BRPI0815027B1 - método para calcular correntes de acionamento para uma pluralidade de leds em um pixel de um letreiro para obter uma cor desejada em uma intensidade de luminosidade desejada - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA COMPUTAR CORRENTES DE ACIONAMENTO PARA UMA PLURALIDADE DE LEDS EM UM PIXEL DE UM LETREIRO PARA OBTER UMA COR DESEJADA EM UMA INTENSIDADE LUMINOSA DESEJADA Um método computa as correntes de acionamento para um LEDs em um pixel de um letreiro para se obter uma cor desejada em uma intensidade luminosa desejada. Esse método é particularmente aplicável a um letreiro tendo pixels compostos de quatro (4) ou mais cores principais. O método seleciona um número de cores dentro de uma gama de cores, e para cada cor selecionada, o método computa as correntes de acionamento para os LEDs de cada cor básica, de tal modo que a intensidade luminosa resultante da cor selecionada seja máxima. Utilizando as correntes de acionamento computadas, o método então escala as correntes de acionamento para obter a intensidade luminosa desejada na cor desejada. As correntes de acionamento podem ser computadas, por exemplo, utilizando uma técnica de maximização restrita, tal como programação linear. Em uma modalidade, as correntes de acionamento para cada cor selecionada são computadas, sujeitas à restrição de que nenhuma das correntes de acionamento seja negativa, e que o total das mesmas seja inferior a um valor predeterminado. Em uma modalidade, a cor (...).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

O presente pedido se refere ao, e reivindica prioridade do Pedido de Patente Não-provisório dos Estados Unidos 11/836.125, depositado em 8 de agosto de 2007, intitulado “Apparatus for Dynamically Circumventing Faults in the Light Emiting Diodes (LEDS) of a Pixel in a Graphical Display”, portando o número do dossiê de advogado M-16380-7D US. Para a designação US, o presente pedido é uma continuação do pedido de patente dos Estados Unidos, anteriormente mencionado, n° 11/836.125.

A revelação do pedido de patente relacionado acima é aqui integralmente incorporada mediante referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

A presente invenção se refere aos letreiros baseados em diodo de emissão de luz (LED). Particularmente, a presente invenção se refere ao aumento de ambas, funcionalidade e confiabilidade, de tais letreiros baseados em LED.

2. Discussão da Técnica Correlata

Os diodos de emissão de luz (LED) produzem a maior parte das imagens ativas mostradas nas estruturas modernas de propaganda. Um grande número de LEDs (por exemplo, centenas de milhares até milhões) é usado em um letreiro típico para produzir uma imagem multicolorida. Assim, a confiabilidade de ambos, os pixels formados a partir dos grupos de LEDs e os seus meios eletrônicos associados é uma consideração de projeto importante. Assim, é importante poder detectar e lidar com falha de LED, incorrendo apenas em um tempo mínimo de paralisação.

Em um letreiro típico, os LEDs são dispostos em pequenos grupos, com cada grupo proporcionando um elemento de imagem (pixel) na imagem sendo exibida. Cada pixel é capaz de exibir uma ampla faixa (“gama”) de cores. Tipicamente, cada pixel (na presente descrição, um pixel pode incluir um ou mais LEDs providos dentro de uma localidade do letreiro de modo a dar a impressão para um observador distante de um ponto iluminado no display. Os LEDs formando o pixel podem ser tratados e programados como uma única unidade, ou como unidades individuais separadas) é composto de três tipos de LED. Cada “tipo” dos LEDs pode consistir em um único LED, ou uma sequência serialmente conectada de LEDs, proporcionando uma cor específica de luz (“cor principal”). Os LEDs populares proporcionam luzes vermelhas, verdes e azuis. Luz de uma ampla variedade de cores e intensidade pode ser produzida a partir de cada pixel mediante controle apropriado da intensidade de luz emitida a partir de cada tipo de LED. A intensidade da luz emitida a partir de cada tipo de LED é controlada pela corrente elétrica que flui através do LED. Além disso, o sistema psicovisual humano é insensível às mudanças em intensidade de luz que são mais rápidas do que aproximadamente 100 Hz. Por essas razões, o acionador típico para um LED, ou para uma sequência de LEDs serialmente conectados, é composto de uma fonte de corrente que é modulada em pulso para produzir dois estados: isto é, ou não tendo corrente ou uma corrente de um valor de referência. A taxa de modulação é escolhida de modo que a forma de onda essencialmente não tem energia presente inferior a aproximadamente 100 Hz. Um ciclo de trabalho pode ser selecionado de modo que o valor médio da forma de onda de corrente em relação ao tempo provê a intensidade de luz exigida a partir dos LEDs. O ciclo de trabalho desejado é armazenado em um contador que é pré-ajustado pelo conjunto de circuitos digitais para corresponder à intensidade relativa desejada para um tipo específico de LED (por exemplo, emissão-vermelha) dentro de um pixel. O valor de referência Iref da corrente é tal de modo a prover um brilho desejado para o display de imagem inteiro consistindo em muitos pixels.

Para conveniência na construção, instalação e manutenção, um letreiro típico organiza seus pixels em grupos, com cada grupo sendo alojado em uma estrutura ou módulo comum. Um grupo consiste tipicamente em centenas até milhares de pixels. Algumas vezes, cada grupo é subdividido adicionalmente em muitas partes cada uma consistindo em uns poucos pixels até umas poucas dezenas de pixels. Contudo, como cada cor em cada pixel deve ser controlada independentemente de todas as outras, grandes quantidades de dados devem fluir para cada grupo de pixels sempre que uma mudança for feita na imagem exibida na estrutura de propaganda. Para mostrar um filme cinematográfico em tal estrutura seria necessária a habilidade de lidar com uma imensa taxa de fluxo de dados. Os letreiros contemporâneos utilizam muitos fios paralelos para transferir os dados e fios adicionais para controlar e monitorar as funções.

Consequentemente, um grande número de conectores é exigido para interconexão dos componentes. O custo e a confiabilidade dos conectores, o custo de fabricação e o custo de manutenção sugerem, todos, que métodos alternativos para realizar as interconexões são desejáveis.

Como os letreiros são estruturas externas grandes, suas faces expostas se tornam sujas e devem ser limpas para preservar a qualidade e aparências das imagens mostradas. Adicionalmente, particularmente para as estruturas expostas à luz solar intensa, as faces também podem ser expostas a cargas de calor, significativas. Portanto, limpar as faces e controlar o ambiente termal pode prolongar a vida útil e reduzir os custos de reparo e de manutenção.

O conjunto inteiro de cores que um display de emissão de luz é capaz de apresentar é mencionado como sua gama de cores, que é uma função de todas as cores principais que os elementos de emissão de luz podem produzir. Tipicamente, um conjunto de LEDs pode prover uma gama de cores que produz imagens excedendo a capacidade da gama de cores do sistema de exibição que gera ou processa as imagens. Como resultado, pode não ser completamente utilizada a gama de cores disponível em um letreiro. As imagens mostradas assim podem não ter a habilidade de captar a atenção ou o impacto estético que seria possível se a gama de cores fosse utilizada mais eficazmente.

Adicionalmente, nos seres humanos, a percepção das cores muda com a relação de iluminação ambiente. Uma cor percebida em um fundo claro parece diferente quando muda o brilho do fundo, de modo que alguns letreiros podem ser de difícil leitura ou uma imagem parece ser de cores erradas ou não naturais sob certas condições de iluminação. Consequentemente é desejado um método para compensar a mudança de cor percebida devido à luz ambiente.

SUMÁRIO

De acordo com uma modalidade da presente invenção, um método computa as correntes de acionamento para os LEDs em um pixel de um letreiro para obter uma cor desejada em uma intensidade de luminosidade desejada. Esse método é particularmente aplicável a um letreiro que tem pixels compostos de quatro (4) ou mais cores principais. O método seleciona um número de cores dentro de uma gama de cores, e para cada cor selecionada, o método computa as correntes de acionamento para os LEDs de cada cor básica, de tal modo que a intensidade de luminosidade resultante da cor selecionada é máxima. Utilizando as correntes de acionamento computadas, o método então escalona as correntes de acionamento para obter a intensidade de luminosidade desejada na cor desejada. As correntes de acionamento podem ser computadas, por exemplo, utilizando- se uma técnica de maximização restrita, tal como programação linear. Em uma modalidade, as correntes de acionamento para cada cor selecionada são computadas sujeitas à restrição de que nenhuma das correntes de acionamento é negativa, e que cada uma delas seja inferior a um valor predeterminado. Em uma modalidade, a cor selecionada é expressa nas unidades de espaço de cor linear.

