一种优化光谱性能的方法及装置与流程

本发明实施例涉及通信的技术领域，尤其涉及一种优化光谱性能的方法及装置。

背景技术：

光源光谱辐射效率LER(Luminous efficacy of radiation)、中间视觉效应(Mesopic vision effect)、非视觉生物效应(Non-visual biological effect)是对于光源非常重要的几个参数。这些参数都是功能性参数，对应的是功能性照明，也即能用相关色温(Correlated colre temperature)描述的功能性光源。因此，只有在色温限制下来对这些性能进行研究才有意义。对于中间视觉效应，主要使用暗视觉光效(Scotopic luminous efficacy)与明视觉光效(Photopic luminous efficacy)的比值来描述该性能的优劣，即采用S/P值描述；对于非视觉生物效应，主要使用非视觉光效(Cirtopic luminous efficacy)与明视觉光效(Photopic luminous efficacy)的比值来描述该性能的优劣，即采用C/P值描述。目前，这些参数主要被用于评价光源相关性能的优劣，而缺少针对性研究以达到对相关性能进行光谱优化方案。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提出一种优化光谱性能的方法及装置，旨在解决如何优化光谱性能的问题。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，一种优化光谱性能的方法，所述方法包括：

获取预设的色温对应的第一色度值和第二色度值，所述第一色度值为CIE1931XYZ空间色温对应的色度值，所述第二色度值为各色温公差四边形角点对应的色度值；

根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱；

根据所述LER、S/P值、C/P值获取在色温限制下的光谱峰值波长范围；

对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，确定在色度图上的光源色度；

根据所述光源色度选择需添加的光谱对应色度的主波长，根据所述主波长与光谱峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围；

根据所述光源色度、主波长以及峰值波长范围进行特定色温合成，并计算LER、S/P值、C/P值，获取光谱优化后的光源。

优选地，所述最大LER对应的拟合线性函数为LER＝a₁*CCT+b₁，其中，a₁为斜率，b₁为常数；最小LER对应的拟合线性函数为LER＝a₂*CCT+b₂，其中，a₂为斜率，b₂为常数；最大S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₃*CCT+b₃，其中，a₃为斜率，b₃为常数；最小S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₄*CCT+b₄，其中，a₄为斜率，b₄为常数；最大C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₅*CCT+b₅，其中，a₅为斜率，b₅为常数；最小C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₆*CCT+b₆，其中，a₆为斜率，b₆为常数。

优选地，所述根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱，包括：

在色温的限制下，最大LER对应的峰值波长范围在425-475nm和525-625nm之间；最小LER对应的峰值波长范围在475-525nm和650-700nm之间；

最大S/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小S/P值对应的峰值波长范围在400-450nm和550-600nm之间；

最大C/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小C/P值对应的峰值波长范围在425-475nm和525-600nm之间。

优选地，所述对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，包括：

在所述色温限制下的光谱峰值波长范围内选择一种或两种光谱峰值波长，半宽度为待优化参数。

优选地，所述光谱优化后的光源对应的色度处于所述需添加的光谱对应的色度和选择的光谱对应的色度所围成的色域范围。

第二方面，一种优化光谱性能的装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取预设的色温对应的第一色度值和第二色度值，所述第一色度值为CIE1931XYZ空间色温对应的色度值，所述第二色度值为各色温公差四边形角点对应的色度值；

计算模块，用于根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱；

第二获取模块，用于根据所述LER、S/P值、C/P值获取在色温限制下的光谱峰值波长范围；

第一确定模块，用于对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，确定在色度图上的光源色度；

第二确定模块，用于根据所述光源色度选择需添加的光谱对应色度的主波长，根据所述主波长与光谱峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围；

第三获取模块，用于根据所述光源色度、主波长以及峰值波长范围进行特定色温合成，并计算LER、S/P值、C/P值，获取光谱优化后的光源。

优选地，所述最大LER对应的拟合线性函数为LER＝a₁*CCT+b₁，其中，a₁为斜率，b₁为常数；最小LER对应的拟合线性函数为LER＝a₂*CCT+b₂，其中，a₂为斜率，b₂为常数；最大S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₃*CCT+b₃，其中，a₃为斜率，b₃为常数；最小S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₄*CCT+b₄，其中，a₄为斜率，b₄为常数；最大C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₅*CCT+b₅，其中，a₅为斜率，b₅为常数；最小C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₆*CCT+b₆，其中，a₆为斜率，b₆为常数。

