CN103983434B - 景观照明光源光谱反射光效评估方法及评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种景观照明光源光谱反射光效评估方法及评估系统。所述评估方法包括步骤1：检测景观照明光源的光谱，并根据所述光谱计算所述光源的光效；步骤2：对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重；步骤3：对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效；步骤4：根据所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效，以各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重为其权重，计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效。

Description

景观照明光源光谱反射光效评估方法及评估系统

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种景观照明光源光谱反射光效评估方法及评估系统。

背景技术

在功能性照明中，人们关注的是光源效率(lm/W)，而城市景观照明更倾向于装饰性照明，其需求与功能性照明是不相同的。功能性照明所用光源为白光，要满足人们工作、学习等日常生活需要，其所照射物体也是五颜六色、丰富多彩的；城市景观照明所照射景观物体颜色相对单一，不管是植物景观或是雕塑、建筑等，大部分情况下，其色彩为一种或是两到三种，至少在一块相对较小的区域类，其颜色相对单一。对于景观照明来说，人们不关心光源本身有多亮，而是关心其照射景观后反射回来的亮度。采用传统光效来评价景观照明的效率显然是不合适的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种景观照明光源光谱反射光效评估方法及评估系统，用于解决现有技术中所采用的直接评价光源发光效率的光源光效评估方法，不适用景观照明特点，不能满足景观照明效率的评估的不足。

一种景观照明光源光谱反射光效评估方法，包括如下步骤：

步骤1：检测景观照明光源的光谱，并根据所述光谱计算所述光源的光效；

步骤2：对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重；

步骤3：对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

步骤4：根据所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效，以各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重为其权重，计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效。

进一步地，所述步骤2包括如下步骤：

获取所述照明区域的图像，并检测所述图像中的各像素的色差；

将色差小于设定值的像素归为一类；

计算各类像素的数量占所述图像的总像素的数量的比例，并以此作为各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重。

进一步地，所述步骤3中的光源的光谱反射光效计算方法如下：

所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效的计算公式为： ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{\ρ}}=\frac{K_m{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{P}=\mathrm{\η}\·\frac{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}},$ 其中，K_m为最大光功当量，P_λ为所述光源的光谱辐射能量，V(λ)为光谱光视效率函数曲线，ρ(λ)为所述照明目标的光谱反射曲线，P为所述光源的总功率，η为所述光源的光效，η_ρ为所述光源的光谱反射光效。

进一步地，所述光源在所述照明区域的光谱反射光效的计算公式为：其中，η_c所述光源在所述照明区域的光谱反射光效，w_i为第i种颜色的照明目标对应的权重，η_ρi为第i种颜色的照明目标对应的光谱反射光效。

进一步地，所述步骤3包括如下步骤：

对所述照明区域中处于不同位置，但属于同一类颜色的若干照明目标进行反射光谱曲线测试；

根据所述各不同位置的反射光谱曲线测试结果以及所述光源的光效求取光源在所述各不同位置的光谱反射光效；

求取所述各不同位置的光谱反射光效的平均值，并将该平均值作为光源在所述照明区域中的该类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

按上述方法求取光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效。

一种景观照明光源光谱反射光效评估系统，包括：

光源光谱测试模块，用于检测景观照明光源的光谱，并根据所述光谱计算所述光源的光效；

照明区域分区模块，用于对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重；

反射光谱测试模块，用于对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

光源光谱反射光效计算模块，用于根据所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效，以各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重为其权重，计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效。

进一步地，所述照明区域分区模块对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重的步骤为：

获取所述照明区域的图像，并检测所述图像中的各像素的色差；

将色差小于设定值的像素归为一类；

计算各类像素的数量占所述图像的总像素的数量的比例，并以此作为各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重。

进一步地，所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效的计算公式为： ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{\ρ}}=\frac{K_m{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{P}=\mathrm{\η}\·\frac{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}},$ 其中，K_m为最大光功当量，P_λ为所述光源的光谱辐射能量，V(λ)为光谱光视效率函数曲线，ρ(λ)为所述照明目标的光谱反射曲线，P为所述光源的总功率，η为所述光源的光效，η_ρ为所述光源的光谱反射光效。

