CN103528686A - 一种光谱可调的led照明系统的配方优化算法 - Google Patents
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Abstract
本发明通过对所选取的每种LED进行测量得到其对应的最大驱动电流下的光谱功率分布，进而得到每种LED的光谱特性；根据目标光谱功率分布和每种LED的光谱特性，采用最小二乘法优化得到LED照明系统的配方，即每种LED的电流驱动值；最后将优化的配方输入控制系统，输出最终的目标光谱功率分布。该发明应用简单、精度高、具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于LED照明系统领域，具体是涉及一种光谱可调的LED照明系统的配方优化算法。
背景技术
发光二级管(LED，Light Emitting Diode)具有色彩鲜艳、光效高、节能经济、绿色环保、超长寿命和响应速度快的优点，是具有广泛应用前景的新一代光源，尤其是高亮度LED，被认为是21世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导。
光谱可调的LED照明系统是通过计算机和控制系统调节多个不同峰值波长的LED组合，从而实现任意色温(CCT，Correlated Color Temperature)和光谱功率分布(SPD，Spectral Power Distribution)的光源，实现可变光谱、可调光模拟环境实验条件。这一研究不仅对新的光源评价的研究具有重要作用，而且可实现对任意光照环境的模拟，可以用于视觉和非视觉的科学实验。例如通过混合光照环境的模拟，可以对各种色貌现象及视觉现象进行实验，可以营造不同颜色氛围的整体空间，来研究不同色彩氛围对人的心理影响，或模拟隧道照明或高速公路照明等环境照明场景。
要实现LED照明系统的任一光谱可调，则对应的配方优化算法是至关重要的。好的配方优化算法可以在短时间内计算得到高精度的结果。目前，关于光谱可调的LED照明系统的配方优化算法方面的研究较少，没有一种可以达到快速、准确得到配方的算法。
发明内容
本发明为了解决背景技术中所述的问题，公开了一种光谱可调的LED照明系统的配方优化算法，其具体步骤如下：
1)选取多种具有不同峰值波长的LED，基本覆盖可见光光谱范围；由于目前材料和工艺的限制，造成了LED在525-555nm波段峰值波长的缺失，可适当采用一些宽带LED光源来达到这一波段的要求；另外，不同LED的发光强度的角分 布不同，应尽量选择发散角较大的LED，以更好达到空间配光的均匀性；
2)用分光辐射度计测量每一个LED在最大驱动电流(均归一化为1)条件下的光谱功率分布SPD；分别记为矩阵SPD1、SPD2、...、SPDn，假定共有n种不同峰值不同波长的LED；每一个LED光谱功率分布矩阵包含31个数据，即400到700nm以10nm为间隔；
3)对于某一特定的目标光谱功率分布矩阵SPDt，假设驱动电流矩阵I满足下列式子：
SPD×I＝SPDt
其中，SPD＝[SPD1，SPD2，...，SPDn]，其大小为31×n；I＝[I1，I2，...，In]，其大小为n×1，驱动电流矩阵I中的每一个元素均代表对应的LED的驱动电流；
4)采用最小二乘法计算得到最优的每种LED的驱动电流以实现目标光谱功率分布，其计算公式为
I＝(SPDT×SPD)-1×SPDT×SPDt
其中，上标T表示矩阵的转置，上标-1表示求取逆矩阵；
5)将求得的LED照明系统的最优配方I输入控制系统，输出最终的目标光谱功率分布。
本发明通过对所选取的每种LED进行测量得到其对应的最大驱动电流下的光谱功率分布，进而得到每种LED的光谱特性；根据目标光谱功率分布和每种LED的光谱特性，采用最小二乘法优化得到LED照明系统的配方，即每种LED的电流驱动值；最后将优化的配方输入控制系统，输出最终的目标光谱功率分布。
附图说明
图1是光谱可调的LED照明系统的配方优化算法流程图；
图2是实施例中所有所选用的LED的光谱功率分布；
图3是实施例中的目标光谱功率分布SPDt；
图4是实施例中最终的光谱功率分布与目标光谱功率分布；
具体实施方式
以包含22种LED的照明系统为例，对上述一种光谱可调的LED照明系统的配方优化算法的具体实施方式进行阐述。如图1所示，其具体步骤如下：
1)选取22种具有不同峰值波长的LED，基本覆盖可见光光谱范围；
2)用Konica Monlta公司的CS2000分光辐射度计测量每一个LED在最大驱动电流(均归一化为1)条件下的光谱功率分布SPD；分别记为矩阵SPD1、SPD2、...、SPD22，见图2；每一个LED光谱功率分布矩阵包含31个数据，即400到700nm以10nm为间隔；
3)对于某一特定的目标光谱功率分布矩阵SPDt，见图3，假设驱动电流矩阵I满足下列式子：
SPD×I＝SPDt
其中，SPD＝[SPD1，SPD2，...，SPD22]，其大小为31×22；I＝[I1，I2，...，I22]，其大小为22×1，驱动电流矩阵I中的每一个元素均代表对应的LED的驱动电流；
4)采用最小二乘法计算得到最优的每种LED的驱动电流以实现目标光谱功率分布，其计算公式为
I＝(SPDT×SPD)-1×SPDT×SPDt
其中，上标T表示矩阵的转置，上标-1表示求取逆矩阵；
5)将求得的LED照明系统的最优配方I输入控制系统，输出最终的复现目标光谱功率分布，见图4。
Claims (3)
1.一种光谱可调的LED照明系统的配方优化算法，其特征在于包括以下步骤：
1)选取多种具有不同峰值波长的LED，基本覆盖可见光光谱范围；由于目前材料和工艺的限制，造成了LED在525-555nm波段峰值波长的缺失，可适当采用一些宽带LED光源来达到这一波段的要求；另外，不同LED的发光强度的角分布不同，应尽量选择发散角较大的LED，以更好达到空间配光的均匀性；
2)用分光辐射度计测量每一个LED在最大驱动电流(均归一化为1)条件下的光谱功率分布SPD；分别记为矩阵SPD1、SPD2、...、SPDn，假定共有n种不同峰值不同波长的LED；每一个LED光谱功率分布矩阵包含31个数据，即400到700nm以10nm为间隔；
3)对于某一特定的目标光谱功率分布矩阵SPDt，假设驱动电流矩阵I满足下列式子：
SPD×I＝SPDt
其中，SPD＝[SPD1，SPD2，...，SPDn]，其大小为31×n；I＝[I1，I2，...，In]，其大小为n×1，驱动电流矩阵I中的每一个元素均代表对应的LED的驱动电流；
4)采用最小二乘法计算得到最优的每种LED的驱动电流以实现目标光谱功率分布，其计算公式为
I＝(SPDT×SPD)-1×SPDT×SPDt
其中，上标T表示矩阵的转置，上标-1表示求取逆矩阵；
5)将求得的LED照明系统的最优配方I输入控制系统，输出最终的目标光谱功率分布。
2.根据权利要求1所述的一种光谱可调的LED照明系统的配方优化算法，其特征在于所述步骤2)中用分光辐射度计测量每个LED在最大驱动电流下的光谱功率分布；可根据实际需要，适当拓展光谱范围，如包含紫外和近红外光部分。
3.根据权利要求1所述的一种光谱可调的LED照明系统的配方优化算法，其特征在于所述步骤3)中对于某一特定的目标光谱功率分布矩阵SPDt，驱动电流矩阵I满足下列式子：SPD×I＝SPDt；也可根据目标光谱功率分布，对SPD和SPDt进行加权，加权函数可采用符合人眼特性的CIE标准观察者颜色匹配函数之和。
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Application publication date: 20140122 |