一種燈光影像設備系統的制作方法

本發明涉及影像電子產品領域，具體是一種智能燈光影像設備系統，燈光裝置能夠與影像設備進行通信及數據交換，同時具有可調光譜，能夠根據影像設備拍攝時的對象及所處的區域的光色進行特征識別、分析以及進行相應的燈光光色輸出的調整。

背景技術：

隨著信息化的深入發展，帶有影像功能的電子設備，如數碼相機，智能手機，數碼攝像機等等，正越來越多的被人們在日常生活中或工作中使用。眾所周知，影像設備在工作過程中，燈光的作用非常重要，特別是在光線強度非常低，光色質量非常差，顯色性很低的情況下。同時，對于一些創意型的影像工作，也需要特定的燈光來配合達到最終的目的。因此，配合影像設備工作的燈光設備(如閃光燈)的性能對影像內容的表現有著重要的作用，且相應的燈光設備的性能直接影響影像設備輸出內容的最終質量。

目前，用于配合數碼影像設備的燈光設備普遍采用氣體放電管方式來實現，可以實現很高的閃光指數和照度輸出。但同時，其也有一些缺點，諸如發光性能不易控制，驅動復雜，耗電量高，光色單一等。即使有的用LED作為光源的設備，其LED光源的光譜也比較單一，且光色調整非常困難，不能夠很靈活的調整，如圖1所示。以上這些光源裝置更不能根據影像設備所拍攝的對象進行智能化的光色調整，其中，1、2、3代表不同色溫的白光LED的光譜。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種智能燈光影像設備系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種智能燈光影像設備系統，包括影像設備和燈光設備，其特征在于，

所述影影像設備通過機械接口、有線接口或無線接口方式與燈光設備進行數據連接，影像設備包括圖像處理與分析部件；

所述燈光設備內置在影像設備中或外置于影像設備；

燈光設備包括設備中樞控制器、LED燈、可編程LED驅動電源和測光傳感器，所述測光傳感器包括判定被拍攝區域或被拍攝物體及其背景的光色特征的測光元素以及相應新紅啊的處理系統，測光傳感器將獲取的信息發送到中樞控制器，中樞控制器收到的測光信息進行分析且給出推薦使用的燈光輸出參數并發送給可編程LED驅動電源；

所述設備中樞控制器接收測光傳感器的數據，且通過可編程LED驅動電源控制LED燈。

作為本發明進一步的方案：燈光設備包括的開啟電路與開關分別連接設備中樞控制器和燈光設備的數據接口，設備中樞控制器上連分別連接有通信接口、設備電源、可編程LED驅動電源、照明燈光數據部件、傳感器接口、燈光設備的數據接口和控制界面，設備電源還連接在可編程LED驅動電源上，可編程LED驅動電源分別連接LED光源上的各路LED，所述LED光源上還連接有散熱裝置。

作為本發明進一步的方案：所述測光傳感器的測光元素為像素點構成的基本測光元素，每一個基本測光元素的內部還包括若干個子元素，若干個子元素分別對應不同波長的光敏感區域，基本測光元素感知在每個子元素所對應的顏色的強度，測光傳感器的控制系統判定在每個基本元素區域中的顏色分量以獲取光色特征，光色特征包括主色調、色坐標點、飽和度、色溫、亮度和照度。

作為本發明進一步的方案：所述LED由至少3種以上不同顏色的LED組成。

作為本發明進一步的方案：所述可編程LED驅動電源通過具有多路輸出的驅動電源來控制每種LED燈的發光能量以形成多種顏色，可編程LED驅動電源通過增加或減少每種顏色的LED的數量來改變LED發光源的整體強度或光通量，或可編程LED驅動電源通過改變驅動電源的各路輸出功率來改變每路LED的發光強度或光通量。