进一步地，所述光源在所述照明区域的光谱反射光效的计算公式为：其中，η_c所述光源在所述照明区域的光谱反射光效，w_i为第i种颜色的照明目标对应的权重，η_ρi为第i种颜色的照明目标对应的光谱反射光效。

进一步地，所述反射光谱测试模块对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效的步骤为：

对所述照明区域中处于不同位置，但属于同一类颜色的若干照明目标进行反射光谱曲线测试；

根据所述各不同位置的反射光谱曲线测试结果以及所述光源的光效求取光源在所述各不同位置的光谱反射光效；

求取所述各不同位置的光谱反射光效的平均值，并将该平均值作为光源在所述照明区域中的该类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

按上述方法求取光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效。

与现有技术相比，本发明所采用的技术方案不通过检测光源的发光来评价景观照明光源的光效，而是通过检测景观照明光源发出的光经照明目标反射后的光来评价其光谱反射光效，这种光源光效评价方式更贴合人们对景观照明中的光源的关注点。

附图说明

图1：本发明实施例提供的景观照明光源光谱反射光效评估系统流程示意图；

图2：本发明实施例提供的景观照明光源光谱反射光效评估方法结构示意图；

图3：常用景观照明光源的光谱曲线；

图4：不同色样的反射光谱曲线示意图；

图5：常用景观照明光源在不同色样上的反射率；

图6：常用景观照明光源在不同色样上的光谱反射光效；

图7：峰值波长430nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的反射率；

图8：峰值波长430nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的光谱反射光效；

图9：峰值波长480nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的反射率；

图10：峰值波长480nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的光谱反射光效；

图11：峰值波长530nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的反射率；

图12：峰值波长530nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的光谱反射光效；

图13：峰值波长580nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的反射率；

图14:峰值波长580nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的光谱反射光效；

图15:峰值波长630nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的反射率；

图16:峰值波长630nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的光谱反射光效；

图17:峰值波长680nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的反射率；

图18:峰值波长680nm不同FWHM光谱的景观照明光源在不同色样上的光谱反射光效。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明的是通过检测光源照射到景观上后被景观反射的光线来检测光源的光谱反射光效的。此处所谓光源的光谱反射光效是指：光源照射到景观上后，被景观反射的光通量与该光源功率的比值，也可以理解为单位功率的光源照射到景观上后，被景观反射的光通量。光谱反射光效体现了景观的反射作用对光源作用效果的影响，更适于评价景观照明。根据该光谱反射光效的定义可知，光源的光谱反射光效是光源本身与景观联合影响的结果，因此，评价光源的光谱反射光效需要对光源本身及景观两者进行评价，并综合两者的评价结果方能得出。本发明所涉及的光源的光谱反射光效评估方法就是基于这一基本思想而提出的。

图2示出了本发明实施例提供的景观照明光源光谱反射光效评估系统，图1示出了基于该系统的光谱反射光效评估流程。参考图2，该光谱反射光效评估系统包括：光源光谱测试模块1、照明区域分区模块2、反射光谱测试模块3、光源光谱反射光效计算模块4。参考图1，该光谱反射光效评估系统评估景观照明光源的光谱反射光效的流程为：

步骤S1：光源光谱测试模块1检测景观照明光源的光谱，并根据所述光谱计算所述光源的光效；

步骤S2：照明区域分区模块2对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重；

步骤S3：反射光谱测试模块3对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

步骤S4：光源光谱反射光效计算模块4根据所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效，以各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重为其权重，计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效。

