CN105979773A

CN105979773A - 用于鱼类的人造照明系统和提供鱼类照明的方法

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Publication number: CN105979773A
Application number: CN201480067623.9A
Authority: CN
Inventors: C.塔纳塞; R.C.布罗尔斯马; H.M.皮特斯; R.T.维格; R.F.M.范埃普特; M.P.J.皮特斯; E.德比尔; R.F.X.A.M.莫斯; R.J.M.维林斯; P.H.J.范斯蒂恩
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2034-12-08
Also published as: JP6198954B2; DK3079464T3; JP2017505113A; US20220132815A1; AU2014363686B2; US11252944B2; CN105979773B; AU2014363686A1; NO3079464T3; WO2015086542A1; CA2932946C; CA2932946A1; EP3079464A1; EP3079464B1; PL3079464T3; US20160353716A1

Abstract

鱼类照明系统具有输入接口（10），其接收对应于所期望的鱼类行为和/或生理响应（12）的指令。将此转换成用于驱动照明布置（18）的照明控制信号（RGB,t），其中选择来自照明布置的输出的强度和颜色以获得所期望的鱼类行为和/或生理响应。

Description

用于鱼类的人造照明系统和提供鱼类照明的方法

技术领域

本发明涉及用于鱼类的照明系统，例如用于海笼中的养殖，或者用于使用在其它类型的鱼类孵化场和养鱼场中。

背景技术

鱼类或其它水生动物在其自然环境中的行为取决于众多因素，诸如温度、光质量、氧气浓度、水PH。某个区域中的鱼类量或鱼类密度还由该区域中的环境因素有力地确定。高度密集的鱼类繁殖取决于种类和在淡水或海水中的发育阶段而发生。例如，当前绝大多数大西洋鲑鱼生产发生在海洋网笼或海笼中。

在水笼中，诸如海洋网笼或海笼和淡水池，照明条件可以通过使用放置在水上方或水中的人造光来影响。存在当前可用于鱼类应用的多个人造照明系统。它们包括使用荧光、白炽或金属卤化物灯泡或使用发光二极管的光源。照明例如放置在海笼中或者淡水池上方。一般地，已知系统具有要么接通要么关断的灯而没有任何调光控制。

人造光例如特定地用于防止海水应用中的鱼类成熟和用于淡水应用中的银化（行为）过程。

所使用的大部分人造光是白色宽频谱光并且用于延长白天的持续时间，或者特定地以鱼类的松果体为目标的蓝光。

LED照明具有相对于诸如金属卤化物和荧光照明之类的常规照明的多个优点。LED光源可以具有窄且定义明确的频谱输出，光强度可以在宽范围之上变化，并且不同颜色的不同LED光源可以组合从而提供频谱输出的控制，这允许用于不同目的的适当频谱和光强度。

US 7878674描述了一种适用于孵化场、水族箱和生物反应器的LED照明系统，其可以递送具有最优频谱输出的空间和频谱受控的光以用于生长。

已知系统难以使用并且要求大量知识和来自用户的输入。

发明内容

鉴于上文，合期望的是提供一种有效的人造照明解决方案，其能够改进鱼类繁殖的产率和生产力，并且同时为用户提供易于使用的接口。

本发明由权利要求限定。

根据本发明的一方面，提供了一种鱼类照明系统，包括：

照明布置；

用于接收表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令的输入接口；以及

转换单元，用于将所接收到的指令转换成用于驱动照明布置的照明控制信号，

其中照明控制信号适配成选择来自照明布置的输出的强度和颜色以获得所期望的鱼类行为和/或生理响应。

该系统提供一种用户接口，其使得用户能够简单地指定所期望的鱼类响应。系统将该所期望的响应转换成用于照明系统的控制信号，其控制强度和颜色二者。强度和颜色可以随时间而变化。系统可以编程有作为对照明在鱼类发育中所扮演的角色的新的洞悉的附加信息而不覆盖行为。以此方式，系统保持对于用户而言操作起来是简单的。

在一个示例中，输入接口适配成接收以至少两个坐标值的集合的形式的指令，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应。

在另一示例中，输入接口适配成将表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令转换成至少两个坐标值的集合，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应。

以此方式，系统将所期望的响应解释为视觉和非视觉分量。该分量集合然后可以用于限定标准化数据格式，其可以用于表述鱼类的所有不同行为和生理响应。这然后使得能够转换成照明控制系统信号。以此方式，不同鱼类响应可以添加到对系统的可能输入而不需要改变底层数据处理。坐标值充当中间数据集合。