优选地，所述计算模块，用于：

在色温的限制下，最大LER对应的峰值波长范围在425-475nm和525-625nm之间；最小LER对应的峰值波长范围在475-525nm和650-700nm之间；

最大S/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小S/P值对应的峰值波长范围在400-450nm和550-600nm之间；

最大C/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小C/P值对应的峰值波长范围在425-475nm和525-600nm之间。

优选地，所述第一确定模块，用于：

在所述色温限制下的光谱峰值波长范围内选择一种或两种光谱峰值波长，半宽度为待优化参数。

优选地，所述光谱优化后的光源对应的色度处于所述需添加的光谱对应的色度和选择的光谱对应的色度所围成的色域范围。

本发明实施例提供一种优化光谱性能的方法及装置，获取预设的色温对应的第一色度值和第二色度值，所述第一色度值为CIE1931XYZ空间色温对应的色度值，所述第二色度值为各色温公差四边形角点对应的色度值；根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱；根据所述LER、S/P值、C/P值获取在色温限制下的光谱峰值波长范围；对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，确定在色度图上的光源色度；根据所述光源色度选择需添加的光谱对应色度的主波长，根据所述主波长与光谱峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围；根据所述光源色度、主波长以及峰值波长范围进行特定色温合成，并计算LER、S/P值、C/P值，获取光谱优化后的光源。与现有技术相比，本发明优化光谱性能的方法能优化、指导光源设计，提升光源辐射发光效率LER(对应参数LER)，中间视觉效应对应的S/P值，非视觉生物效应对应的C/P值等性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供一种优化光谱性能的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种在各色温下取得极限LER范围及最大最小值线性拟合；

图3是本发明实施例提供的一种在各色温下取得极限S/P值范围及最大最小值线性拟合；

图4是本发明实施例提供的一种在各色温下取得极限C/P值范围及最大最小值线性拟合；

图5是本发明实施例提供的一种相应色温下取得最大LER对应的光谱；

图6是本发明实施例提供的一种相应色温下取得最小LER对应的光谱；

图7是本发明实施例提供的一种在相应色温下取得最大S/P值对应的光谱；

图8是本发明实施例提供的一种在相应色温下取得最小S/P值对应的光谱；

图9是本发明实施例提供的一种在相应色温下取得最大C/P值对应的光谱；

图10是本发明实施例提供的一种在相应色温下取得最小C/P值对应的光谱；

图11是本发明实施例提供一种优化光谱性能的装置的功能模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

参考图1，图1是本发明实施例提供一种优化光谱性能的方法的流程示意图。

如图1所示，所述优化光谱性能的方法包括：

步骤101，获取预设的色温对应的第一色度值和第二色度值，所述第一色度值为CIE1931XYZ空间色温对应的色度值，所述第二色度值为各色温公差四边形角点对应的色度值。

预设的色温可以为ANSI(AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE，美国国家标准学会)指定的色温。比如，色温2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K、6500K对应的CIE1931XYZ空间色温对应的色度值为(0.4578,0.4101)、(0.4338,0.4030)、(0.4073,0.3917)、(0.3818,0.3797)、(0.3611,0.3658)、(0.3447,0.3553)、(0.3287,0.3417)、(0.3123,0.3282)。

步骤102，根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱。其中LER表示光源光谱辐射效率；S/P值表示暗视觉光效与明视觉光效的比值，该比值可以描述中间视觉效应的性能的优劣；C/P值表示非视觉光效与明视觉光效的比值，该比值可以描述非视觉生物效应的性能的优劣。

采用基因优化算法、interior-point算法、trust-region-reflective算法、active-set算法等都可以对极值进行求解。

其中一种实施方式，可以根据合成后的光谱产生随机初始种群，然后再采用基因优化算法对所述合成后的光谱进行LER、S/P值、C/P值计算，得到最大、最小极限值，并得到对应光谱。

优选地，所述最大LER对应的拟合线性函数LER＝a₁*CCT+b₁，其中，a₁为斜率，b₁为常数。例如，当a₁取值为-4.153*10^-5时，b₁取值为0.837时，最大LER对应的拟合线性函数为LER＝-4.153*10^-5CCT+0.837。