A presente invenção é mais bem-entendida a partir da consideração da descrição detalhada abaixo em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra a área 100 definida pelo limite da gama de cores do sistema psicovisual humano, e a gama de cores, ilustrativa, hipotética 120 representando uma gama de cores que pode ser construída a partir de cinco (5) tipos de LEDs, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

As Figuras 2-6 mostram gamas de cores resultantes 121-125, quando o LED azul, o LED azul-verde, o LED verde, o LED âmbar e o LED vermelho falham, respectivamente.

A Figura 7 é um diagrama de blocos mostrando o pixel ilustrativo 700, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 8 ilustra um método de detecção que é adequado para implementação no detector de falha 703.

A Figura 9 mostra uma interconexão ilustrativa utilizando o roteador ou comutador 901 para agrupar em conjunto um grupo de comutadores 902-1 a 902-m, cada um dos quais se conecta a um conjunto de módulos 903-1 a 903-n contendo múltiplos grupos de pixels, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 10 mostra uma implementação de um módulo de acordo com a presente invenção.

A Figura 11 mostra a caixa 1100 para um módulo com capacidade de fluxo de fluido, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 12 é um diagrama de cromaticidade CIE mostrando linhas de matiz constante percebida dentro da área 100, a qual representa substancialmente todas as cores percebidas pelos seres humanos.

A Figura 13 mostra setas pequenas representando a direção de croma crescente, onde o comprimento de cada seta indica a “distância” ao longo de uma linha de matiz constante exigida para produzir uma unidade de mudança em croma.

A Figura 14 mostra um mapa de tal função que reduz o valor de α nas proximidades de cores normalmente associadas com cores da face.

A Figura 15 mostra um circuito integrado 1500 incluindo várias fontes de corrente, conectadas a um número de fileiras de LEDs.

A Figura 16 ilustra o uso de acionadores de LED redundantes paralelos, com uma das fontes de corrente, paralelas ativa em um momento, para evitar interrupção de serviço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma falha em um LED ou na fiação em um pixel pode ser evitada. Quando uma falha em um LED ou na fiação é detectada e localizada, as intensidades de outros LEDs em um pixel podem ser alteradas dinamicamente, de modo que o pixel pode continuar a funcionar com base nos outros LEDs funcionais no pixel, apesar da falha e até que o reparo seja realizado. Sob esse arranjo, o pixel pode funcionar com pouca ou nenhuma diferença perceptível a partir do valor de triestímulo de entrada (original) para o pixel. Nessa modalidade, cada pixel pode ter três ou mais tipos diferentes de LED, com cada LED proporcionando luz contribuindo para prover a cor especificada pelo valor de triestímulo de entrada (original) para a coordenada de pixel (xi, yi). (A presente descrição detalhada acompanha a convenção de coordenadas de cor de G. Wyszecki e W. Stiles, Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, 2a Edição, John Wiley & Sons, Inc., New York (1982). Vide páginas 130-248, especialmente 137-142, para uma discussão do sistema colorimétrico CIE).

A Figura 1 mostra a área 100 definida pelo limite da gama de cores do sistema psicovisual humano (também conhecido como o “diagrama de cromaticidade CIE”), e a gama de cores ilustrativas, hipotéticas 120 representando uma gama de cores que podem ser construídas a partir de cinco (5) tipos de LEDs, de acordo com a presente invenção. No limite da gama de cores 100, a curva de formato oval é denominada de “local espectral” e a linha reta conectando as extremidades do local espectral é a “linha púrpura”. Pontos no local espectral correspondem individualmente à cor de uma luz monocromática (isto é, comprimento de onda única), com azul na esquerda inferior, verdes próximo ao pico, amarelo então laranja no lado superior de inclinação no sentido para baixo, e finalmente vermelha na extremidade mais à direita. Os pontos na linha púrpura correspondem a uma mistura aditiva de luz azul monocromática e vermelha monocromática. Quase 100% de todas as cores percebidas pelo sistema psicovisual humano são representadas por pontos na superfície fechada limitada pelo local espectral e linha púrpura.

Conforme mostrado na Figura 1, a gama de cores 120 cobre todas as cores que podem ser criadas utilizando os LEDs com cores na coordenada 101 (“LED azul-verde”), 102 (“LED verde”), 103 (“LED âmbar”), 104 (“LED vermelho”) e 105 (“LED azul”). Todas as cores representadas pelo interior e limite do pentágono estão disponíveis para exibição. As Figuras 2-6 mostram as gamas de cores resultantes 121-125 quando exatamente um dos 5 tipos de LED falha. Isto é, as Figuras 2-6 mostram gamas de cores resultantes 121-125, quando o LED azul, o LED azul-verde, o LED verde, o LED âmbar e o LED vermelho falham, respectivamente.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, um pixel pode ser provido a um sensor associado com cada tipo de LED (isto é, um único LED ou uma sequência de LEDs serialmente conectados daquele tipo) em um pixel, de tal modo que um detector de falha pode indicar uma falha em um tipo de LED no pixel (por exemplo, detectar um circuito em curto ou um circuito aberto no LED ou na sequência de LEDs). Quando um tipo de LED falha em um pixel com N tipos de LED, N-1 tipos de LEDs permanecem funcionais, de modo que a gama de cores resultante disponível para aquele pixel tem a menor de duas ou N-2 dimensões. Quando N = 3, a gama de cores é apenas unidimensional (ao longo da linha unindo as coordenadas de cor dos tipos restantes de LED). Se a cor de pixel desejada (xd, yd) não estiver situada dentro de uma distância de diferença exatamente perceptível a partir da linha conectando as coordenadas de cor das duas cores restantes, nenhum impedimento da falha é possível. Quando N > 3, a gama de cores pode ser bidimensional. Se a cor de pixel desejada (xd, yd) estiver situada dentro do invólucro convexo formado mediante conexão das coordenadas de cor dos N-2 LEDs restantes, então a falha pode ser evitada mediante aplicação de acionamentos apropriados aos tipos de LEDs restantes para criar a cor de pixel desejada (xd, yd), sempre que o brilho exigido estiver dentro da capacidade daqueles LEDs restantes. Técnicas padrão a partir de álgebra linear podem ser usadas para se encontrar o conjunto de luminâncias dos LEDs funcionais, restantes que produzirão a cor e luminância do pixel desejado. Um método para calcular um acionamento de LED para uma cor de pixel desejado utilizando uma abordagem de maximização restrita é descrito em detalhe adicional abaixo.

A Figura 7 é um diagrama de blocos mostrando o pixel ilustrativo 700, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Conforme mostrado na Figura 7, o pixel 700 inclui o módulo de controle 701 recebendo sinais de controle 721 especificando a coordenada de cor da cor desejada. O módulo de controle 701 também recebe sinais de detecção de falha 724 a partir do detector de falha 703. Quando todos os tipos de LED estiverem operacionais, os sinais de controle 721 são mapeados para os N sinais de corrente, 722, acionando os N tipos de LED dos LEDs 702. Se os sinais de detecção de falha 724 indicarem que um ou mais dos tipos de LED foi detectado como defeituoso, os sinais de controle 721 são mapeados para sinais de corrente apropriados 722 acionando os tipos de LEDs restantes. A corrente de cada tipo de LED é detectada e sinais 723, representando os estados dos tipos de LED, são providos ao detector de falha 703. Em um sistema de controle hierárquico, o status e informação de falha dos tipos de LED, conforme detectados pelo detector 703 podem ser providos em conjunto com a hierarquia de controle a um elemento de controle (por exemplo, uma CPU) em um nível de controle superior. As correntes de acionamento adequadas para os LEDs restantes podem ser calculadas nesse elemento de controle de nível superior, e podem ser providas ao módulo de controle 701 para evitar as condições de falha.

