基于天空模型的公共场所照明智能控制

公共场所照明具有全天候、多应用、能耗大的特点。掌握任意时间的天空亮度分布情况是充分利用自然光、实现智能照明的基础。基于国际照明委员会（CIE）给出的天空亮度计算公式,建立自然光对公共照明区域产生的天空照度模型。引入数学和光学相关原理建立公共场所人造光和自然光的混合模型。利用改进蚁群算法求解模型,得出最佳的灯具亮度组合,实现舒适和及节能的综合最优。最后,选择典型的大跨度带天窗建筑物为采光对象,用实验仿真验证策略的有效性。     

白天全天空背景测量与分析

开展了白天全天空背景亮度特性数据库研究。利用测量设备进行天空背景全天候测量,对测量数据进行分析与处理,建立了白天天空背景理论模型,提出了基于理论模型的修正完善方法,建立了该位置全天空背景亮度数据库,可给出任意时刻背景亮度值。解决了连续特定位置背景提取难的问题,提高了提取的数量和精度。     

针对测量仪器设计的天空亮度分析

天空亮度分布在大气光学领域有着重要的应用。利用Modtran计算了在各种大气、地表条件下的天空亮度分布,分析了大气模式、能见度、云对天空亮度分布的影响,给出了天空亮度的大致动态范围,为天空亮度测量仪器的研制,特别是探测器的选择提供了科学依据。     

天空背景光学辐射特性测量北大核心CSCD

光学成像和光信息空间传输等领域需要对天空背景特性进行定性或定量的研究。Modtran等模拟计算方法无法有效模拟复杂多样的气候条件和地理环境。建立专门的测量装置获取天空背景光谱特性参数,与理论模型计算结果进行了比对,分析了两者的一致性和差别。通过观测数据得出:在天空比较均匀的环境中,天空光谱亮度通常随着太阳角的增大而减小,当观测方向接近地平面时(大约同地平面夹角小于30°),天空亮度随着太阳角的增大而增大;在晴朗无云的天空中,光谱亮度分布偏蓝,天空亮度主要集中在短波段部分;在阴天和有云天观测到的天空亮度光谱明显红移。     

一种半球形天空亮度测量仪器的研制

在大气光学领域中,天空亮度分布有着重要的应用.简要介绍了天空亮度的测量原理,在分析同类测量仪器的基础上,提出了一种用于白天的,可见及近红外波段天空亮度测量仪器的设计,介绍了系统的组成和探测器的选择.经过定标,仪器能够得到天空亮度的绝对值,其结果反映了真实天空亮度分布的变化.该仪器弥补了传统的天空亮度测量仪器住测量波段、实时性、便携性等方面的不足,更好地满足了实际的科研需求.     

气溶胶垂直非均一分布对天空背景亮度的影响

对白天天空背景亮度进行了数值实验;模拟了不同标高下的气溶胶垂直分布对天空背景亮度的影响;比较了不同垂直分层和整层均匀气溶胶分布下,天空背景亮度的相对偏差,并分析了天空背景亮度对地表反射率的敏感性。结果表明:给定气溶胶光学厚度下,不同标高的垂直分布得到的天空背景亮度差别很大;天空背景亮度对地表反射率和气溶胶总光学厚度都比较敏感,敏感程度受太阳-观测几何的影响。     

天空背景辐射亮度测量与研究

天空背景辐射亮度在空间目标探测与识别中有着重要作用,为了对其进行研究,介绍了天空背景辐射参数测量系统,与法国CIMEL公司研制的CE318太阳辐射计进行对比实验,取得了较好的一致性。利用天空背景辐射参数测量系统,在空间某目标过境时段,对其运行轨道上的天空背景辐射亮度参数进行了测量,通过对数据分析与研究,初步得出了该空间目标过境时段轨道上的天空背景辐射亮度参数变化特征,为应用研究提供了重要信息。     

斜程能见度计算中的天空背景辐射亮度仿真与分析

从斜程能见度探测原理出发,利用SBDART(Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer)模式求解辐射传输方程,对天空背景辐射进行了详细的理论仿真与分析。利用SBDART模式自带的气溶胶模型,仿真得到了不同类型气溶胶模型在晴天条件下的天空背景辐射结果,探讨了太阳直接辐射和大气散射辐射以及不同高度上大气散射辐射的分布趋势,分析了气溶胶单次散射反照率和不对称因子对结果的影响。提出了激光雷达结合SBDART模式的实际天空背景辐射的计算方法,以实测扫描激光雷达的气溶胶探测数据作为SBDART模式的输入参数,计算获得了实际大气中太阳直接辐射以及不同高度处天空背景辐射的分布结果。为了验证结果的正确性,利用太阳光度计同步测量的太阳直接辐射,进行了对比验证,两者具有较好的一致性,相关系数达到0.99。以黑体为目标,初步探讨了天空背景辐射对斜程能见度的影响,结合激光雷达和SBDART模式所得到的实际天空背景辐射可为斜程能见度精确反演提供保证。     