作為本發明進一步的方案：所示控制界面是數碼管、電子紙形式、LCD、OLED部件或不帶控制界面的控制按鍵。

作為本發明進一步的方案：所述LED由單個或多個LED芯片與硅膠和/或熒光粉封裝 而成。

作為本發明進一步的方案：所述燈光設備外置在影像設備上或放置于離影像設備一定距離內，且燈光設備與影像設備之間通過有線或無線通信方式進行協同工作。

作為本發明進一步的方案：所述LED燈前方設有為提供控制光線在空間分布的光學透鏡和/或光學透鏡配合使用的反光罩結構。

作為本發明再進一步的方案：所述燈光設備內置在影像設備中，且燈光設備與影像設備之間通過有線通信方式進行協同工作。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提出的燈光裝置可以為影像設備工作時提供多種不同的燈光環境，并能夠根據拍攝對象的背景區域進行識別，分析以及相應的光色優化；同時結構精簡，采用的多顏色混光系統省掉了傳統為影像設備工作所需要的各種濾光部件，以及解決了傳統影像設備用的燈光設備的光色單一、不易調整等缺點。

附圖說明

圖1(1)為普通氣體放電閃光燈的光譜；

圖1(2)為普通白光LED的光譜圖；

圖2(1)為本發明中設定的目標拍攝區域圖；

圖2(2)為圖2(1)中目標區域的子測光元素示意圖；

圖3為目標拍攝區域示例風景圖；

圖4為目標拍攝區域示例風景中任意一點的示意圖；

圖5為本發明中外置燈光設備的結構框圖；

圖6(1)為三種不同顏色的LED的光譜圖；

圖6(2)三種LED光譜在CIE色度圖上的色坐標圖；

圖7多種不同光譜的LED的色坐標在CIE色度圖上的位置以及由其構成的多邊形色度范圍圖；

圖7(1)為四種LED構成的四邊形示意圖；

圖7(2)為多種LED構成的多邊形圖；

圖8為不同類型的LED封裝形式結構圖，其中，(1)為單顏色芯片加硅膠封裝形式結構圖；(2)為單顏色芯片加熒光粉和硅膠封裝形式結構圖；(3)為多顏色芯片覆蓋透明硅膠形式結構圖；(4)為多顏色芯片加硅膠透鏡形式結構圖；(5)為多芯片加熒光粉的COB封裝形式結構圖；

圖9為本發明實施例中燈光設備外置于影像系統的示意圖；

圖10為本發明實施例中燈光設備外置于手機的示意圖；

圖11為本發明中內置燈光設備的結構框圖；

圖12為本發明實施例中燈光設備內置于影像設備的整體結構示意圖；

圖13為本發明實施例中燈光設備內置于手機的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

智能燈光裝置中帶有測光傳感器，測光傳感器是具有一定分辨率的圖像傳感器，如CMOS或CCD，或者其它類似的能夠對外部光進行探測并做出響應的器件。在測光傳感器內部，是由許多小的像素點構成的基本測光元素，每一個基本測光元素中，內部還有若干個子元素，一般的數量為三種或者四種，或者更多種，分別對應不同波長的光敏感區域，從而每個基本測光元素可以感知在其中每個子元素所對應的顏色的強度，最終能夠判定在每個基本元素區域中，那種顏色分量會有多少，從而判斷每個基本元素的光色特征，光色特征包括但不限于主色調、色坐標點、飽和度、色溫、顯色指數、照度、亮度等。

如圖2所示，對于目標區域a-1來說，每個區域會反映到測光傳感器芯片上的對應區域；如圖2(2)所示，在每個對應區域內部，是由很多子測光元素來對每種光色進行識別和測量，本發明中所用的測光傳感器的子元素是由3種顏色組成的，分別對應紅(R)、綠 (G)和藍(B)的部分，這樣在每個區域內，例如a區域，在測光傳感器上，對應有3組RGB測光傳感區域，共9個RGB子像素，通過一定的加權算法，就可以知道在區域a中紅、綠、藍的光色的強度以及整個a區域的主色調及其飽和度、亮度、照度以及白光的色溫等光色特征。

以此類推，整個a-1區域，對應在測光傳感器整個區域內，根據每個區域的不同光色特征，就可以判定在a-1區域內，各局部以及整體區域的光色特征、主色調等信息；將此信息顯示在控制界面上，控制界面可以是顯示形式或按鍵形式，用戶就可以根據自己的拍攝對象在區域所處的位置，拍攝對象局部對應的區域的特征，來選擇燈光裝置的輸出特征，輸出特征的算法可以有各種形式，如加強此區域的光色、減弱此區域的光色等方式。

