一种跨平台环境下LED灯具光通量的计算方法与流程

本发明涉及LED灯具光通量，具体涉及一种跨平台环境下LED灯具光通量的计算方法。

背景技术：

对每种LED灯具而言，自设计定型生产出厂后，其发光强度在空间分布属性就已固定，成为其产品属性的重要组成内容。为了描述该属性信息，现有光源发光强度测试方法是测试固定离散位置点的光强来实现，且这些离散位置点从空间分布来看，是按照半球形来分布的，其中球心为发光光源，半球截面是以通过该发光光源，平行于灯具基板的平面。在IES文件中保存的数据，就是这半球空间内各测试点上的发光强度，从数据属性分析上，是一些ASCII编码且数值离散的数据点。用数学的方法来分析，这些数据点可以看作分布在半球形空间内的数值矩阵，而且数值随着位置变化而不同，在不同方向呈现出各向异性的特性。

将IES文件中照度按照空间分布，蓝色部分数值大，红色表示数值小，横切球体的绿色平面为γ＝90度平面。可以看出，该示例IES文件对应的密集矩阵，在半球形空间中的形态为一个伞状的锥体。

在实际照明计算中，为了计算被照物体的照度数据，需要先获得LED光源在单位时间内发射出的光量，称为led光源的发光通量。由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，必须采用以人眼对光的感觉量基准的单位----光通量来衡量。光通量的用符号Φ表示，单位为流明(lm)。

现有方案中，获得灯具光通量的方法，除了查阅产品说明资料外，主要通过仪器获得光强、光谱或光度的分布数据后，以球面积分获得灯具光通量，具体主要有以下三个方法：

LED光通量测量方法：

1)积分光度法，就是采用积分球与光度计测试光通量；

2)光谱光度法，就是采用积分球与光谱仪测试光通量；

3)变角光度法，就是采用分布光度计测试光通量。

对于具体LED光源而言，自设计定型开始批量生产后，其发光特性及性能就已经固化为产品物理和光学属性，在具体照明计算中常用IES来记述LED光源的发光性质。在个性化照明及互联网+物联网消费时代，设计新款个性化LED光源时，为了加快生产效率，往往根据场景需求预先设定IES文件，并据此对尚未生产光源开展模拟、校准、修正等操作，并将具体计算结果保存在未生产光源的IES文件，以实现精准指导生产环节。

因此，通过现有方案计算光源光源光通量，显现出显著的局限性。本方法提出了一种原理简便、逻辑清晰、易于部署的光通量计算方法，不但适用于传统灯具生产领域，还能用于互联网时代跨平台领域的个性化照明计算中。

对于IES文件数据组成进行了介绍，γ角度：[0：90]，间隔为1度，总计91个数据；C角度：[0:360]间隔为5度，总计73个数据。

现有测试光通量的方法，以国标《光通量的测量方法》(GB/T26178-2010/CIE84-1889)为例，光通量通过光强的空间分布得到，运用公式其中Φ＝4πsr，I为光源在指定方向上的发光强度。通过测量光源照度分布来计算光通量是许多国家标准实验室用来建立光通量基准的测试方法，光通量单位流明是由光强的I基础单位。

具体而言，假设积分球内内壁为理想漫反射层，各点漫反射系数相等，内壁对各波长的漫反射系数一致，且各点半径一致，无其他杂物。

在内壁多次发生反射总照度且有挡光板时，出射窗的照度：

式中：E-总照度；ρ-积分球内壁涂料总反射比；

φ-被测总光通量；r-积分球内半径

被测LED灯具的光通量计算公式为：

式中：Ec、Es分别为被测LED光源和标准光源的在探测其上的照度，Φs为标准光源照度，标准光源一般选用2856K标准光源。

光照度通过下述公式定义：

光源光通量则使用下述公式：

除上述积分球和分布式光度计结合的光通量测量方法外，行业内还采用朗伯光通量计算、蝙蝠翼型配光计算(轴对称)、球带系数法、环带分割法等方法。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种计算简单，成本更低的跨平台环境下LED灯具光通量的计算方法。

技术方案：本发明采用以下技术方案：一种跨平台环境下LED灯具光通量的计算方法，包括以下步骤：

1)获取IES文件数据，对IES文件中的数值进行横纵坐标划分，横坐标为γ，纵坐标为C，即IES文件中任意数值成为I(γ，C)；

2)利用IES文件数据进行迭代求和运算，算式如下：

上式中：M为IES文件中横向角度数据C的数量，以C步进5度计算，在空间横向区域内共有360/5＝72个；N为IES文件中横向角度数据γ的数量，以γ步进1度计算，在空间横向区域内共有＝90/1+1＝91个；I(γ,C)为光源IES文件数值，ΔC为C数值步进。

