，下面以采用共圆心的两个LED 环嵌套结构为例，对步骤101分别满足上述两种亮度和光照均匀性要求时的较佳实现方法示例进行一一说明：
方法一：当所述LED排列方式为：第二LED环内嵌套第一LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值时，可以采用下述方法对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式：
步骤101x1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1。
在实际应用中，所述光照均匀性最大阈值可以设置的较大，如e10，以便在后续步骤中，可以根据实际遍历到的LED排列方式对应的亮度方差进行更新光照均匀性最小值记录参数variance_th，使得遍历所有可能的LED排列方式的过程中，可以通过variance_th记录着当前实际获得的光照均匀性最小值。
步骤101x2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED 时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer。
本步骤中，为了获得较小的亮度方差，这里，采用了第二LED环包含的 num_outer_light个LED均匀分布的方式。
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线。
具体地，可以采用下述方法，确定第二LED环(即外层LED环)中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer：
计算第二LED环第i个LED在LED组件坐标系的坐标,i＝ 1,2,…,num_outer_light：
计算：theta_outer_ith＝(i-1)×360/num_outer_light，
按照Coordinates_lights_outer＝[R×cos(theta_outer_ith)，R× sin(theta_outer_ith)]，计算第二LED环第i个LED在LED组件坐标系的坐标 Coordinates_lights_outer。
步骤101x3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1。
步骤101x4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值。
本领域技术人员可以根据实际需要设置最小半径阈值，例如，可以为0.1，但不限于此。
步骤101x5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角 theta_first_inner_light为0度。
这里需要说明的是，在实际应用中，可以将第一LED环中的任意一个LED，指定为所述第一个LED。
步骤101x6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED 时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner。
具体地，可以采用下述方法，确定第一LED环(即内层LED环)中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner：
计算第一LED环中第j个LED在LED组件坐标系的坐标，j＝1,2，…， num_inner_light：
计算theta_outer_jth＝(j-1)×360/num_inner_light+theta_first_inner_light, 按照Coordinates_lights_inner＝[radius_inner_light×cos(theta_outer_jth)
radius_inner_light×sin(theta_outer_jth)]，计算得到第一LED环中第j个LED在LED组件坐标系的坐标Coordinates_lights_inner。
步骤101x7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集 num_sample个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量。
较佳地，为了提高所选择出的LED排列方式的准确性，可以采用所采集的采样点的分布区域与补光面的长宽比例相一致的方式，来实现步骤101x7，具体可以利用下述方法实现：
采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样num1个和num1×lb/la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1×num1×lb/la个采样点的坐标(xn，ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1， -la/2≤xn≤la/2，ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y轴坐标， m＝1,…,num1×lb/la,-lb/2≤ym≤lb/2,num_sample＝num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
步骤101x8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、第一LED环中num_inner_light个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner和第二LED环中num_outer_light个LED 在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light 个均匀分布的LED时，所述num_sample个采样点中各点的亮度值 light_gray_point(k)，k＝1，2，…，num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差 light_gray_var。
具体地，可以采用下述方法计算所述ight_gray_average和所述 light_gray_var：
首先，对于每个通过随机采样得到的采样点k，k＝1,2，…，num_sample，利用现有的亮度分布函数为L(x0,y0；xn,ym)，计算其亮度值，其中，(x0,y0)为 LED坐标，(xn,ym)为采样点的坐标。具体如下：
a)利用第二LED环上所有LED的坐标Coordinates_lights_outer、采样点k的坐标(xn，ym)，按照L(x0,y0；xn,ym)，计算第二LED环上所有LED在每个采样点k的亮度值总和outer_light_gray_point(k)。
b)利用第一LED环上所有LED的坐标Coordinates_lights_inner、采样点k的坐标(xn，ym)，计算第一LED环上所有LED在采样点k的亮度值总和inner_light_gray_point(k)。