Observar que a gama de cores é severamente restringida se uma falha ocorrer no LED azul ou no LED vermelho. Assim, em uma modalidade da presente invenção, fileiras redundantes de LEDs vermelhos e azuis são providas para minimizar o risco de uma falha de pixel devido a uma falha de uma única sequência de LEDs.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma gama de cores das imagens de origem é mapeada para a capacidade do sistema utilizando os LEDs que têm gamas de cores maiores. Um exemplo de tal sistema inclui aqueles displays que utilizam mais do que três cores principais. Conforme explicado acima, as intensidades de luz emitidas a partir dos diferentes tipos de LEDs são individualmente controladas pela média de curto prazo da corrente elétrica através do LED. Mediante ajuste da corrente média através de cada tipo de LED em um pixel, o ajuste preciso através da faixa inteira de cores e brilhos é possibilitado. Utilizando essa técnica, uma imagem produzida por um aparelho com uma gama de cores reduzida pode ser mostrado em um display de imagem que tem uma gama de cores maior. Essa expansão da gama de cores pode ser realizada utilizando-se software, hardware customizado ou uma combinação de ambos, hardware e software. Quando o sistema psicovisual humano é considerado no procedimento de expansão de gama de cores, resultados impressionantes (por exemplo, em uma imagem com riqueza excepcional de cores) podem ser obtidos. Na técnica anterior, contudo, tal imagem pode ser exibida apenas com as cores da gama de cores, reduzida.

Ao mapear as cores entre gamas de cores, o sistema psicovisual deve ser considerado, uma vez que o ser humano é particularmente intolerante às representações errôneas de certos grupos de cores (por exemplo, cores da pele e cores de logotipo utilizadas em propaganda). Portanto, uma expansão de gama de cores nas proximidades dessas cores requer atenção especial. A presente invenção provê essa atenção especial assim como atenção para controle de gradiente e continuidade no mapeamento entre as gamas de cores. Uma expansão de gama de cores muda a cor e, possivelmente, a luminância da maioria dos pixels na imagem a ser exibida de uma forma que aumenta a qualidade de percepção da imagem. As mudanças são preferivelmente suaves (por exemplo, no espaço de triestímulo CIE) e deve preferivelmente preservar a matiz dos pixels. De acordo com uma modalidade, um parâmetro α controla a “quantidade” de expansão de gama de cores. A expansão de gama de cores pode ser representada pela função f(t, a) que mapeia um vetor t de triestímulo de entrada para outro valor de triestímulo (o vetor de triestímulo de saída), onde α é um escalar que controla a quantidade de mudança (por exemplo, onde os vetores de triestímulo de entrada e de saída devem ser idênticos, α=0).

Ao expandir uma gama de cores, é desejável manter o mesmo matiz (“cor geral”), mas aumentar a croma (“saturação”). Por exemplo, uma cor “branqueada” seria mapeada para uma cor mais “pura” sob um procedimento.

Adicionalmente, a croma pode ser mudada em uma quantidade que depende de α e, possivelmente, o valor de triestímulo do pixel sob consideração. A dependência do valor de triestímulo protege (isto é, permitindo apenas pequenas mudanças) certos matizes, tal como cores da pele ou face humana. Um método de acordo com a presente invenção utiliza um mapa que provê uma direção e magnitude para uma mudança unitária em croma para qualquer valor de triestímulo praticável. A mudança total em qualquer croma pode ser então calculada mediante integração no mapa (isto é, integrar a magnitude ao longo da direção determinada), começando no valor de triestímulo de entrada (isto é, original) para o pixel, até que a quantidade desejada de expansão de gama de cores seja alcançada para aquele pixel. Métodos podem ser desenvolvidos sob qualquer um de alguns modelos já conhecidos que relacionam as cores percebidas e a colorimetria padrão.

A Figura 12 é um diagrama de cromaticidade CIE mostrando linhas de matiz constante percebida dentro da área 100, que representam substancialmente todas as cores percebidas pelos seres humanos, conforme já descrito acima. A coordenada de cor (0.310, 0.316) é um exemplo de um “ponto branco” correspondendo ao branco (especialmente, em CIE Illuminant C). À medida que as linhas de matiz constante são irradiadas no sentido para fora a partir do branco próximo ao centro do diagrama de cromaticidade, o croma aumenta até que as linhas de matiz constante terminam ou no local espectral (denotando luz monocromática) ou na linha púrpura, a qual conecta azul e vermelho.

A Figura 13 mostra pequenas setas representando adireção de croma crescente,

onde o comprimento de cada seta indica a “distância” ao longo de uma linha de matiz constante exigida para produzir uma unidade de mudança em croma. As Figuras, 12 e 13, são obtidas utilizando-se o modelo de Stiles no texto de Wyszecki e Stiles (mencionado acima), discutido, por exemplo, nas páginas 670-672, (observar que as definições para os símbolos Christoffel apresentados na página 671 são incorretas; as definições corretas são μ_\i|-1, 122.11 ' \ )com base em experimentos 2 & õx 2 dx extensivos em limites de duas cores. Conforme se pode ver a partir da discussão seguinte, os métodos da presente invenção são independentes da escolha de modelo. Assim, outras escolhas de modelos podem ser usadas para obtenção de resultados similares. Quando fisiologistas e outros proporcionam aperfeiçoamentos nos modelos, os métodos da presente invenção podem rastrear e tirar proveito desses novos modelos.

Conforme visto a partir da Figura 12, por exemplo, as linhas (ou folhas, se existir dependência de luminância) de matiz constante estão curvadas no espaço de triestímulo, e as linhas (folhas) de croma constante, portanto, são uniformemente espaçadas. Cada escolha de vetor t de triestímulo de pixel de entrada está em uma linha de matiz constante. Para descobrir o valor de triestímulo de saída f( t, α) a seta em t na Figura 13 é seguida até uma quantidade de mudança croma exigida pelo valor de α seja alcançada. A posição resultante corresponde ao valor de triestímulo de saída f(t, α). Onde a luminância é mantida constante, cada linha de matiz constante pode ser especificada singularmente por um único parâmetro (por exemplo, o ângulo inicial da linha emanando a partir do ponto de agrupamento). Assim, uma linha de matiz constante que contém um determinado valor de triestímulo t pode ser encontrada em um mapa tal como a Figura 12, mediante busca através de linhas de matiz constante que cobrem o espaço de triestímulo, e selecionando as duas linhas que circundam o ponto t. Bisseção ou qualquer outro método adequado pode ser então usado para se encontrar a linha específica contendo t. Alternativamente, se a luminância mudar ao longo da linha em uma folha de matiz constante, então dois parâmetros são necessários para seleção de uma linha (em uma folha de matiz constante). Nesse caso, a busca é então sobre o conjunto dos dois parâmetros e técnicas padrão também podem ser usadas para conduzir a busca.

Em um computador digital, para realizar uma boa aproximação para f(t, a), existe um equilíbrio entre a velocidade de execução e as exigências de memória. Assim, várias implementações são possíveis. Muitas operações exigidas para expandir a gama de cores são repetitivas e independentes dos dados em tempo real. Essas operações precisam ser realizadas uma vez (“pré-processadas”), com seus resultados armazenados em uma estrutura de dados que provê acesso durante operação em tempo real. Com tal pré- processamento, redução significativa na quantidade de operações exigidas em tempo real obtém-se como resultado, reduzindo-se o custo e tempo de cálculo. Em cada um desses métodos, a expansão de gama de cores é realizada em uma base de pixel por pixel. Introduzida ao algoritmo de expansão é uma representação de triestímulo da cor e intensidade originais. A saída do algoritmo de expansão é uma representação de triestímulo da cor e intensidade, expandidas.

De acordo com uma modalidade, uma tabela de consulta pode ser construída para cada opção (ou um conjunto de valores discretos) de α, indexados pelo valor de triestímulo de entrada. Cada entrada na tabela de consulta é povoada pelo valor de triestímulo de saída ou, mais diretamente, a corrente exigida para acionar as fileiras de LED contidas no pixel para reproduzir a cor do valor de triestímulo de saída. Por exemplo, se a entrada é o valor CIE L*a*b a partir de um formato de imagem TIFF típica, então 24 bits são usados para descrever o valor de triestímulo e, portanto, a tabela de consulta teria 224 (isto é, 17.777.216) entradas. Se cinco cores forem usadas como cores principais em um pixel, e cada cor exigir 16 bits (isto é, dois bytes de 8 bits) para sua descrição de luminância, então 5x2x224 = 167.772.160 bytes de armazenamento são exigidos para cada escolha de α.