作为优化，所述步骤2)具体包括以下步骤：

1)对表中数据进行分组，C共计73组数值，γ共计91组数值；记C为数组c[72]，分别为c[0]、c[1]、c[2]、。。。、c[i]、。。。c[71]、c[72],记γ为数组r[90]，分别为r[0]、r[1]、r[2]、。。。、r[i]、。。。r[89]、r[90]；具体划分如下：

第1组、是C＝c[0]：

I(r[0]，c[0])，I(r[1]，c[0])，I(r[2]，c[0])，I(r[3]，c[0])......I(r[90]，c[0])总计91个数据；

第2组、是C＝c[1]：

I(r[0]，c[1])，I(r[1]，c[1])，I(r[2]，c[1])，I(r[3]，c[1])......I(r[90]，c[1])总计91个数据；

第3组、是C＝c[2]；

I(r[0]，c[2])，I(r[1]，c[2])，I(r[2]，c[2])，I(r[3]，c[2])......I(r[90]，c[2])总计91个数据；

......

第72组、是C＝c[71]：

I(r[0]，c[71])，I(r[1]，c[71])，I(r[2]，c[71])，I(r[3]，c[71])......I(r[90]，c[71])总计91个数据；

第73组、是C＝c[72]：

I(r[0]，c[72])，I(r[1]，c[72])，I(r[2]，c[72])，I(r[3]，c[72])......I(r[90]，c[72])总计91个数据；

总计73组，由于C＝c[0]和C＝c[72]在空间关系上重叠，故致使第73组与第1组数据重合，因此删去73组，最终是72组数据；

2)代入算式：

A)把所有的γ进行cosγ计算，

依次为：cosr[0]，cosr[1]，cosr[2]，cosr[3]，......，cosr[90]总计91个数据；

B)开始cos[(n-1)Δγ]-cosnγ计算，如下式：

cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]，cosr[2]cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]，0；

C)开始把步骤B)的数据依次乘以72组数据

根据IES文件，确定C的取值；下面计算C取不同值时，计算上步骤算式值，如下所示：

当C＝c[0]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

当C＝c[1]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

当C＝c[2]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

......

当C＝c[72]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

总计72组数据；

D)计算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]时候的求和数据：

将C的步进转换为弧度，即确认此处的ΔC＝5*π/180；得到72个数值，然后把这72个数值取整；

E)将上面的取整的72个数值求和，得到Φ₁；

3)将上述I(γ,C)中γ＝r[0]换成γ＝r[1]，然后重复上述步骤2)：

A)计算高角度的步骤：

当C＝c[0]：

当C＝c[1]：

当C＝c[2]：

......

当C＝c[72]：

总计72组数据；将C的步进转换为弧度，即确认此处的ΔC＝5*π/180；

B)计算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]时候的求和数据

确认ΔC＝5*π/180为弧度；得到72个数值，然后把这72个数值取整；

4)把上面的取整的72个数值求和，得到Φ₂；

5)Φ＝(Φ₁+Φ₂)/2，即为光通量。

作为优化，所述C为步距，可转化为ΔC步进为5°。

作为优化，所述步骤2)中步骤B)包括cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]， cosr[2]-cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]；总计90个数据，为了方便计算，凑足91个，补一个0。

有益效果：本发明与现有技术相比：

一是算法可靠透明。本算法的推导基于三角函数变化和求和求积等基本运算方法，可靠性较高，程序实现代价较小，与现有主流技术方案相比，计算流程清晰简便，有利于实际运用中的频繁调用。

二是运用潜力较大。本方法计算基于光源的IES文件，能根据任意拟定IES数据模拟光源光通量分布，并可以参与光源设计与调整。而现有方案依赖具体专业器材与专业人员操作和计算，对实物灯具进行复杂繁琐的测量。且需对测量数值进行球面积分预算，计算过程较为复杂，通用性较差。

三是方法通用性广。本方法推导基于的C和γ步进较为规整，分别为5°和1°，计算过程逻辑组织严密。同时，考虑考虑到互联网时代下个性化照明的需求，当C和γ步距为随机数值变化时，也能适用该计算方法。

四是算法兼容性好。本算法实现基础为三角函数计算，实现代价较小，在结合相关IES文件插值算法后，相比现有计算方案中求解球面积分，可以提高效率近80％，可以大大减少计算功耗和存储空间，易于在Android、IOS、Windows、Linux等计算环境间跨平台部署。