在步骤S1中，光源光谱测试模块1根据公式计算光效，η为所述光源的光效，单位为lm/W,φ为所述光源的光通量，单位为lm,P为所述光源的总功率，单位为W，K_m为最大光功当量，其值为683lm/W，P_λ为所述光源的光谱辐射能量，单位为W,V(λ)为光谱光视效率函数曲线。常用的景观光源有HPS、MH、PLED、FL等类型。图3为常用景观光源的光谱图。图4为不同色样的反射光谱曲线示意图；图5为常用景观光源在不同色样上的反射率；图6为常用景观光源在不同色样上的光谱反射光效。

根据前述的基本思想，对光源光效进行评价之后，还需要对景观进行评价。对景观进行评价的实质就是对光源的照明区域进行反射光谱曲线测试。反射光谱曲线指地物反射电磁辐射的能力随所反射的电磁波波长而变化的特性，简而言之，反射光谱曲线反映了地物对不同波长的电磁波的反射率。具体到本实施例中，光源的照明区域的反射光谱曲线就反映了照明区域对不同波长的光源的反射率。由于一般情况下，从整体上看，照明区域中的景观会有两到三种主要颜色，而不同颜色的景观的反射光谱曲线又是不同的，再者不同颜色的景观所占照明区域的面积比重也是不同的，因此，不同颜色的照明目标对光源的光谱反射光效的影响是不同的，为了得到更为准确的光源的光谱反射光效评估结果，有必要将照明区域进行颜色分类。

参考步骤2，照明区域分区模块2在对照明区域进行分类时，先获取照明区域的图像，并检测图像中的各像素的色差，然后将色差小于设定值的像素归为一类，从而完成了对照明区域中的照明目标按颜色进行的分类。颜色分类完成后，照明区域分区模块2再计算每一类像素的数量占图像的总像素的数量比例,并将该比例作为各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重。对于景观照明，获取照明区域的图像时，应当从观众观看该照明区域的角度进行获取。

由于照明区域中，不同类颜色的照明目标所占该照明区域的面积比重是不同的，为了准确获得光源在每一类照明目标上的光谱反射光效。可通过对处于照明区域中的每一类照明目标求取多个光谱反射光效值，然后取其平均值的方式来确定光源在每一类照明目标上的光谱反射光效。具体而言，参考步骤3，照明区域分类完成后，反射光谱测试模块3对该照明区域中处于不同位置，但属于同一类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，然后根据测试结果，结合光源的光效计算结果，计算出数组光源在该类颜色的照明目标上的光谱反射光效，然后将数组光谱反射光效的平均值作为光源在该类颜色的照明目标上的光谱反射光效。不同位置的个数可根据该类颜色的照明目标占照明区域面积比例的大小灵活确定。通过这种方式，可使计算得出的光源在照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效更为准确。光源在照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效的计算公式为：其中，η_ρ为所述光源的光谱反射光效，单位为lm/W,ρ(λ)为所述照明目标的光谱反射曲线。在对照明目标进行反射光谱曲线测试时，可以选择跟拟测试的照明目标颜色一致的色样进行测试。图7至图18示出了不同峰值波长、不同FWHM光谱光源在不同色样上的光谱反射光效及反射率。

参考步骤4，获得光源在照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效后，光源光谱反射光效计算模块4根据所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效，以各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重为其权重，计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效。比如，某类颜色的照明目标占该照明区域的面积比重为40％，则在计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效时，光源在该类颜色的照明目标上的光谱反射光效所占的权重就为40％。光谱反射光效的计算公式为：其中，η_c所述光源在所述照明区域的光谱反射光效，单位为lm/W，w_i为第i种颜色的照明目标对应的权重，η_ρi为第i种颜色的照明目标对应的光谱反射光效，单位为lm/W。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种景观照明光源光谱反射光效评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：检测景观照明光源的光谱，并根据所述光谱计算所述光源的光效；

步骤2：对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重；

步骤3：对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

步骤4：根据所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效，以各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重为其权重，计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效。

2.如权利要求1所述的景观照明光源光谱反射光效评估方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

获取所述照明区域的图像，并检测所述图像中的各像素的色差；

将色差小于设定值的像素归为一类；

计算各类像素的数量占所述图像的总像素的数量的比例，并以此作为各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重。