基于辐射传输理论和分形理论的云场景仿真

 基于云的边缘特征和天空亮度分布特征，对有云天空场景的仿真方法进行了研究。分析了云对天空亮度影响，并据此提出了一种基于分形原理的云场景仿真方法。通过辐射传输理论，给出了有无云天空的光谱亮度分布计算方法。在分析了云边缘具有自相似分形特征基础上，利用有云天空亮度分布特征、二次随机法和分形几何的Diamond-Square算法设计了云纹理生成算法。利用混合修正δ-Eddington近似计算出了观察视场2°×2°内640×480单元的2维天空亮度数组。利用该理论模型得到有云天空的2维亮度数组，并用VC++实现了云场景的动态仿真，得到了较为逼真的结果。     

基于空间模型测量点的照度比值的CIE标准一般天空类型选择

为了计算自然光照度,需要从CIE定义的15种天空类型中正确选择一种对应当前实际天空。首先根据朝向太阳与背向太阳的垂直天空照度的比值将15种天空类型划分为6组,然后根据天空光透过窗口在空间模型两个不同测量点形成的照度的比值对6组天空类型做进一步划分,最终实现对CIE定义的15种天空类型的选择。将天空类型的选择结果与实际天空类型相比较,结果表明,这种天空类型选择方法所得结果可以准确地对应当前实际天空类型。     

针对天空背景亮度测量的弱信号检测

天空亮度分布在大气光学领域有着重要的应用.随着天空亮度测量仪器的迅速发展,对测量的精度和工作稳定性的要求也越来越高.为了提高测量仪器的动态测量范围,需要实现对探测器输出的弱信号的高精度测量.讨论了用高精度运算放大器对弱信号进行放大滤波处理,并采用一种低噪声高精度△-∑型模数转换器(ADC)来解决探测器中弱信号高精度测量...     

晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型

 利用大气光学质量和大气气溶胶光学厚度的经验公式,由HITRAN数据库获得大气分子谱线参数,基于辐射传输方程,给出了晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型。根据该近似计算模型对晴朗无云天空光谱辐射亮度进行的计算结果表明：天空光谱辐射亮度曲线上存在明显的O₂和H₂O吸收线;晴朗无云天空辐射的光谱分布偏蓝,天空亮度主要集中在短波段部分;太阳角小的天空光谱亮度出现“红移”现象;由于大气厚度变大,近地平的天空辐射亮度较大。     

地表反射太阳辐射的参数化计算方法

 从能量守恒定律出发,建立了朗伯地表对下行辐射的反射作用引起天空亮度变化的解析计算模型。利用射线追踪原理,提出了地表与大气之间多次反射作用的理论模型。引入了一个多次散射的影响因子,并对附加的天空亮度进行了修正。利用混合修正的d-Eddington近似和互易性原理计算了大气的透射率、反照率以及半球平均反照率。最后计算了地表反照率分别为0.15,0.25和0.35情形下的天空亮度增量,实验测量数据证实了这些结果。结果表明：当地表的反照率不为0时,存在“临边增亮”效应,并且随着地表反照率的增大,这种效应更加明显。     

一种LED照明光源均匀度设计

为了满足数字摄像法能见度测量仪均匀光源的要求,提高半导体发光二极管照明的均匀性,该文提出一种基于数字图像分析技术的设计方法。首先测量单颗LED在模组区域的亮度分布,进而拟合分布函数,再运用多颗LED亮度叠加原理,计算出不均匀度最小的多颗LED阵列方式,或固定均匀度对应的最佳尺寸。对仿真数据和实测数据进行对比分析,结果表明,该文计算出的LED阵列方式,与单边阵列相比,均匀度显著提高,最高可达95%以上。     