Portanto, uns poucos gigabytes de armazenamento poderiam ser exigidos para uma tabela de consulta extensiva que proporcionaria um mapeamento direto a partir de um valor de pixel de entrada para um valor de acionamento para cada uma das cores principais usadas em um pixel. A utilização de tabelas de consulta proporciona a forma mais rápida de realizar o mapeamento, uma vez que tal abordagem requer apenas umas poucas operações de recuperação a partir da memória por pixel, tornando praticável a exibição em tempo real de um filme cinematográfico.

Alternativamente, uma representação de “espaço de cor uniforme” pode ser usada para valores de triestímulo de entrada e de saída, de modo que a integração para a expansão de gama de cores pode ser realizada utilizando uma transformação linear. Exemplos de um espaço de cor uniforme incluem as representações CIE L*a*b e CIE L*u*v. Há também outros espaços de cor uniformes que podem ser usados. Sob esse método, uma tabela de consulta indexada pelo vetor t de triestímulo de entrada provê um indicador para uma estrutura de dados. A estrutura de dados mantém os componentes individuais de dois vetores t e v expressos no espaço de cor uniforme. O vetor v é um vetor de unidade representando a direção ao longo da linha ou folha de matiz constante. Cada um dos vetores, t e v, pode ter dois ou três componentes, dependendo de se a luminância é mantida constante durante a expansão de croma. Cada elemento da estrutura de dados, portanto pode ser da forma (a, b, va, vb) ou (L, a, b, vL, va, vb). Assim para uma expansão de gama de cores desejada de unidades de diferença de cor Δs no espaço de cor uniforme (isto é, (Δs)2 = (Li - L2)2 + (ai - a2)2 + (bi - b2)2, para dois pontos de cor 1 e 2). Uma unidade de diferença de cor de (1) representa a diferença de cor mínima perceptível. Utilizando os valores a partir da estrutura de dados, o valor de triestímulo de saída é provido por t + (Δs)v, o qual é então arredondado e ordenado, se desejado. Tal tabela de consulta tem 224 entradas. Assim, aproximadamente 256 ou 384 megabytes são necessários para manter a tabela e as estruturas de dados, dependendo de se a luminância é mantida constante na expansão, e supondo que cada um dos componentes é expresso como um valor de 8 bits. A exigência de armazenamento pode ser dividida em duas partes iguais, se os valores de L, a e b não estiverem armazenados, mas são obtidos mediante outros meios (por exemplo, computando a transformação). Sob esse método, poucas dezenas até poucas centenas de operações de máquina são exigidas por pixel.

Uma transformação preserva o matiz embora mude a saturação da cor resultante. O mapeamento é dado por:

Essa transformação preserva o matiz quando y é mudado. y é relacionado ao parâmetro de mudança α discutido acima, exceto que y é uma quantidade no espaço de cor uniforme. Mediante seleção de f(L1, 0) = LI, a transformação não provê mudança quando y = 0. Geralmente, a função f permite que a intensidade de luminosidade varie com y. f é normalmente uma função suave em ambos, L e y. Se f for constante para um determinado y, independente da luminância L, (Δs)2 = (ai - a2)2 + (bi - b2)2, isto é, Δs depende apenas de ai e bi.

Sob essa transformação,

Aproximando-se o quociente pela derivada obtida ao se deixar y aproximar-se de zero, então . Δs

onde a raiz quadrada positiva foi escolhida, de tal modo que y aumenta com Δs. Valores va, vb e vL podem ser dados por:

Observar que a proteção de certas cores, conforme discutido acima, pode ser realizada mediante multiplicação dos valores de va, vb, e vL cada um deles por uma constante que é menor do que um. Se a luminância não mudar com y, VL = 0 e L2 = L1. Então apenas dois componentes são necessários para cada termo na estrutura de dados.

Portanto, mediante armazenamento dos valores de va, vb e vL para cada possível escolha do trio (L1, a1, b1) cálculos repetitivos são evitados e a avaliação da saída requer apenas consulta e umas poucas operações aritméticas.

Ainda outra alternativa, de acordo com uma modalidade da presente invenção, provê uma etapa de reprocessamento que constrói, a partir de uma lista de valores de vetor t ao longo de cada uma de um conjunto de linhas de matiz constante, (i) uma primeira função de interpolação, dada por t = fx(θ, s), onde θ é o ângulo inicial (ou dois ângulos, se a luminância mudar ao longo de uma linha de matiz constante) e s é a distância ao longo da linha ou folha de matiz constante medida em unidades de croma constante, e (ii) uma segunda função de interpolação, dada por (θ, s) = f 2( t), a segunda função de interpolação sendo construída mediante amostragem t para produzir uma lista de θ e s como uma função dos componentes de vetor t.

Para encontrar o valor de triestímulo de saída tout a partir do valor de entrada tin, um par (θ, s) é obtido utilizando a segunda função de interpolação f2( tin) . O valor de triestímulo de saída (expandido) tout é então obtido utilizando a primeira função de interpolação tout = f1(θ, s + Δs) onde Δs corresponde ao deslocamento desejado em croma e o qual é relacionado linearmente ao parâmetro de mudança α descrito acima. Esse método exigiria de dezenas a centenas de milhares de operações de máquina por pixel, principalmente para avaliar as duas funções de interpolação ft e ft-

Como explicado acima, é desejável limitar a expansão de gama de cores de certas faixas de cores, tal como cores da pele. Um método provê uma função que proporciona o valor de α, como uma função do valor de triestímulo de entrada, de modo que as cores em ou próximas das cores protegidas são providas com um α menor. A Figura 14 mostra um mapa de tal função que reduz o valor de α nas proximidades das cores normalmente associadas com as cores da face. Dependendo do detalhe do mapa, o valor produzido pelo mapa em um determinado pixel pode ser combinado aditivamente, multiplicativamente, ou com alguma outra composição na escolha nominal de α, usado para expansão de gama de cores da imagem.

Imagens que são exibidas em um letreiro utilizando os LEDs são providas tipicamente por um sistema que tem uma gama de cores menor do que aquela disponível utilizando os LEDs. A presente invenção, por intermédio de qualquer um dos métodos de expansão de gama de cores discutidos acima, provê assim uma forma de utilizar mais efetivamente a gama de cores disponível em um display de LED. Aperfeiçoamento significativo na qualidade de imagem percebida das imagens que são projetadas ou processadas em um sistema capaz apenas de uma gama de cores menor é desse modo obtido.

A presente invenção provê um método para uma exibição de imagem que compensa a luz ambiente. Em um letreiro baseado em LED da presente invenção, são providos sensores para medir a luz ambiente, ou a luz provida por um pixel ou um grupo de pixels. As medições de luz são providas como entradas para equações fotométricas que descrevem a intensidade desejada e a cor de um pixel sob as condições de iluminação ou ambiente, medidas. As equações são então resolvidas para a intensidade de luminosidade exigida para cada tipo de LED no pixel. Esse cálculo é repetido para cada pixel no display.

Suponha que os estímulos de cores principais, desejado para um determinado pixel, conforme expresso no sistema colorimétrico de triestímulo seja (Xd, Yd, Zd) para um determinado pixel, e os estímulos principais para luz ambiente sejam (Xa, Ya, Za), as equações colorimétricas básicas seguintes se aplicam à mistura de cor aditiva:

Onde o display inclui P diferentes tipos de LED, em que o p° tipo de LED provê luz com os estímulos principais (Xp, Yp, Zp) em luminância máxima. A variável bp (0 < bp < 1) provê um controle de luminância linear para cada um dos P tipos de LED. As equações podem ser reescritas na notação de matriz de vetor como a seguir:

Quando um conjunto de valores não negativos b1, b2, ..., bP; (0 < bP < 1) é encontrado para as equações acima, dado A, va e vd, um conjunto exato realizável de intensidades luminosas é encontrado, de tal modo que a compensação para luz ambiente é omitida. Uma solução aproximada é exigida quando nenhum conjunto de valores não negativos {b1, b2, ..., bP; (0 < bP < 1)} é encontrado.

