[국내논문]시변 변환 행렬을 이용한 시간에 안정된 RGB LED Backlighting 구동 전류 제어 Driving Current Control for Time-Stable RGB LED Backlighting Using Time-Varying Transform Matrix원문보기
본 논문에서는 red, green, blue(RGB) 광학 센서를 이용하여 RGB light-emitting diode(LED) back lightunit(BLU)의 출력색 자극의 변화를 점검하여 RGB LED BLU가 시간에 따라 일정한 목표 색 자극을 출력할 수 있도록 하는 RGB LED BLU 구동 전류 펄스 duty 값을 도출하는 알고리즘을 제안한다. 우선, 현재 RGB LED BLU가 발하는 색 자극 정보를 획득하기 위해 RGB 광학 센서의 출력으로부터 CIEXYZ 색 자극을 계산할 수 있는 RGB to XYZ 변환 행렬을 도출한다. 다양한 RGB LED BLU 색 자극 샘플에 대한 RGB 광학 센서의 출력 값과 CIEXYZ 색 자극 값의 쌍을 이용하여 다항 회귀 방정식을 만들고 각 항의 계수로 행렬을 구성한다. 다음으로, 현재 RGB LED BLU 상태에서 목표 색 자극 값을 발할 수 있는 duty 값을 구하기 위해 목표 색 자극으로부터 duty 값을 계산할 수 있는 XYZ to Duty 변환 행렬을 도출한다. 현재, 한 단계 이전, 두 단계 이전 시점에서 RGB 광학 센서의 출력으로부터 추정한 CIEXYZ 값과 그때 인가된 duty 값의 쌍을 이용하여 다항 회귀 방정식을 만들고 각 항의 계수로 행렬을 구성한다. 일정 시간 간격으로 RGB LED BLU의 출력 색 자극을 점검할 때마다 XYZ to Duty 변환 행렬은 RGB LED BLU의 현재 상태에 적응적으로 변하게 되어 목표 색 자극을 출력할 수 있는 duty 값을 계산할 수 있게 된다.
본 논문에서는 red, green, blue(RGB) 광학 센서를 이용하여 RGB light-emitting diode(LED) back light unit(BLU)의 출력색 자극의 변화를 점검하여 RGB LED BLU가 시간에 따라 일정한 목표 색 자극을 출력할 수 있도록 하는 RGB LED BLU 구동 전류 펄스 duty 값을 도출하는 알고리즘을 제안한다. 우선, 현재 RGB LED BLU가 발하는 색 자극 정보를 획득하기 위해 RGB 광학 센서의 출력으로부터 CIEXYZ 색 자극을 계산할 수 있는 RGB to XYZ 변환 행렬을 도출한다. 다양한 RGB LED BLU 색 자극 샘플에 대한 RGB 광학 센서의 출력 값과 CIEXYZ 색 자극 값의 쌍을 이용하여 다항 회귀 방정식을 만들고 각 항의 계수로 행렬을 구성한다. 다음으로, 현재 RGB LED BLU 상태에서 목표 색 자극 값을 발할 수 있는 duty 값을 구하기 위해 목표 색 자극으로부터 duty 값을 계산할 수 있는 XYZ to Duty 변환 행렬을 도출한다. 현재, 한 단계 이전, 두 단계 이전 시점에서 RGB 광학 센서의 출력으로부터 추정한 CIEXYZ 값과 그때 인가된 duty 값의 쌍을 이용하여 다항 회귀 방정식을 만들고 각 항의 계수로 행렬을 구성한다. 일정 시간 간격으로 RGB LED BLU의 출력 색 자극을 점검할 때마다 XYZ to Duty 변환 행렬은 RGB LED BLU의 현재 상태에 적응적으로 변하게 되어 목표 색 자극을 출력할 수 있는 duty 값을 계산할 수 있게 된다.
This paper proposes a driving current control method for a back light unit (BLU), consisting of red, green, and blue (RGB) light-emitting diodes (LEDs), whereby an RGB optical sensor is used to check the output color stimulus variation to enable a time-stable color stimulus for light emission by the...