c)利用a)和b)，计算第一LED环和第二LED环上所有LED在点k 的亮度值总和：
light_gray_point(k)
＝outer_light_gray_point(k)+inner_light_gray_point(k)。
最后，计算num_sample个采样点的亮度均值和方差：
Figure BDA0001894285900000181
Figure BDA0001894285900000191
步骤101x9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_th，则将variance_th更新为light_gray_var，利用当前的LED排列配置参数，更新最优LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括： num_outer_light、num_inner_light、theta_first_inner_light、radius_inner_light、 light_gray_average和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值。
本步骤中，如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_th，则说明，当前的LED排列配置参数对应的LED排列方式能满足当前的补光需要，且获得的光照均匀性最好(即亮度方差最小)，此时，需要对variance_th 进行更新，即更新为当前的light_gray_var参数值。因此，在本步骤中，将当前的LED排列配置参数记录为最优LED排列方式的配置参数，即对最优LED 排列方式的配置参数进行更新，以便遍历完所有可能的LED排列方式后，将获得亮度满足补光要求且光照均匀性最好的LED排列方式对应的配置参数。
所述LED排列配置参数包括：num_outer_light、num_inner_light、 theta_first_inner_light、radius_inner_light、light_gray_average和light_gray_var，共六个参数，因此，可以采用六维数组记录最优LED排列方式的配置参数。
步骤101x10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/ num_outer_light，则执行步骤101x6；否则，执行步骤101x11。
所述delta_theta为用于限定每次对第一LED环中第一个LED的方向角进行调整的变化量，具体可由本领域技术人员根据实际需要进行设置，例如，可以是1度，但不限于此。
步骤101x11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤101x5；否则，执行步骤101x12。
所述delta_radius用于设置限定每次对第一LED环中第一个LED的半径 (即第一个LED与LED环中心的距离)进行调整的步长，具体可由本领域技术人员根据实际需要进行设置，例如，可以是0.1，但不限于此。
步骤101x12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新 num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤101x4；否则，执行步骤101x13；N为所述单个LED环中的最大LED数量。
步骤101x13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新 num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤101x2；否则，执行步骤101x14。
步骤101x14、将最后一次更新的最优LED排列方式作为所选择的LED 排列方式。
方法二：当所述LED排列方式为：第一LED环内嵌套第二LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值时，可以采用下述方法对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，并根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式：
步骤101y1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1。
步骤101y2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED 时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer；
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线；
步骤101y3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1。
步骤101y4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值。
步骤101y5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角 theta_first_inner_light为0度。
步骤101y6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED 时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner。
步骤101y7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集 num_sample个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量。
这里，同步骤101x7，较佳地，为了提高所选择出的LED排列方式的准确性，可以采用所采集的采样点的分布区域与补光面的长宽比例相一致的方式，来实现步骤101y7，具体可以利用下述方法实现：
采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样num1个和num1×lb/la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1×num1×lb/la个采样点的坐标(xn，ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1， -la/2≤xn≤la/2，ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y轴坐标， m＝1,…,num1×lb/la,-lb/2≤ym≤lb/2,num_sample＝num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