如圖3所示，目標拍攝區域內的風景，對應在測光傳感器的各基本元素內，在每個元素內的子元素可以判斷每個區域的光色特征，如主色調、飽和度、亮度等，通過這些信息，用戶可以選定一個或多個區域內拍攝對象的特征來分析所選區域的光色特征，然后在確定對該拍攝對象需要采用什么樣的燈光，然后控制燈光裝置的控制部分來讓燈光裝置輸出所想要的光色以此來達到對拍攝對象的更加生動、形象以及創意性的拍攝。

當然，所選區域可以根據用戶的需要來任意的選取，不一定是按照以上矩形的區域來選擇，也可以選擇整個區域內任意的一點，或者任意的一個其它形狀的區域，如圖4所示，可以選定一點a作為分析對象，也可以選擇不規則的區域b作為分析對象，系統程序會根據用戶選定的區域，對區域內的光色進行識別和分析，然后給出用戶選定區域內的環境光色特征、用戶選定的拍攝模式等，給出推薦使用的燈光輸出參數，把這些參數賦予給燈光裝置的控制系統，最終在用戶對目標區域進行拍攝時，燈光裝置將按照設定的參數進行光色輸出，讓用戶在拍攝過程中有更加專業且智能化的燈光環境。

整個燈光裝置中，除了測光傳感器，為了能夠達到上述目的，還需要有其它多個裝置，如果燈光裝置是外置于影像設備的，如外置閃光燈，系統結構如圖5所示。

燈光設備100包括設備中樞控制器160、LED燈(30-230n))、可編程LED驅動電源200和測光傳感器170，所述測光傳感170器包括判定被拍攝區域或被拍攝物體及其背景 的光色特征的測光元素以及相應新紅啊的處理系統，測光傳感器將獲取的信息發送到中樞控制器160，中樞控制器160收到的測光信息進行分析且給出推薦使用的燈光輸出參數并發送給可編程LED驅動電源200；

所述設備中樞控制器160接收測光傳感器170的數據，且通過可編程LED驅動電源控制LED燈。

所述燈光設備100具有自己的機械結構110，并且燈光設備100通過相應的機械接口120與影像設備300的機械接口310實現機械固定和連接，當然，在使用的過程中，燈光設備100可以和影像設備300之間在沒有機械連接的情況下就進行工作；燈光設備100通過自己的數據接口130與影像設備300相應的數據接口320進行數據交換和控制信號傳輸，燈光設備100具有自己的開啟電路與開關140以負責執行設備中樞控制器160或控制數據接口130的信號，整個燈光設備100的控制和數據處理由設備中樞控制器160來執行，與設備中樞控制器160直接相連的有負責通信的通信接口150，通信方式可以是有線形式的，也可以是無線形式的，如WIFI、藍牙、紅外、無線電等；另外，在設備中樞控制器160上，通過傳感器接口170可以接入各種傳感器，如溫度傳感器數據、光電傳感器數據等；設備中樞控制器160負責接收并處理來自通信接口150、傳感器接口170以及影像設備數據接口130的數據，并執行相應的運算和命令，并將相應的光源執行狀態發送給可編程LED驅動電源200，可編程LED驅動電源200將收到的數據轉換成可執行信息變成驅動電源的輸出參數，并將相應的參數分配到多顏色LED光源230上的各路(各顏色)LED上(從230-1到230-n)，這樣，多顏色LED光源230將發出相應的光并在光源腔進行混合，混合光經過光學控制裝置240將調整光線在空間的光分布，達到用戶需要的光型并輸出到影像設備工作所需要的地點來配合影像設備工作。由于LED光源工作時會發出一定的熱量，在LED光源上需匹配相應的散熱裝置220，及時的將產生的熱量散發出去來保證設備的可靠性和穩定性，以及產品壽命。

