基于单片机的数字化调光装置的设计与实现

介绍了一种光学仪器照明调光电路的创新设计。通过由Atmega8单片机微控制器产生的PWM信号来控制卤钨灯的亮度。照明调光电路具有电路简单,光强输出稳定,其亮度可数字化线性调节和具有记忆功能等特点,同时还可以通过计算机实现自动调光。     

低透过率下隧道照明亮度对能见度的影响

为了研究低透过率下隧道照明亮度对能见度的影响,为低透过率条件下隧道照明亮度的调节提供依据,分别以两种不同光谱特性的摄像机作为观测装置获得了透过率、照明亮度、目标/背景对比度三者之间的变化关系.实验结果表明:目标/背景对比度随照明亮度的增加而增加,两者呈非线性关系;透过率限定了目标/背景对比度所能达到的最大值;在一定的亮度范围内,提高亮度增加目标/背景对比度可以有效改善能见度.当照明亮度较高时,提高照明亮度对能见度影响不大;当照明亮度较低时,提高照明亮度对能见度提高的效果明显.因此,根据透过率按比例调节照明亮度能保证能见度和行车安全.     

基于冷暖白光LED的线性调光混合照明

为了提供高品质、更安全和智能的照明光源,基于冷暖白光LED建立了线性调光混合照明系统及其优化调光调色方法。混合照明光源以色温和明度等级分别设定光色度和光强度,更加符合人性化需求。在系统智能优化配光过程中,设定色温转换为CIE u'v'均匀色品坐标,明度转换为亮度,使优化计算更加精确。系统采用的线性调光避免了闪烁潜在的安全风险,同时配合优化算法解决了线性调光色度漂移大的问题。实验结果表明,系统混合光的色度稳定性可以保持在1阶CIE u'v'圆内,相应色度设定下的整个光强度调节范围内无可察觉的色差。理论研究和实验结果表明该混光照明系统简单可行,具有较高的实用价值。     

具有寿命预测的LED路灯监控系统设计

针对目前城市路灯的用电总量大、灯具寿命短且无法提前预知等缺点,设计了一种基于ZigBee网络具有寿命预测功能的LED路灯监控系统;该系统由ZigBee通信模块、LED驱动电路及数据采集模块构成,可实现对照明设备的集中远程管理,提高道路照明质量;而且本系统设计的路灯控制器具有自适应调节功能,在不同环境亮度下自动调光以达到节能目的。该系统还可对LED灯的各项关键参数进行在线监测,判断路灯控制器工作状态,实时监测LED灯珠老化程度。通过对光通量维持率和时间的关系进行拟合得到特征公式,并采用阿仑尼乌斯老化模型来建立LED灯珠多结温下的寿命预测模型,实现对LED灯珠寿命预测并提前预警。     

基于LED照明的光强传输方程相位测量系统北大核心CSCD

光强传输方程相位测量系统常使用激光作为光源或者借助商业显微镜搭建,存在成像质量受相干噪声影响、系统体积大及成本高等问题。为解决以上问题,提出一种基于LED照明的光强传输方程定量相位测量系统。使用LED照明,避免了激光散斑噪声的影响。在显微成像模块中,利用移动导轨调节并标定透镜位置,使得切换不同倍率显微物镜时均能与透镜构成4f成像系统,满足不同物体的测量需求。实验结果表明,所提系统可准确实现定量相位测量,具有系统紧凑、成本低、操作性强等优点。     

城市道路交通智能照明系统设计

为了实现对城市道路照明的智能化管理,运用物联网技术[1]、电力线载波及无线通信技术,构建由服务器、集中器和控制器组成三级网络架构的城市照明智能监控系统。实现控制器、集中器、服务器和监控终端之间的互联,并通过DTU与互联网连接,每一个控制器终端通过独有的ID接入到因特网。系统利用安装在监控中心服务器中的监控软件和数据库、GIS等,实现了对城市照明系统智能化控制和科学管理,是物联网技术在节能减排、创建新型智慧型城市方面的应用场景之一。     

基于LED照明的光强传输方程相位测量系统

光强传输方程相位测量系统常使用激光作为光源或者借助商业显微镜搭建,存在成像质量受相干噪声影响、系统体积大及成本高等问题。为解决以上问题,提出一种基于LED照明的光强传输方程定量相位测量系统。使用LED照明,避免了激光散斑噪声的影响。在显微成像模块中,利用移动导轨调节并标定透镜位置,使得切换不同倍率显微物镜时均能与透镜构成4f成像系统,满足不同物体的测量需求。实验结果表明,所提系统可准确实现定量相位测量,具有系统紧凑、成本低、操作性强等优点。     