基于恒星辐射稳定性的全天空极光成像仪辐射定标方法

全天空极光成像仪是一种重要的地基极光观测设备,对全天空成像仪进行辐射参数定标能够获得全天空图像中极光结构在不同观测谱线上的真实激发强度,这对于空间物理过程的定量研究有着重要的意义。受到极区观测台站的条件限制,许多全天空极光成像仪无法在观测现场进行辐射参数定标。为此,提出一种基于恒星辐射稳定性对全天空成像仪进行辐射参数定标的方法,把恒星作为"虚拟标准光源",利用全天空成像仪获取的星空图进行辐射定标,最终确定辐射强度-图像数值之间的辐射参数。利用更多的恒星亮度作为参考标准,以及电离层卫星探测到的极光沉降电子数据,结合GLOW模型计算的极光激发强度作为参考标准,对定标结果进行了两种不同方法的验证。结果显示,在恒星亮度验证中,恒星亮度偏差最大值为12.22%,平均偏差为4.624%;在卫星沉降粒子验证中,利用模型计算出的极光弧峰值强度与全天空观测获得极光弧峰值强度偏差最大值为11.30%,平均偏差为5.603%。两种验证结果相近,这表明本文所提定标方法是有效和可信的。     

基于亮度信息匹配的国画艺术品图像重建研究

对国画样品反射参量和特性进行测量与分析,结合色度学相关理论提出了一种利用亮度信息匹配的国画图像重建方法。采用色调-饱和度-亮度(HSI)色空间对国画辐亮度与色度信息进行分离,利用Gaussian函数对不同照明角度下PR-715实测图像色块亮度数值进行拟合,从而建立对应的空间亮度函数关系式。选择90°照明角实拍图像为参考色块,将该图像HSI色空间的色度信息与拟合空间亮度信息相结合,重建出任意照明角度下的国画色块图像,并与Canon EOS 400D单反相机实拍图片进行比较分析。结果表明,利用亮度信息匹配方法能够准确对国画色块图像进行重建,该方法具有较高可行性与可靠性,对绘画艺术品文化遗产数字化的重建与真实复制有重要的实际应用价值。     

太阳直射光谱和天空光谱的测量与分析

在海拔9600m高空测量并获得了大气上界直射太阳光谱和天空光谱，测量了成都、丽江和玉龙雪山地表直射太阳光谱和天空光谱.结果表明：(西昌段)大气上界直射太阳光谱能量最大峰值对应的波长位于482.1nm，天空光谱能量分布相对于直射太阳光谱能量分布明显紫移，0.41—0.42μm波段成为天空光谱能量第一主峰区；地表晴天天空光谱中的能量分布与直射太阳光谱的能量分布区别很大，而有云时天空光谱中的能量分布和直射太阳光谱能量分布的差别比较小；玉龙雪山山峰积雪雪面在可见光波段对不同波长有不同的反照率. 关键词： 太阳直射光谱 天空光谱 大气上界     

天空光辐射亮度测量系统设计

天空光辐射亮度是大气光学特性的重要参数之一,在空间目标探测与识别中有着重要作用。为了获取天空光辐射亮度,评价光电系统探测跟踪空间目标的能力,设计实现了一套天空光辐射亮度测量系统,详细介绍了光信号收集和信号探测部分的工作原理,及系统所应用弱辐射信号探测、辐射计量等关键技术。通过该套测量系统的初步应用及对测量结果分析表明:利用该套测量系统能够准确获取天空光连续光谱(光谱范围从380nm～1100nm)数据,为应用研究提供了更多的光谱信息。     

影响光谱辐亮度标定因素的分析

在利用漫反射板标定光谱辐亮度的实验装置中,标准灯完全可以近似为点光源。通过对进入光谱仪的辐射通量的数值积分,可以对应求出仪器的实测光谱辐亮度的计算公式。计算表明,实测光谱辐亮度并不等于漫反射板表面的光谱辐亮度,而有一个随标定条件变化的微小差值。通过计算,对光谱仪与漫反射板的距离、光谱仪入射挟缝的光轴与漫反射板法线的夹角以及标准灯与漫反射板的距离等影响光谱仪标定的因素进行分析,得到了最佳的标定条件。讨论了理想标定情况、光谱仪视场趋于一点的极限情况和采用实际的双向反射分布函数已知的漫反射板标定时,实测光谱辐亮度的计算情况。     

成都地区天空光光谱的测量与分析

本文报道成都地区天空光光谱的测量与分析。测量了不同方位不同倾角的天空光谱,测量结果表明,同一天中天空光光谱分布基本保持不变,不同时段,不同方位和不同倾角的天空光光谱强度不同。与天顶角为零的天空光谱(天顶光谱)比较,不同方位和不同倾角的天空光谱中包含了大气吸收的有用信息,可用于大气污染状况的研究与分析。