CN111486947B - 一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法及系统 - Google Patents

一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法及系统，包括对待评价光源照度的测量；判断待评价光源的照度是否处于本发明所适用的照度范围内；对待评价光源光谱功率分布的采集；计算待评价光源在均匀颜色空间中的相关色温；判断待评价光源的相关色温是否处于本发明所适用的相关色温范围内；对于待评价光源，依据其照度和相关色温，结合光品质估计模型得到对应估计量值，从光源白度感知与颜色喜好角度实现对展陈光源光品质的表征。

Description

一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法及系统
技术领域
本发明属于LED智能照明技术领域，具体涉及一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法及系统。
背景技术
近年来，LED制造技术的快速发展，促进了展陈照明技术的进步。相比于传统光源，LED光源具有发光效率高，使用寿命长，节能环保等诸多优势，而其光色可调的技术特点，更为智能化展陈照明创造了可能，越来越多的研究人员和设计师关注其在展陈照明方面的应用。科学合理的展陈照明光品质评价方法是构建标准化展陈照明系统的先决条件，是营造符合人民审美要求的展陈照明环境的坚实基础。
随着展陈照明研究的日益深入，LED光品质评价的多维性已被工业界及学术界普遍认同。其中，喜好度因其可衡量人们对于展陈照明场景的综合评价逐渐成为近年工业界及学术界的一大研究热点。此外，为准确地再现展品颜色特征，彰显展品的独特魅力，光源白度感知评价也成为光品质评价不可或缺的重要组成部分。
参考文献1：Huang Z,Liu Q,Liu Y,et al.White lighting and colourpreference,part 1:Correlation analysis and metrics validation[J].LightingResearch&Technology,2019：1477153518824789
参考文献2：Huang Z,Liu Q,Pointer M R,et al.Color quality evaluation ofChinese bronzeware in typical museum lighting[J]J.Opt.Soc.Am.A 37,A170-A180(2020)
现阶段，国内外众多学者的相关研究主要集中于探究照度或相关色温单一维度对于光源喜好度和白度感知的影响，结合光源的照度和相关色温特性对展陈照明光品质定量化评价的相关研究目前鲜见报道。
对于上述问题，亟待提出一种技术方案，结合照度和相关色温对展陈光源进行喜好度和白度感知的量化表征与评价，进而为展陈照明设计提供指导。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法及系统。
本发明的技术方案为提供一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法，包括以下步骤：
步骤1，测量待评价光源的照度E；
步骤2，判断待评价光源的照度E是否在设定的照度范围内，即判断a≤E≤b是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一步骤；
步骤3，测量待评价光源的光谱功率分布；
步骤4，在均匀颜色空间S中计算待评价光源的相关色温CCT；
步骤5，判断待评价光源的相关色温CCT是否在设定的相关色温范围内，即判断c≤CCT≤d是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一步骤；
步骤6，将步骤1和步骤4中待评价光源的照度E和相关色温CCT输入到构建的模型M1和M2中，其中模型M1和M2分别从不同维度评价光源光品质，得到待评价光源的喜好度和白度感知估计量值，进而实现展陈光源光品质的表征；
M1为喜好度估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000021
m＝22.81+(3.1*10(-4)*E+1.238*10(-3)*CCT)2-1.259*10(-2)*E-2.241*10(-2)*CCT
其中，M1为喜好度估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温；
M2为白度感知估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000022
k＝7229-5.144*10(-7)*E2-2.513*10(-7)*CCT2+1.491*10(-3)*E+3.425*10(-3)*CCT+1.323*10(-7)*E*CCT
其中，M2为白度感知估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温。
进一步的，步骤2中，a＝20，b＝2000；
进一步的，步骤3中，对测量得到的待评价光源光谱功率分布采用380nm-780nm波段信息。
进一步的，所述均匀颜色空间S采用CIE1976 UCS均匀颜色空间。
进一步的，步骤5中，c＝2000，d＝8000。
本发明还提供一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价系统，包括以下模块：
待评价光源照度信息采集模块，用于测量待评价光源的照度E；