智能光跟踪综合演示仪的研制

研制了一款基于C8051F021单片机控制的智能光跟踪综合演示仪。利用仪器自带的LED光源系统,模拟不同角度和亮度的光源变化,通过三维光敏传感器根据测得光强的大小,将模拟量转变为数字量并传递到单片机控制系统,控制机械调整模块调整装置的位置,以找到光强最强的位置,完成光源的跟踪定位,从而演示光跟踪现象的工作原理。     

LED智能光源混光呈色模型构建方法研究

LED智能光源具有色光可调的特点,其内置微处理系统可以通过无线数据传输等技术调整发光方式,控制光色及发光强度,进而实现照明光源的动态调节,因此特别适合于博物馆展陈、家居照明等智能化照明设计环节。现阶段,鉴于LED光源智能混光技术尚未普及,目前绝大多数商用LED智能光源在混光控制方面仅局限于设备制造商所设定的几类固定模式,无法充分发挥智能LED光源色光可调的技术优势。针对此问题,提出了一种基于BP神经网络以及有效集算法的LED智能光源混光呈色模型构建方法,实现了LED智能光源控制信号与对应发光光谱辐亮度分布之间的双向高精度映射。研究中首先提出了一种基于BP神经网络的LED混光呈色预测方法,实现了由LED智能光源驱动控制值向光源实际发光光谱辐亮度分布的准确预测;在此基础上运用有效集算法实现了由光源实际发光光谱辐亮度分布向LED智能光源驱动控制值的反向高精度预测。实验结果显示,所提出的方法整体建模误差显著小于人眼视觉可分辨阈值(CIEUCS Duv值可低至0.002 7),达到了较为理想的建模效果。该方法的提出,将为当前LED智能光源制造以及现有商用LED智能光源的二次开发与优化提供有效的理论与方法支撑。     

星等及光谱可调的标定用单星模拟器系统设计

为了实现多色温、多星等并且色温和星等都在系统中实时可调节的功能,提出设计一款新型的星等及光谱可调节的单星模拟器系统。系统采用氙灯及卤钨灯作为光源,将光源分为多束窄带光谱,并且对每一束窄带光谱的光强和光谱进行调节实现对黑体光谱范围及色温的模拟。当具有不同光谱特性和色温的光源进入星等调节器时,采用与波段光强控制器不相互干扰的调节方式,只对光源的光度即整个光源的能量进行衰减控制达到星等调节。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并给出标准星等光度与各个色温情况下实测星等光度对照结果。     

一种应用于LCoS光机的复眼照明系统仿真设计

复眼照明系统利用复眼透镜,可实现高亮度和较好的亮度均匀性,并且有较成熟的偏振处理方法,在投影系统特别是基于偏振光的投影系统中能提供比光棒照明系统更加高的亮度和好的均匀性的画面,使得光能利用率和图像均匀性有了较大的提高。在对复眼照明系统的原理进行分析的基础上,设计了一种用于投影光机的复眼照明系统,并用Matlab对该系统进行了光线追迹的仿真程序设计。对复眼照明系统的光线追迹进行了仿真。实际应用证明,在LCoS中采用本方案设计的照明系统比光棒照明系统具有更高的亮度和更好的均匀性。     

星等及光谱可调的标定用单星模拟器系统设计

为了实现多色温、多星等并且色温和星等都在系统中实时可调节的功能,提出设计一款新型的星等及光谱可调节的单星模拟器系统。系统采用氙灯及卤钨灯作为光源,将光源分为多束窄带光谱,并且对每一束窄带光谱的光强和光谱进行调节实现对黑体光谱范围及色温的模拟。当具有不同光谱特性和色温的光源进入星等调节器时,采用与波段光强控制器不相互干扰的调节方式,只对光源的光度即整个光源的能量进行衰减控制达到星等调节。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并给出标准星等光度与各个色温情况下实测星等光度对照结果。     