照明单元然后还可以根据该中间数据集合来表征。因此，输入指令被提供或转换成中间数据集合，其表示鱼类解剖学行为，并且照明单元也可以由相同数据集合表征。通过提供该中间数据集合，可以随时间而向系统中构建新的输入指令，并且照明布置可以随时间进行适配。因此，系统提供输入指令与照明布置之间的兼容性，以用于不同系统或用于可以随时间演进的系统。

例如，第一坐标值可以表示白天期间的视觉响应，并且至少两个坐标值的集合还可以包括第三坐标值，其表示夜晚期间的视觉响应。因此，然后存在用于视觉响应参数的至少两个坐标和用于非视觉响应参数的至少一个坐标。输入接口还可以适配成将所期望的鱼类行为和/或生理响应转换成光强度参数。以此方式，存在可以用于确定要使用的照明颜色的坐标值的集合，以及分离的强度参数。

照明布置优选地包括多个LED，尽管可以使用其它光源。

除了输入所期望的鱼类响应之外，系统还可以包括温度传感器和/或环境光传感器。这使得能够根据温度和环境照明来调节光配方。该环境照明可以例如指示当日时间。

本发明还提供一种以光强度分布的形式提供鱼类照明的方法，包括：

接收表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令；以及

将所接收到的指令转换成照明控制信号；以及

使用照明控制信号驱动照明布置，

其中照明控制信号适配成选择来自照明布置的输出的强度和颜色以获得所期望的鱼类行为或生理响应。

如以上提到的，转换所接收到的指令可以包括导出至少两个坐标值的集合的中间步骤，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应。可替换地，系统可以作为输入而接收这些坐标值。

将所接收到的指令转换成照明控制信号可以包括：

使用至少两个坐标值的集合表征多个光源中的每一个，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应；以及

驱动光源使得组合照明旨在匹配所接收到的指令的或从其导出的至少两个坐标值的集合。

以此方式，通过与从系统的输入所导出的相同的生物响应特性来表征光源。这提供比附加地转换成光谱轮廓更有效的控制方案。

第一坐标值可以表示白天期间的视觉响应，并且至少两个坐标值的集合然后还可以包括第三坐标值，其表示夜晚期间的视觉响应。所期望的鱼类行为和/或生理响应还可以转换成光强度参数。

优选地，导出至少两个坐标值的集合可以包括：

设置鱼类的至少一个视觉光色素对要提供的光强度分布的所期望的响应；以及

设置鱼类的至少一个非视觉光色素对光强度分布的所期望的响应。

以此方式，在限定中间数据集合时计及鱼类中的光色素细胞。例如，设置鱼类的至少一个视觉光色素对要提供的光强度分布的所期望的响应可以包括：

设置杆状体光色素的所期望的响应；

设置红色、绿色、蓝色和UV锥状体光色素中的每一个的所期望的响应。

设置鱼类的至少一个非视觉光色素对光强度分布的所期望的响应可以包括设置第一和第二松果体光色素中的每一个的所期望的响应。

在每一种情况中，所期望的响应可以包括要提供的光强度分布与相应光色素的归一化光吸收特性（其关于灵敏度之和归一化）的乘积的频域积分。

所期望的照明还可以计及温度和/或环境照明特性。

附图说明

现在将参照附图详细地描述本发明的示例，其中：

图1示出本发明的照明系统；

图2示出针对鳟鱼的杆状体光色素和锥状体光色素的相对光学密度的示例；

图3示出松果体光感受器的相对光学密度的示例；

图4示出可以如何创建所期望的波长范围之上的光谱；

图5示出不同磷光体可以如何用于给出不同频率特性；以及

图6示出一个磷光体转换层可以如何与蓝色LED一起使用以创建所期望的波长范围之上的光谱。

具体实施方式

本发明提供了一种鱼类照明系统，其中输入接口接收以所期望的鱼类行为和/或生理响应的形式的指令。将这转换成用于驱动照明布置的照明控制信号，其中来自照明布置的输出的强度和颜色随时间变化以获得所期望的鱼类行为和/或生理响应。

图1示出本发明的鱼类照明系统的示例。

系统包括用于接收以所期望的鱼类行为和/或生理响应12的形式的指令并且还指定鱼类类型14的输入接口10。还可以指定收获时间和鱼类的生长阶段。

响应12可以是所期望的鱼类成熟速率，例如以防止在某个时间段内发育成熟。因此，其可以包括长期发育响应。其可以替代性地包括短期响应，诸如以开始繁育周期或者以进行喂食。

