RGB+WW 스튜디오 LED조명의 색제어 알고리즘 및 구현
- Abstract
- In this study, the technical characteristics of illumination, color rendering, color temperature, color space and dimming curve(illumination) required in studio LED lighting system are investigated, and problems of conventional color temperature calculation method are analyzed and a new color control algorithm was designed to realize the optimal color mixing technique.
New color rendering and color temperature control algorithms have been developed to develop high quality multi-LED packages and to maintain spectral stability due to color control of multi-LED packages.
In order to test the performance of the implemented studio LED lighting system, experiments were conducted to measure and evaluate the spectrum according to the color temperature control algorithm.
Particularly, in order to solve the problem of CRI, which is a conventional method of measuring the color rendering property, the color rendering property was evaluated using the newly developed TM-30-15 measurement method.
In order to maintain the color mixing uniformity (Cool White+Red+ Green) and (Warm White+Blue+Green) two types of 3in1 LED packages were developed. The MCU part and the lighting parameters that enable PWM dimming of 5-channel LED packages(Red, Green, Blue, Cool White, and Warm White) And a LED lighting device equipped with a wired / wireless communication unit capable of externally controlling the LED lighting device.
In the newly proposed color control algorithm, the correlation color temperature(CCT) on the Planckian locus, the Duv calculation and the color control method based on the actual conversion formula are applied to realize mixing and uniformity of white light.
In particular, the combination of the new 3in1 (Cool White+Red+Green) LED package and the 3in1(Warm White+Blue+Green) LED package are used to achieve color rendering (CRI) Ra=80 more and light efficiency=80lm/W more was confirmed.
It is confirmed that CCT can be controlled nonlinearly when the error value of CCT and Duv controlled by quantitative and nonlinearly controlled color control algorithm is controlled by the new color temperature mixing color conversion formula and compared with the set target value. In addition, the validity of the new color temperature control algorithm is verified by confirming through experiments that Duv can be controlled to a value of ± 0.004 when the PWM duty ratio is controlled in units of 10% level.
- Issued Date
- 2018
- Awarded Date
- 2018.2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 LED공학협동과정
- Advisor
- 유영문
- Table Of Contents
- 제 1 장 서 론 1
제 2 장 색 좌표(Color Coordinates) 이론 7
2.1 색 좌표 개요 7
2.1.1 색 공간(Color space)의 이해 7
2.1.2 CIE 색 공간 및 CIE 1931, CIE 1976 색도 다이어그램 9
2.1.2.1 CIE XYZ 및 CIE RGB 색 공간 9
2.1.2.2 CIE 1931 색 공간 14
2.1.2.3 CIE LUV 19
2.1.2.4 CIE LAB 22
