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面向人因照明的自适应智能光谱控制技术与算法

作者:   时间:2022-05-25   点击数:

项目简介:

传统的照明光源往往只注重显色指数,色温等视觉参数,随着昼夜节律机制的发现,人们开始关注光源对生理、心理的影响,人因照明的概念由此诞生。该技术通过定义不同场景下光源的视觉及非视觉指标,使用白光LED搭配红绿蓝光源,采用六基色光源并结合PWM调光技术,生成适用于不同场景模式下的光源光谱,调节M/PGFC、显色指数、色温等指标。其中,M/P比率越大,越能有效抑制褪黑素的分泌,使人注意力集中,可调节数值高低应用于工作学习或休闲类场景;拟合度系数GFC值越大表示越接近太阳光谱,是人眼最舒适、最健康以及最符合视觉机能需求的光谱。并利用色温无感切换算法,实现不同模式色温的无感平滑过渡。

本项目拥有自主知识产权的多基色混光技术:

  1. 采用的光谱选型如图1,搭配PWM调光技术,可以在不同色温下,覆盖较大范围的非视觉效应参数;

    1 光谱选型

    2.采用多种封装方式:单颗单色封装方式(常规封装);多合一封装方式;单颗封装与多合一封装结合COB封装器件的方式;

    3.可实现响应不同场景需要的光谱类型,如图2。调节灯具的M/PGFC、显色指数、色温等指标;

    2 不同场景光谱:(a)工作学习,(b) 休闲娱乐,(c) 类太阳光谱

     

    4.通过PWM调光技术调控每一路LED的电流占空比,便可以使合成光谱的视觉参数、非视觉参数指标符合上述场景;控制总输出电流,可以达到调光的效果。

    本项目还自主开发了色温无感切换算法,通过对切换前后的LED占空比进行插值,将插值后的占空比进行调整使其光谱的色坐标贴近黑体辐射曲线,保证光源色温在变化过程中色容差在一定范围内,且显色指数保持在较高水平。该算法效果好、成本低、易于调节,弥补了行业对于光源色温切换中色度学参数的忽视,具有很高的市场应用价值。其算法思想如下:


1.提取色温切换前后两种光谱的占空比,假设为[a,b],对其进行等比例插值(20个数据平均变化);

2.对不同颜色的LED,按需取不同的系数k,带入公式:

y=k×x^2+(1-k×(a+b))×x+k×a×b

当系数k>0时,经处理后的数组x除首尾元素,皆小于原来数组xk =0时,数组x不发生变化;k<0时,处理后的数组x除了首尾元素外,皆大于原来数组x;

3.计算每个插值占空比下的光谱及其色坐标,得到光源色温的切换曲线,如图3



3 色温切换曲线

4.将十个色温节点分成三个区:1 [1800K 2200K 2700K]2 [3000K 3500K 4000K]3 [4500K 5000K 5700K 6500K]

5.输入输出色温点都在区域内,不改或微改占空比;色温切换在不同区域时,根据距离改变每个LED的动态系数k进行校正。

 

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