其它所期望的鱼类响应可以包括改进的饲料转换率、降低的死亡率、增加的生长、对鱼类颜色的影响等。

将这些所期望的响应供给到接口10，其将它们提供到转换单元16，以用于将所接收到的指令转换成用于驱动照明布置18的照明控制信号RGB,t。

照明布置18可以包括不同照明模块，其可以例如放置在用于收获鱼类的海笼内的不同深度处。布置可以包括多个模块以产生或多或少均匀的光点分布。光照系统可以包括浸没式光源，其例如在海笼的整个体积之上均匀地分布。可替换地，光源可以安装在水面上方。可以使用任何合适的光源。一个示例是LED光源。

光传感器19可以提供总体光水平，或者它们可以分离地测量环境光水平和由系统提供的人造光（如图1中所示）。用于检测环境光的光传感器可以布置在水体表面上方，以提供环境光数据。环境光因而被视为在水面上方感测到的光。

在一个示例中，转换单元16具有第一转换单元20（C1）以将所接收到的指令转换成标准化格式。这可以被视为中间数据格式。这包括在图1中示出为w, x, y, z, b, c, d,强度的变量。以下讨论这些参数。然而，该转换不是关键的，因为用户可以基于该变量集合指定所期望的鱼类响应。对系统的输入因而一般是表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令。这些指令可以以所期望的结果的形式（“在6个月内不成熟”），其然后需要转换成变量值w, x, y, z, b, c, d, 强度。可替换地，指令可以以该变量集合的形式。

例如，利用系统的生物学家或鱼类培育者将发现如何最佳地培育它们正在饲养的鱼类。这将导致温度、营养方案和光配方的描述。当前光配方是在某个时段期间接通或关断某个类型的灯的指令。本发明的系统替代性地限定灯的频谱组成现在可以通过使用变量x,y, z, b, c, d和表示绝对光水平的强度（A）来限定。因此，饲养者或生物学家可以作为输入而向照明系统供给这些变量。

如果被使用，则第一转换单元20包括处理器和存储器，存储器可以利用新的可能鱼类响应和鱼类种类而随时间更新。因此，由于获得新的理解，所以系统可以以简单的方式升级。然而，鱼类响应总是转换成标准化格式，使得到光控制信号的随后转换可以使用相同过程。第一转换单元可以例如实现查找表以从所期望的鱼类响应向中间数据集合转换。

在一个示例中，到标准化格式的转换还可以计及日期（其给出关于季节和白天长度的信息）、温度、氧气水平（主要在孵化场的情况中）以及环境光水平，如图1中所示。标准化格式在执行指令的同时可以是静态的并且保持原样，或者其可以提供参数随时间的动态演进。该演进可以取决于鱼类类型，而且取决于生长阶段、将鱼类从淡水移动到海水的期望时刻，以及期望的收获时间。

所得标准化数据集合因而表明所期望的照明条件，但是根据涉及鱼类解剖学的方面来表述（如以下解释的）。将数据提供给照明控制器24，其生成对照明布置18的RGB控制信号。存在从LED照明布置到照明控制器24的反馈25，如所示，使得照明控制器可以计及照明布置的实际可能输出色域，并且然后导出最接近所期望的光输出的可能实际光输出。另外，反馈25使得能够根据相同参数x, y, z, b, c, d, A来表述各个光模块的光输出特性。

对照明布置18的光控制信号包括时间参数，并且照明控制信号可以适配成使来自照明布置的输出的强度和颜色随时间变化以获得所期望的鱼类行为和/或生理响应。

参数x, y, z, b, c, d可以例如是每个参数编码有1或2个字节。照明控制器24使用相同参数与照明系统18通信。

对于该照明系统18的每一个灯，颜色点（或颜色区域）和绝对光水平由照明控制器24所已知。值可以预编程到照明控制器24中或者可以通过双向通信从照明系统的灯检索。照明系统可以包括全色可控LED照明或否则常规固定或可调光的灯。

颜色点可以在(x, y, z, b, c, d), A颜色空间中接收或者转换成(x, y, z, b,c, d), A颜色空间中的值使得可以使用该颜色空间来控制照明系统。

照明控制器24通过控制各个灯来创建最接近光配方的颜色点和光水平。颜色可控的灯接收所期望的颜色点并且独立地计算最优设置点。最优可以是基于灯的能量效率，或者平衡跨不同灯的负载（要指出的是，由于同质异能，相同颜色点可以以多于一种方式实现）。

