一种节能照明光源光谱设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及节能照明光源，尤其涉及一种节能照明光源光谱设计方法。
【背景技术】
[0002] 目前，电光源照明产生的能源消耗在电力总能源消耗中占据较大的比重。通用照 明及展陈照明中一般用的是显色质量较好的白光光源，该光源在可见光波段的光谱功率分 布较均匀。人眼所能感知的物体表面颜色，由光源光谱及照明物体表面的光谱反射特性决 定，只有被物体表面反射的光谱能量进入人眼，才能被人所感知；物体所吸收的光源光谱能 量转化为物体的热能，对人眼感知没有意义，被认为是光谱能量的浪费即能源的浪费。
[0003] 对于展陈照明或者建筑照明，特别是照明物体为单一颜色或者几种颜色简单拼 接，可以通过调节照明光源的光谱，降低物体对光源光谱能量的吸收率、提高物体对光源光 谱能量的反射率，与此同时保证照明光源调节后，人体对物体颜色的感知与白光光源相比 不产生大的颜色偏差，即可提高光源光谱的利用率，在人眼吸收相同的流明通量的条件下 节约光源所消耗的电能。
[0004] 在展陈照明或者建筑照明中，如何通过照明物体的表面反射特性，设计照明光源 的光谱，使得照明光源能量经反射后在人眼中产生相同的流明通量的同时，降低光源的电 能消耗。这是目前照明光源设计中需要解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了一种节能照明光源光谱设计方法，解决了现有技术中当前照明光源 存在的无效光谱被物体吸收造成能源浪费的问题。
[0006] 实现本发明上述目的所采用的技术方案如下：
[0007] -种节能照明光源光谱设计方法，其特征在于包括以下步骤：（1)、获取光谱反射 特性：将待照明物体的表面划分为N个区域，用光谱连续可调的激光光源测试上述区域的 表面反射特性R 1(A), i = 1，...N;
[0008] (2)、建立优化目标和约束条件：2. 1)、最小目标优化：将待照明物体作为二次光 源，在产生同等光通量的条件下，计算出设计光源Sl的光功率消耗与参考白光光源S2的 光功率消耗之间的比值)即为最小优化目标；2. 2)、确定约束条件：待照明物 体在设计光源Sl与参考白光光源S2的照明下，人眼所观察到的物体表面各区域颜色色差
，颜色色差均值⑶1，
[0009]
[0010] (3)、遗传算法求解：3. 1)、遗传编码：以25位二进制数表示光谱某波长处的相对 光谱强度，可见光波段为380nm~780nm，在该波段内均匀选择N个波长点，将表示相对光谱 强度的二进制数首尾相接形成一个N段、二进制长度为25N的染色体，即为一组光源光谱； 3. 2)、初始种群生成：在[0, 1]范围内随机选取一组二进制数代表变量某波长处的相对光 谱强度，形成一个染色体，重复操作直至染色体数目达到种群数M ;3. 3)、目标函数计算：计 算群体中每条染色体的目标函数，即; 3. 4)、适应度函数计算：对种群中的每条染色 体的目标函数值进行排序，计算相应的适应度函数；3. 5)、进行遗传操作：通过模拟生物遗 传过程产生新的种群，得到的适应度最小的染色体；
[0011] (4)、根据上步骤中得到的适应度最小的染色体，进一步得到具有最低能源消耗的 一组光谱数据，此数据即为该待照明物体的节能照明光源光谱。
[0012] 步骤2. 1)和步骤3. 3)中Fp)的计算方法具体为：
[0013]
[0014] 其中，S1(A)为设计光源Sl的归一化光谱，S2(A)为参考白光光源S2的归一化 光谱，V( λ)为人眼视觉函数。