步骤101y8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、所述坐标Coordinates_lights_inner和所述坐标 Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，所述 num_sample个采样点中各点的亮度值light_gray_point(k)，k＝1，2，…， num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差light_gray_var。
步骤101y9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_max，则，将当前的LED排列配置参数确定为候选LED排列方式的配置参数；所述LED排列配置参数包括：num_outer_light、num_inner_light、 theta_first_inner_light、radius_inner_light、light_gray_average和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值,variance_max为所述方差阈值。
步骤101y10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/ num_outer_light，则执行步骤101y6；否则，执行步骤101y11。
步骤101y11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤101y5；否则，执行步骤101y12。
步骤101y12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新 num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤101y4；否则，执行步骤101y13；N为所述单个LED环中的最大LED数量。
步骤101y13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新 num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤101y2；否则，执行步骤101y14。
步骤101y14、根据所述候选LED排列方式的配置参数，从所有所述候选LED排列方式中，筛选出所包含的LED数量最少的一个LED排列方式，作为所选择的LED排列方式。
上述方法二中除步骤101y14和步骤101y9之外，其他步骤的具体实现与方法一中的对应步骤相同，在此不再赘述。
采用上述方法一可以选择出亮度满足要求，且光照最均匀的LED排列方式，而采用上述方法二则可以选择出亮度和光照均匀性均满足要求，且采用的LED数量最少的LED排列方式。具体地，本领域技术人员可以根据实际需要选择所采用的方法。上述两种方法仅是较佳地的实施方式，在此实际应用中，不限于此，只要能确保所选择的LED排列方式在亮度和光照均匀性两方面均满足实际的补光要求即可。
步骤102、利用采用所选择的LED排列方式构建的LED组件，对所述补光对象进行补光。
本步骤中，具体构建LED组件的方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。
通过上述方法实施例，可以看出上述方案中采用单个LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构来构建LED组件，并且遍历每种可能的LED排列方式，同时考虑不同LED排列方式下各采样点的亮度均值和亮度方差，选择出满足一定亮度和光照均匀性要求的LED排列方式作为用于补光的LED排列方式，从而可以确保补光的亮度和均匀度可以同时满足实际应用场景的照明需要。例如，当上述方法应用于摄像头的LED组件构建时，可以确保在利用摄像头对二维码扫描时，拍摄到的照片亮度足够且均匀。
图2与上述方法实施例相对应的一种补光装置结构示意图，如图2所示，该装置包括：
LED排列方式选择模块201，用于根据预设的距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量，对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式；所述LED排列方式为单个LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构。
补光模块202，用于利用采用所选择的LED排列方式构建的LED组件，对所述补光对象进行补光。
较佳地，所述亮度和光照均匀性要求为：
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值；
或者，
所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值。
较佳地，所述LED排列方式选择模块201，用于当所述LED排列方式为：第二LED环内嵌套第一LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值时，所述对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式，包括：
步骤x1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1。
步骤x2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer。
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线。
步骤x3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1。
步骤x4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值。
步骤x5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角 theta_first_inner_light为0度。
步骤x6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner。
步骤x7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系上采集 num_sample个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量。
步骤x8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、所述坐标Coordinates_lights_inner和所述坐标 Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，所述 num_sample个采样点中各点的亮度值light_gray_point(k)，k＝1，2，…， num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差light_gray_var。