A presente invenção provê um algoritmo para resolver as equações acima exatamente, quando possível, e de outro modo provê uma solução aproximada que é o mais próximo da cor de pixel percebida, desejada.

É conveniente mapear o sistema CIE XYZ para um espaço de cor aproximadamente uniforme - isto é, um espaço no qual a diferença de cor perceptual é aproximadamente a mesma para diferenças de posição igual no espaço de cor. Suponha que o mapeamento de um para um a partir do espaço CIE XYZ para o espaço aproximadamente uniforme seja a função U onde o domínio, e a faixa, consistem individualmente de vetores tridimensionais. Conforme discutido acima, o espaço de cor L*a*b é um exemplo de um espaço de cor uniforme. Outro espaço de cor aproximadamente uniforme também pode ser escolhido. Definir as funções f e g como a seguir:

Então, a representação no espaço de cor L*a*b para um determinado valor CIE XYZ (X, Y, Z) é dado por:

onde branco em intensidade de luminosidade máxima é dada pelo trio (Xn, Yn, Zn) no espaço de cor CIE XYZ e a norma apropriada

é a raiz quadrada da soma dos quadrados dos componentes de seu argumento. Por exemplo, se o trio XYZ for mudado a partir de ti para t2, então 11 U(t1)-U(t2)ll é a quantidade de mudança percebida na luz.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, a diferença percebida na luz efetivamente disponível em um pixel e a luz que se deseja que seja minimizada. Deixemos P ser a proposição de que um conjunto de valores bp, 0 < bp < 1, existe que satisfaz Ab + va = vd,, e S ser uma determinada condição a ser minimizada quando P é verdadeiro. O algoritmo a seguir encontra a melhor cor de pixel: Algoritmo A:

Se P então minimizar S restrito por Ab + va = vd, e 0 < bj < 1; Caso contrário, achar argmin(| I U(va)- U(Ab + va) II ) sujeito a 0 < bj < 1.

Em qualquer caso, a utilização dos valores 0 < bp < 1 encontrados no Algoritmo A provê as intensidades luminosas para o tipo de LED para cada pixel.

Dependendo do modelo dos sensores, é útil poder realizar compensação de luz ambiente em várias circunstâncias diferentes. Em uma modalidade, a luz de fundo ambiente pode ser medida diretamente (por exemplo, medida utilizando-se um espectrofotômetro ou um colorímetro que provê va diretamente). Por exemplo, a luz ambiente pode ser medida ocasionalmente com um letreiro desligado brevemente (por exemplo, menos do que 30 milissegundos). Alternativamente, um refletor de referência de fundo pode ser provido próximo ou dentro do sinal para medir a luz ambiente refletida a partir do mesmo. O valor medido pode ser então usado como entrada para o Algoritmo A para calcular as intensidades luminosas exigidas dos LEDs para realizar compensação para o deslocamento de croma devido à luz ambiente.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, medição indireta da luz de fundo é realizada mediante medição da cor de um pixel ou de um grupo de pixels enquanto o sinal está exibindo objetos coloridos. A cor medida é então usada em conjunto com a cor desejada conhecida vd na região de medição de interesse para calcular o fundo ambiente va. O valor de va é usado então como entrada para o Algoritmo A.

As cromaticidades CIE xyz são valores relacionados aos valores XYZ de triestímulos CIE mediante:

a partir das quais, as seguintes relações podem ser derivadas:

Considere as medições feitas em mais do que um pixel ou grupo de pixels, cada medição sendo representada pelo

onde o índice k indica que a medição é feita no k° pixel ou grupo de pixels. Consequentemente, o erro da medição é dado por

, ou na representação xyz de CIE:

onde

denota a cor medida no kº pixel ou grupo de pixels, e

é o multiplicador escalar. O valor de triestímulo ambiente va é supostamente o mesmo em todos os pixels. Observar que αk é um valor inferido, uma vez que a luminância Yk não é medida na medição de cor. Como ck tem três componentes há, portanto, 3K equações para K medições distintas e K+3 incógnitas. As K+3 incógnitas são os três componentes de va e as Um método de mínimos quadrados ponderados pode ser usado para estimar as K+3 incógnitas e suas co-variâncias. Observar que o erro ek não considera que erros de percepção humana não são uniformes através de todos os valores de ek. Mapeando-se os valores de ek para um espaço de cor uniforme (por exemplo, CIE L*a*b) resolve a dificuldade. Um erro no espaço de cor uniforme a ser minimizado através de αk, para k = 1, ..., K e os três componentes de va podem ser, por exemplo:

Uma expansão da série de Taylor da função de transformação U sobre o ponto provê uma aproximação do erro . Deixemos a matriz 3x3 Jk representar a derivada 7 * de U com relação a ,

avaliado no ponto . A aproximação

aproxima exatamente o erro quadrático no espaço de cor CIE L*a*b quando os erros se tornam pequenos. Os mesmos resultados podem ser obtidos para qualquer outro espaço de cor uniforme que tenha uma derivada contínua no ponto . A aproximação também pode ser escrita na forma:

é um vetor (K+3)-dimensional

é a matriz transformacional 3K x 3K de bloco-diagonal carregando todos os erros de triestímulo para o espaço de cor uniforme. A matriz 3K x (K+3) B é

matriz de identidade 3x3.

O valor x que minimiza aproximação de erro pode ser encontrado de diversas formas. Uma abordagem é a de resolver o conjunto de equações lineares . 10 Uma abordagem geralmente mais satisfatória é a de utilizar uma decomposição de valor singular, a qual provê , onde denota o inverso de Moore-Penrose (Vide, por exemplo, Adi Bem-Israel et al., Generalized Inverses –Theory and Applications, Wiley International Series on Pure and Applied Mathematics, p. 7). Contudo, (JB)+ é normalmente calculado de forma não explícita. Mais propriamente uma sequência de transformações é usada para it calcular . Se va não for pequeno comparado com , então o erro ε é minimizado utilizando um método de minimização direta que minimiza ε através de todos os va e αk. Nesse caso, a solução aproximada para pode servir como um ponto de partida para iterações.

Independentemente de como a minimização é feita, o erro efetivo ε pode ser obtido mediante substituição do x resultante na equação para o erro ε. A raiz quadrada de ε é o erro no espaço de cor uniforme selecionado. Além disso, os primeiros três elementos do vetor x são os componentes do vetor va, o qual pode ser usado no Algoritmo A para obter o vetor de acionamento bk e o vetor de triestímulo Ab associado com os LEDs para pixels individuais.

Desse modo, compensação de luz ambiente permite a manutenção de qualidade uniforme das imagens observadas quando a luz ambiente reflete de volta a partir das mudanças no letreiro, particularmente durante o período do dia com luz solar direta. A descrição acima pode se aplicar aos sistemas onde três, ou mais, cores principais estão disponíveis em cada pixel. A faixa de compensação aumenta com o número de cores principais (preferivelmente, quatro ou mais cores principais). Recursos computacionais moderados são necessários para monitorar a luz solar quando a latência de imagem é de poucos segundos. Filmes cinematográficos poderiam exigir recursos computacionais significativos para compensação de alta qualidade.