正如人类那样，鱼类在强度和波长方面具有针对光的特定灵敏度。鱼类对光的灵敏度根据种类和发育状态而改变。因此鱼类在其发育期间要求不同的光强度和波长以便支持其发育、最大化海水适应性等。

而且，在相同发育阶段内，鱼类受不同环境参数影响，诸如：白天长度（光周期活动）和季节、水温、水中的氧气水平等。取决于季节内的时间，以及当日时间，鱼类具有不同的喂食模式和行为。然而，鱼类的行为不仅仅响应于光；诸如温度之类的其它环境因素也扮演着重要角色。

在已知系统中，照明不接近确切照明条件创建（在强度中和颜色中二者）以支持和最大化鱼类的特定发育阶段。

本发明使得能够向鱼类提供照明配方，而同时避免管理不同类型的照明设备、光控制设备、光传感器、温度传感器等之间的复杂通信的需要。

本发明通过以表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令的形式提供输入来为用户简化系统。该所期望的响应作为鱼类响应参数的标准集合呈现或者转换成鱼类响应参数的标准集合，其可以被认为是“鱼类行动空间”。这是图1中的中间参数集合。

其使得能够使光配方控制和实现更加容易，并且允许控制变得更少地取决于照明设备和其它组件的技术构造。

通过限定“鱼类行动空间”，仅正确的坐标需要被计算和生成。相同坐标可以由不同照明设备使用并且使用不同频谱。以此方式，可以使用生成所要求和/或所期望的照明条件的最高效的方式。这可以是在能量效率方面、在成本效率方面，并且甚至基于人类工程学要求。“鱼类行动空间”因而涉及可以用于预测鱼类对光的响应并且限定在不同发育阶段用于不同鱼类种类的光配方的参数。

照明设备的光谱可以通过传送所期望的光颜色和强度而没有所涉及的灯的确切光谱的详细知识来控制。光传感器19可以例如用于测量所得频谱以实现反馈控制。因此，LED控制器可以使用光学反馈而不是图1中所示的数据反馈25。

“鱼类行动空间”的特征在于供应给鱼类的光的频谱组成可以以关于鱼类生理学的单位来表述，从生理吸收和响应/行动特性导出。系统使得能够实现鱼类养殖者、鱼类生理学家和生物学家以及灯制造者之间的简化通信。

可以使用所期望的鱼类行为和/或生理响应：

（i）以便通过使用具有不同频谱组成的不同类型的灯实现特定目标（例如较短生长周期、无压力鱼类、增加的鱼类和水产养殖质量、降低的攻击性）。该实现允许控制变得较少地取决于照明设备和其它组件的技术构造。

（ii）以便预测鱼类对光的响应以便限定针对其它鱼类种类或相同鱼类类型的其它发育阶段的光配方。

（iii）以便提供针对生长光的动态频谱控制。光传感器可以用于测量光谱并且可以使用坐标以基于环境日光组成来限定人造光的频谱组成。控制系统可能能够通过传送正确的坐标而没有所涉及的灯的确切光谱的详细知识来控制照明设备的光谱。光传感器可以测量所得频谱并且可能能够传送结果。

为了导出中间参数的集合，并且从而限定“鱼类行动空间”，可以描述涉及鱼类的特定行为响应。这些响应由鱼类解剖学产生，特别是鱼类的光响应细胞，诸如不同光感受器。

对于给定光强度分布，将存在给定光感受器的特定检测水平，并且该检测然后将引起对应的鱼类生理响应。

如同其它脊椎动物那样，鱼类具有两种类别的光感受器中心：

（i）主要关联到视觉感知的眼睛光感受器

（ii）造成生理改变或生物节律改变的非视觉光感受中所涉及的松果体、松果体旁、脑深部和其它光感受器。

可能使用眼睛光感受器的部分以便看到食物、光方向、捕食者。已知松果体和脑深部光感受器涉及在例如光周期信息的信令中。松果体光感受器制造褪黑激素。褪黑素产生限于明-暗（LD）循环的暗部分并且提供在昼夜节律和/或光周期行为的调整中扮演重要角色的化学信号。

