用于阴雨天的室内模拟日光照明的方法、灯光控制系统和灯光画

本发明涉及一种用于阴雨天的室内模拟日光照明的方法、灯光控制系统和灯光画。

背景技术：

1、灯光画是一种适用于多种场合的装饰性氛围灯具，如卧室、书房、客厅、办公室等，它不仅可以作为日常照明，还可以营造浪漫的氛围，成为家居装饰的一部分。

2、目前市面上的灯光画基本上是使用菲林纸或者卡纸，结合不同颜色的led灯与图案，呈现出各种各样的画。然而，灯光画采用的led光源与真实的日光照明差异较大，且只应用到一种色温和亮度，不仅对于灯光画的模拟真实日照差异性较大，影响实际的美学观赏程度，而且长时间处于传统led光源照射下会对人体的生物钟、视力、情绪等方面造成不良影响，比如失眠普遍、白内障年轻化、近视泛滥以及抑郁症频发等问题。

3、然而，这一种灯光画只应用到一种色温，这意味着无论什么时间打开灯光画，显示的都是相同的样子，同时，市面上的灯光画需要手动开启关闭，降低了用户的体验感受，因此，对于一些注重体验感的用户来说，灯光画的缺陷可能成为他们不愿购买或使用灯光画的原因之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中的至少一项不足，提供一种用于阴雨天的室内模拟日光照明的方法、灯光控制系统和灯光画，辅助用户调节心情及康复、增加灯光画的美学观赏程度等。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种一种用于阴雨天的室内模拟日光照明的方法,所述方法包括：

3、s1：与互联网相通自动获取地理位置信息及日期信息；

4、s2：通过地理位置信息及当前时间获取并计算天文地理参数、大气辐射的传输参数，其中所述天文地理参数包括当前的日期信息下不同时刻的多个太阳高度角；

5、s3：通过天文地理参数转换计算得到大气光学质量；

6、s4：通过大气辐射的传输参数计算得到地表光谱信息；

7、s5：通过地表光谱信息结合三刺激函数及色温计算公式得到不同时刻的日光色坐标和色温；

8、s6：通过太阳辐射常数计算直接辐射和间接辐射；

9、s7：通过太阳高度角、直接辐射和间接辐射计算倾斜表面的太阳辐射；

10、s8：通过步骤s5和步骤s7中获取的参数以及当前时间确定用于控制led光源模块发射出模拟日光照明的灯光控制参数；

11、s9:将灯光控制参数发送给所述led光源模块，以使led光源模块发出模拟日光照明。

12、在一更佳的实施例中，在步骤s1中：根据地理位置信息及日期信息确定日出日落的时间，之后将日出日落时间进行分段，得到包括日出日落时刻在内的至少5个时间点；

13、在步骤s2中：所述地理位置信息至少包括所在地的经纬度和所在地时区的标准子午线，天文地理参数还包括太阳方位角、太阳赤纬角和时角，大气辐射的传输参数至少包括地外辐射光谱、大气光学质量和大气散射系数；

14、其中，天文地理参数的相关计算如下：

15、太阳高度角α计算公式：其中为太阳方位角，δ为太阳赤纬角，t为时角；

16、太阳方位角计算公式：其中为地理纬度；

17、太阳赤纬角δ计算公式：

18、δ＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos2θ，式中，θ称为日角；

19、时角t计算公式：t＝15×(st-12)，其中st为真太阳时，以24小时计；

20、其中，在步骤s2中，由步骤s1中的至少5个时间点计算得到至少5个分别对应该至少5个时间点的太阳高度角；

21、在步骤s3中：利用由步骤s2中计算得到的至少5个太阳高度角，计算太阳光从地外到地表需要经过的距离，即计算大气光学质量，其计算公式如下：

22、

23、其中，m为大气光学质量，α为太阳高度角，h为匀质大气高度；

24、在步骤s4中：地表光谱s1与已知的地外辐射光谱s0关系如下：s1＝s0exp[-(amλ+arλ)×m]，其中amλ和arλ分别米氏散射和瑞利散射的容积散射系数，m为步骤s3中计算的大气光学质量；米氏散射和瑞利散射的透过率分别为：τmλ＝aλb和τrλ＝cλd，式中a，b，c，d分别为有关系数；

25、在步骤s5中：三刺激值计算公式：

26、

27、

28、

29、其中s(λ)为地表光谱为步骤s4中计算得到的地表光谱，x(λ)，y(λ)，z(λ)是标准色度观察者三刺激值；

30、色坐标计算公式：

31、x＝x/(x+y+z)

32、y＝y/(x+y+z)