與中樞控制器相連的控制界面180可以將用戶需要的數據或信息顯示在相應的界面上，相應的界面可以是數碼管、電子紙形式、LCD、OLED等形式的顯示部件，或是按鍵 方式的控制部件。

為了提高燈光設備100的靈活性，用戶也可以根據自己特定的需要來定義相應的燈光數據，然后將相應的數據輸入到照明燈光數據部件210上，數據可以是燈光數據的各種格式，如光譜、色溫、顏色、顯色性等，照明燈光數據部件210將收到的數據發送給設備中樞控制器160進行解讀，然后設備中樞控制器160將收到的數據解讀編譯后，轉換成可工作的參數，并發送給燈光設備中各需要的部分，如可編程LED驅動電源200，讓多顏色LED光源230能夠發出用戶想要的混合光。

在該系統中，供影像設備使用的燈光設備100在工作中所需要的能源由設備自帶的設備電源190來提供，設備電源可以是電池形式，也可以是其它類型的儲能部件，如電容或直接與市電相連并轉換成設備需要的電源形式等。設備電源190不但可以給驅動電源提供電能以使得LED光源發光，而且中樞控制器160所需要的電能也是由設備電源190提供。

另外，在影像設備300中，除了與燈光設備直接相連的機械接口310和數據接口320外，影像設備還有包括圖像分析處理部件及程序的330，圖像傳感器340，以及其它部件350來實現其功能，由于不涉及本發明的范圍，對于其詳細的結構，這里不再詳細的描述。

本發明的LED發光源由至少3種或3種以上不同顏色的LED組成，每種顏色的LED的有其特定的光譜，如圖6所示，進而其光譜通過轉換可以計算出其相應的色點(即色坐標x，y)，此色點對應在標準的CIE(Commission Intemationale de L′Eclairage)色度圖上的一個色坐標點，這樣三種不同顏色的LED所對應的色坐標點在CIE色度圖上可以構成一個三角形，或者在特殊的情況下三點位于同一直線上，如圖4所示，通過具有多路輸出的驅動電源來控制每種LED的發光能量，進而可以混合出三角形之內或邊上的任何顏色，其色坐標都可以落在三角形之內或邊上的任何一點，并且LED發光源的整體強度或光通量可以通過增加或減少每種顏色的LED的數量來改變，也可以通過在一定范圍內改變驅動電源的各路輸出功率來改變每路LED的發光強度或光通量，最終來改變整個LED光源的發光強度或光通量。

圖6(1)為三種不同顏色的LED的光譜圖，其光譜的峰值在不同的波長范圍內，圖 中4、5、6分別為三種不同LED的光譜。

圖6(2)三種LED光譜在CIE色度圖上的色坐標，其中，A為LED光譜4的色坐標點，B為LED光譜5的色坐標點，C為LED光譜6的色坐標點。

另外，本發明中的LED光源不限于僅用3中顏色的LED，也可以使用四種或四種以上的LED顏色類型同時進行混合，并輸出最終混合出的混合光，如圖6所示，多于三種顏色類型的LED分別落在CIE色度圖的不同位置，其構成一個有一定面積的多邊形，經過LED驅動電源對每路進行分別的控制后，整個輪廓內的任何色點都可以或部分的實現，這樣由多種顏色的LED混合后的光源的光譜將能夠通過改變每一路LED的驅動參數來改變混合光的光譜。

圖7為多種不同光譜的LED的色坐標在CIE色度圖上的位置以及由其構成的多邊形色度范圍。其中，(1)為四種LED構成的四邊形，其中X1點可以由四種LED經過不同比例的混合得到，進而光源可以發出色坐標在X1位置的光；(2)為多種LED構成的多邊形，其中Xm點可以由多種LED經過不同比例的混合得到，進而光源可以發出色坐標在Xm位置的光。