视黑素光感受器可以涉及在通过多个路径的光周期信息的信令中，从而涉及视网膜和可能地脑深部光感受器二者直接向下丘脑-垂体轴传输光周期信息。

充当“鱼类行动空间”的图1中所示的中间参数的集合表示这些不同效果的组合。

通过利用该参数集合，本发明提供控制人造照明以刺激鱼类生长、发育和安康的新方式。

“鱼类行动空间”的参数集合关于照明条件的通信，其允许尽可能多地独立于使用在应用安装中的照明设备的确切频谱性质。本发明可以用于大多数鱼类（淡水和海水二者）。

所示的系统示例能够作为当日时间、自然光或除所提供的人造光之外的其它光的光强度和光分布、鱼类种类、鱼类生长阶段和收获时间的函数而提供可变光分布的确切内容（即强度和频谱）。

“鱼类行动空间”计及对光的数个不同鱼类响应：

（i）视觉响应涉及光方向、食物、捕食者的视觉感知。用于这些视觉过程的光色素主要分组在350-400nm的UV带（在380nm处达到峰值）、410-470nm的蓝色带（在435nm处达到峰值）、470-550nm的绿色带（在530nm处达到峰值）和550-650nm的橙色-红色带（在580nm处达到峰值）中。它们关联到所谓的A1系统（视紫红质）和所谓的A2系统（视紫蓝质）。

然而，A1/A2比随视网膜定位、水温、白天长度、迁徙习惯、激素组成等变化。色素比例对于所有种类而言不相同，并且此外，其可能不贯穿各季节或随年龄保持恒定。

视觉响应还拆分成由锥状体光色素确定并且在以下与整数A结合提到的日光视觉响应，以及由杆状体光色素确定并且在以下与整数B结合提到的夜晚视觉响应。

图2（a）示出对视觉光谱的杆状体光色素频谱灵敏度，并且图2（b）示出四种不同细胞类型对视觉光谱的锥状体光色素频谱灵敏度。锥状体的频谱灵敏度可以对每一个种类而不同。

在图2中，原始吸收数据由符号表示并且拟合方程由线表示。

（ii）非视觉、生物节律响应涉及在非视觉光感受中，例如但不限于昼夜节律和/或光周期行为的调整。有益的是检测刚好发生在日出和黄昏之前和期间的颜色转变，其提供涉及用于松果腺的神经内分泌活动的开始或停止信号的信息，其事实上确定针对昼夜节律的调整。

存在两种松果体光色素，第一种具有463nm处的吸收峰，而第二种具有561nm处的吸收峰。

图3示出松果体光感受器的相对光学密度。每一条曲线已经归一化到其自身的最大光学密度。

除了这些松果体光感受器之外，存在调整生物节律的其它光感受器，诸如在眼睛和脑深部二者中发现的视黑素以及松果体旁光感受器。而且，存在将贡献于调整生物节律或其它生物过程的其它光感受器。

以下描述的系统不计及这些另外的特性，但是所描述的本发明的系统可以扩展成覆盖附加响应。

在本申请中详细描述的本发明的系统的示例利用至少3个维度，涉及视觉日光、视觉夜晚和松果体行动。一起，这些响应允许不同情形中的照明条件的描述。以此方式，用于限定“鱼类行动空间”的坐标至少表示视觉行动的量和松果体行动的量。

每一个行动坐标可以通过针对入射光谱的每一个波长计算特定光感受器的相对灵敏度并且在全部相关波长之上加和那些相对量而导出。

以此方式，对特定行动的所有贡献针对所有相关光波长组合。不同波长处的光的强度引起加权贡献。

现在将呈现基于这些原理的“鱼类行动空间”的示例。

第一参数W表示UV锥状体光色素的响应。如以上解释的，对于特定光强度分布I(λ)，给定波长处的该光色素的灵敏度UV(λ)与该波长处的光强度相乘，并且在可见光谱300nm到800nm之上加和该乘积：

。

第二参数X表示红色锥状体光色素的响应。

第三参数Y表示绿色锥状体光色素的响应。

第四参数Z表示蓝色锥状体光色素的响应。

总体视觉响应可以限定为：

。

该总体响应可以用于归一化其它值，通过限定：

。

要指出的是，颜色点通过使用仅3个维度来确定，

(x, y, z)由于第四个坐标可以从其它三个的组合导出：

。

以此方式，颜色点(x, y, z)与针对绝对光强度的A一起足以描述鱼类眼睛中的感受器的日光响应。当然，可以使用x，y，z和w中的三个与A一起的任何其它组合。

锥状体光感受器通常包含具有色素的油滴以吸收频谱的部分，使得吸收频谱之间的重叠减小并且可以检测最小化的颜色差异。可以通过使用所涉及的色素的吸收频谱进行补偿来完成补偿：