[0015] 步骤3. 5)中遗传操作的具体方法如下：Α复制操作：选取当前种群中适应度函数 最小的染色体放入新的种群中；B交叉操作：按照概率P进行交叉，随机选取当前种群中的 两条染色体，交换染色体段，产生两条新的染色体放入种群中；C变异操作：按照概率Pm进 行变异，随机选取当前种群中的一条染色体，分别在染色体的N段中提取任意一个基因进 行数值的再生成，将生成的染色体放入新种群中；D补足种群：使用种群初始化的方法生成 新染色体，补足种群染色体数；E算法结束：算法不断运算直至达到迭代次数后停止运算， 然后输出适应度最小的染色体，否则重复步骤3. 3)-3. 5)的操作。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明中首先获得照明物体表面的光谱 反射特性，然后在保证所设计光源与白光光源色差小于人眼可察觉范围的条件下，使用遗 传算法对光源光谱进行优化，降低光谱中被物体吸收的部分，提高光谱利用率及能源利用 率，达到节能照明的目的。本发明能够在保证照明质量的同时，最大化的降低光源的无用光 谱能量，达到节能的目的。本发明可用于展陈照明及建筑物内家具等照明。
【附图说明】
[0017] 图1为实施例1中待照明物体的表面反射特性图；
[0018] 图2为实施例1中待照明物体颜色较均匀统一时优化出的光源光谱与参考光源光 谱；
[0019] 图3为实施例2中待照明物体表面的分块示意图；
[0020] 图4为实施例2中待照明物体表面的反射特性图；
[0021] 图5为实施例2中待照明物体分块后优化出的节能光源光谱与白炽灯光源光谱。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围 并不局限于以下实施例。
[0023] 实施例1
[0024] 本实施例中待照明物体颜色较均匀单一，针对该待照明物体设计节能照明光源光 谱的方法如下：
[0025] (1)、获取光谱反射特性：由于待照明物体颜色较均匀统一，则将待照明的物体看 成一个整体，用光谱连续可调的激光光源测试它的表面反射特性R 1 ( λ )，i = 1，测出的物体 表面反射特性如图1所示。
[0026] (2)、建立优化目标和约束条件：
[0027] 2. 1)、最小目标优化：将待照明物体作为二次光源，在产生同等光通量的条件下， 计算出设计光源Sl的光功率消耗与参考白光光源S2的光功率消耗之间的比值Z 7(S), 声即为最小优化目标。
[0028] 的计算方法具体为：
[0029]
其中，S1(A)为 设计光源Sl的归一化光谱,S2(A)为参考白光光源S2的归一化光谱，ν( λ)为人眼视觉函 数：
、为设计光源Sl与参考白光光源S2在物体表面产 生同等光通量的条件下，两光源各自光谱辐射强度最大值的比值。
[0030] 2. 2)、确定约束条件：待照明物体在设计光源Sl与参考白光光源S2的照明下，人 眼所观察到的物体表面颜色色差⑶1，
[0031]
此处 N=l。
[0032] (3)、遗传算法求解：
[0033] 3. 1)、遗传编码：以25位二进制数表示光谱某波长处的相对光谱强度，可见光波 段为380nm~780nm，在该波段内均匀选择81个波长点，将表示相对光谱强度的二进制数首 尾相接形成一个81段、二进制长度为2025的染色体（个体），即为一组光源光谱；
[0034] 3. 2)、初始种群生成：在[0, 1]范围内随机选取一组二进制数代表变量某波长处 的相对光谱强度，形成一个染色体，重复操作直至染色体数目达到种群数40 ;
[0035] 3.3)、目标函数计算：计算群体中每条染色体的目标函数，即POOs具体计算方 法见步骤（2);
[0036] 3. 4)、适应度函数计算：对种群中的每条染色体的目标函数值进行从小到大的顺 序排序，根据每条染色体目标函数值在排列种群中的位置计算相应的适应度函数，计算方 法为：
其中N为种群中的个体数即40, Pos为染色体目标函 数值在排列种群中的位置；
[0037] 3. 5)、进行遗传操作：通过模拟生物遗传过程产生新的种群，得到的适应度最小的 染色体，具体方法为：
[0038] A复制操作：选取当前种群中适应度函数最小的染色体放入新的种群中；
[0039] B交叉操作：按照概率0. 7进行交叉，随机选取当前种群中的两条染色体，交换染 色体段，产生两条新的染色体放入种群中；
[0040] C变异操作：按照概率0. 7进行变异，随机选取当前种群中的一条染色体，分别在 染色体的N段中提取任意一个基因进行数值的再生成，将生成的染色体放入新种群中；
[0041