基于CIE天空模型计算任意时间天空亮度分布

掌握任意时间天空亮度的分布情况是充分利用自然光、实现智能照明的基础。以国际照明委员会(CIE)15种天空类型及其给出的天空亮度计算公式为基础,对天空亮度计算公式中各个参数的计算方法进行了研究。使用这一计算方法,只需知道当地的经纬度、日期以及当前天空属于哪种天空类型,就可计算出其任意时间的天空亮度分布。从已有的可靠的天空亮度分布实测数据出发,将天空亮度分布的计算值与实测值进行比较,分析了计算值与实测值之间的误差。结果表明,通过计算得出的天空亮度分布数据能较好地与实测数据相吻合,因此可以用天空亮度分布的计算值代替实测值作为节能调光的重要数据。     

基于BIM自然采光照明控制策略仿真研究

随着人们生活水平的不断提高,我国电力供应日趋紧张,其中照明能耗占据了很大比重。因此,如何充分利用天然光,降低建筑照明能耗已经成为照明研究的主要方向。近年来,建筑信息模型(BIM)技术作为推动建筑可持续发展的强大力量,实现了多专业协同工作并提高了工作效率,在构思时就考虑了自然采光、建筑能耗等影响建筑性能的因素,通过绿色建筑技术量化建筑采光性能,将自然光合理的引入室内,从而减少人工照明所产生的用电能耗。同时,引入的自然光还能够促进人们的身心健康,提高工作、学习效率。     

等离子体显示大面积闪烁的客观评价

针对等离子体显示普遍存在的大面积闪烁现象,提出了一种基于时变光信号亮度测量系统的大面积闪烁客观评价方法。时变光信号亮度测量系统利用光电管和亮度计,实现了对显示屏输出光信号亮度值随时间变化的快速、准确记录。基于阴极射线管显示临界闪烁频率估算模型,通过主观视觉感知实验,利用测量系统得到亮度随时间的变化关系,建立了平均感知闪烁程度估算模型。估算模型输出结果与视觉感知实验数据相关系数达到0.98。该测量系统与估算模型实现了对等离子体显示大面积闪烁的客观度量,并与主观视觉感知实验结果相吻合,是等离子体显示屏优化设计和显示行业标准建立的有效工具。     

无偏振片液晶透镜深度估计

设计了一种无偏振片液晶透镜的离焦深度测量（DFD）方法。分别建立液晶透镜成像下的o光和e光的高斯模糊退化模型,将其加权求和得到自然光在液晶透镜成像下的模糊退化模型,求取自然光和e光下深度估计对噪声的偏导,并进行数值仿真,结果表明,自然光模型比e光模型抗干扰能力更强,小模糊光斑比大模糊光斑抗干扰能力更强。在无偏模糊均衡滤波器（UDE）算法的基础上,利用导向滤波对偏差进行滤波,并对置信度模型进行修正,引入实例分割对估计结果进行优化。搭建了放大率恒定的液晶透镜光学成像系统,实现了自然光条件下利用液晶透镜的深度测量。实验结果表明,本文方案和e光条件下UDE方法相比,均方根误差降低了56%。     

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。     

侧入式无导光板自然光平板灯

提出了一种侧入式无导光板自然光平板灯的设计方法.利用有机玻璃光纤将收集的自然光传导至平板灯里,为达到均匀的自然光出光效果,通过柱面透镜将光纤的输出光会聚并掠射在带有自由曲面的反光背板上.借助Tracepro软件设计不同投射角下的自由曲面反光背板并仿真,结果表明:设计的灯具照度均匀度达到94.1%.该灯具不仅可以解决LED的蓝光危害问题而且制作流程简单.该设计对太阳光转化为功能性照明和绿色照明具有借鉴意义.     

可调对比度光学无穷远目标源设计

在光电跟踪测量设备对低对比度目标捕获能力检验中,提出一种利用可调对比度光学无穷远目标源检验的新方法。采用这种方法需建立可调对比度光学无穷远目标源装置,介绍这种装置的设计依据和设计过程。该装置可以模拟天空背景的辐亮度及这个背景下的一个低对比度目标,它利用大、小两个积分球分别模拟背景与目标的辐亮度,利用安装在大积分球上的准直物镜使目标及背景成为无穷远的目标源,在积分球上分别安装内置和外置照明光源,外置照明光源中装有光束准直系统,使卤素灯发出的光束成为平行光后射入积分球内,利用可调光栏控制通光口径的大小,从而控制了进入积分球的光通量,使得背景与目标的辐亮度在色温不变的条件下连续可调,实现目标对比度连续变化,变化范围0~90%,对比度稳定精度优于1%,光谱范围400 nm~800 nm内最大背景辐亮度优于60 W/m2sr。     

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。     

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.     