This paper proposes a driving current control method for a back light unit (BLU), consisting of red, green, and blue (RGB) light-emitting diodes (LEDs), whereby an RGB optical sensor is used to check the output color stimulus variation to enable a time-stable color stimulus for light emission by the RGB LED BLU. First, to obtain the present color stimulus information of the RGB LED BLU, an RGB to XYZ transform matrix is derived to enable CIEXYZ values to be calculated for the RGB LED BLU from the output values of an RGB optical sensor. The elements of the RGB to XYZ transform matrix are polynomial coefficients resulting from a polynomial regression. Next, to obtain the proper duty control values for the current supplied to the RGB LEDs, an XYZ to Duty transform matrix is derived to calculate the duty control values for the RGB LEDs from the target CIEXYZ values. The data used to derive the XYZ to Duty transform matrix are the CIEXYZ values for the RGB LED BLU estimated from the output values of the RGB optical sensor and corresponding duty control values applied to the RGB LEDs for the present, first preceding, and second preceding sequential check points. With every fixed-interval check of the color stimulus of the RGB LED BLU, the XYZ to Duty transform matrix changes adaptively according to the present lighting condition of the RGB LED BLU, thereby allowing the RGB LED BLU to emit the target color stimulus in a time-stable format regardless of changes in the lighting condition of the RGB LEDs.
This paper proposes a driving current control method for a back light unit (BLU), consisting of red, green, and blue (RGB) light-emitting diodes (LEDs), whereby an RGB optical sensor is used to check the output color stimulus variation to enable a time-stable color stimulus for light emission by the RGB LED BLU. First, to obtain the present color stimulus information of the RGB LED BLU, an RGB to XYZ transform matrix is derived to enable CIEXYZ values to be calculated for the RGB LED BLU from the output values of an RGB optical sensor. The elements of the RGB to XYZ transform matrix are polynomial coefficients resulting from a polynomial regression. Next, to obtain the proper duty control values for the current supplied to the RGB LEDs, an XYZ to Duty transform matrix is derived to calculate the duty control values for the RGB LEDs from the target CIEXYZ values. The data used to derive the XYZ to Duty transform matrix are the CIEXYZ values for the RGB LED BLU estimated from the output values of the RGB optical sensor and corresponding duty control values applied to the RGB LEDs for the present, first preceding, and second preceding sequential check points. With every fixed-interval check of the color stimulus of the RGB LED BLU, the XYZ to Duty transform matrix changes adaptively according to the present lighting condition of the RGB LED BLU, thereby allowing the RGB LED BLU to emit the target color stimulus in a time-stable format regardless of changes in the lighting condition of the RGB LEDs.
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문제 정의
RGB LED BLU가 내는 출력 색 자극이 시간이 흐름에 따라 어떻게 변하는지 실험을 통해 조사해 보았다. 우선 RGB LED BLU의 duty 제어 값을 W95를 기준으로 R=2800, G=2000, B=3200으로 고정해 두고 10분 간격으로 RGB LED BLU의 출력 색 자극의 CIEXYZ 값과 분광 전력 분포를 분광방사휘도계(Minolta CS-1000) 로 측정하였다.
El 이러한 특성을 보상하기 위해 역시 led backlight의 상태에 적응적인 제어 시스템이 및 알고리즘이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 위와 같은 LED backlight의 특성을 고려하여 RGB LED backlight unit (BLU)의 휘도 및 색도를 일정하게 유지시키기 위한 시스템의 제어 알고리즘을 제안하였다.
본 논문에서는 RGB LED BLU의 휘도 및 색도를 일정하게 유지시키기 위한 duty 제어 값을 획득하는 알고리즘을 제안하였다. RGB LED BLU의 휘도 및 색도를 일정하게 유지시키기 위한 duty 제어 값을 획득하기 위해 우선 RGB 광학 센서의 출력 값으로부터 CIEXYZ 색 자극을 주정하는 센서 특성화 작업을 수행하였다.
여기에서 현재 RGB LED BLU의 상태를 점검하는 작업은 RGB 광학 센서 출력 값을 획득하여 센서 특성화 과정을 거쳐 현재 RGB LED BLU가 발하는 CIEXYZ 값을 추정하는 과정을 통해 이루어진다. 본 논문에서는 현재 RGB LED BLU 상태를 점검하고 그에 따른 XYZ to Duty 변환 행렬을 갱신시키기 위해서 다음과 같은 XYZ to Duty 변환 행렬을 제안한다.
제안 방법
RGB LED BLU의 현재 상태를 파악하기 위해 RGB LED BLU 표면에 부착된 RGB 광학 센서로부터 센서 출력 값을 획득하고 이를 이용하여 현재 RGB LED BLU가 발하는 빛의 CIEXYZ 값을 추정하는 RGB 광학 센서의 특성화 과정을 수행한다.
제안하였다. RGB LED BLU의 휘도 및 색도를 일정하게 유지시키기 위한 duty 제어 값을 획득하기 위해 우선 RGB 광학 센서의 출력 값으로부터 CIEXYZ 색 자극을 주정하는 센서 특성화 작업을 수행하였다. 센서 특성화 과정을 통해 3x4 RGB to XYZ 선형 변환 행렬을 획득할 수 있었다.