五是灵活指导设计。现有方案较为依赖实物光源的测量数据，必须先有光源实物后，才能测获光通量数据。本方法数据源为IES文件，不需要一定现有实物光源，可以对处在设计阶段光源计算光通量数据及分布规律。并根据设计对光通量调整的要求，逆向指导IES文件的修订调整，进而可以灵活用于个性化照明设计计算中。

附图说明

图1为IES文件示例；

图2为IES文件照度数据空间分布示意图；

图3为IES文件数据图解示意图；

图4为积分球空间关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1至图4所示，一种跨平台环境下LED灯具光通量的计算方法，包括以下步骤：

1)获取IES文件数据，对IES文件中的数值进行横纵坐标划分，横坐标为γ，纵坐标为C，即IES文件中任意数值成为I(γ，C)；

2)利用IES文件数据进行迭代求和运算，算式如下：

上式中：M为IES文件中横向角度数据C的数量，以C步进5度计算，在空间横向区域内共有360/5＝72个；N为IES文件中横向角度数据γ的数量，以γ步进1度计算，在空间横向区域内共有＝90/1+1＝91个；I(γ,C)为光源IES文件数值，ΔC为C数值步进。

所述步骤2)具体包括以下步骤：

1)对表中数据进行分组，C共计73组数值，γ共计91组数值；记C为数组c[72]，分别为c[0]、c[1]、c[2]、。。。、c[i]、。。。c[71]、c[72],记γ为数组r[90]，分别为r[0]、r[1]、r[2]、。。。、r[i]、。。。r[89]、r[90]；具体划分如下：

第1组、是C＝c[0]：

I(r[0]，c[0])，I(r[1]，c[0])，I(r[2]，c[0])，I(r[3]，c[0])......I(r[90]，c[0])总计91个数据；

第2组、是C＝c[1]：

I(r[0]，c[1])，I(r[1]，c[1])，I(r[2]，c[1])，I(r[3]，c[1])......I(r[90]，c[1])总计91个数据；

第3组、是C＝c[2]；

I(r[0]，c[2])，I(r[1]，c[2])，I(r[2]，c[2])，I(r[3]，c[2])......I(r[90]，c[2])总计91个数据；

......

第72组、是C＝c[71]：

I(r[0]，c[71])，I(r[1]，c[71])，I(r[2]，c[71])，I(r[3]，c[71])......I(r[90]，c[71])总计91个数据；

第73组、是C＝c[72]：

I(r[0]，c[72])，I(r[1]，c[72])，I(r[2]，c[72])，I(r[3]，c[72])......I(r[90]，c[72])总计91个数据；

总计73组，由于C＝c[0]和C＝c[72]在空间关系上重叠，故致使第73组与第1组数据重合，因此删去73组，最终是72组数据；

2)代入算式：

A)把所有的γ进行cosγ计算，

依次为：cosr[0]，cosr[1]，cosr[2]，cosr[3]，......，cosr[90]总计91个数据；

B)开始cos[(n-1)Δγ]-cosnγ计算，如下式：

cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]，cosr[2]cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]，0；

C)开始把步骤B)的数据依次乘以72组数据

根据IES文件，确定C的取值；下面计算C取不同值时，计算上步骤算式值，如下所示：

当C＝c[0]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

当C＝c[1]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

当C＝c[2]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

......

当C＝c[72]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

总计72组数据；

D)计算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]时候的求和数据：

将C的步进转换为弧度，即确认此处的ΔC＝5*π/180；得到72个数值，然后把这72个数值取整；

E)将上面的取整的72个数值求和，得到Φ₁；

3)将上述I(γ,C)中γ＝r[0]换成γ＝r[1]，然后重复上述步骤2)：

A)计算高角度的步骤：

当C＝c[0]：

当C＝c[1]：

当C＝c[2]：

......

当C＝c[72]：

总计72组数据；将C的步进转换为弧度，即确认此处的ΔC＝5*π/180；

B)计算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]时候的求和数据

确认ΔC＝5*π/180为弧度；得到72个数值，然后把这72个数值取整；

4)把上面的取整的72个数值求和，得到Φ₂；

5)Φ＝(Φ₁+Φ₂)/2，即为光通量。

所述C为步距，可转化为ΔC步进为5°。

所述步骤2)中步骤B)包括cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]，cosr[2]-cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]；总计90个数据，为了方便计算，凑足91个，补一个0。