照度范围判断模块，用于判断待评价光源的照度E是否在设定的照度范围内，即判断a≤E≤b是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一模块；
待评价光源光谱信息采集模块，用于测量待评价光源的光谱功率分布；
待评价光源相关色温计算模块，用于在均匀颜色空间S中计算待评价光源的相关色温CCT；
相关色温范围判断模块，用于判断待评价光源的相关色温CCT是否在设定的相关色温范围内，即判断c≤CCT≤d是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一模块；
光品质评价模块，用于将待评价光源的照度E和相关色温CCT输入到构建的模型M1和M2中，其中模型M1和M2分别从不同维度评价光源光品质，得到待评价光源的喜好度和白度感知估计量值，进而实现展陈光源光品质的表征；
M1为喜好度估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000031
m＝22.81+(3.1*10(-4)*E+1.238*10(-3)*CCT)2-1.259*10(-2)*E-2.241*10(-2)*CCT
其中，M1为喜好度估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温；
M2为白度感知估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000032
k＝7229-5.144*10(-7)*E2-2.513*10(-7)*CCT2+1.491*10(-3)*E+3.425*10(-3)*CCT+1.323*10(-7)*E*CCT
其中，M2为白度感知估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温。
进一步的，照度范围判断模块中，a＝20，b＝2000。
进一步的，待评价光源光谱信息采集模块中，对测量得到的待评价光源光谱功率分布采用380nm-780nm波段信息。
进一步的，所述均匀颜色空间S采用CIE1976 UCS均匀颜色空间。
进一步的，相关色温范围判断模块中，c＝2000，d＝8000。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提出的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价技术方案，以待评价光源的光度学和色度学特性为依托，以两个光品质估计模型为手段，实现对展陈照明光品质全面而准确的表征，进而为本领域提供了一种全面且准确的展陈光源评价方法。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图；
图2是本发明实施例中实验视觉环境实拍图。
具体实施方式
结合附图，提供本发明实施例具体描述如下。
如图1所示实施例提供的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价技术方案，以待评价光源的光度学和色度学特性为依托，以两个光品质估计模型为手段，实现对展陈照明光品质全面而准确的表征，进而为本领域提供了一种全面且准确的展陈光源评价方法。
实施例采用30种具有不同照度和相关色温组合的LED光源作为待评价光源，6种照度分别为：50lx,400lx,750lx,1100lx,1450lx,1800lx；5种相关色温分别为：2500K,3500K,4500K,5500K,6500K；以交趾彩陶貔貅作为待展陈物体，以心理物理学实验结果为模型检验依据，对本文提出的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法准确性进行说明。需要说明的是，本发明并不局限上述光源与物体，对于其他LED光源或其他展陈物体，本方法同样适用。
本发明技术方案具体实施时可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行。实施例提供的方法流程包括以下步骤：
1)测量待评价光源的照度E；
在实施例中，采用X-Rite i1 Pro 2分光光度仪测量30种具有不同照度和相关色温组合的待评价LED光源的照度。
2)判断待评价光源的照度E是否在本发明所适用的照度范围内，即判断a≤E≤b是否成立，若不成立则不适用本发明，若成立则进行下一步骤；
在实施例中，a＝20，b＝2000。
3)测量待评价光源的光谱功率分布，采用380nm-780nm波段信息；
在实施例中，采用X-Rite i1 Pro 2分光光度仪测量30种具有不同照度和相关色温组合的待评价LED光源的光谱功率分布，波长范围为380nm-780nm。
4)在均匀颜色空间S中计算待评价光源的相关色温CCT；
在实施例中，采用CIE1976 UCS颜色空间，计算所有待评价光源的CCT。
5)判断待评价光源的相关色温CCT是否在本发明所适用的相关色温范围内，即判断c≤CCT≤d是否成立，若不成立则不适用本发明，若成立则进行下一步骤；
在实施例中，c＝2000，d＝8000。
6)将1)和4)中待评价光源的照度E和相关色温CCT输入到本发明所构建的两个从不同维度评价光源光品质的量化模型M1和M2中，得到待评价光源的喜好度和白度感知估计量值，进而实现展陈照明光品质的表征。
M1为喜好度估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000051
m＝22.81+(3.1*10(-4)*E+1.238*10(-3)*CCT)2-1.259*10(-2)*E-2.241*10(-2)*CCT
其中，M1为喜好度估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在CIE1976UCS颜色空间中的相关色温。
