TW201721111A - Ｌｅｄ光源色彩檢測儀 - Google Patents

Abstract

一種LED光源色彩檢測儀，包括一檢測模組及一處理模組，在光源色彩檢測上使用該檢測模組之價格便宜的三感測元件對LED光源進行檢測以取得紅、綠、藍光之強度的感測電壓值，再以該感測電壓值及一色彩標準值作為參數，利用該處理模組的類神經網路系統建構出一類神經網路檢測模型來取代複雜的函數運算，以供其能藉此有效的檢測照明光源色彩；藉由上述結構係使其具有成本低廉、體積小、校正容易及檢測速度快與精度高之功效。

Description

LED光源色彩檢測儀

本發明係一種用於量測LED照明燈具的混光色度座標之LED光源色彩檢測儀方面的技術領域，尤指一種具有成本低廉、體積小、校正容易及檢測速度快與精度高等功效之LED光源色彩檢測儀者。

人的眼睛所獲得的資訊中，「色彩」是極為重要的一種，這是因為人們的視覺資訊會因色彩而增加它的深度與廣度。人們的眼睛所觀測到之光的色彩是由不同的光波長相加而成的，目前的LED照明雖然是以單晶型白光LED為主，但是為了增加LED燈具之附加價值，讓其可依據不同使用狀況而具有可調色調光功能已是現今的發展趨勢，因此在不久之後，室內、外照明將會以多晶型白光LED為主，以使其達到上述之可調光調色之附加功能，而該種多晶型白光LED光源在出廠時其色彩係需在一預定的標準範圍內，以使其可符合實際使用狀況，因此其之光源色彩(如明度、色度……等)的檢測便顯得非常的重要。而目前檢測該種多晶型白光LED之色度的LED光源色彩檢測儀主要係為利用與CIE1931配色函數有高匹配性的彩色濾光片與感測器來作為接收元件，其判別色彩值必須以光譜儀或色度計等進行檢測，因此 在量測操作及結構上係非常複雜，而且價格昂貴，尤其是其需利用原廠之技術及標準色票進行校正，所以每使用一段時間便需送回原廠進校正而非常的費時麻煩，而且亦常會因自行無法校正而僅只能依使用時間作為依據來送回原廠校正，然而造成檢測失去精度的因素乃有很多，所以其需校正的時機亦無法僅用使用時間來掌握，因此便常會發生未即時校正而有長時間不精確檢測的情形，所以其係無法被一般人廣泛的使用在LED智慧照明技術上。

一般習知的LED光源色彩檢測儀係存在著操作複雜、價格昂貴及校正麻煩費時而無法被一般人普遍使用等之諸多問題。

本發明係提供一種LED光源色彩檢側儀，包括一檢測模組及一處理模組。其中，該檢測模組包含三感測元件及三放大電路，該三感測元件可分別偵測LED光源所發出之紅光、綠光及藍光的強度，並將其轉成感測電壓訊號，該三放大電路可將感測電壓訊號放大至適當大小然後送出。該處理模組包含一處理器、一輸入單元及一顯示器。該處理器可接收來自該感測模組所偵測之感測電壓訊號，且該處理器中內建有一類神經網路系統，該類神經網路系統可先由該感測模組檢測一標準LED光源以取得相對應的感測電壓訊號，再配合一預先輸入對應該標準LED光源之色彩標準值進行運算、學習，以建構出具有相對應參數之一類神經網路檢測模型，爾後對欲檢測LED光源進行檢測時，該處 理器接收該感測模組所偵測之感測電壓的訊號後，便可直接依據該預先建構的類神經網路檢測模型進行運算，以計算出相對應之色彩檢測值。該輸入單元連接該處理器，且可輸入該色彩標準值。該顯示器連接該處理器，可供顯示該色彩檢測值。

本發明所提供之LED光源色彩檢測儀，係可藉由該價格低廉之感測模組搭配該處理模組之類神經網路系統的運算與學習機制，找出該標準LED光源30之三刺激值與該感測模組所偵測到之感測電壓訊號兩數據間的輸入與輸出關係，然後修正兩者之間的光譜和色彩訊號誤差來與CIE1931函數匹配，以求出最佳化的類神經網路檢測模型，之後便可藉由該建構完成之類神經網路檢測模型對感測模組所偵測到之欲檢測LED光源的感測電壓的訊號進行運算，以得到其之色彩檢測值。所以，具有成本低廉、體積小及檢測速度快與精度高等之功效。尤其是，可隨時自行利用該標準LED光源30建構類神經網路檢測模型25以進行校正，所以校正上亦較為容易、簡單及方便。