A presente invenção também provê rápida detecção e localização de falhas de LED no letreiro, o que melhora a confiabilidade de sinal global e reduz tempo e custo de reparo. Um método de detecção que é adequado para implementar no detector de falha 703 é mostrado na Figura 8. Conforme mostrado na Figura 8, o acionador de corrente 801 provê uma corrente no terminal louti para acionar a i° linha de saída provida para um LED ou para uma sequência de LEDs. Iret é o terminal de retorno de corrente comum. O terminal Iout se aproxima de uma voltagem de limitação Vlim, quando o terminal Iouti está terminado em um circuito aberto ou em uma resistência muito elevada. A voltagem Vlim é regulada de tal modo que nenhuma corrente flui através do diodo de detector 803 quando os LEDs na sequência de LEDs estiverem operando em corrente máxima. O acionador de corrente 801 é controlado por um sinal de modulação de largura de pulso com amplitude Iref e um ciclo de trabalho especificado. Os parâmetros de controle para a corrente podem ser especificados por um módulo de controle externo em um registrador.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, um detector de limite de voltagem (por exemplo, detector de limite de voltagem 802) é provido para cada uma das linhas Iouti. Quando a voltagem no terminal Iouti estiver abaixo do limite de voltagem Vthresh, o qual é regulado para um valor exatamente acima de Vlim, o detector de limite de voltagem 802 assevera o sinal Di para indicar que um circuito aberto (ou uma resistência elevada) é detectado. Assim, o sinal asseverado Di indica a presença de uma falha (por exemplo, um circuito aberto) entre o ponto de detecção no terminal Iouti e o terminal de retorno Iret. O sinal Di pode ser alimentado a um codificador recebendo os sinais Di de cada um dos N tipos de LED em um pixel. O valor da saída de codificador Eout indica quais, se houver, fileiras de LEDs (ou fios de conexão) no pixel estão em falha. As saídas do codificador para todos os pixels podem ser organizados (por exemplo, hierarquicamente) mediante circuito lógico adicional para permitir localização singular de todas as falhas nos tipos de LED de todos os pixels no letreiro.

Em aplicações que requerem um display de alta qualidade, sustentado, é desejável medir as características técnicas da luz produzida por pixels individuais e grupos de pixels sem interromper o conteúdo que está sendo exibido (por exemplo, a propaganda sendo exibida no letreiro). Os métodos da presente invenção proporcionam benefícios adicionais de detecção da luz ambiente refletida a partir do display, assim como detecção e localização dos LEDs defeituosos, quando presentes. A Figura 15 mostra um circuito integrado 1500 incluindo várias fontes de corrente, conectadas a algumas fileiras de LED. A voltagem VLED é selecionada para ser suficientemente elevada para prover um deslocamento de voltagem para operação das fontes de corrente modulada de largura de pulso ativa/inativa. Conforme discutido acima, a taxa de modulação é escolhida de tal modo que a forma de onda essencialmente não tem energia presente abaixo de aproximadamente 100 Hz e o ciclo de trabalho é selecionado de tal modo que o valor médio da forma de onda provê a intensidade de luz exigida a partir dos LEDs.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma imagem diferente daquela percebida pode ser exibida por uma duração muito curta no display de LED sem que seja percebida pelo observador. Tal imagem breve pode ser usada, por exemplo, com a finalidade de diagnóstico. As imagens que podem ser exibidas dessa maneira incluem uma imagem de teste para a) calibração de cor e luminância, b) detecção da luz ambiente refletida a partir do display ou c) detecção e determinação de locais dos LEDs defeituosos. Embora um circuito de acionador adequado (por exemplo, o circuito integrado TLC5911 da Texas Instrument) tenha tipicamente um detector de circuito aberto (OCD) disponível para cada sequência de LEDs, curtos-circuitos e outros funcionamentos imperfeitos de um LED não podem ser detectados pelo OCD. Uma detecção direta da saída de luz, ou sua ausência, é preferível para detectar essas falhas.

Para evitar ser percebida por um observador, a duração da saída de diagnóstico não excede aproximadamente 10 milissegundos e a imagem de diagnóstico deve ser colocada adjacente temporariamente às imagens com luminosidade similar. Se nenhum armazenamento exceto o armazenamento duplo normal (isto é, enquanto a imagem em um armazenador está sendo exibida, outra imagem está sendo recebida em um segundo armazenador), o display deve ter a largura de banda para receber mais do que 100 quadros completos diferentes por segundo. Sem utilizar uma compactação de perda (indesejável para displays de alta qualidade), a largura de banda exigida representa uma taxa de dados de muitos gigabits por segundo até mesmo para uma dimensão de display modesta.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, a exigência de elevada taxa de dados de comunicação pode ser evitada mediante armazenamento da imagem ou imagens de teste no controlador de display ou dentro dos acionadores de LED. Mediante exibição de uma imagem de breve duração que seletivamente ativa as fileiras predeterminadas de LEDs, por exemplo, as fileiras de LEDs ativadas podem ser testadas durante breve duração. Se um curto-circuito for detectado, utilizando o método discutido acima com relação à Figura 8, por exemplo, a existência de uma sequência de LEDs defeituosos é detectada sem interromper o programa de propaganda sendo exibido. Além disso, sensores de luz podem ser colocados para detectar a luminância dos LEDs que são ativados seletivamente. Os sensores de luz também podem ser usados para detectar a luz ambiente quando a imagem de teste desliga todos os pixels do letreiro.

Adicionalmente, o método ativa os acionadores redundantes para evitar interrupção de serviço quando uma falha de acionador local for detectada. Como os acionadores de LED típicos utilizam fontes de corrente comutada, o método preferido é o de prover fontes de correntes paralelas, com uma das fontes de correntes paralelas ativas em um momento, conforme mostrado na Figura 16. Quando um dos acionadores de LED for encontrado defeituoso, o acionador paralelo redundante pode ser ativado. Em adição à indicação de status e detecção de falha, os métodos revelados também podem ser usados para detectar a luz ambiente refletida a partir do display assim como detectar e determinar a localização exata dos LEDs defeituosos.

Conforme discutido acima, ter mais do que três cores  (por exemplo, cinco) de LED permite que a mesma intensidade de luminosidade e de cor psicovisual seja obtida mediante qualquer uma das várias combinações diferentes de luminosidade nos LEDs de um pixel. Uma abordagem para calcular o acionamento de LED exigido para obter uma determinada intensidade de luminosidade e de cor encontra a intensidade de luminosidade máxima em cada cor dentro da gama de cores. Para uso em linha, a INTENSIDADE de LUMINOSIDADE máxima em cada cor pode ser interpolada a partir dos pontos de amostragem selecionados a partir da gama de cores. Apenas a quantidade e a especificação de cada sequência de LEDs usados para produzir uma cor básica são exigidas para esse cálculo. O cálculo de intensidade de luminosidade máxima em cada cor pode ser realizado fora de linha e armazenado em outro lugar. Durante tempo de execução, para exibir uma cor desejada (por exemplo, coordenadas colorimétricas (x,y)), a cor desejada é introduzida na função de interpolação, a qual retorna a intensidade de luminosidade máxima previamente calculada e o vetor de acionamento de LED associado . As intensidades luminosas exigidas para a cor desejada e a intensidade de luminosidade podem ser escalonadas (por exemplo, linearmente) no tempo de execução. Um modelo para as equações colorimétricas pode ser provido por:

onde (X, Y, Z) é a cor desejada na representação de triestímulo CIE XYZ, e o p° de P tipos de LED especificados por (Xp, Yp, Zp) em luminosidade máxima. Na notação de vetor, essas equações podem ser escritas como Ab = v, onde

A é a matriz da especificação de cor básica

b é o vetor de acionamento podem ser representadas no sistema de coordenadas de

Uma segunda restrição é que o vetor e acionamento inclua apenas bp valores não negativos, . Em outras A. ■" palavras, . e podem ser obtidos mediante resolução das equações de restrição: '■- l*1- |l1-1 .

Essas equações podem ser resolvidas utilizando programação linear Deixemos Ai denotar a i° linha da matriz A. Em primeiro lugar, resolvendo para Y em uma das fileiras, por exemplo, a segunda fileira, substituindo Y nas outras fileiras:

Então, maximizar A2b (isto é, encontrar A2b = Y) sujeito a

A resolução do problema de programação linear pode ser realizada fora de linha. Pontos dentro da gama de cores podem ser interpolados a partir de pontos computados dessa maneira. Se a cor desejada (x,y) não for um ponto dentro da gama de cores, sua cor pode ser provida pelo ponto na intersecção de uma linha de cromaticidade constante e o limite da gama de cores entre o ponto acromático e (x,y).