3.如权利要求1所述的景观照明光源光谱反射光效评估方法，其特征在于，所述步骤3中的光源的光谱反射光效计算方法如下：

所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效的计算公式为： ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{\ρ}}=\frac{K_m{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{P}=\mathrm{\η}\·\frac{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}},$ 其中，K_m为最大光功当量，P_λ为所述光源的光谱辐射能量，V(λ)为光谱光视效率函数曲线，ρ(λ)为所述照明目标的光谱反射曲线，P为所述光源的总功率，η为所述光源的光效，η_ρ为所述光源的光谱反射光效。

4.如权利要求3所述的景观照明光源光谱反射光效评估方法，其特征在于，所述光源在所述照明区域的光谱反射光效的计算公式为：其中，η_c所述光源在所述照明区域的光谱反射光效，w_i为第i种颜色的照明目标对应的权重，η_ρi为第i种颜色的照明目标对应的光谱反射光效。

5.如权利要求1所述的景观照明光源光谱反射光效评估方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：

对所述照明区域中处于不同位置，但属于同一类颜色的若干照明目标进行反射光谱曲线测试；

根据所述各不同位置的反射光谱曲线测试结果以及所述光源的光效求取光源在所述各不同位置的光谱反射光效；

求取所述各不同位置的光谱反射光效的平均值，并将该平均值作为光源在所述照明区域中的该类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

按上述方法求取光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效。

6.一种景观照明光源光谱反射光效评估系统，其特征在于，包括：

光源光谱测试模块，用于检测景观照明光源的光谱，并根据所述光谱计算所述光源的光效；

照明区域分区模块，用于对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重；

反射光谱测试模块，用于对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

光源光谱反射光效计算模块，用于根据所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效，以各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重为其权重，计算所述光源在所述照明区域的光谱反射光效。

7.如权利要求6所述的景观照明光源光谱反射光效评估系统，其特征在于，所述照明区域分区模块对所述光源的照明区域中的照明目标按颜色进行分类，并计算光源照明区域中各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重的步骤为：

获取所述照明区域的图像，并检测所述图像中的各像素的色差；

将色差小于设定值的像素归为一类；

计算各类像素的数量占所述图像的总像素的数量的比例，并以此作为各类颜色的照明目标占所述照明区域的面积比重。

8.如权利要求6所述的景观照明光源光谱反射光效评估系统，其特征在于，所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效的计算公式为： ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{\ρ}}=\frac{K_m{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{P}=\mathrm{\η}\·\frac{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{{\∫}_{380}^{780}{P}_{\mathrm{\λ}}V\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}},$ 其中，K_m为最大光功当量，P_λ为所述光源的光谱辐射能量，V(λ)为光谱光视效率函数曲线，ρ(λ)为所述照明目标的光谱反射曲线，P为所述光源的总功率，η为所述光源的光效，η_ρ为所述光源的光谱反射光效。

9.如权利要求8所述的景观照明光源光谱反射光效评估系统，其特征在于，所述光源在所述照明区域的光谱反射光效的计算公式为：其中，η_c所述光源在所述照明区域的光谱反射光效，w_i为第i种颜色的照明目标对应的权重，η_ρi为第i种颜色的照明目标对应的光谱反射光效。

10.如权利要求6所述的景观照明光源光谱反射光效评估系统，其特征在于，所述反射光谱测试模块对所述照明区域中的各类颜色的照明目标进行反射光谱曲线测试，并根据测试结果以及所述光源的光效，计算所述光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效的步骤为：

对所述照明区域中处于不同位置，但属于同一类颜色的若干照明目标进行反射光谱曲线测试；

根据所述各不同位置的反射光谱曲线测试结果以及所述光源的光效求取光源在所述各不同位置的光谱反射光效；

求取所述各不同位置的光谱反射光效的平均值，并将该平均值作为光源在所述照明区域中的该类颜色的照明目标上的光谱反射光效；

按上述方法求取光源在所述照明区域中的各类颜色的照明目标上的光谱反射光效。