步骤x9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_th，则将variance_th更新为light_gray_var，利用当前的LED排列配置参数，更新最优LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括： num_outer_light、num_inner_light、theta_first_inner_light、radius_inner_light、 light_gray_average和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值。
步骤x10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED 的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/num_outer_light，则执行步骤x6；否则，执行步骤x11。
步骤x11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤x5；否则，执行步骤x12。
步骤x12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新 num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤x4；否则，执行步骤x13；N为所述单个LED环中的最大LED数量。
步骤x13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新 num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤x2；否则，执行步骤x14。
步骤x14、将最后一次更新的最优LED排列方式作为所选择的LED排列方式。
较佳地，所述LED排列方式选择模块，用于采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样num1个和num1×lb/ la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1 ×num1×lb/la个采样点的坐标(xn，ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1,ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y 轴坐标，m＝1,…,num1×lb/la,num_sample＝num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
较佳地，当所述LED排列方式为：第一LED环内嵌套第二LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值时，所述对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式包括：
步骤y1、初始化光照均匀性最小值记录参数variance_th为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二LED环的LED数量num_outer_light为1。
步骤y2、计算当第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_outer。
其中，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED 组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线。
步骤y3、初始化第一LED环的LED数量num_inner_light为1。
步骤y4、初始化第一LED环的半径radius_inner_light为预设的最小半径阈值。
步骤y5、初始化第一LED环中第一个LED的方向角 theta_first_inner_light为0度。
步骤y6、计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED时，其中每个LED在LED组件坐标系中的坐标Coordinates_lights_inner。
步骤y7、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集num_sample 个采样点，num_sample为所述补光对象的待补光面上的采样点数量。
步骤y8、根据所述num_sample个采样点中每个点在所述待补光平面坐标系上的坐标、所述坐标Coordinates_lights_inner和所述坐标 Coordinates_lights_outer，计算当第一LED环包含num_inner_light个均匀分布的LED，且第二LED环包含num_outer_light个均匀分布的LED时，所述 num_sample个采样点中各点的亮度值light_gray_point(k)，k＝1，2，…， num_sample，并根据所述light_gray_point(k)，计算所述num_sample个采样点的亮度均值light_gray_average和亮度方差light_gray_var。
步骤y9、如果light_gray_average≥P0且light_gray_var≤variance_max，则，将当前的LED排列配置参数确定为候选LED排列方式的配置参数；所述LED排列配置参数包括：num_outer_light、num_inner_light、 theta_first_inner_light、radius_inner_light、light_gray_average和light_gray_var；所述P0为所述亮度阈值,variance_max为所述方差阈值。
步骤y10、按照theta_first_inner_light＝theta_first_inner_light+delta_theta，更新theta_first_inner_light，delta_theta为预设的第一LED环中第一个LED 的方向角调整步长；如果theta_first_inner_light≤360/num_outer_light，则执行步骤y6；否则，执行步骤y11；
步骤y11、按照radius_inner_light＝radius_inner_light+delta_radius，更新radius_inner_light，delta_radius为预设的第一LED环的距离调整步长；如果radius_inner_light<R，R为第二LED环的半径，则执行步骤y5；否则，执行步骤y12。
y12、按照num_inner_light＝num_inner_light+1，更新num_inner_light，如果num_inner_light≤N，则执行步骤y4；否则，执行步骤y13；N为所述单个LED环中的最大LED数量。
