基于格拉斯曼光學(xué)模型的PWM調(diào)光應(yīng)用研究

李宗騫，石 艷，廖映華，羅 一

（四川輕化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 宜賓 644000）

引言

光源是影響視覺系統(tǒng)信息輸入的重要因素[1]，不同環(huán)境下人們對(duì)光源的光通量、顏色要求不同。心理方面，2002年美國(guó)Berson 發(fā)現(xiàn)了一種影響人體生物鐘的感光細(xì)胞，表明光照會(huì)對(duì)人的情緒、睡眠產(chǎn)生影響[2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，適宜的光照條件對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[3]。工業(yè)檢測(cè)方面，光源要盡可能突出目標(biāo)的特征，在物體需要檢測(cè)的部分與非檢測(cè)部分之間產(chǎn)生明顯的區(qū)別[4]。

目前主流人造光源有白熾燈、日光燈和LED等。LED 憑借其體積小、壽命長(zhǎng)、綠色節(jié)能[5]等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，在道路照明和室內(nèi)照明方面的應(yīng)用、研究越來(lái)越廣[6-7]，具有良好的發(fā)展前景。

對(duì)LED 光源的調(diào)光調(diào)色，學(xué)者們進(jìn)行了深入研究。宋鵬程等[8]基于照明參數(shù)，建立了3 通道PWM 調(diào)光調(diào)色的數(shù)學(xué)模型，模擬不同色溫的太陽(yáng)光，但在調(diào)控中需另外接入信號(hào)發(fā)生器，硬件缺少完善的人機(jī)交互設(shè)計(jì)；Chih-Hsuan[9]等在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬了日光照明；夏振平等[10]采用線性調(diào)光避免LED 閃爍，優(yōu)化算法減少色度漂移，但僅適用于冷、暖白光混光；駱偉岸[11]等基于PWM 數(shù)字化調(diào)控光源，實(shí)現(xiàn)了一定范圍內(nèi)照度可調(diào)，但調(diào)控操作無(wú)法由現(xiàn)場(chǎng)人員獨(dú)立完成。基于上述研究成果及其不足，本文根據(jù)格拉斯曼顏色混合定律[8,12]，推導(dǎo)出了應(yīng)用于LED 調(diào)光調(diào)色的光學(xué)模型，結(jié)合軟、硬件設(shè)計(jì)，構(gòu)建調(diào)光調(diào)色系統(tǒng)，系統(tǒng)光源顏色有16 777 216 種，光照強(qiáng)度在0～370 lx 可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，并且對(duì)光源顏色和照度的調(diào)控?zé)o需通過(guò)信號(hào)發(fā)生器或電腦等設(shè)備，可直接在系統(tǒng)硬件上進(jìn)行，減少了工作流程，提高了光源調(diào)控的工作效率。……