最小LER对应的拟合线性函数为LER＝a₂*CCT+b₂，其中，a₂为斜率，b₂为常数。例如，当a₂取值为1.328*10^-5时，b₂取值为-0.00978时，最小LER对应的拟合线性函数为LER＝1.328*10^-5CCT-0.00978。

最大S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₃*CCT+b₃，其中，a₃为斜率，b₃为常数。例如，当a₃取值为2.707*10^-4时，b₃取值为0.661时，最大S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝2.707*10^-4CCT+0.661。

最小S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₄*CCT+b₄，其中，a₄为斜率，b₄为常数。例如，当a₄取值为6.953*10^-5时，b₄取值为0.0325时，最小S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝6.953*10^-5CCT+0.0325。

最大C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₅*CCT+b₅，其中，a₅为斜率，b₅为常数。例如，当a₅取值为2.962*10^-4时，b₅取值为0.0559时，最大C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝2.962*10^-4CCT+0.0559。

最小C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₆*CCT+b₆，其中，a₆为斜率，b₆为常数。例如，当a₆取值为1.208*10^-4时，b₆取值为-0.128时，最小C/P值对应的拟合线性函数为LER＝1.208*10^-4CCT-0.128。

优选地，根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，根据合成后的光谱产生随机初始种群求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱，包括：

在色温的限制下，最大LER对应的峰值波长范围在425-475nm和525-625nm之间；最小LER对应的峰值波长范围在475-525nm和650-700nm之间；

最大S/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小S/P值对应的峰值波长范围在400-450nm和550-600nm之间；

最大C/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小C/P值对应的峰值波长范围在425-475nm和525-600nm之间。

步骤103，根据所述LER、S/P值、C/P值获取在色温限制下的光谱峰值波长范围。

步骤104，对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，确定在色度图上的光源色度。

优选地，所述对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，包括：

在所述色温限制下的光谱峰值波长范围内选择一种或两种光谱峰值波长，半宽度为待优化参数。

步骤105，根据所述光源色度选择需添加的光谱对应色度的主波长，根据所述主波长与光谱峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围。

步骤106，根据所述光源色度、主波长以及峰值波长范围进行特定色温合成，并计算LER、S/P值、C/P值，获取光谱优化后的光源。

优选地，所述光谱优化后的光源对应的色度处于所述需添加的光谱对应的色度和选择的光谱对应的色度所围成的色域范围。

本发明实施例提供一种优化光谱性能的方法，获取预计的色温对应的第一色度值和第二色度值，所述第一色度值为CIE1931XYZ空间色温对应的色度值，所述第二色度值为各色温公差四边形角点对应的色度值；根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱；然后根据LER、S/P值、C/P值获取在色温限制下的光谱峰值波长范围；对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，确定在色度图上的光源色度；根据所述光源色度选择需添加的光谱对应色度的主波长，根据所述主波长与光谱峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围；根据所述光源色度、主波长以及峰值波长范围进行特定色温合成，并计算LER、S/P值、C/P值，获取光谱优化后的光源。与现有技术相比，本发明的优化光谱性能的方法能优化、指导光源设计，提升光源辐射发光效率LER(对应参数LER)，中间视觉效应对应的S/P值，非视觉生物效应对应的C/P值等性能。

图2为对应色温下LER所能达到的极限范围，图3为对应色温下S/P值所能达到的极限范围，图4为对应色温下C/P值所能达到的极限范围。依据图2-图4所示性能范围，确定欲合成的光源对应的色温。LER、S/P值和C/P值达到相应性能要求时对应的光谱峰值波长范围不太相同，由于色温的限制，S/P值和C/P值对应的范围具有一定的接近性。图5中最大LER对应的峰值波长范围在425-475nm和525-625nm之间，图6中最小LER对应的峰值波长范围在475-525nm和650-700nm之间；图7中最大S/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，图8中最小S/P值对应的峰值波长范围在400-450nm和550-600nm之间；图9中最大C/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，图10中最小C/P值对应的峰值波长范围在425-475nm和525-600nm之间。依据欲合成的光源达到性能的需求，例如LER尽量大、S/P值尽量大，C/P值尽量小，进行选择1种或2种峰值波长，如475nm和600nm。进一步在得到不同半宽度情况下，所选择对应峰值波长光谱对应的色度。在色度图上，依据光色合成原理，为得到所需的色温，进行色度添加，进一步得到对应主波长，依据主波长与峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围。最终，依据不同半宽度变化，计算得到具有不同LER、S/P值和C/P值的光源光谱，其中性能最好的光谱即为优化光源光谱。