x13、按照num_outer_light＝num_outer_light+1，更新num_outer_light，如果num_outer_light≤N，则返回步骤y2；否则，执行步骤y14。
y14、根据所述候选LED排列方式的配置参数，从所有所述候选LED排列方式中，筛选出所包含的LED数量最少的一个LED排列方式，作为所选择的LED排列方式。
较佳地，所述LED排列方式选择模块，用于采用均匀随机采样的方式，在所述待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样num1个和num1×lb/ la个点，将所述num1个点对应的每个x轴坐标与所述num1×lb/la个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上的num1 ×num1×lb/la个采样点的坐标(xn，ym)，其中，xn为所述num1个点对应的第n个x轴坐标，n＝1,…,num1，-la/2≤xn≤la/2，ym为所述num1×lb/la个点对应的第m个y轴坐标，m＝1,…,num1×lb/la,-lb/2≤ym≤lb/2,num_sample＝ num1×num1×lb/la，la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
本发明实施例还提供了一种用于补光的装置，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行上述的补光方法实施例。
本发明实施例另外还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行上述的补光方法实施例。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种补光方法，其特征在于，包括：
根据预设的距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量，计算每种可能的LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式；所述LED排列方式为单个LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构；
利用采用所选择的LED排列方式构建的LED组件，对所述补光对象进行补光；
其中，当所述LED排列方式为：第二LED环内嵌套第一LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值时，计算每种可能LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式包括：
x1、初始化第一参数为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二参数为1，所述第二参数为第二LED环的LED数量；
x2、计算当第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时的第一坐标，所述第一坐标为第二LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；
x3、初始化第三参数为1，所述第三参数为第一LED环的LED数量；
x4、初始化第四参数为预设的最小半径阈值，所述第四参数为第一LED环的半径；
x5、初始化第一角度为零度，所述第一角度为第一LED环中第一个LED的方向角；
x6、根据所述第一参数、所述第二参数、所述第一坐标、所述第三参数、所述第四参数、所述第一角度、所述距离调整步长、所述采样点数量、所述最大LED数量和所述方向角调整步长，遍历每种可能的LED排列方式，计算该方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，更新最优LED排列方式的配置参数；
x7、将最后一次更新的最优LED排列方式作为所选择的LED排列方式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤x6包括：
a1、计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED时的第二坐标，所述第二坐标为第一LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；
a2、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集所述采样点数量的采样点；
a3、根据每个所述采样点在待补光平面坐标系上的坐标、所述第二坐标和所述第一坐标，计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED，且第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时，每个所述采样点的亮度值，并根据所述亮度值，计算所有所述采样点的亮度均值和亮度方差；
a4、如果所述亮度均值大于等于所述亮度阈值，并且所述亮度方差小于等于所述第一参数，则将所述第一参数更新为所述亮度方差，利用当前的LED排列配置参数，更新最优LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括：所述第二参数、所述第三参数、所述第一角度、所述第四参数、所述亮度均值和所述亮度方差；
a5、将所述第一角度增加所述方向角调整步长；如果所述第一角度小于等于360与所述第二参数的比值，则执行步骤x6；否则，执行步骤a6；
a6、将所述第四参数增加所述距离调整步长；如果所述第四参数小于第二LED环的半径，则执行步骤x5；否则，执行步骤a7；
a7、将所述第三参数增加一，如果所述第三参数小于等于所述最大LED数量，则执行步骤x4；否则，执行步骤a8；
a8、将所述第二参数增加一，如果所述第二参数小于等于所述最大LED数量，则返回步骤x2；否则，执行步骤x7。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤a2包括：
采用均匀随机采样的方式，在待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样第一数量和第二数量个点，将所述第一数量个点对应的每个x轴坐标与所述第二数量个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上每个采样点的坐标，其中，第一数量与第二数量的比值与所述待补光面的长度与宽度的比值相同，所述x轴坐标的取值范围为[-la/2,la/2]，所述y轴坐标的取值范围为[-lb/2,lb/2],la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述LED排列方式为：第一LED环内嵌套第二LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值时，对于所述 每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式包括：
