CN105960046A - 基于led大平面光源的空间任意点照度匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法，属于LED照明技术领域。本发明首先对数字驱动值进行采样，以采样值为样本，测量每种LED光轴被照面上的照度值；然后通过公式拟合计算出多项式系数，计算位置调制参数，计算出各种LED所需照度值，进而获得每种LED在光轴方向上的发光强度，从而最终计算出每种LED的数字驱动值。本发明的照度匹配方法，适用于解决LED大平面光源在室内照明时空间任意一点水平照度的问题，利用LED数字驱动值预测室内照明中空间任意一点的水平照度值，对多通道多颗LED集成在大平面的照明系统均可由方法进行照度匹配，精度高，且简单实用。

Description

基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域，特别涉及一种基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法。

背景技术

近年来，随着国家对于节能减排的重视，LED照明设备已越来越多的应用在室外照明领域，而LED室内照明将成为下一个照明领域研究的热点。LED除了低耗能、寿命长的特点外，其封装后的灯珠的光辐射特性可近似看作点光源。因此，可以利用点光源的发光特性将多颗LED光辐射能叠加后计算室内空间任意一点照度值。在实际应用过程中，由于需要匹配的指定空间位置的照度值源于光源上所有单颗LED的辐射，而与此同时每一颗LED对指定空间点的距离及辐射角度不同，因此每一颗LED对于该点照度的贡献值随其位置的变化而变化。换句话说，即使是对同一种LED赋予相同的驱动值，也会因每颗LED相对于目标点的距离和辐射角度不同而造成其对于照度贡献率不同。因此，本发明利用点光源的发光特性以及光传播特性，将多通道多颗LED光辐射能叠加后计算室内空间中任意一点照度值，可解决室内空间任意点照度匹配问题。在实际应用中具有非常大的应用前景，尤其是对光学辐射定标、智能照明、以及光生物学等领域提供可靠的技术支持。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法。

本发明的技术方案为：

一种基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法，包括步骤：

1)对LED的数字驱动值grade_i在0～255等级范围内进行采样，采样值记作G；

2)以步骤1)的采样值G为样本，测量LED大平面上每种LED光轴方向上，距离为h'的被照面上的照度值，记作E_i'，单位lux，i＝1～n，其中n为LED照明系统LED的种类数；

3)将步骤1)的采样值G和步骤2)测得的照度值E'_i与距离h'代入公式(1)中进行拟合计算，可获得多项式系数这里I'_i为采样值下，第i种LED在光轴方向上的发光强度，其中I_i'＝E_i'×h'；

${\mathrm{grade}}_i=a_{0_i}+a_{1_i}\×I_i^{\′}+a_{2_i}\×I_i^{\′2}+a_{3_i}\×I_i^{\′3}+a_{4_i}\×I_i^{\′4}+a_{5_i}\×I_i^{\′5}---\left(1\right)$

4)定义大平面光源上任意LED颗粒的位置作为空间坐标起始位置，每种LED因安装位置不同而导致对目标点照度贡献不同的位置调制参数S_i可由公式(2)获得，其中目标点坐标为(x,y,h)，x和y分别代表目标点相对起始位置在水平面上的横坐标和纵坐标，h代表目标点与起始位置在垂直方向的距离，x,y,h单位均为m；和分别为第i种第j颗LED在平面光源上的排列位置，d为LED颗粒在大平面上相邻两颗之间的距离，因此，为LED颗粒的位置坐标，单位m，其中i＝1～n，n为LED照明系统LED的种类数，j＝1～p_i的正整数，p_i为第i种LED的个数，

$S_i=\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,1}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,1}d\right)}^2)\]}+\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,2}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,2}d\right)}^2)\]}+......+\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,p_i}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,p_i}d\right)}^2)\]}---\left(2\right)$

5)利用公式(3)计算出各种LED所需照度值E_i，其中R_i为预设已知数组，E_匹配代表目标点需要匹配的照度值，E_匹配为已知,单位lux，

E_i＝E_匹配×R_i(3)

6)将步骤4)计算得到的S_i和步骤5)计算得到的E_i值代入公式(4)中，可获得在满足目标点需要匹配的照度值的情况下，每种LED在光轴方向上的发光强度I_i'，