例如，对于蓝色光色素：

。

这提供对光色素灵敏度函数Blue(λ)的修改以计及吸收层。如果需要的话，相同修改可以应用于其它函数。

对于对应于杆状体光色素灵敏度的视觉夜光，限定以下函数：

。

类似方案应用于由松果体调整的生物节律，在两个峰值光学密度处：

。

在这些方程中，将A(视觉日光)表述为W,X,Y,Z坐标的函数，其与在人类视觉的情况中相同。I(λ)以瓦特限定。在该示例中，生物节律相关参数仅包含松果体表达，并且可以在将来扩展到松果体旁和视黑素表达。

所有响应可以涉及日光响应A以提供归一化函数。这是可能的，因为日光频谱具有与所有其它频谱响应的重叠：

。

这意味着中间坐标系可以包括涉及视觉颜色值的六个维度（b, c, d, x, y, z）和涉及总体光强度的值A。如以上解释的，值W从值A，x，y，z可导出（由于A=W+X+Y+Z，使得W=A(1-x-y-z)）。

因此，所有参数(B,C,D,W,X,Y,Z)可以在针对鱼类的六维相对颜色空间中描绘。

通过使用该表示，值（x, y, z）解释鱼类的颜色感知并且（b, c, d）坐标表述潜意识行为，在b还与潜意识感知相关的情况下。

光水平在A值中表述。要指出的是，在某个A值以下，（x, y, z）值没有意义。

如图1中所示，中间坐标系统包括这些值（x, y, z, b, c, d, A）。

在一个示例中，光照系统18包含覆盖从380nm到700nm的整个可见范围的LED。

光强度范围由种类的光灵敏度确定。例如，鲑鱼具有对450-550nm范围内的蓝色和绿色波长的峰值灵敏度，并且光周期由整个鱼类可见频谱确定。对于鲑鱼而言，所要求的最小光强度水平在鱼类/松果体水平处为0.016W/m²。

如图1中所示，中间参数集合由照明控制器24使用。

在参数x, y, z, a, b, c中，所有值归一化到1。这些值用于限定照明系统的频谱组成。

通过使用基于鱼类的频谱响应曲线的参数（而不是基于频谱函数），可以限定与鱼类生长相关的光配方。同质异能（具有不同频谱但是相同鱼类响应特性的光源）在使用该参数集合限定时将具有相同颜色点。响应是种类相关的，但是鱼类动作空间仍提供限定所期望的灯频谱特性的合适通用方式。

鱼类行动空间使得海洋生物学家和鱼类培育者能够根据鱼类响应而不是根据光谱来描述用于鱼类生长的光配方。

如以上解释的，颜色空间是7维空间，其可以由六个维度（x, y, z, b, c, d）和针对总体光水平的A来表示。由于六个维度难以表示，所以日光视觉可以分离地由4维颜色空间（x, y, z）+A来表示，并且总体响应（其中白天视觉表示为一个值）表示为（b, c, d）+A。

以此方式，两个3维颜色空间通过总体光水平A而相关。

作为归一化的结果，每一个值（x, y, z, b, c, d）具有0与1之间的值。

为了导出所要求的照明控制信号，每一个单独可控的灯表示为具有坐标空间(x,y, z, b, c, d), A的单个颜色点。两个光源（例如LED）将具有两个颜色点。

如果这两个颜色点和(x₁, y₁, z₁, b₁, c₁, d₁) A₁和(x₂, y₂, z₂, b₂, c₂, d₂) A₂

这些颜色点之间的线可以用于限定组合的两个光源的新颜色点：

等。

对于多个光源，计算相同：

。

总体光水平是求和：

。

在可控照明系统中，这些A值可以进行控制（调光）。全输出将给出针对光源1的A1并且在50%的调光水平处，光输出将为0.5*A1。

照明驱动器因而本质上限定对各个光源的控制信号的组合使得其光输出特性之和引起所期望的数据集合(x, y, z, b, c, d), A。

存在针对不同光色素的频谱响应频谱中的大重叠，将不可能精确地实现特定颜色点。特别地，参数(a, b, c, x, y, z)不是独立的。例如，具有颜色点（1,0,0,0,0,0）的光源不存在。