M2为白度感知估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000052
k＝7229-5.144*10(-7)*E2-2.513*10(-7)*CCT2+1.491*10(-3)*E+3.425*10(-3)*CCT+1.323*10(-7)*E*CCT
其中，M2为白度感知估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在CIE1976UCS颜色空间中的相关色温。
为进一步证实本发明所述方法在展陈照明光品质评价方面所具有的技术优势，采用心理物理学实验，通过相关系数R之方法，计算主观实验所获得的观察者对于交趾彩陶貔貅的喜好度和光源白度感知主观评价值与6)中两个光品质估计量值M1和M2之间的PEARSON相关系数。具体实施为：以上述30种待评价光源为实验光源，分别进行喜好度实验和白度感知实验，具体实验方式如下：
1)在暗室中进行实验，以上述交趾彩陶貔貅为实验物体进行喜好度实验，将实验物体置于标准灯箱Light-Cube(50cm×50cm×60cm，灯箱四周和底部均为中性灰)中。实验视觉环境实拍图如图2所示，灯箱项部安装有发光硬件，用于产生指定实验光源。观察者坐在距离灯箱50cm处的椅子上，观察灯箱中的交趾彩陶貔貅。白度感知实验与喜好度实验相似，不同的是没有实验物体，观察者只需观察空灯箱。
2)实验过程中，观察者需要分别根据喜好度和白度感知的评价规则在实验记录表中记录下对每一个实验场景的评价。评价规则具体如下：
喜好度：在观察者观察灯箱中的交趾彩陶貔貅后，观察者对交趾彩陶貔貅的喜好度进行1-7级打分，1表示非常不喜欢，7表示非常喜欢，以此类推。
白度感知：在观察者观察空灯箱后，对光源的白度感知程度进行1-7级打分，1表示非常弱，7表示非常强，以此类推。
3)实验选取30名具有正常视力的观察者，第一天进行喜好度实验，第二天进行白度感知实验，每个观察者进行实验时，进行同样的处理：实验开始前进行足够长时间的暗适应，在暗适应时实验人员通过口述的方式介绍实验情况。实验时，首先要求观察者观察空灯箱中随机顺序的上述30种光源以及一种重复光源，使观察者初步了解实验光源。然后，对于喜好度实验，在灯箱中放入交趾彩陶貔貅，观察者按照2)中的喜好度评价规则对每一个实验场景进行评价，实验光源为随机调节，更换光源时观察者处于闭眼状态，直至观察者评价完最后一个实验场景。对于白度感知实验，不需要在灯箱中放入物体，按照上述流程观察者观察空灯箱并根据2)中的白度感知评价规则对每一个实验场景进行评价。最终获得观察者对交趾彩陶貔貅的喜好度和光源白度感知的主观评价结果，如表1和表2所示。
表1.实施例中观察者喜好度主观评价得分
Figure BDA0002466152560000061
表2.实施例中观察者白度感知主观评价得分
Figure BDA0002466152560000062
Figure BDA0002466152560000073
通过上述主观实验可获得观察者对于交趾彩陶貔貅的喜好度和光源白度感知的主观评价得分(如表1和表2所示)，并进一步计算其与本发明所构建的两个光品质估计量值M1和M2之间的PEARSON相关系数。结果显示，喜好度主观评价值与M1模型估计值之间的相关系数为0.97，白度感知主观评价值与M2模型估计值之间的相关系数为0.99，证明本发明所构建的展陈光源的光品质评价模型(M1和M2)均具有极高的准确性，进而证明本发明所述方法在展陈光源的光品质评价方面具有较强的技术优势。
本发明还提供一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价系统，包括以下模块：
待评价光源照度信息采集模块，用于测量待评价光源的照度E；
照度范围判断模块，用于判断待评价光源的照度E是否在本发明所适用的照度范围内，即判断a≤E≤b是否成立，若不成立则不适用本发明；
待评价光源光谱信息采集模块，用于测量待评价光源的光谱功率分布；
待评价光源相关色温计算模块，用于在均匀颜色空间S中计算待评价光源的相关色温CCT；
相关色温范围判断模块，用于判断待评价光源的相关色温CCT是否在本发明所适用的相关色温范围内，即判断c≤CCT≤d是否成立，若不成立则不适用本发明；
光品质评价模块，用于将待评价光源的照度E和相关色温CCT输入到构建的模型M1和M2中，其中模型M1和M2分别从不同维度评价光源光品质，得到待评价光源的喜好度和白度感知估计量值，进而实现展陈光源光品质的表征；
M1为喜好度估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000071
m＝22.81+(3.1*10(-4)*E+1.238*10(-3)*CCT)2-1.259*10(-2)*E-2.241*10(-2)*CCT
其中，M1为喜好度估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温；
M2为白度感知估计模型，具体形式如下：
Figure BDA0002466152560000072
k＝7229-5.144*10(-7)*E2-2.513*10(-7)*CCT2+1.491*10(-3)*E+3.425*10(-3)*CCT+1.323*10(-7)*E*CCT
其中，M2为白度感知估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温。
而且，照度范围判断模块中，a＝20，b＝2000。
而且，待评价光源光谱信息采集模块中，对测量得到的待评价光源光谱功率分布采用380nm-780nm波段信息。
而且，所述均匀颜色空间S采用CIE1976 UCS均匀颜色空间。
而且，相关色温范围判断模块中，c＝2000，d＝8000。
