CN109387281A - 光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统 - Google Patents
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Abstract
光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统主要由6部分组成：位于苍穹顶部的成像型测量模块获取苍穹内部的异常区域数据，位于机舱顶部的测量模块获取三大区域的特征识别区数据，机舱内部照度计对于光色环境高速采集的精准数据，以及成像亮度计用于整体均匀性分析数据、光色分析数据，当发现区域之间存在光色差异并且与设定参数不匹配时，进行反馈调节。本发明的光度监测系统，可保证任意亮度，任意工作时常下的空间光环境的稳定性，对灯具一致性的要求可以降低，延长必要的维护周期以及灯具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种光环境模拟监测调节装置，属于环境光测试控制技术领域。
背景技术
光环境模拟系统的空间内表面以LED发光矩阵组成，形成均匀发光的内表面，模拟天空自然光或固定空间的环境光。除了满足实验空间中固定位置的照度条件外，空间内表面的光色一致性也是必要的满足条件。
对于小型、小功率的光源箱，常采用LED光源模组作为发光体，并且也会存在光色调节的需求，但是发光体表面的光色一致性无法保证。对于小型光源箱的调光反馈方式，其目的是调节光源箱测试点的光色满足设定要求，对于光源表面的光色一致性不关注。这种调节方式只适用于小型、且不关注光源表面光色一致性的情况下。
模拟天空自然光环境的光环境模拟系统，除了关注中心实验区域的光色信息外，光环境空间内表面的光色一致性也特别重要，而且直接影响到了光环境工效实验中人对光环境的感知，影响实验结果，中心点单点的光色调节反馈无法满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，通过成像式的测试手段，实时监控各区域的亮度、色度；当存在差异时，系统可以给出模组调光的参数，并控制需要调光区域的LED模组进行光色调节，使各区域的光色保持一致。
本发明的技术方案如下：
本发明的装置主要由6部分组成：实时采集并获取光环境整体的成像数据的成像测量模块、获取光环境内一个或多个特定区域的光色信息的区域数据测量模块、一个布置在光环境中心的监测装置和多个在环境内分布的传感模块、用于光色调节的调光控制模块、连接各个模块与通信系统的通信模块以及用于信息反馈调节的控制系统。
所述成像测量模块设置于光环境穹顶中央，该模块可按照标准天空模型中划分的三大区域特征识别并获取光环境中区域数据。
所述区域数据测量模块设置于光环境内的测试对象的顶部，用来获取光环境内一个或多个特定区域的光色信息
所述传感模块可分布于测试对象的内部空间，包括照度计和亮度计。照度计为精确分光型彩色照度计，内置光栅和传感器阵列；亮度计是基于CCD彩色成像亮度计，内置有鱼眼数字摄像头。
所述控制系统可以在光色调节过程中实时监控并反馈，直至光色满足设定条件。
本发明的有益效果：
1、任意亮度，任意工作时常下的空间光环境可以保证。
2、典型色彩获取的范围大大增加。
3、对灯具一致性的要求可以降低，延长必要的维护周期以及延长灯具的使用寿命。
附图说明
图1CIE标准天空分区
图2反馈校正系统分区
图3反馈校正系统流程图
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的一种光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统主要由6部分组成：位于苍穹顶部的成像型测量模块获取苍穹内部的异常区域数据，位于机舱顶部的测量模块获取三大区域的特征识别区数据，机舱内部照度计对于光色环境高速采集的精准数据，以及成像亮度计用于整体均匀性分析数据、光色分析数据。其中，对于本系统采用的反馈校正机制，相关设备主要由照度计和成像亮度计组成，利用该机制可以缓解由时间或者其他因素引起的光色问题。
这些数据经软件分区识别后，反馈回修正指数，再通过高速的网线回传至控制器，并解码转化成WW\CW双通道调光数值，从整体上解决其他区域的光色干扰，从而在反馈校正的过程中去实际侦测并解决环境的异常。
如图1所示为CIE标准天空分区。模拟阶段开始阶段，整体的苍穹光色控制系统模拟验证参考CIE的标准天空模型去设计苍穹的亮度分布，但是其优势在于对天空类型有引导性的设计，实际在模拟高空光色环境中需要对于CIE的调控亮度分布模型进行一定的优化，以修正从地面监测获取的亮度变化。出于简化和精准的实现最真实天空的调控效果的考虑，优化的结果是将天空模型的区域对应到灯具亮度上，最终实现高空中机舱位置的照度、色温环境重现。