$I_i^{\′}=\frac{E_i}{S_i}---\left(4\right)$

7)将步骤3)获得的多项式系数和步骤6)获得的I'_i代入公式(1)中，计算得到每种LED的数字驱动值grade_i。

本发明首先对数字驱动值grade_i进行采样，以采样值G为样本，测量每种LED光轴方向上，距离为h'的被照面上的照度值E'_i；然后通过公式拟合计算出多项式系数计算位置调制参数S_i，计算出在满足目标点需要匹配的照度值的情况下各种LED所需照度值E_i，进而获得每种LED在光轴方向上的发光强度I'_i，从而最终计算出每种LED的数字驱动值grade_i。

进一步地，步骤1)中，采样值应包含最大数字驱动值255。

作为优选方案，步骤2)中，采用照度计测量LED大平面上每种LED光轴方向上，距离为h'的被照面上的照度值E'_i。

本发明的有益效果为：

本发明的照度匹配方法，适用于解决LED大平面光源在室内照明时空间任意一点水平照度的问题，利用LED数字驱动值预测室内照明中空间任意一点的水平照度值，对多通道多颗LED集成在大平面的照明系统均可由此方法进行照度匹配，精度高，且简单实用。

本发明解决了如何利用照明光源的数字驱动值借助光源LED特性、光源结构特性预测空间中任意一点照度值的问题，此问题的解决为智能照明等科技领域提供了必要的理论基础和方法。

具体实施方式

下面以11通道6*8颗LED大平面照明系统匹配室内空间中指定点的照度来计算11种LED的数字驱动值为例，其中目标点需要匹配的照度值E_匹配为55lux，目标点坐标为(0.2，0.3，2)，单位m，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法，包括步骤：

1)对LED的数字驱动值grade_i在0～255等级范围内进行采样，采样值记作G，采样值G分别为255，225，200，175，150，125，100，75，50，25；

2)以步骤1)的采样值G为样本，采用照度计测量LED大平面上每种LED光轴方向上，距离为h'＝1.2m的被照面上的照度值，记作E'_i，i＝1～n，其中n为LED照明系统LED的种类数，测量数据如表1所示；

3)将步骤2)测得的照度值E'_i与对应的采样值G代入公式(1)中通过拟合计算获得多项式系数具体值见表2所示，这里I'_i为在上述采样值下，第i种LED在光轴方向上的发光强度，I'_i＝E'_i×h'；

${\mathrm{grade}}_i=a_{0_i}+a_{1_i}\×I_i^{\′}+a_{2_i}\×I_i^{\′2}+a_{3_i}\×I_i^{\′3}+a_{4_i}\×I_i^{\′4}+a_{5_i}\×I_i^{\′5}---\left(1\right)$

4)大光源平面上11种LED的安装分布如表3所示，其中1～11分别代表11种LED，且以表中左上角LED所在位置定义为空间坐标起始位置，利用公式(2)计算出位置调制参数S_i分别为0.96，0.97，0.97，0.97，0.977，0.96，0.97，0.97，1.22，1.21，1.45；其中目标点坐标为(x,y,h)，x和y分别代表目标点相对起始位置在水平面上的横坐标和纵坐标，h代表目标点与起始位置在垂直方向的距离，单位m，本实施例中目标点坐标为(0.2,0.3,2)，单位m；和分别为第i种第j颗LED在平面光源上的排列位置，d为LED颗粒在大平面上相邻两颗之间的距离，因此，为LED颗粒的位置坐标，单位m，其中i＝1～n，n为LED照明系统LED的种类数，j＝1～p_i的正整数，p_i为第i种LED的个数；

$S_i=\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,1}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,1}d\right)}^2)\]}+\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,2}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,2}d\right)}^2)\]}+......+\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,p_i}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,p_i}d\right)}^2)\]}---\left(2\right)$

5)利用公式(3)计算出各种LED所需照度值E_i，其中R_i为预设已知数组，R_i为(1/11，1/11，1/11，1/11，1/11，1/11，1/11，1/11，1/11，1/11，1/11)，E_匹配代表目标点需要匹配的照度值，本实施例中E_匹配为55lux，计算出11种LED所需照度值E_i分别为5，5，5，5，5，5，5，5，5，5，5，单位lux