y1、初始化第一参数为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二参数为1，所述第二参数为第二LED环的LED数量；
y2、计算当第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时的第一坐标，所述第一坐标为第二LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；
y3、初始化第三参数为1，所述第三参数为第一LED环的LED数量；
y4、初始化第四参数为预设的最小半径阈值，所述第四参数为第一LED环的半径；
y5、初始化第一角度为零度，所述第一角度为第一LED环中第一个LED的方向角；
y6、根据所述第一参数、所述第二参数、所述第一坐标、所述第三参数、所述第四参数、所述第一角度、所述距离调整步长、所述采样点数量、所述最大LED数量和所述方向角调整步长，遍历每种可能的LED排列方式，计算该方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，确定候选LED排列方式的配置参数；
y7、根据所述候选LED排列方式的配置参数，从所有所述候选LED排列方式中，筛选出所包含的LED数量最少的一个LED排列方式，作为所选择的LED排列方式。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤y6包括：
b1、计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED时的第二坐标，所述第二坐标为第一LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；
b2、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集所述采样点数量的采样点；
b3、根据每个所述采样点在待补光平面坐标系上的坐标、所述第二坐标和所述第一坐标，计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED，且第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时，每个所述采样点的亮度值，并根据所述亮度值，计算所有所述采样点的亮度均值和亮度方差；
b4、如果所述亮度均值大于等于所述亮度阈值，并且所述亮度方差小于等于所述方差阈值，则将当前的LED排列配置参数确定为候选LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括：所述第二参数、所述第三参数、所述第一角度、所述第四参数、所述亮度均值和所述亮度方差；
b5、将所述第一角度增加所述方向角调整步长；如果所述第一角度小于等于360与所述第二参数的比值，则执行步骤y6；否则，执行步骤b6；
b6、将所述第四参数增加所述距离调整步长；如果第四参数小于第二LED环的半径，则执行步骤y5；否则，执行步骤b7；
b7、将所述第三参数增加一，如果所述第三参数小于等于所述最大LED数量，则执行步骤y4；否则，执行步骤b8；
b8、将所述第二参数增加一，如果所述第二参数小于等于所述最大LED数量，则返回步骤y2；否则，执行步骤y7。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤b2包括：
采用均匀随机采样的方式，在待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样第一数量和第二数量个点，将所述第一数量个点对应的每个x轴坐标与所述第二数量个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上每个采样点的坐标，其中，第一数量与第二数量的比值与所述待补光面的长度与宽度的比值相同，所述x轴坐标的取值范围为[-la/2,la/2]，所述y轴坐标的取值范围为[-lb/2,lb/2],la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
9.一种补光装置，其特征在于，包括：
LED排列方式选择模块，用于根据预设的距离调整步长、方向角调整步长、单个LED环中的最大LED数量以及补光对象的待补光面上的采样点数量，计算每种可能的LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式；所述LED排列方式为单个LED环或共圆心的多个LED环嵌套结构；其中，当所述LED排列方式为：第二LED环内嵌套第一LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差为所述计算得到的所有亮度方差中的最小值时，计算每种可能LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式包括：x1、初始化第一参数为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二参数为1，所述第二参数为第二LED环的LED数量；x2、计算当第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时的第一坐标，所述第一坐标为第二LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；x3、初始化第三参数为1，所述第三参数为第一LED环的LED数量；x4、初始化第四参数为预设的最小半径阈值，所述第四参数为第一LED环的半径；x5、初始化第一角度为零度，所述第一角度为第一LED环中第一个LED的方向角；x6、根据所述第一参数、所述第二参数、所述第一坐标、所述第三参数、所述第四参数、所述第一角度、所述距离调整步长、所述采样点数量、所述最大LED数量和所述方向角调整步长，遍历每种可能的LED排列方式，计算该方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，更新最优LED排列方式的配置参数；x7、将最后一次更新的最优LED排列方式作为所选择的LED排列方式；
补光模块，用于利用采用所选择的LED排列方式构建的LED组件，对所述补光对象进行补光。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述LED排列方式选择模块，用于采用下述步骤执行所述步骤x6：
a1、计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED时的第二坐标，所述第二坐标为第一LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；
a2、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集所述采样点数量的采样点；
a3、根据每个所述采样点在待补光平面坐标系上的坐标、所述第二坐标和所述第一坐标，计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED，且第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时，每个所述采样点的亮度值，并根据所述亮度值，计算所有所述采样点的亮度均值和亮度方差；