우선 현재 RGB LED BLU의 발광 상태를 점검하기 위하여 현재 RGB 광학 센서의 출력 값을 획득한다. RGB 광학 센서로부터 얻은 출력 값을 기반으로, RGB to XYZ 변환 행렬을 이용하여 현재 RGB LED BLU에서 발하는 CEXYZ 값을 추정한다. 다음으로, 추정된 CIEXYZ 값과 현재 duty 제어 값을 이용하여 XYZ to Duty 변환 행렬을 현재 RGB LED BLU 상태가 고려되도록 갱신한다.
다음으로, 추정된 CIEXYZ 값과 현재 duty 제어 값을 이용하여 XYZ to Duty 변환 행렬을 현재 RGB LED BLU 상태가 고려되도록 갱신한다. 갱신된 XIZ to Duty 변환 행렬과 RGB LED BLU의 목표 CIEXYZ 색 자극 값을 이용하여 목표 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 RGB LED의 duty 입력 값을 계산한다. 이 값을 RGB LED BLU에 인가하여 목표 CIEXYZ 색 자극을 RGB LED BLU가 발할 수 있도록 하고, 다시 현재 RGB LED BLU의 발광 상태를 점검하기 위해 현재 RGB 광학 센서의 출력값을 획득하는 과정을 반복한다.
RGB 광학 센서로부터 얻은 출력 값을 기반으로, RGB to XYZ 변환 행렬을 이용하여 현재 RGB LED BLU에서 발하는 CEXYZ 값을 추정한다. 다음으로, 추정된 CIEXYZ 값과 현재 duty 제어 값을 이용하여 XYZ to Duty 변환 행렬을 현재 RGB LED BLU 상태가 고려되도록 갱신한다. 갱신된 XIZ to Duty 변환 행렬과 RGB LED BLU의 목표 CIEXYZ 색 자극 값을 이용하여 목표 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 RGB LED의 duty 입력 값을 계산한다.
또한 이 64가지 샘플에 대한 CIEXYZ 값을 분광방사휘도계(Minolta CS-1000)# 이용하여 측색한다’ 이 때 측정환경은 RGB 광학 센서는 그림 3과 같이 RGB LED BLU의 측면에 부착하여 RGB LED BLU에서 나오는 빛을 입력 받았다. 또한 측정을 수행할 때 측정 샘플과 측정 장비간의 거리는 측정 RGB LED BLU 높이의 4배가 되게 하였고 측정 위치는 RGB LED BLU에서 RGB 광학 센서가 부착된 위치와 가까운 지점에 두었다. 측정 시 측정 대상인 RGB LED BLU 이외의 광원은 모두 제거한 암실 환경을 만들었다.
실험 시 그림 3과 같은 환경을 갖추었으며, 실제로 목표 휘도 및 색도 값으로 6000cd/m2와 (0.270, 0.245)를설정하고 목표 휘도 및 색도를 유지하기 위한 duty 제어 값을 획득하는 실험을 수행하였다. 주어진 목표 휘도 및 '색도 값으로 계산한 CIEXYZ 값은 (6612, 6000, 11878)이 되며 제안한 알고리즘을 적용하여 RGB LED BLU가 주어진 목표 CIEXYZ 값을 내기 위한 duty 제어 값을 획득하였다.
보았다. 우선 RGB LED BLU의 duty 제어 값을 W95를 기준으로 R=2800, G=2000, B=3200으로 고정해 두고 10분 간격으로 RGB LED BLU의 출력 색 자극의 CIEXYZ 값과 분광 전력 분포를 분광방사휘도계(Minolta CS-1000) 로 측정하였다. 표 1에 그 측정 결과 데이터를 보였다.
갱신된 XIZ to Duty 변환 행렬과 RGB LED BLU의 목표 CIEXYZ 색 자극 값을 이용하여 목표 CIEXYZ 값을 출력하기 위한 RGB LED의 duty 입력 값을 계산한다. 이 값을 RGB LED BLU에 인가하여 목표 CIEXYZ 색 자극을 RGB LED BLU가 발할 수 있도록 하고, 다시 현재 RGB LED BLU의 발광 상태를 점검하기 위해 현재 RGB 광학 센서의 출력값을 획득하는 과정을 반복한다.