E_i＝E_匹配×R_i (3)

6)将步骤4)计算得到的S_i和步骤5)计算得到的E_i值代入公式(4)中，可获得11种LED为实现目标点的匹配照度而需要的光轴方向上的发光强度I'_i分别为5.21，5.15，5.15，5.15，5.12，5.21，5.15，5.15，4.10，4.13，3.45；

$I_i^{\′}=\frac{E_i}{S_i}---\left(4\right)$

7)将步骤3)获得的多项式系数和步骤6)获得的I'_i代入公式(1)中，计算得到在实现目标点的匹配照度情况下，每种LED的数字驱动值grade_i分别为162，157，86，219，165，106，86，119，72，86，105。

表1 11种LED在不同数字驱动值下对测试点的照度值，单位lux

表2 11种LED数字驱动值与沿光轴方向发光强度拟合系数矩阵

表3大光源平面上11种LED安装分布情况

1	4	3	2	11	5	9	6
								7	11	8	10	9	7	3	11
6	1	6	1	8	2	10	11
								10	8	7	5	10	9	4	3
2	4	2	3	4	1	11	11
								10	5	9	6	8	9	5	7

Claims (3)

1.一种基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法，其特征在于：包括步骤：

1)对LED的数字驱动值grade_i在0～255等级范围内进行采样，采样值记作G；

2)以步骤1)的采样值G为样本，测量LED大平面上每种LED光轴方向上，距离为h'的被照面上的照度值，记作E′_i，单位lux，i＝1～n，其中n为LED照明系统LED的种类数；

3)将步骤1)的采样值G和步骤2)测得的照度值E′_i与距离h'代入公式(1)中进行拟合计算，可获得多项式系数这里I′_i为采样值下，第i种LED在光轴方向上的发光强度，其中I′_i＝E′_i×h'；

${\mathrm{grade}}_i=a_{0_i}+a_{1_i}\×I_i^{\′}+a_{2_i}\×I_i^{\′2}+a_{3_i}\×I_i^{\′3}+a_{4_i}\×I_i^{\′4}+a_{5_i}\×I_i^{\′5}---\left(1\right)$

4)定义大平面光源上任意LED颗粒的位置作为空间坐标起始位置，每种LED因安装位置不同而导致对目标点照度贡献不同的位置调制参数S_i可由公式(2)获得，其中目标点坐标为(x,y,h)，x和y分别代表目标点相对起始位置在水平面上的横坐标和纵坐标，h代表目标点与起始位置在垂直方向的距离，x,y,h单位均为m；和分别为第i种第j颗LED在平面光源上的排列位置，d为LED颗粒在大平面上相邻两颗之间的距离，因此，为LED颗粒的位置坐标，单位m，其中i＝1～n，n为LED照明系统LED的种类数，j＝1～p_i的正整数，p_i为第i种LED的个数，

$S_i=\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,1}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,1}d\right)}^2)\]}+\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,2}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,2}d\right)}^2)\]}+\mathrm{......}+\frac{h^2}{\[h^2+({\left(x-k_{i,p_i}d\right)}^2+{\left(y-l_{i,p_i}d\right)}^2)\]}---\left(2\right)$

5)利用公式(3)计算出各种LED所需照度值E_i，其中R_i为预设已知数组，E_匹配代表目标点需要匹配的照度值，E_匹配为已知,单位lux，

E_i＝E_匹配×R_i (3)

6)将步骤4)计算得到的S_i和步骤5)计算得到的E_i值代入公式(4)中，可获得在满足目标点需要匹配的照度值的情况下，每种LED在光轴方向上的发光强度I′_i，

$I_i^{\′}=\frac{E_i}{S_i}---\left(4\right)$

7)将步骤3)获得的多项式系数和步骤6)获得的I′_i代入公式(1)中，计算得到每种LED的数字驱动值grade_i。

2.如权利要求1所述基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法，其特征在于：步骤1)中，采样值应包含最大数字驱动值255。

3.如权利要求1所述基于LED大平面光源的空间任意点照度匹配方法，其特征在于：步骤2)中，采用照度计测量E′_i。