如图2所示为反馈校正系统分区图。对于实际分区采取了差异化处理，标准天空模型的145个分区最终按照实际安装结构上更改为8*20+2*20组分区；而对于CIE标准空天给模型的实际分区则直接对应三大区域划分下的灯具主控和主控下一级的驱动地址，关联到灯具的实际像素，这样能精准还原包含15种天空类型在内的其他自定义天候条件。
反馈校正机制中的照度计为彩色照度计，是光栅分光型，用于数据采集，结合SDK软件，其测量速度可达5次/s的，实现快速反馈的前端数据采集。另外对于模拟夜间环境的低亮度时，依旧能满足暗视觉下的照度测量，并输出采集到的X、Y、Z数据。
反馈校正机制中的成像亮度计，是CCD彩色成像亮度计，采用数字摄像头作为反馈采集元件。反馈环节首先由鱼眼摄像头确定异常，另外反馈区域均匀度及特征区域识别结果，最后结合分光照度计，输出XYZ三刺激值，便于后续反馈调节。
如图3所示为反馈校正系统流程图。在控制软件界面增加“反馈校正”按钮，点击按钮后，软件可以计算由传感器采集到的图像对应的色坐标与亮度，并且与已设定的目标参数进行比较，若超出阈值，则重新设置参数，重新进行混光计算，并且循环逼近最优值，修正结果。
本校准系统可以适用于苍穹光环境模拟系统或方形等其它形状的的光环境实验室或空间。
上述反馈算法还可以使用PID、模糊反馈控制算法及其它反馈算法代替。
Claims (12)
1.光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，包括：
成像测量模块，可实时采集光环境内部发光表面的图像和信息，获取光环境整体的成像数据；
区域数据测量模块，可获取光环境内一个或多个特定区域的光色信息；
多个传感模块，包括一个在光环境中心的监测装置和多个在环境内分布的传感装置，所述对在光环境中心的监测装置中心区域的光色信息进行监测；
调光控制模块，发出调光信号，对光环境中光源进行光色调节；
通信模块，与成像测量模块、区域数据测量模块、传感模块、调光控制模块和控制系统通信连接；
控制系统，所述控制系统接收成像测量模块、区域数据测量模块、传感模块的光学监测数据，当发现区域之间存在光色差异并且与设定参数不匹配时，进行区域的光色信息反馈，控制调光控制模块进行调节。
2.根据权利要求1所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述控制系统可以在光色调节过程中实时监控并反馈，直至光色满足设定条件。
3.根据权利要求1所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述成像测量模块设置于光环境穹顶中央。
4.根据权利要求1所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述区域数据测量模块设置于光环境内的测试对象的顶部，所述传感模块可分布于测试对象的内部空间。
5.根据权利要求1所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述成像测量模块可按照标准天空模型中划分的三大区域特征识别并获取光环境中区域数据。
6.根据权利要求1所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述控制器可基于彩色照度及彩色成像亮度测算，还原包含15种天空类型在内的其他自定义天候条件。
7.根据权利要求1-6任一所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述传感模块包括照度计。
8.根据权利要求1-6任一所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述传感模块包括亮度计。
9.根据权利要求7所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述照度计为精确分光型彩色照度计。
10.根据权利要求7所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述照度计内置光栅和传感器阵列。
11.根据权利要求8所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述亮度计是基于CCD彩色成像亮度计。
12.根据权利要求8任一所述的光环境模拟中具有实时反馈的光度监测系统，其特征在于所述亮度计含有鱼眼数字摄像头。
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