公路隧道太阳光直接增强照明系统的设计

为了利用绿色能源有效解决公路隧道进出口区段的黑洞效应和白洞效应,在阳光输送机研究的基础上,研制一种利用平行太阳光直接实现公路隧道进出口区段增强照明功能的新系统。该系统通过光路变换和反射等措施实现了在无光纤等传输介质条件下高效率、远距离的太阳光输送功能,利用太阳光本身时有时无的性能缺陷改善了隧道增强照明系统亮度自适应隧道外光强的技术要求,针对受光体位置固定不变的系统专门设计了极轴式自动跟踪系统,保证了对太阳光的实时跟踪。实验结果证明,该增强照明系统不但无须光导纤维或者导光管,而且使得传输效率提高40%左右,为隧道等白天也需要增强照明的地下工程直接利用太阳能开辟了一条新路。     

亮度均匀的LED路灯透镜设计与研究

针对路灯照明系统,设计了一种照度均匀和亮度均匀的LED路灯透镜。通过分析LED光源角度分布与目标面照度的关系引用了一种简化的线性校正函数。不同的道路亮度系数,选用合适的K值,设计基于自由曲面的亮度均匀路灯透镜。利用光学软件进行仿真,结果显示中间向边缘逐渐减弱的渐变照度分布有利于路灯照明亮度的均匀。通过注塑成型工艺加工了该透镜,并制作了一盏路灯进行配光和照度的测试。结果表明该透镜设计满足渐变照度分布的矩形光斑照明。采用Dialux软件对路灯照明效果进行评估,显示该路灯透镜设计,横向和纵向亮度均匀性达到0．6以上,满足道路照明的亮度均匀性要求。     

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。     

固态体积式真三维立体显示器双灯照明系统设计

为了提高固态体积式真三维立体显示器的显示亮度,根据方棒照明系统的特点,设计了一种基于直流驱动、平行光出射的双灯照明系统。该设计根据光学扩展量守恒原理,提出了一种通过延长投影光源汇聚距离的方法以实现双灯照明。通过光学仿真分析,对设计的双灯方棒照明系统进行优化,提高方棒照明系统的光能利用率和照明均匀性。搭建实际系统,并进行了测试。测试结果表明:采用双灯直流汞灯照明后,2层散射态光阀后的成像亮度为41 711 cd/m2,是单灯的1.4倍,有效提高了固态体积式真三维显示器的成像质量。     

彩色变焦照明系统设计

针对基于RGB混色技术在小角度、近距离空间内较难实现彩色LED,且有关彩色变焦照明相关文献也较少的问题,设计了一款彩色变焦照明系统。系统主要由LED光源、TIR透镜、微结构透镜组成,可在650mm处实现良好混色照明,变焦范围为4.2°~9.1°(半光强角),且变焦照明过程中,在光强下降为20%的角度内能量利用率达85%以上,半光强角内的能量利用率始终在75%以上,满足设计要求。     

纹影系统的灵敏度的实验设计与分析

设计了纹影实验装置和采用分析图像亮度差的方法直观描述纹影系统灵敏度,并系统研究纹影系统的刀口位置和刀口厚度对系统灵敏度的影响.实验结果图像亮度差与密度差的对应关系有效的验证了理论上得到的与亮度差对应的图像的光强差与密度差之间的对应关系.     

RGBW四色LED混光优化在日光模拟中的应用

根据全日日光色温和亮度的变化曲线,利用RGBW四色LED混光模拟全日日光色温和亮度的变化,并采用遗传算法优化混合光的显色指数.采用Matlab进行仿真,并基于Arduino开源平台搭建日光模拟系统对仿真结果进行验证.实验表明,该策略可准确模拟全日日光色温和亮度的变化规律,同时通过遗传算法的优化可使LED混合光兼具最优的显色性能,验证了所提策略的正确性和有效性.该策略可应用于密闭环境照明、植物照明等特殊照明领域的日光模拟仿真试验和工程实践.     

基于高动态范围成像的极端亮度测量方法研究

为了解决光污染中存在的极端亮度对比问题,针对此类复杂照明光环境,提出了一种基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法。利用24色标准色卡和CS-2000分光辐射亮度计对D5300数码相机进行标定,获得了高动态范围亮度分布图像与CIE 1931-XYZ表色系统刺激值之间的拟合关系,实现了极端亮度对比环境中亮度分布的准确测量。通过在城市道路中实地测量,验证了基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法的亮度测量动态范围可达10⁴,其测量值与CS-2000分光辐射亮度计测得的标准亮度值的相对误差分别为-2.2%和-2.5%,表明该方法具有良好的适用性,可为道路照明质量的高效、高准确度测量提供计量保障,为有效防治光污染等复杂光环境问题提供了解决方案。