A presente invenção também provê um método para lidar com altas taxas de dados, enquanto minimizando a quantidade de fios e cabos de interconexão, exigidos. Uma estrutura de propaganda ou letreiro convencional é organizada utilizando uma hierarquia de componentes elétricos e eletrônicos. Acionadores para as fileiras de LED são normalmente dispostos no nível de subgrupos ou grupos de pixels porque um número de acionadores pode ser provido em um circuito integrado, com cada circuito integrado acomodando poucas dezenas de fileiras de LED. Tais sistemas de distribuição de dados hierárquicos convencionais são dispendiosos e não são confiáveis.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, mais propriamente do que se conectar diretamente a partir de uma unidade de controle central aos grupos de pixels, técnicas de funcionamento em rede são aplicadas para transmitir dados de controle e de pixel para os grupos de pixel. O agrupamento dos pixels no nível de circuito integrado constitui a oportunidade de mais baixo nível para funcionamento de rede, uma vez que as interfaces naqueles níveis e em níveis superiores são, na maior parte, digitais, exceto para distribuição de força. As técnicas de funcionamento em rede podem ser empregadas em qualquer um dos níveis digitais. Muitas topologias de rede são possíveis, de modo que escalabilidade e processamento de dados e controle, distribuído podem ser obtidos.

A Figura 9 mostra uma interconexão ilustrativa utilizando o roteador ou comutador 901 para agrupar em conjunto um grupo de comutadores 902-1 a 902-m, cada um dos quais se conecta a um conjunto de módulos 903-1 a 903-n, cada um deles contendo múltiplos grupos de pixels, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Cada módulo é endereçável individualmente utilizando um endereço de rede (por exemplo, um endereço IP). Controle, dados, status e falhas são todos comunicados através da rede utilizando protocolos de rede convencionais (por exemplo, protocolo IP). Em uma modalidade, um letreiro é dividido em 32 grupos de módulos, com cada grupo tendo até 32 módulos, desse modo permitindo que 32x32 = 1024 módulos sejam endereçados. A Figura 10 mostra a implementação 1000 de um módulo (por exemplo, módulo 903-1), de acordo com a presente invenção. Conforme mostrado na Figura 10, a interface de rede 1001 conecta a implementação de módulo 1000 a um comutador de rede (por exemplo, qualquer um dos comutadores de rede 9021 a 902-m), microprocessador ou controlador 1002 aciona os pixels no grupo de subgrupo de pixels através da matriz de interconexão 1003. (Cada um desses pixels pode ser implementado, por exemplo, pelo pixel 700 mostrado na Figura 7). A matriz de interconexão 1003 também permite que o microprocessador 1002 envie e receba sinais de detecção de falha e determinação de status extensiva a partir dos pixels. A indicação remota de status, e o diagnóstico de falha, também são muito facilitados pelos computadores integrados, tal como microprocessador 1002. Alternativamente, as funções de processamento de imagem também podem ser implementadas no microprocessador 1002, desse modo permitindo escalonamento do letreiro para lidar com quantidades muito grandes de dados de vídeo e imagem (por exemplo, displays de imagens envolventes de movimento total e muitos outros displays de imagem de grande escala).

A rede da presente invenção, incluindo quaisquer estruturas computacionais distribuídas, pode ser implementada pelos componentes exemplares já disponíveis nas lojas. Protocolos padrão podem ser usados para comunicação através da rede e software e firmware padrão podem ser usados para prover interfaces internas e externas para a rede física, proporcionando confiabilidade e redução de custo. Por exemplo, a “pilha” IP incluindo TCP, RTP, UDP, NTP, e outros protocolos associados provê funcionalidade ampla para comunicações necessárias no letreiro (por exemplo, para controlar os LEDs), enquanto que a ethernet ou SONET/SDH podem se usadas para prover controle de nível de link e transferência de dados. Fibras óticas, cabos de fio ou sem fio podem ser usados para conexão física.

Durante fabricação e em operação, as posições dos LEDs devem ser controladas para pequenas tolerâncias para assegurar uniformidade das imagens resultantes no display. A caixa para cada módulo, por exemplo, é tipicamente provida por uma moldagem de polímero com furos para os LEDs. Tal caixa experimenta grandes perdas de calor, uma vez que as caixas têm baixa refletividade e, particularmente em estruturas externas, podem ser submetidas à luz solar direta por períodos prolongados de tempo. Cargas de calor solar de até aproximadamente 1.000 watts por metro quadrado de área de superfície são possíveis na face da estrutura. As moldagens de polímero são feitas tipicamente de polímeros que têm baixa condutividade térmica e baixa capacidade térmica. Assim, a temperatura em uma caixa pode-se tornar elevada muito rapidamente e flutuaria à medida que mudasse a carga de calor. Flutuações de temperatura produzem tensões de expansão e contração mecânica na caixa, causando desalinhamento e movimento relativo dos pixels, o que resulta em perda concomitante de uniformidade de imagem. A uniformidade de temperatura e a constância melhoram a exatidão e precisão das cores exibidas. Fadiga mecânica causada por tensões repetidas também pode produzir conexões interrompidas ou outros problemas elétricos de continuidade, os quais reduzem a confiabilidade e, potencialmente, a durabilidade do sistema de display. Adicionalmente, a face externa do letreiro acumula sujeira e resíduos que podem reduzir a saída de luz, aumentar a refletividade, deslocar o equilíbrio de cor e produzir outros efeitos prejudiciais.

Portanto, a manutenção de um letreiro requer ambos, limpeza e esfriamento efetivos do letreiro. Essas funções podem ser realizadas independentemente umas das outras. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a face do letreiro pode ser limpa frequentemente mediante o fluxo de um fluido sobre a face do letreiro, ou mediante provisão de um jato de fluido na face do letreiro. Tipicamente, a face do letreiro não é uma superfície plana simples. As lentes de LED, coberturas de proteção de LED, venezianas para prover sombra na face de letreiro, e outros desvios a partir de uma superfície plana podem ser desejáveis ou podem existir. Um fluxo de fluido laminar cobrindo a face inteira do letreiro pode não ser possível ou pode não ser adequado para garantir limpeza apropriada. Em vez disso, jatos consistindo em um ou mais fluidos de limpeza podem ser usados para a limpeza em muitas circunstâncias. Os jatos podem ser colocados em um andaime com trilhos que permitem que os jatos deslizem ao longo da direção horizontal ou vertical, ou de ambas as direções. Os jatos podem ser gerados de diversas formas. Um método utiliza ar comprimido para prover uma força motriz para forçar um líquido através dos bicos orientados. O fluido pode ser coletado, filtrado e recirculado para minimizar a perda de fluido.

Como uma vantagem adicional a partir do fluxo de fluido frequentemente sobre o letreiro, temperaturas e flutuações de temperatura podem ser reduzidas significativamente. O fluido também pode ser circulado em condutos instalados no letreiro para prover uma função puramente de esfriamento. Sem a necessidade de realizar a função de limpeza, os condutos de fluido podem ser fechados (por exemplo, em tubos).

Embora o fluxo de fluido laminar cobrindo a face inteira do letreiro possa não ser possível, o fluxo de fluido para partes da face de letreiro proporciona moderação das flutuações de temperatura. Por exemplo, o fluxo de fluido através ou sobre as venezianas (nessa modalidade, venezianas são providas para sombreamento a partir da luz solar incidente para reduzir a refletividade do letreiro; as venezianas não são exigidas para efetuar limpeza ou esfriamento do letreiro.) associadas com cada fileira ou cada uma das poucas fileiras de pixels é suficiente se a condutância térmica para as venezianas for suficientemente elevada. O uso de pavios de aquecimento, tubos de aquecimento ou folhas finas de material com elevada condutividade térmica distribui o calor para próximo da superfície da face onde o fluxo de fluido pode remover o calor, desse modo moderando as flutuações de temperatura.