2.1.3 자주 쓰이는 색 공간 모델 24
2.1.3.1 RGB 색 공간 모델 24
2.1.3.2 HSB (or HSV) 색 공간 모델 25
2.1.3.3 HSL 색 공간 모델 27
2.1.3.4 HCL 색 공간 모델 28
2.1.3.5 CMYK 색 공간 모델 29
2.1.3.6 YUV 색 공간 모델 29
2.1.4 색 공간 변환 31
2.1.4.1 XYZ to RGB 변환과 RGB to XYZ 변환 31
2.1.4.2 RGB to HSV(Hue Saturation Value) 변환 32
2.1.4.3 RGB to HSI(Hue Saturation Intensity) 변환 34
2.1.4.4 HSI(Hue Saturation Intensity) to RGB 변환 35
제 3 장 색온도 제어 알고리즘 36
3.1 색온도 개요 36
3.1.1 MacAdam 타원(Macadam Ellipses) 40
3.1.1.1 MacaAdam Ellipses의 대안 42
3.1.2 Bining 45
3.2 연색성 개요 및 평가 방법 47
3.2.1 연색성(CRI) 47
3.2.2 TM-30-15 49
3.3 색온도 제어 알고리즘 모델에 대한 선행연구 53
3.3.1 RGB 색온도 제어 모델 56
3.3.2 WW(Warm White + Cool White) 색온도 제어 모델 56
3.3.3 RGBW(RGB + White) 색온도 제어 모델 58
3.4 새로운 색온도 제어 알고리즘 개발의 필요성 65
3.4.1 스튜디오 LED조명에서의 요구사항 65
3.4.2 상관색온도(CCT) & Duv의 이용 66
3.4.2.1 상관색온도(CCT) 및 Duv의 정의 67
3.4.2.2 상관색온도(CCT)와 Duv 차트 68
3.4.2.3 (CCT, Duv)에서 (x, y)로 변환하는 방법 69
3.4.2.4 (x, y) 또는 (u', v')에서 Duv로의 간단한 계산식 70
3.4.2.5 (x, y) 또는 (u', v')에서 (CCT, Duv)로의 간단한 계산식 71
제 4 장 스튜디오 LED조명 패키지 78
4.1 LED패키지 설계 및 제작 78
4.1.1 새로운 LED패키지의 특징 78
4.1.2 LED패키지의 Configuration 84
4.1.2.1 3in1(Cool White+Red+Green) LED패키지의 Configuration 84
4.1.2.2 3in1(Warm White+Blue+Green) LED패키지의 Configuration 85
4.1.3 LED패키지의 전기적 특성 86
4.1.3.1 3in1(Cool White+Red+Green) LED패키지의 I-V 특성 86
4.1.3.2 3in1(Warm White+Blue+Green) LED패키지의 I-V 특성 87
4.1.3.3 LED패키지의 전류변화에 따른 광속 변화 87
4.1.4 LED패키지의 광학적 특성 89
4.1.4.1 3in1(Cool White+Red+Green) LED패키지 스펙트럼 89
4.1.4.2 3in1(Warm White+Blue+Green) LED패키지 스펙트럼 91
4.1.4.3 전류 변화에 따른 LED 패키지의 분광분포 93
제 5 장 소프트웨어 구성 94
5.1 새로운 색온도 제어 알고리즘 개발 94
5.1.1 새로운 색온도 제어 알고리즘 개요 94
제 6 장 하드웨어 구성 99
6.1 RGB+WW 스튜디오 LED조명 플랫폼 99
6.2 LDM(LED Display Module)의 구성 및 설계 101
6.2.1 LDM 구성도 101
6.2.2 LED모듈 설계 102
6.2.3 PCB 설계 및 제작 104
6.3 전원회로 및 Battery 회로 107
6.3.1 SMPS(AC/DC 컨버터) 108
6.3.2 Battery 전원 110
6.4 LED Driver 및 Dimming(Digital PWM)회로 111
6.4.1 Boost Converter 112
6.4.2 Buck PWM Driver 114
6.4.3 PCB 설계 및 제작 118
6.4.4 시뮬레이션 및 LDM 동작 파형 실험 119
6.5 마이크로 프로세서 및 디지털 제어 회로 120
6.5.1 마이크로 프로세서 유닛(MCU) 120
6.5.2 디지털 제어 회로 123
6.5.2.1 주제어 회로 124
6.5.2.2 전원 회로 125
6.5.2.3 통신 및 커넥터 회로 126
6.5.2.4 디스플레이 및 입력 회로 127
6.6 통신 제어 시스템 128
6.6.1 유선통신 제어시스템 128
6.6.1.1 DMX512 통신 128
6.7 LED조명 기구 외함 130
6.7.1 기구 설계 및 제작 130
6.7.2 RGB+WW Studio LED 조명 작동 133
제 7 장 실험 및 실험 결과 분석 134
7.1 연색성(CRI)과 TM-30-15 측정 및 평가 134
7.1.1 연색성(CRI) 측정 및 평가 134
7.1.1.1 Cool White LED모듈 134
7.1.1.2 Warm White LED모듈 136
7.1.2 TM-30-15 측정 및 평가 137
7.1.2.1 Cool White LED모듈 137
7.1.2.2 Warm White LED모듈 140
7.2 상관색온도(CCT) 및 Duv 측정 및 평가 143
7.2.1 Cool White LED모듈 143
7.2.2 Warm White LED모듈 145
7.3 색온도 제어 알고리즘에 의한 성능 실험 147
7.3.1 색온도 제어에 따른 전체 LED모듈의 특성 측정 147
7.3.2 색온도 제어에 따른 전체 LED모듈의 CCT,Duv 측정 152
7.3.3 PWM 디밍 제어에 따른 LED모듈별 파형 측정(CCT 5000K) 160
7.4 배광 특성 측정 161
제 8 장 결 론 162
참 고 문 헌
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