燈光設備中的LED封裝形式可以選擇不同顏色的單顆芯片(芯片形式可以是直接由半導體材料在真空沉積而成；或先由半導體材料制成的短波長發光芯片，然后在其上覆蓋熒光粉后將顏色轉換成目標色)，然后將不同顏色的LED芯片進行組裝形成模組；也可以使用由不同顏色的LED芯片組成的集成芯片，這樣的集成可以保證尺寸緊湊、安裝方便等特點；另外，所使用的LED芯片也可以是COB(CHIP-ON-BOARD)形式的芯片，不同顏色的LED芯片放置于同一基板上，然后在上面覆蓋相同的或不同的熒光粉以及硅膠來實現特定顏色的發光，具體形式如圖8所示。

在LED光源中，為了使燈光設備的亮度等級或光通量等級能夠達到一定的水平，每種顏色的LED的數量可以靈活變化，可以通過使用多顆來達到目標要求，或者按照一定的比例來決定所使用的LED的顆數。

通常來說，LED光源工作時，會產生大量的熱，為了提高LED光源的性能、可靠性 以及壽命，需要將產生的熱及時的通過散熱裝置散發出去，與LED發光源的光源板緊密相連的是散熱裝置，散熱材料可以是鋁散熱器、導熱塑料或其它類型的散熱材料，且材料的機械結構能夠保證熱很好的傳導、對流，如通常設計成散熱麒片結構。

另外，因為影像設備工作時都是對特定對象的拍攝或錄制，有很強的方向性，這就對光有特定的要求，需要與其協同工作的閃光燈能夠與鏡頭的方向進行匹配，這樣的匹配包括但不僅限于與其平行，與其反向、垂直等，更需要閃光燈輸出的光形，即配光(光線在空間的分布)，與鏡頭有一定的相關性，最終保證影像設備能夠在特定的燈光環境下拍攝出理想的作品。因此，本發明中LED光源的前方有為提供控制光線在空間分布的光學透鏡，緊挨光源板處有反光罩結構，這樣光學透鏡與反光罩配合作用，可以保證LED光源發出的光經過反光罩和透鏡進行作用，如反射、折射等光學作用，從閃光燈發出的光線能夠滿足在目標空間中對光線分布的要求，最終保證影像設備可以獲得理想的燈光條件。當然，也可以使用光學透鏡或反光罩二者中的一種來達到對光線的合理控制。另外，除光學透鏡或反光罩這兩種常用的方式外，也可以通過其它光學控制方式達到對光線的合理控制來滿足影像設備的工作需要。

這樣，當給各路LED提供不同的電參數后，如電流、電壓，頻率、幅值等參數后，不同顏色的LED發光后，經過在反光罩與透鏡中進行混合后，整個LED光源將發出一種特定的混合光，其具有其特定的光參數，如光譜、光通量、亮度、色溫、顏色、顯色指數等。

發明中的可編程LED驅動電源負責為LED光源提供電力特性控制，通常來說，影像設備的燈光設備電源來自電池，LED驅動電路通過將設備電源的電能進行轉換，輸出LED光源需要的電壓、電流以及功率等要求，同時，LED驅動滿足影像設備對光的強度和顏色進行調節的要求，即，其輸出電壓、電流、功率、響應時間、響應頻率、脈沖強度和頻率等都需要滿足影像設備對多顏色LED光源的要求，且這些參數還能夠與相機想匹配，來達到理想條件下的閃光。為此LED燈光裝置提供電力的電源可以有多種形式，如傳統的堿性或鎳氫電池，也可以是可充電的鋰電池或其它形式的電源裝置，電池組與LED驅動電源的 輸入端相連來協同工作。

可編程LED驅動電源的輸出參數直接決定了LED發光源輸出的光特性，包括但不限于光強、光通量、顯色性、色溫、顏色、光譜、色坐標等具體參數，這些參數的改變可以是通過改變每一路LED的輸入電流值來改變，也可以是對調光電路的PWM數值(包括頻率、占空比、幅值)的改變，或者是其它類似的驅動電路的參數的控制。所有這些控制都是由中央控制電路系統來完成的，在控制電路中，包括核心的中央控制器MCU、數據交換電路、控制參數分配電路、傳感器接口電路、無線接口電路以及光輸出模式選擇部件。控制系統的界面形式可以是按鈕式的，也可以是觸摸屏式的，或者是遙控器性質的，或者是由傳感器來控制的自動控制形式的。