在日光视觉系统中，重叠最小，因此为了使鱼类可以在视觉上区分任何颜色，简单地存在对于4种颜色的需要：（UV，蓝色，绿色，红色）。这等同于针对人眼的颜色空间，其要求3种颜色以使人类可以区分大多数颜色（在2D马蹄形布置中）。对于鱼类的等同方案将要求四个光源。然而，使用单色光源来制作白光引起欠佳的颜色渲染。使用宽频谱光源将给出对于颜色点的更少控制，但是给出创建宽频谱的更好能力。因而存在光源选择中的权衡。

对于鱼类颜色视觉，存在类似的马蹄形状，但是在3D颜色空间中。

夜晚视觉和松果体响应将处于针对鱼类的视觉颜色空间内，但是在峰值和频谱宽度方面不同。而且阈值将不同。因此，不仅颜色点而且光水平在实际响应中扮演角色并且将是光配方的部分。

对于其它响应，颜色空间将是具有彼此交叉和重叠的折叠表面的复杂形状。这还意味着完全不同颜色的光可以产出鱼类的相同效果无意识行为。

出于该原因，本发明在限定涉及不同光感受器响应的参数方面的光中的方案提供最优参数集合以使得能够实现控制光源方面的实现的灵活性和简易性。

所使用的光源颜色越不同，将存在对颜色点的越多控制。最低限度，系统至少需要具有鱼类颜色行动空间中的不同颜色点的两个光源（即当由值x, y, z, b, c, d表征时）。至少一个光源应当能够调光以便实现鱼类颜色行动空间中的两个颜色点之间的线上的颜色设置点。

如以上解释的，系统可以接收以所期望的鱼类行为和/或生理鱼类响应的形式的指令并且将这转换成“鱼类行动空间”参数，或者否则“鱼类行动空间”值可以输入到系统中。在最简单的实现中，“鱼类行动空间”可以包括所期望的视觉响应（作为第一参数），以及所期望的生物节律响应（作为第二参数）。照明系统接口部分接收可以由给定照明系统应用的光设置集合。在“鱼类行动空间”内，光设置由第一和第二参数以及还有光强度参数表示。

然后通过调节具有可调强度和/或频谱的每一个灯的功率来控制照明系统。在优选实现中，“鱼类行动空间”包括至少三个坐标值（第一坐标值代表第一维度上的视觉日光，第二坐标值代表第二维度上的视觉夜光，并且第三坐标代表第三维度上的生物节律行动）。光强度参数从与想要的鱼类响应相关联的总体光学功率导出。

现在将讨论可能期望的照明控制类型的一些示例。

鱼类饲养者的一个目的可能是通过借由更好的饲料摄入改进生长并且改进饲料转换率（FCR）来改进鱼类发育。这可以通过以如以上解释的鱼类的视觉、松果体和脑深部光感受器二者为目标来实现。通过组合所有这些光感受器的灵敏度，在420nm至650nm范围中限定适当的鱼类颜色。同样重要的是鱼类能够看到食物，并且对比度也是相关的，光对鱼类的新陈代谢和生物节律具有影响。

因此，一个所得的期望光输出可以具有420nm和650nm之间的频谱的至少50%。该颜色可以通过使用蓝色、白色和绿色LED的组合来提供。

图4是这可以如何提供的示例，并且示出针对绿色LED的光谱40、针对蓝色LED的频谱42，以及当这些与宽白色频谱组合时所得的频谱44。

LED可以通过使用磷光体而与直接光转换一起使用。可以使用的磷光体的示例是Ga掺杂的YAG、LuAG、LuGaAG、SSONe、ß-SiAlON、BOSE/OSE。

可以独立或组合使用的磷光体的一些示例的发射频谱的示例在图5中呈现。图线50是Nemoto YAG370A120磷光体（镓掺杂的石榴石：(Ga_xY_1-x)₃AL₅O₁₂: Ce），图线52是LuGaAG磷光体（镓掺杂的LuAG: (Ga_xLu_1-x)₃Al₅O₁₂:Ce），图线54是SrGa₂S₄: Eu磷光体（硫代镓酸盐），并且图线56是LuAG lumiramic磷光体（陶瓷LuAG）。

可替换地，可以与蓝色LED组合地使用远程磷光体转换层以提供420nm至650nm的所要求频谱。

所使用的远程磷光体可以具有图5中所示的类型。

使用来自Nemoto（类型370A120）的GaYAG磷光体提供的颜色示例在图6中指示。磷光体组合已经适配成使得以鱼类视觉频谱为目标并且减少由于水吸收所致的光损失。