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。     

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。     

实现在不同场合中LED均匀照明的方法研究

 LED自身的发光特点限制了其在照明领域的应用,如何合理分配LED的能量,在目标面上形成理想的照度是一个值得研究的问题。就不同应用场合下如何进行光学设计进行分析,通过采用非成像光学设计中光学扩展度守恒方法得到透镜的方程,分别实现圆形均匀照明和矩形均匀照明,其中圆形照明面照度均匀性达到85%,矩形照明面照度均匀性达到75%,并建立了自由曲面透镜三维模型,结合Tracepro进行光线追迹。仿真结果表明：提出的方法满足相应的照明标准,验证了理论设计的合理性。     

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。     

Optical characteristics of LGP depending on the scattering pattern orientation for flat-type LED lighting

In flat-type light-emitting-diode (LED) lighting systems, a planar light is formed using a luminance source positioned on the side of the system and light guide panel (LGP) or reflecting plates. Thus, such systems are favorable for their thinness, which allows a relatively small number of LEDs to be used. However, the application of a high-power LED light to a large-area lighting system yields Lambertian luminaires; therefore, a point or a discomfort glare is produced, which generally causes degradation of the luminance efficiency and uniformity. In this study, we solved the problems of luminance non-uniformity and inefficiency by adjusting the orientation of an applied LGP scattered pattern and removing the remaining glare. Through computer simulation, optical characteristics that increase the efficiency even in the case of low-output LEDs were found. Specifically, a scattered pattern vertically oriented relative to the direction of the incident light improves the luminance uniformity at the side of the system, while a scattered pattern oriented parallel to the direction of the incident light plays the role of a waveguide. We implemented a flat-type LED lighting system by fabricating a large-area LGP based on the computer-simulation results and using an extremely sensitive laser. The optical characteristics observed using the laser-processed LGP were identical to those obtained in the computer simulation. Therefore, for large-area flat-type LED lighting systems, we confirmed that adjusting the orientation of the LGP scattered pattern can increase the luminance efficiency and uniformity.     

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。     

结合Lab空间和单尺度Retinex的自适应图像去雾算法

针对暗通道先验算法在大片天空区域透射率估计过小及景深突变处出现Halo效应的问题,提出一种结合Lab空间和单尺度Retinex的图像去雾算法。将RGB图像转换至Lab空间提取出亮度分量,利用Canny算子对亮度分量提取边缘信息,丰富恢复图像细节;利用单尺度Retinex对非边缘区域进行高斯自适应滤波估计出优化后的亮度分量,获得“伪”去雾图像,得到粗略的透射率;利用交叉双边滤波优化透射率消除Halo效应;最后根据大气散射模型恢复出无雾图像。实验结果表明,该方法恢复出的图像细节明显,整体平滑,且对含大片天空区域的图像也有较好的恢复效果。     

Room Illuminance rather than Immediate Surrounding Luminance Determines Natural to Unnatural Color of an Object Border

The color of an object placed in a room goes through various modes of color appearance if its luminance is increased independently from the room illumination; from the natural object color to an unnatural object color, and to the light source color having two borders. We were interested in investigating the determining factor for the first border as it is useful in lighting design. It has been thought without a specific theory that it is the surrounding luminance that determines the border. According to a new concept of the recognized visual space of illumination (RVSI), the border is solely determined by the room illumination, and not by the luminance of the immediate surroundings of the object. In the first experiment of the present paper the border of a test stimulus was determined for various room illuminance while keeping the luminance of the immediate surroundings constant. It was shown that the border luminance was roughly proportional to the room illuminance, confirming the prediction based on the RVSI theory. In the second experiment the border was determined for varying luminance of the immediate surroundings while maintaining constant room illuminance. The border did not change, again confirming the prediction based on this theory.     

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。     

地基光电系统空间目标探测影响因素分析

光电系统的探测能力主要受探测天域的亮度、光电设备和探测器本身性能的影响,而探测能力主要是以信噪比来衡量.在综合了上述影响因素基础上,引入目标成像像元数N,给出了探测信噪比的理论公式;分析了背景亮度、系统参量以及像点弥散对探测能力的影响;结合实际情况,给出了目标过境时段的目标探测情况分析,理论分析得到目标在仰角30°左右可以观测,理论分析结果与实验观测基本一致.因此,该理论公式可以定量了解不同天空背景亮度、系统设计参量、各种因素引起的像点弥散对系统探测能力影响的大小,并为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据.     

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。