10‧‧‧感測模組

11r、11g、11b‧‧‧感測元件

12‧‧‧放大電路

13‧‧‧感測電壓訊號

20‧‧‧處理模組

21‧‧‧處理器

22‧‧‧輸入單元

23‧‧‧顯示器

24‧‧‧類神經網路系統

25‧‧‧類神經網路檢測模型

30‧‧‧標準LED光源

31‧‧‧色彩標準值

32‧‧‧標準色彩照度計

33‧‧‧欲檢測LED光源

34‧‧‧色彩檢測值

第1圖係本發明之系統架構示意圖。

第2圖係本發明之校正及檢測流程示意圖。

第3圖係本發明之類神經網路檢測模型的建構流程圖。

第4圖係本發明之檢測距離示意圖。

請參閱第1、2圖所示，係顯示本發明所述之LED光源色彩檢測儀包括一感測模組10及一處理模組20。其中：

該感測模組10係包含三感測元件11r、11g、11b及三放大電路12。該三感測元件11r、11g、11b係可供分別偵測LED光源所發出的紅光、綠光及藍光之強度，並將其轉成感測電壓訊號13。該三放大電路(OPA)12係分別與該三感測元件11r、11g、11b連接，並將其之較小的感測電壓訊號13放大至適當大小然後送出。在本發明中，該三感測元件11r、11g、11b係使用HAMAMATSU日本濱松三色感測元件S6428-01、S6429-01、S6430-01(或與其相等或近似的感測元件)，其之價格係較低廉。

該處理模組20係包含一處理器21、一輸入單元22及一顯示器23，該處理器21係可接收來自該感測模組10所偵測之感測電壓訊號13，且該處理器21中內建有一類神經網路系統24，該類神經網路系統24係可先由該感測模組10檢測一標準LED光源30以取得相對應的感測電壓訊號13，再配合一預先輸入對應該標準LED光源30之色彩標準值31(如色彩三刺激值)進行運算、學習，以建構出具有相對應參數之一類神經網路檢測模型25，以取代將該感測模組10所偵測之感測電壓訊號13與該色彩標準值31轉換為非線性關係所需要的大量且複雜的函數運算，爾後對欲檢測LED光源33進行檢測時，該處理器21接收該感測模組10所偵測之感測電壓的訊號13後，便可直接依據該預先建構的類神經網路檢測模型25進行運算，以計算出相對應之色彩檢測值34(如色彩三 刺激值)。該輸入單元22係連接該處理器21，且可輸入該色彩標準值31。該顯示器23係連接該處理器21，可供顯示該色彩檢測值34。在本發明中，該輸入單元22除可以手動方式輸入該色彩標準值31外，亦可直接連接一標準色彩照度計32(如日本柯尼卡艾能達色彩照度計KNOICA MINOLTA CL-200A色彩照度計)，利用該標準色彩照度計32檢測該標準LED光源30以直接產生該色彩標準值31。該標準LED光源30及該欲檢測LED光源33係為多色混光LED陣列光源。

請再配合參閱第3圖所示，係指出本發明所述之類神經網路系統24係採用數學軟體MATLAB製作而成，而該類神經網路檢測模型25乃係利用監督式倒傳遞類神經網路(Back-Propagation Network，BP)演算法所建成，該監督式倒傳遞類神經網路演算法係以擬牛頓法(Broyden Fletcher Goldfard Shanno，BFGS法)、共軛梯度法(Fletcher Reeves Conjugate Gradient，FRCG法)、成比例的共軛梯度法(Scaled Conjugate Gradient，SCG法)與Levenberg-Marquardt法(LM法)為建立網路學習之演算法。

該利用類神經網路系統24建構該類神經網路檢測模型25的步驟係為：(1)以上述之標準LED光源30的感測電壓訊號13及色彩標準值31作為類神經網路的向量與目標參數；(2)利用擬牛頓法、共軛梯度法、成比例的共軛梯度 法與Levenberg-Marquardt法4種不同演算法進行類神經網路訓練；(3)當該類神經網路訓練可靠度<0.98時重覆第(1)步驟，當該類神經網路訓練可靠度>0.98時進行原函數逼近；(4)將逼近函數與色差比較以進行誤差分析及修正；(5)保存最佳類神經網路模組，即完成色度座標類神經網路檢測模型25之建構。

請參閱第4圖所示，係指出本發明之檢測模組10在對標準LED光源30或欲檢測LED光源33進行檢測時，為了將其視為一點光源，則量測距離需在該標準LED光源30或欲檢測LED光源33之LED混光陣列對角距離的10倍以上，並正對於該LED混光陣列中心點之位置。例如：該LED混光陣列的對角距離為8cm，則量測距離則在距光源80~120cm為最佳。