a4、如果所述亮度均值大于等于所述亮度阈值，并且所述亮度方差小于等于所述第一参数，则将所述第一参数更新为所述亮度方差，利用当前的LED排列配置参数，更新最优LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括：所述第二参数、所述第三参数、所述第一角度、所述第四参数、所述亮度均值和所述亮度方差；
a5、将所述第一角度增加所述方向角调整步长；如果所述第一角度小于等于360与所述第二参数的比值，则执行步骤x6；否则，执行步骤a6；
a6、将所述第四参数增加所述距离调整步长；如果所述第四参数小于第二LED环的半径，则执行步骤x5；否则，执行步骤a7；
a7、将所述第三参数增加一，如果所述第三参数小于等于所述最大LED数量，则执行步骤x4；否则，执行步骤a8；
a8、将所述第二参数增加一，如果所述第二参数小于等于所述最大LED数量，则返回步骤x2；否则，执行步骤x7。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述LED排列方式选择模块，用于采用均匀随机采样的方式，在待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样第一数量和第二数量个点，将所述第一数量个点对应的每个x轴坐标与所述第二数量个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上每个采样点的坐标，其中，第一数量与第二数量的比值与所述待补光面的长度与宽度的比值相同，所述x轴坐标的取值范围为[-la/2,la/2]，所述y轴坐标的取值范围为[-lb/2,lb/2],la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述LED排列方式选择模块，用于当所述LED排列方式为：第一LED环内嵌套第二LED环且第一LED环和第二LED环共圆心的结构，并且所述亮度和光照均匀性要求为：所述亮度均值大于预设的亮度阈值，且所述亮度方差小于预设的方差阈值时，对于每种可能的LED排列方式，计算该LED排列方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，选择出一个满足预设的亮度和光照均匀性要求的LED排列方式，包括：
y1、初始化第一参数为预设的光照均匀性最大阈值；初始化第二参数为1，所述第二参数为第二LED环的LED数量；
y2、计算当第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时的第一坐标，所述第一坐标为第二LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；
y3、初始化第三参数为1，所述第三参数为第一LED环的LED数量；
y4、初始化第四参数为预设的最小半径阈值，所述第四参数为第一LED环的半径；
y5、初始化第一角度为零度，所述第一角度为第一LED环中第一个LED的方向角；
y6、根据所述第一参数、所述第二参数、所述第一坐标、所述第三参数、所述第四参数、所述第一角度、所述距离调整步长、所述采样点数量、所述最大LED数量和所述方向角调整步长，遍历每种可能的LED排列方式，计算该方式下所有采样点的亮度均值和亮度方差，根据所述亮度均值和所述亮度方差，确定候选LED排列方式的配置参数；
y7、根据所述候选LED排列方式的配置参数，从所有所述候选LED排列方式中，筛选出所包含的LED数量最少的一个LED排列方式，作为所选择的LED排列方式。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述LED组件坐标系的原点为所述第二LED环的圆心；所述LED组件坐标系的x轴方向为所述圆心指向第一LED环中第一个LED的方向；所述LED组件坐标系的y轴方向为所述x轴方向逆时针旋转90度的方向；待补光平面坐标系的x轴和y轴方向与所述LED组件坐标系的x轴和y轴方向一致，待补光平面坐标系为所述待补光面所在的平面坐标系，所述待补光平面坐标系的原点为所述待补光面的正中心；且原点连线L分别垂直于所述待补光平面坐标系的平面和所述LED组件坐标系的平面，所述L为所述待补光平面坐标系的原点和所述LED组件坐标系的原点之间的连线。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述LED排列方式选择模块，用于采用下述步骤执行所述步骤y6：
b1、计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED时的第二坐标，所述第二坐标为第一LED环中每个LED在LED组件坐标系的坐标；
b2、采用均匀随机采样的方式，在所述待补光面上采集所述采样点数量的采样点；
b3、根据每个所述采样点在待补光平面坐标系上的坐标、所述第二坐标和所述第一坐标，计算当第一LED环包含所述第三参数个均匀分布的LED，且第二LED环包含所述第二参数个均匀分布的LED时，每个所述采样点的亮度值，并根据所述亮度值，计算所有所述采样点的亮度均值和亮度方差；
b4、如果所述亮度均值大于等于所述亮度阈值，并且所述亮度方差小于等于所述方差阈值，则将当前的LED排列配置参数确定为候选LED排列方式的配置参数，所述LED排列配置参数包括：所述第二参数、所述第三参数、所述第一角度、所述第四参数、所述亮度均值和所述亮度方差；
b5、将所述第一角度增加所述方向角调整步长；如果所述第一角度小于等于360与所述第二参数的比值，则执行步骤y6；否则，执行步骤b6；
b6、将所述第四参数增加所述距离调整步长；如果第四参数小于第二LED环的半径，则执行步骤y5；否则，执行步骤b7；
b7、将所述第三参数增加一，如果所述第三参数小于等于所述最大LED数量，则执行步骤y4；否则，执行步骤b8；
b8、将所述第二参数增加一，如果所述第二参数小于等于所述最大LED数量，则返回步骤y2；否则，执行步骤y7。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述LED排列方式选择模块，用于采用均匀随机采样的方式，在待补光平面坐标系的x轴和y轴方向上分别采样第一数量和第二数量个点，将所述第一数量个点对应的每个x轴坐标与所述第二数量个点对应的所有y轴坐标分别进行一一组合，得到所述待补光平面坐标系上每个采样点的坐标，其中，第一数量与第二数量的比值与所述待补光面的长度与宽度的比值相同，所述x轴坐标的取值范围为[-la/2,la/2]，所述y轴坐标的取值范围为[-lb/2,lb/2],la为所述待补光面的长度，lb为所述待补光面的宽度。
17.一种用于补光的装置，其特征在于，包括：
存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1-8中任一项所述的方法。
18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的方法。
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