임의의 RGB 광학 센서 출력 값으로 RGB LED BLU 가 발하는 빛의 CEXYZ 값을 추정하기 위해 먼저 RGB LED의 duty 제어 값을 조합하여 64가지의 샘플 광을 만들고 이에 대한 RGB 광학 센서의 출력 값을 획득한다. 또한 이 64가지 샘플에 대한 CIEXYZ 값을 분광방사휘도계(Minolta CS-1000)# 이용하여 측색한다’ 이 때 측정환경은 RGB 광학 센서는 그림 3과 같이 RGB LED BLU의 측면에 부착하여 RGB LED BLU에서 나오는 빛을 입력 받았다.
245)를설정하고 목표 휘도 및 색도를 유지하기 위한 duty 제어 값을 획득하는 실험을 수행하였다. 주어진 목표 휘도 및 '색도 값으로 계산한 CIEXYZ 값은 (6612, 6000, 11878)이 되며 제안한 알고리즘을 적용하여 RGB LED BLU가 주어진 목표 CIEXYZ 값을 내기 위한 duty 제어 값을 획득하였다. 처음 점검 시점부터 10회 정도의 점검을 하면서 생성한 duty 값과 RGB LED BLU의 출력 CIEXYZ 값, 그리고 출력 CIEXYZ 값과 목표 CIEXYZ 값과 사이의 오차를 표 4에 제시하고 있다.
획득된 RGB to XYZ 선형 변환 행렬을 이용하여 RGB 광학 센서 특성화 과정을 단순 행렬 연산을 통해 이루어지도록 간소화 시켰고, RGB to XYZ 선형 변환 행렬을 이용한 RGB 광학 센서 특성화 오차가 허용 범위 내에 있음을 확인하였다. 현재 RGB LED BLU의 duty 제어 값과 현재 추정된 CIEXYZ 값을 이용해 현재 RGB LED BLU의 상태를 고려한 XYZ to Duty 행렬을 획득하는 알고리즘을 제안하여 단순 행렬 연산을 통해 duty 제어 값을 획득할 수 있게 하였다. 이 연산 과정을 통해 나온 duty 제어 값을 RGB LED BLU에 인가한 결과 RGB LED BLU의 출력 색 자극이 목표 색 자극에 근접하게 나오는 것을 확인하였다.
대상 데이터
또한 측정을 수행할 때 측정 샘플과 측정 장비간의 거리는 측정 RGB LED BLU 높이의 4배가 되게 하였고 측정 위치는 RGB LED BLU에서 RGB 광학 센서가 부착된 위치와 가까운 지점에 두었다. 측정 시 측정 대상인 RGB LED BLU 이외의 광원은 모두 제거한 암실 환경을 만들었다.
성능/효과
표 1에 그 측정 결과 데이터를 보였다. 결과를 통해서 RGB LED BLU의 출력 색 자극이 지속적으로 변하다가 1시간 如분이 지난 시점에 일정한 값으로 수렴해 가는 것을 확인할 수 있다. 이것은 RGB LED BLU의 온도가 일정하게 수렴하여 온도 변화에 의한 RGB LED BLU의 출력 색 자극의 변화가 일어나지 않음을 의미한다.
전반적으로 오차가 허용할 .만한 수준®으로 나타나고 있어 제안한 알고리즘이 RGB LED BLU가 목표 휘도 및 색도를 유지하는데 유효함을 보여주고 있다.
현재 RGB LED BLU의 duty 제어 값과 현재 추정된 CIEXYZ 값을 이용해 현재 RGB LED BLU의 상태를 고려한 XYZ to Duty 행렬을 획득하는 알고리즘을 제안하여 단순 행렬 연산을 통해 duty 제어 값을 획득할 수 있게 하였다. 이 연산 과정을 통해 나온 duty 제어 값을 RGB LED BLU에 인가한 결과 RGB LED BLU의 출력 색 자극이 목표 색 자극에 근접하게 나오는 것을 확인하였다. 목표 색 자극과 출력 색 자극의 오차는 心가 평균 0.
센서 특성화 과정을 통해 3x4 RGB to XYZ 선형 변환 행렬을 획득할 수 있었다. 획득된 RGB to XYZ 선형 변환 행렬을 이용하여 RGB 광학 센서 특성화 과정을 단순 행렬 연산을 통해 이루어지도록 간소화 시켰고, RGB to XYZ 선형 변환 행렬을 이용한 RGB 광학 센서 특성화 오차가 허용 범위 내에 있음을 확인하였다. 현재 RGB LED BLU의 duty 제어 값과 현재 추정된 CIEXYZ 값을 이용해 현재 RGB LED BLU의 상태를 고려한 XYZ to Duty 행렬을 획득하는 알고리즘을 제안하여 단순 행렬 연산을 통해 duty 제어 값을 획득할 수 있게 하였다.
참고문헌 (7)
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