本發明所提供之LED光源色彩檢測儀，係可藉由該價格低廉之感測模組10搭配該處理模組20之類神經網路系統24的類神經網路運算與學習機制，找出該標準LED光源30之三刺激值與該感測模組10之三感測元件11r、11g、11b所偵測到之紅、綠、藍光之感測電壓訊號13兩數據間的輸入與輸出關係，然後修正兩者之間的光譜和色彩訊號誤差來與CIE1931函數匹配，以求出最佳化的類神經網路檢測模型25，之後便可藉由該建構完成之類神經網路檢測模型25對感測模組10所偵測到之欲檢測LED光源33的感測電壓的訊號13進行運算，以得到其之色彩檢測值34。所以， 具有成本低廉、體積小及檢測速度快與精度高等之功效。尤其是，可隨時自行利用該標準LED光源30建構類神經網路檢測模型25以進行校正，所以校正上亦較為容易、簡單及方便。

10‧‧‧感測模組

11r、11g、11b‧‧‧感測元件

12‧‧‧放大電路

13‧‧‧感測電壓訊號

20‧‧‧處理模組

21‧‧‧處理器

22‧‧‧輸入單元

23‧‧‧顯示器

24‧‧‧類神經網路系統

25‧‧‧類神經網路檢測模型

30‧‧‧標準LED光源

32‧‧‧標準色彩照度計

Claims (10)

1. 一種LED光源色彩檢測儀，包括：一檢測模組，係包含三感測元件及三放大電路，該三感測元件可供分別偵測LED光源所發出之紅光、綠光及藍光的強度，並將其轉成感測電壓訊號，該三放大電路分別與該三感測元件連接並將其之較小的感測電壓訊號放大至適當大小然後送出；以及一處理模組，係包含一處理器、一輸入單元及一顯示器，該處理器可接收來自該感測模組所偵測之感測電壓訊號，且該處理器中內建有一類神經網路系統，該類神經網路系統可先由該感測模組檢測一標準LED光源以取得相對應的感測電壓訊號，再配合一預先輸入對應該標準LED光源之色彩標準值進行運算、學習，以建構出具有相對應參數之一類神經網路檢測模型，爾後對欲檢測LED光源進行檢測時，該處理器接收該感測模組所偵測之感測電壓的訊號後，便可直接依據該預先建構的類神經網路檢測模型進行運算，以計算出相對應之色彩檢測值，該輸入單元連接該處理器且可輸入該色彩標準值，該顯示器連接該處理器可供顯示該色彩檢測值。
2. 如請求項1所述之LED光源色彩檢測儀，其中該三感測元件係可使用HAMAMATSU日本濱松三色感測元件S6428-01、S6429-01、S6430-01。
3. 如請求項1所述之LED光源色彩檢測儀，其中該色彩標準值及該色彩檢測值係為色彩三刺激值。
4. 如請求項3所述之LED光源色彩檢測儀，其中該色彩標準值係 可手動輸入。
5. 如請求項3所述之LED光源色彩檢測儀，其中該輸入單元係可直接連接一標準色彩照度計，利用該標準色彩照度計檢測該標準LED光源以直接產生該色彩標準值。
6. 如請求項5所述之LED光源色彩檢測儀，其中該標準色彩照度計為日本柯尼卡艾能達色彩照度計KNOICA MINOLTA CL-200A色彩照度計。
7. 如請求項1所述之LED光源色彩檢測儀，其中該標準LED光源及該欲檢測LED光源係為多色混光LED陣列光源。
8. 如請求項1所述之LED光源色彩檢測儀，其中該類神經網路檢測模型係利用監督式倒傳遞類神經網路(Back-Propagation Network，BP)演算法所建成。
9. 如請求項8所述之LED光源色彩檢測儀，其中該監督式倒傳遞類神經網路演算法係以擬牛頓法(Broyden Fletcher Goldfard Shanno，BFGS法)、共軛梯度法(Fletcher Reeves Conjugate Gradient，FRCG法)、成比例的共軛梯度法(Scaled Conjugate Gradient，SCG法)與Levenberg-Marquardt法(LM法)為建立網路學習之演算法。
10. 如請求項1所述之LED光源色彩檢測儀，其中該檢測模組在對標準LED光源或欲檢測LED光源進行檢測時，量測距離需在該標準LED光源或欲檢測LED光源之LED混光陣列對角距離的10倍以上，並正對於該LED混光陣列中心點之位置。