如圖9所示，此多顏色LED燈光裝置，如閃光燈需與影像設備，如數碼相機、手機、或攝像機進行協同工作，因此，發明中的LED外置燈光裝置需與影像設備的觸發裝置及接口連接裝置協同工作，遵循相應的技術標準與物理接口尺寸，如數碼相機的熱靴接口，能夠保證影像設備在工作時，本發明的外置LED閃光燈裝置可以自動觸發并工作，為影像設備提供燈光環境。因此，本發明裝置中的自動開啟電路以及物理連接端口負責此部分的功能。當然，在使用的過程中，燈光設備可以和影像設備之間在沒有機械連接的情況下就進行協同工作，具體形式根據使用的影像設備的類型有一定的調整。

以上各個部分及部件通過此外置燈光設備的機械結構組裝在一起，如圖10所示，其形式可以多種多樣，且LED光源部分的機械結構可靈活調整，如一定的角度調整、上下旋轉等機械連接與調整，以保證與影像設備更加協同的工作。

另外，也可以通過無線模塊來協同，保證影像設備與此燈光裝置進行連接和協同工作。同時，由于外置的閃光燈光設備具有無線模塊，多個設備之間可以進行通信以及協同工作，能夠在影像設備工作時，通過多個設備的聯動創造出用戶需要的燈光環境，且由于無線模塊的存在，外置的燈光設備可以和影像設備分離，通過無線通信也能夠協同工作和觸發。

如圖9所示，為帶有本發明的外置燈光設備的數碼相機，系統中，通過數碼相機的熱靴接口，連接本發明的LED外置燈光設備，通過熱靴接口，外置燈光設備與數碼相機在工 作時進行聯動，用戶可以調節燈光設備的模式或光特性，同時通過熱靴接口，此燈光設備可以與相機進行數據交換，從而根據用戶設定，完成與數碼相機的聯動，為數碼相機提供更加豐富的光環境。當然，在使用的過程中，燈光設備也可以不與數碼相機的熱靴接口進行機械相連，相應的數據交互可以通過無線的方式來進行，如WIFI、藍牙、紅外等通信方式。

本發明的LED燈光設備也可以用作手機的外置燈光設備，為帶有影像功能的手機提供多種光環境，以讓手機可以在不同的光環境下獲取特定的圖像或視頻內容。在手機進行影像操作時，此外置的燈光設備可以通過設備上的開關鍵直接打開，或者是通過感應自動打開，與手機上的影像設備進行相應的模式和參數進行交互及控制，以輸出相應的燈光。同時，此外置燈光設備可以通過通信接口和手機的影像功能聯動，具體的接口可以通過手機上具備的各種類型有線和無線接口進行通信和聯動，如直接通過耳機孔通信和數據交換，或者通過無線方式進行通信、聯動以及數據交換，例如通過WIFI或藍牙的方式進行通信，或者蜂窩網絡，如3G、4G等通信模式進行數據交換。

在固定方式上，由于手機沒有特定的熱靴接口，可以給外置燈光設備安裝相應的卡口，通過卡口，將外置燈光設備固定在手機機身上，如圖10所示，另外，也可以將此外置燈光設備安裝在手機的耳機孔、充電孔或者數據交換孔等方式進行固定和連接。在使用的過程中，此外置燈光設備也可以不與手機進行機械相連與固定，相應的數據交互可以通過無線的方式來進行，如WIFI、藍牙、紅外等通信方式，然后燈光設備在手機影像功能工作時輸出相應的燈光環境。

本發明的另外的實施例是此發明的燈光設備可以內置于影像設備中，當帶有側光傳感器的燈光裝置內置于影像設備時，其整個工作原理如圖11的原理圖所示，該影像設備通過機械接口、有線接口或無線接口方式與燈光設備進行數據連接，影像設備包括圖像處理與分析部件；所述燈光設備內置在影像設備中。如圖12所示的內置燈光設備200攝像機100，其工作的原理如圖11，其包括影像設備300以及燈光設備200。如圖13所示的內置燈光設備300的手機100，其工作原理如圖11，手機100包括影像設備200以及燈光設備300。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。