33、色温计算公式：

34、cct＝437*n^3+3601*n^2+6861*n+5517

35、其中，n＝(x-0.3320)/(0.1858-y)；

36、在步骤s6中：太阳辐射常数是指太阳辐射在地球大气层顶部单位面积上的平均辐射能量，其计算可以基于太阳的总辐射能量和地球和太阳之间的距离：其中，e是太阳辐射常数，单位为w/m2，a是地球大气层和地表的反射和吸收损失，s是太阳的总辐射能量，d是地球和太阳之间的平均距离；

37、晴空条件下，太阳辐射穿过大气层，一部分被反射回外太空，另一部分被水汽、大气分子和气溶胶吸收和散射，最终到达地面的分别是直接辐射eb和散射辐射ed，可以通过下述公式进行换算：和式中，esc为太阳常数，τb与τd分别为直接辐射和散射辐射的光学厚度；m为大气光学质量(计算见色温算法流程部分)；b和d分别为直接辐射和散射辐射的大气光学质量修正指数；

38、在步骤s7中：计算任意倾斜表面上的太阳辐射，其倾斜角为水平方向的β，方位角为as与aw，太阳高度角α，是由光束i(b,c)、天空漫射i(d,c)和地面反射太阳辐射i(r,c)组成的分量之和:ic＝i(b,c)+i(d,c)+i(r,c)，设i为光束辐射在倾斜表面上的入射角，则单位面积表面上的瞬时光束辐射为：i(b,c)＝i(b,n)cosi，表面的入射角i与太阳角度的关系为：cosi＝cosαcos(as-aw)sinβ+sinαcosβ，平面漫射辐射i(d,c)可由平面漫射辐射乘以平面与天空之间的视因子得到:i(d,c)＝i(d,h)(1+cosβ)/2＝i(d,h)cos2(β/2)，地面反射的太阳辐射可由入射到水平面上的太阳总辐射和地面反射率ρ求得i(r,c)＝ihρ，将地面反射辐射乘以地面与地面之间的视因子，可以求出被倾斜表面拦截的i(r,c)部分:i(r,c)＝ρih(1-cosβ)/2＝ρihsin2(β/2)＝ρ(i(b.n)sinα+i(d,h))sin2(β/2)。

39、在一更佳的实施例中，在步骤s6中：地球和太阳之间的平均距离d由日地修正距离(d0/d)2代替进行计算，其中d是日地距离，d0是年平均日地距离，其计算公式如下：(d0/d)2＝1.00011+0.034221cosx+0.00128sinx+0.000719cos2x+0.000077sin2x公式中，x＝360(n-1)/365；或者，其计算公式如下：(d0/d)2＝1+0.034cos(360n/365)。

40、在一更佳的实施例中，在步骤s8中：

41、将步骤s2中的多个太阳高度角转换成对应的时刻，并结合步骤s5和步骤s7中获取的参数,获得当前的日期信息下的随时间变化的日光色温变化曲线和照度变化曲线；

42、通过日光色温变化曲线和照度变化曲线获取灯光控制参数。

43、在一更佳的实施例中，所述灯光控制参数是pwm信号。

44、本发明还提供一种灯光控制系统，包括用户指令发送模块、计算模块、led驱动模块以及led光源模块；

45、所述用户指令发送模块连接计算模块，所述计算模块连接所述led驱动模块，所述led驱动模块连接所述led光源模块；

46、所述计算模块包括所述的一种用于阴雨天的室内模拟日光照明的方法。

47、在一更佳的实施例中，所述led光源模块包括两路白光单元；所述led驱动模块通过所述计算模块获取灯光控制参数，所述灯光控制参数包括第一控制参数和第二控制参数，所述第一控制参数对应控制其中一路白光单元的色温，所述第二控制参数对应控制其中另一路白光单元的亮度。

48、在一更佳的实施例中，还包括人体检测模块；所述人体检测模块连接所述led驱动模块；所述人体检测模块用以检测是否有人经过，当有人经过时，所述led驱动模块控制所述led光源模块开启。

49、本发明还提供一种灯光画，使用了所述的一种用于阴雨天的室内模拟日光照明的方法；

50、所述灯光画包括景物图和灯光图，所述景物图放置在所述灯光图前，所述灯光图放置在所述led光源模块前，所述灯光图包括透光部位，所述透光部位对应所述景物图上图案的灯光轨迹区域。

51、在一更佳的实施例中，还包括位于灯光轨迹区域上的背景图；所述背景图放置在所述景物图和灯光图之间

52、相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

53、本发明可以实现阴雨天的室内模拟日光照明，通过联网的方式自动获取所在地的地理位置信息及日期信息，依此构建不同太阳高度角下的日光色温与亮度变化关系，之后将太阳高度角转换为时刻，即可获得当天的日光色温变化曲线和照度变化曲线，通过变化曲线即可得到灯光控制参数，并通过该灯光控制参数控制控制led光源模块。辅助用户调节心情及康复、增加灯光画的美学观赏程度等。