A Figura 11 mostra a caixa 1100 para um módulo com capacidade de fluxo de fluido, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Conforme mostrado na Figura 11, a caixa 1100 inclui uma primeira face 1106 na qual um grupo de LEDs é colocado atrás de janelas ou lentes transparentes 1104. (A face 1106 forma parte do display gráfico do letreiro.) A Figura 11 mostra a caixa 1100 incluindo quatro pixels, com cada pixel tendo 10 elementos. Em uma implementação, cada pixel inclui 5 LEDs vermelhos, 3 LEDs azuis e 2 LEDs verdes. Cada caixa é projetada para ser um bloco de construção do letreiro, capaz de ser empilhado verticalmente e colocado adjacentemente e horizontalmente em relação uns aos outros. Os pixels são posicionados em cada módulo em locais específicos de tal modo que, quando as caixas são empilhadas verticalmente ou colocadas horizontalmente, todos os pixels adjacentes são separados de modo eqüidistante uns dos outros, independente de se os pixels adjacentes estão na mesma caixa ou em caixas diferentes. A face 1106 pode ser formada como uma estrutura laminar consistindo em uma camada fina (por exemplo, uns poucos milímetros) de polímero e malha de metal fino 1101. A camada de polímero é escolhida para prover baixa refletividade na banda visível (comprimento de onda de 380 a 720 nm), baixa absorvência de água, resistência às condições climáticas e exposição aos raios ultravioletas e boas propriedades mecânicas. Malha fina de metal 1101 de elevada condutividade térmica é provida como um absorvedor de calor a uma curta distância atrás da face 1106 como um coletor da carga térmica incidente sobre a primeira face 1106. Malha de metal 1101 é selecionada para ter um coeficiente de temperatura diferencial consistente com o material de polímero da face 1106, e capaz de prover à mesma uma boa ligação térmica. Alguns pavios de aquecimento ou tubos de aquecimento (por exemplo, tubo de aquecimento 1105) são providos atrás da malha de metal 1101 para conduzir o calor para longe da folha de metal 1101 em direção ao lado posterior da caixa 1100. Tipicamente, condicionamento de ar é provido no lado posterior para controle de unidade e temperatura. Nessa modalidade, condutos de fluido são providos na parede superior 1102 e na parede inferior 1103 para circular um fluido de limpeza.

A parede superior 1102 pode prover uma veneziana que se projeta sobre a face 1106.

Perfurações que se abrem para os condutos de fluido da parede superior 1102 podem ser providas ao longo da veneziana de modo que um fluxo do fluido de limpeza pode fluir substancialmente em um fluxo laminar sobre a face 1106. Alternativamente ou adicionalmente, o fluido de limpeza pode ser provido, por exemplo, por intermédio de bicos colocados em intervalos regulares, ou os quais se movem ao longo de condutos estendidos verticalmente ou horizontalmente providos ao longo das dimensões do letreiro, de modo que jatos de fluido de limpeza podem ser dirigidos para a face 1106 de cada caixa no letreiro. O fluido de limpeza preferivelmente é aquele que não deixa para trás uma película sobre a face 1106. O fluxo de fluido de limpeza é coletado em uma calha na parede inferior 1103, a qual esvazia para dentro de condutos de fluido que direciona o fluido de limpeza para dentro de um reservatório onde o fluido de limpeza é filtrado e reciclado. O fluxo de fluido também provê moderação de temperatura que reduz a tensão termicamente induzida, desse modo promovendo maior durabilidade para os LEDs e meios eletrônicos associados com custos de serviço e manutenção reduzidos como resultado disso. Se a função de esfriamento não for necessária para um determinado letreiro (por exemplo, devido à sua localização), a limpeza pode ser realizada de forma relativamente infrequente.

Muitos dos componentes mecânicos, de controle de fluido e de distribuição necessários para limpeza são comuns em relação àqueles necessários para moderação de temperatura. Economias significativas de custo, portanto, são realizadas mediante integração do modelo e realização do meio para prover não somente limpeza como também moderação de temperatura para o letreiro.

Supondo uma carga de calor solar de 1000 watts por metro quadrado, alguns gradientes de temperatura e diferenciais podem ser avaliados. Como a condutividade térmica da maioria dos polímeros é de aproximadamente 0.3 wm-1K-1, um diferencial de temperatura de aproximadamente 3°C existe através de cada milímetro de espessura do material laminar usado na face 1106. A utilização de um absorvedor de calor consistindo em tela de cobre de malha 60 (60 fios por polegada) como folha de metal fina 1101 provê um gradiente de temperatura de aproximadamente 3°C por centímetro de comprimento lateral linear a partir da conexão de dissipador de calor com a tela de cobre. Como resultado, a utilização de um absorvedor de calor, fino (por exemplo, uma tela de cobre) proporcionará boa estabilidade de temperatura se a distância entre as conexões do dissipador de calor não exceder aproximadamente 10 centímetros. O espaçamento entre as conexões do dissipador de calor ou frio pode ser aumentado à medida que a condutância térmica é aumentada, por exemplo, mediante uso de múltiplas camadas de tela ou folhas sólidas de material com elevada condutividade térmica. Alternativamente, o uso de tubos de aquecimento ativos ou de alimentação pela ação da gravidade (por exemplo, tubos de aquecimento 1105) proporciona mecanismo para deslocar o calor por distâncias maiores, contudo, com aumento em complexidade.

Embutir pavios de aquecimento, tubos de aquecimento, ou ambos dentro de uma caixa para os LEDs na estrutura modular tipicamente contendo de uns poucos a umas poucas centenas de pixels modera as mudanças de temperatura resultantes da exposição direta à luz solar ou frio extremo.

A descrição detalhada acima é provida para ilustrar modalidades específicas da presente invenção e não pretende ser limitadora. Diversas modificações e variações dentro do escopo da presente invenção são possíveis. A presente invenção é apresentada nas reivindicações a seguir.

Claims (10)

1. Método para calcular correntes de acionamento para uma pluralidade de LEDs em um pixel de um letreiro para obter uma cor desejada em uma intensidade luminosa desejada, a pluralidade de LEDs sendo LEDs de uma pluralidade de cores básicas definindo uma gama de cores, o método compreende: selecionar um número de grupo de cores básicas, cada grupo compreendendo pelo menos três cores básicas e definindo um conjunto de cores dentro da gama de cores; para cada grupo de cores básicas selecionado, calcular as correntes de acionamento para os LEDs de cada cor básica dentro do grupo selecionado requisitado para fornecer, na intensidade luminosa desejada, a) a cor desejada, quando a cor desejada está dentro da gama de cores, ou b) uma cor substituta, quando a cor desejada está fora da gama de cores, em que as correntes de acionamento para cada grupo selecionado são calculadas com base no escalonamento das correntes de acionamento calculadas anteriormente para o grupo selecionado que atinge uma intensidade luminosa máxima para a cor desejada ou a cor substituta, e em que a cor substituta é uma cor ao longo de uma linha de matiz constante entre a cor desejada e um ponto acromático dentro da gama; o método é caracterizado pelo fato de, quando as correntes de acionamento calculadas de um ou mais grupos selecionados são realizáveis, escolher as correntes de acionamento calculadas de um dos grupos selecionados que fornece as correntes de acionamento realizáveis, e quando nenhuma das correntes de acionamento calculadas dos grupos selecionados são realizáveis, calcular correntes de acionamento para uma pluralidade de cores aproximadas e escolher, entre as correntes de acionamento para as cores aproximadas que são realizáveis, as correntes de acionamento calculadas para uma das cores aproximadas, cada cor aproximada sendo uma cor dentro da gama selecionada com base em uma diferença entre a cor aproximada e ou a cor desejada ou a cor substituta, e utilizar as correntes de acionamento calculadas escolhidas para acionar os LEDs do pixel do letreiro.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as correntes de acionamento para cada grupo selecionado de cores básicas requisitado para fornecer a cor desejada é calculado utilizando uma técnica de maximização restrita.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a técnica de maximização restrita compreende programação linear.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as correntes de acionamento para cada grupo selecionado de cores básicas requisitado para fornecer a cor desejada são calculadas sujeitas à restrição de que nenhuma das correntes de acionamento seja negativa.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada corrente de acionamento é restrita a ser inferior a um valor pré-determinado.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as correntes de acionamento para cada grupo selecionado de cores básicas requisitado para fornecer a cor desejada são calculadas em um espaço de cor linear.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a cor substituta é selecionada para ser o ponto na interseção da linha de matiz constante e um limite da gama.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as correntes de acionamento que atingem a intensidade luminosa máxima são computadas fora de linha.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a intensidade luminosa máxima é determinada pela interpolação de pontos de amostragem selecionados.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a intensidade luminosa máxima é determinada utilizando especificações para LEDs que fornecem cores básicas dentro de cada grupo de cores básicas.

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