参考图11，图11是本发明实施例提供一种优化光谱性能的装置的功能模块示意图。各模块的详细说明如下：

第一获取模块1101，用于获取预设的色温对应的第一色度值和第二色度值，所述第一色度值为CIE1931XYZ空间色温对应的色度值，所述第二色度值为各色温公差四边形角点对应的色度值。

计算模块1102，用于根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱。

第二获取模块1103，用于根据所述LER、S/P值、C/P值获取在色温限制下的光谱峰值波长范围。

第一确定模块1104，用于对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，确定在色度图上的光源色度。

第二确定模块1105，用于根据所述光源色度选择需添加的光谱对应色度的主波长，根据所述主波长与光谱峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围。

第三获取模块1106，用于根据所述光源色度、主波长以及峰值波长范围进行特定色温合成，并计算LER、S/P值、C/P值，获取光谱优化后的光源。

优选地，所述最大LER对应的拟合线性函数为LER＝a₁*CCT+b₁，其中，a₁为斜率，b₁为常数，最小LER对应的拟合线性函数为LER＝a₂*CCT+b₂，其中，a₂为斜率，b₂为常数；最大S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₃*CCT+b₃，其中，a₃为斜率，b₃为常数，最小S/P值对应的拟合线性函数为S/P＝a₄*CCT+b₄，其中，a₄为斜率，b₄为常数；最大C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₅*CCT+b₅，其中，a₅为斜率，b₅为常数，最小C/P值对应的拟合线性函数为C/P＝a₆*CCT+b₆，其中，a₆为斜率，b₆为常数。

优选地，所述计算模块1102，用于：

在色温的限制下，最大LER对应的峰值波长范围在425-475nm和525-625nm之间；最小LER对应的峰值波长范围在475-525nm和650-700nm之间。

最大S/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小S/P值对应的峰值波长范围在400-450nm和550-600nm之间。

最大C/P值对应的峰值波长范围在475-525nm和600-675nm之间，最小C/P值对应的峰值波长范围在425-475nm和525-600nm之间。

优选地，所述第一确定模块1104，用于在所述色温限制下的光谱峰值波长范围内选择一种或两种光谱峰值波长，半宽度为待优化参数。

优选地，所述光谱优化后的光源对应的色度处于所述需添加的光谱对应的色度和选择的光谱对应的色度所围成的色域范围。

本发明实施例提供一种优化光谱性能的装置，获取预设的色温对应的第一色度值和第二色度值，所述第一色度值为CIE1931XYZ空间色温对应的色度值，所述第二色度值为各色温公差四边形角点对应的色度值；根据所述第一色度值和所述第二色度值进行光谱合成，求解在色度坐标约束条件下非线性函数LER、S/P值、C/P值的极值，分别得到最大、最小极限值和取最大、最小极限值时的对应光谱；根据所述LER、S/P值、C/P值获取在色温限制下的光谱峰值波长范围；对合成特定色温的光源选择合适的一种或者两种光谱峰值波长及半宽度，确定在色度图上的光源色度；根据所述光源色度选择需添加的光谱对应色度的主波长，根据所述主波长与光谱峰值波长关系确定需添加的光谱的峰值波长范围；根据所述光源色度、主波长以及峰值波长范围进行特定色温合成，并计算LER、S/P值、C/P值，获取光谱优化后的光源。与现有技术相比，本发明的优化光谱性能的装置能优化、指导光源设计，提升光源辐射发光效率LER(对应参数LER)，中间视觉效应对应的S/P值，非视觉生物效应对应的C/P值等性能。

以上结合具体实施例描述了本发明实施例的技术原理。这些描述只是为了解释本发明实施例的原理，而不能以任何方式解释为对本发明实施例保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明实施例的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明实施例的保护范围之内。