在图6中，与鱼类相关的光60在带420-650nm中。较短波长区62经历强水吸收并且较长波长区64没有眼睛或松果体灵敏度。

在一些情形中，对于鲑鱼以及对于其它种类的鱼类，可以使用其它磷光体，诸如具有深蓝/近UV发射的SAE（铝酸锶铕）。例如，当鲑鱼处于鱼苗、鱼秧和幼鲑的淡水阶段时，它们感知深蓝和UV光。

如以上提到的，光控制的一个用途是抑制性成熟。已经发现，光强度必须在0.012-0.016W/m²以上以用于该目的。

本发明在原理上对使用自适应光控制方案的水产养殖（鱼类生长）感兴趣。本发明对于淡水和海水水产养殖感兴趣，例如包括鱼类、软体动物、虾类等。

输入接口通过处理特定所期望的鱼类响应（诸如发育需要或行为响应，其与视觉和非视觉光相关）来计算表示鱼类行动的参数集合。

图1的系统执行数据处理功能。为此目的，可以使用控制器。可以用于控制器的组件包括但不限于常规微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实现中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以编码有一个或多个程序，所述程序在一个或多个处理器和/或控制器上运行时执行所要求的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可移植的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器或控制器中。

照明布置优选地包括LED。然而，更一般地，可以使用任何照明设备，其可以在强度、发射频谱或二者方面可适配。

当使用LED时，它们可以是固态LED，但是可以可选地还是有机LED。还可以应用固态和有机LED的组合。术语“LED”还可以涉及多个LED。因而，在单个LED位置处，可以布置多个LED，诸如2个或更多个LED的LED组。

使用LED的主要优点源自控制光的频谱组成以紧密地匹配所期望的频谱的可能性。其还具有降低的能量消耗和相关联的成本的前景。

由于它们是固态器件，因此固态LED容易集成到数字控制系统中，从而促进复杂的照明程序。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。

Claims

1.一种鱼类照明系统，包括：

照明布置（18）；

用于接收表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令的输入接口（10），其中输入接口适配成：接收以至少两个坐标值（x,y,z,b,c,d,A）的集合的形式的指令，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应；或者将指令转换成至少两个坐标值（x,y,z,b,c,d,A）的集合，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应；以及

转换单元（24），用于将坐标值转换成用于驱动照明布置的照明控制信号，

2.如权利要求1中所要求保护的系统，其中第一坐标值表示日光期间的视觉响应，并且至少两个坐标值的集合还包括第三坐标值，其表示夜晚期间的视觉响应。

3.如权利要求2中所要求保护的系统，其中输入接口还适配成：

接收光强度参数；或者

将指令转换成光强度参数。

4.如任一项前述权利要求中所要求保护的系统，其中照明布置（18）包括多个LED。

5.如任一项前述权利要求中所要求保护的系统，还包括：

温度传感器和/或

环境光传感器。

6.一种以光强度分布的形式提供鱼类照明的方法，包括：

作为至少两个坐标值的集合而接收表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应，或者接收表示所期望的鱼类行为和/或生理响应的指令并从所接收到的指令导出至少两个坐标值的集合，其中第一坐标值表示视觉响应，并且第二坐标值表示生物节律响应；

将坐标值转换成照明控制信号；以及

使用照明控制信号驱动照明布置（18），

7.如权利要求6中所要求保护的方法，其中将坐标值转换成照明控制信号包括：

8.如权利要求6或7中所要求保护的方法，其中第一坐标值表示日光期间的视觉响应，并且至少两个坐标值的集合还包括第三坐标值，其表示夜晚期间的视觉响应。

9.如权利要求8中所要求保护的方法，还包括作为指令的部分而接收光强度参数，或者将指令转换成光强度参数，以及驱动光源以提供光强度。

10.如权利要求6至9中任一项中所要求保护的方法，其中至少两个坐标值的集合通过以下获得：

11.如权利要求10中所要求保护的方法，其中设置鱼类的至少一个视觉光色素对要提供的光强度分布的所期望的响应包括：

设置杆状体光色素的所期望的响应；

12.如权利要求10或11中所要求保护的方法，其中设置鱼类的至少一个非视觉光色素对光强度分布的所期望的响应包括：

设置第一和第二松果体光色素中的每一个的所期望的响应。

13.如权利要求10、11或12中所要求保护的方法，其中每一个所期望的响应包括要提供的光强度分布与相应光色素的归一化光吸收特性的乘积的频域积分，所述归一化光吸收特性关于灵敏度之和归一化。