各模块具体实现和各步骤相应，本发明不予赘述。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，测量待评价光源的照度E；
步骤2，判断待评价光源的照度E是否在设定的照度范围内，即判断a≤E≤b是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一步骤；
步骤3，测量待评价光源的光谱功率分布；
步骤4，在均匀颜色空间S中计算待评价光源的相关色温CCT；
步骤5，判断待评价光源的相关色温CCT是否在设定的相关色温范围内，即判断c≤CCT≤d是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一步骤；
步骤6，将步骤1和步骤4中待评价光源的照度E和相关色温CCT输入到构建的模型M1和M2中，其中模型M1和M2分别从不同维度评价光源光品质，得到待评价光源的喜好度和白度感知估计量值，进而实现展陈光源光品质的表征；
M1为喜好度估计模型，具体形式如下：
Figure FDA0002466152550000011
m＝22.81+(3.1*10(-4)*E+1.238*10(-3)*CCT)2-1.259*10(-2)*E-2.241*10(-2)*CCT
其中，M1为喜好度估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温；
M2为白度感知估计模型，具体形式如下：
Figure FDA0002466152550000012
k＝7229-5.144*10(-7)*E2-2.513*10(-7)*CCT2+1.491*10(-3)*E+3.425*10(-3)*CCT+1.323*10(-7)*E*CCT
其中，M2为白度感知估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温。
2.根据权利要求1所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法，其特征在于：步骤2中，a＝20，b＝2000。
3.根据权利要求1所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法，其特征在于：步骤3中，对测量得到的待评价光源光谱功率分布采用380nm-780nm波段信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法，其特征在于：所述均匀颜色空间S采用CIE1976 UCS均匀颜色空间。
5.根据权利要求1所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价方法，其特征在于：步骤5中，c＝2000，d＝8000。
6.一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价系统，其特征在于，包括以下模块：
待评价光源照度信息采集模块，用于测量待评价光源的照度E；
照度范围判断模块，用于判断待评价光源的照度E是否在设定的照度范围内，即判断a≤E≤b是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一模块；
待评价光源光谱信息采集模块，用于测量待评价光源的光谱功率分布；
待评价光源相关色温计算模块，用于在均匀颜色空间S中计算待评价光源的相关色温CCT；
相关色温范围判断模块，用于判断待评价光源的相关色温CCT是否在设定的相关色温范围内，即判断c≤CCT≤d是否成立，若不成立则退出，若成立则进行下一模块；
光品质评价模块，用于将待评价光源的照度E和相关色温CCT输入到构建的模型M1和M2中，其中模型M1和M2分别从不同维度评价光源光品质，得到待评价光源的喜好度和白度感知估计量值，进而实现展陈光源光品质的表征；
M1为喜好度估计模型，具体形式如下：
Figure FDA0002466152550000021
m＝22.81+(3.1*10(-4)*E+1.238*10(-3)*CCT)2-1.259*10(-2)*E-2.241*10(-2)*CCT
其中，M1为喜好度估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温；
M2为白度感知估计模型，具体形式如下：
Figure FDA0002466152550000022
k＝7229-5.144*10(-7)*E2-2.513*10(-7)*CCT2+1.491*10(-3)*E+3.425*10(-3)*CCT+1.323*10(-7)*E*CCT
其中，M2为白度感知估计量值，E为待评价光源的照度，CCT为待评价光源在均匀颜色空间S中的相关色温。
7.根据权利要求6所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价系统，其特征在于：照度范围判断模块中，a＝20，b＝2000。
8.根据权利要求6所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价系统，其特征在于：
待评价光源光谱信息采集模块中，对测量得到的待评价光源光谱功率分布采用380nm-780nm波段信息。
9.根据权利要求6所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价系统，其特征在于：所述均匀颜色空间S采用CIE1976 UCS均匀颜色空间。
10.根据权利要求6所述的一种基于照度和相关色温的展陈照明光品质评价系统，其特征在于：相关色温范围判断模块中，c＝2000，d＝8000。
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