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光源相关色温及色偏差计算方法研究

光源相关色温及色偏差计算方法研究

作者：李月辽宁科技大学

学位级别：硕士

色温表示的是光源发射出的光线中包含颜色成分的多少,所以通过色温可以评估出光源质量的好坏,但现实生活中大多数光源的色品坐标点都偏离黑体轨迹,此时色温的概念就被扩展为相关色温(Correlated Color Temperature,CCT)。相关色温的计... 详细信息

色温表示的是光源发射出的光线中包含颜色成分的多少,所以通过色温可以评估出光源质量的好坏,但现实生活中大多数光源的色品坐标点都偏离黑体轨迹,此时色温的概念就被扩展为相关色温(Correlated Color Temperature,CCT)。相关色温的计算方法是至关重要的,也一直是研究热点,当前计算方法主要分为两类:迭代类方法和查找表类方法,迭代类方法可计算的色温范围较广,但是高度依赖初始值;查找表类方法计算过程简单,但是精确度取决于查找表的大小。两类方法都有不可避免的缺点,为此,本文分别对两类计算方法进行深入研究,提出了新的计算方法。首先,测试结果显示LED光谱优化产生的部分光源偏离黑体轨迹的距离远远超过国际照明委员会(International Commission on Illumination,CIE)规定范围,不仅如此,部分光源点到黑体轨迹的距离函数存在局部极大值。为解决这些问题,本文共提出三个创新点:第一,提出了广义相关色温(GCCT)和广义色偏差(GDuv)的概念,以便描述超出CIE规定范围的光源点;第二,提出了下降牛顿迭代法,该方法在LED光谱优化过程中依旧能收敛到局部极小值点,而非局部极大值点;第三,依据光源点到黑体轨迹的距离函数特点,把CIE1960 UCS图划分成六个区域,提出了基于牛顿迭代法和下降牛顿迭代法的混合迭代法。其次,Ohno提出用基于三角形法和二次多项式法的混合查找表法计算相关色温和色偏差(Color Deviation,Duv),但测试结果显示使用二次多项式法计算光源点到黑体轨迹的距离仍有提升之处,因此本文提出了两种改进方法。两种改进方法在|Duv|相关色温和色偏差的定义仿真建成。测试结果显示,本文提出的混合迭代法计算误差低于0.002K,并且可以在LED光谱优化过程中使用。本文还采用两种规格的查找表,分别测试了本文对Ohno方法的两种改进方法,结果显示两种改进方法给出的结果接近且误差明显小于Ohno方法,并且两种改进方法只需使用1%查找表就可以将最大误差由Ohno的1.2484K降低到0.3858K。本文提出的混合迭代法在LED光谱优化中有重要应用价值,同时,本文研究内容对CIE制定统一计算标准有重要参考价值。

关键词：相关色温色偏差查找表下降牛顿迭代法

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相关色温偏差对反光膜逆反射测量的影响

公路与汽运 2022年第6期 26-31页

作者：王露婉薛瑛琪冷正威苏文英交通运输部公路科学研究院北京101103 国家道路与桥梁工程检测设备计量站北京101103

为分析同一光源相关色温偏差对反光膜逆反射测量结果的影响,选取白、黄、红、绿、蓝5种颜色的三类反光膜,在不同几何条件下,采用直接照度法测量其逆反射系数;以相关色温2856 K作为试验标准工况,将该工况下测量值作为逆反射系数标准值,... 详细信息

为分析同一光源相关色温偏差对反光膜逆反射测量结果的影响,选取白、黄、红、绿、蓝5种颜色的三类反光膜,在不同几何条件下,采用直接照度法测量其逆反射系数;以相关色温2856 K作为试验标准工况,将该工况下测量值作为逆反射系数标准值,计算不同相关色温下不同颜色反光膜的逆反射系数相对误差、平均值和标准差。结果表明,相关色温偏离时,白色、黄色、红色三类反光膜的逆反射系数总体减小,绿色、蓝色总体增加;对于白色三类反光膜,在相关色温变化较大时逆反射测量结果总体变化较平缓,相关色温在2856 K附近波动时测量结果变化较大;有色反光膜逆反射测量结果随相关色温变化的趋势可反映光源光谱分布变化趋势;相关色温变化对逆反射测量的影响总体较显著,对测量结果精度要求较高时,应保证相关色温稳定在2856 K处。

关键词：交通工程反光膜逆反射相关色温

基于辐射光谱的相关色温与热力学温度相关性分析

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光谱学与光谱分析 2006年第11期26卷 1984-1987页

作者：符泰然程晓舫钟茂华杨臧健中国安全生产科学研究院公共安全研究所北京100029 中国科学技术大学热科学和能源工程系安徽合肥230027

(相关)色温是色度学中用以描述物体色度特性的物理量,与基于谱色测温法而得到的热力学温度之间是存在差异的。对于可见光波段内具有单调发射率的连续辐射光源,通过辐射光谱的分析,建立(相关)色温与热力学温度之间的数学关联是可行的,因... 详细信息

(相关)色温是色度学中用以描述物体色度特性的物理量,与基于谱色测温法而得到的热力学温度之间是存在差异的。对于可见光波段内具有单调发射率的连续辐射光源,通过辐射光谱的分析,建立(相关)色温与热力学温度之间的数学关联是可行的,因而,它们之间的相关性温差与发射率模型变量的变化规律在文章中给予了详细的理论分析,并给出了相应的数值模拟结果。文章的理论与数值分析讨论将为色温计成为测温计做出更充足的理论准备。

关键词：热力学温度谱色测温法颜色色温相关色温

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基于混合多项式法计算光源相关色温及色偏差

光学学报 2022年第5期42卷 257-264页

作者：高程李月李长军辽宁科技大学电子与信息工程学院辽宁鞍山114051 辽宁科技大学计算机与软件工程学院辽宁鞍山114051

由于光源的相关色温与色偏差计算一直是备受研究者们关注的问题,故提出了一种基于三角形法、抛物线法和三次多项式法的高效混合光源相关色温与色偏差计算方法。在色温为2000~20000 K, 1 K步长的18001条等温线上,并在色偏差范围为-0.03~0... 详细信息

由于光源的相关色温与色偏差计算一直是备受研究者们关注的问题,故提出了一种基于三角形法、抛物线法和三次多项式法的高效混合光源相关色温与色偏差计算方法。在色温为2000~20000 K, 1 K步长的18001条等温线上,并在色偏差范围为-0.03~0.03内以0.015间隔选取90005个测试样本,测试并比较了所提方法、Ohno方法与Robertson方法的精确度。测试结果表明,所提方法的性能优于Ohno方法与Robertson方法,且其色温和色偏差的最大绝对误差分别为0.3858 K和3.33×10^(6),故所提方法可被直接用于LED光谱优化与设计中。

关键词：颜色相关色温色偏差查找表三次多项式法三角形法抛物线法

利用相关色温和光通量优化白光LED光谱（英文）

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光子学报 2015年第10期44卷 52-58页

作者：黄马连陈焕庭周小方蔡嘉毅周锦荣何仲全闽南师范大学物理与信息工程学院福建漳州363000 富顺光电科技股份有限公司福建漳州363000

在单颗LED中,以1℃/W^30.5℃/W范围的散热器热阻值和0.5W^6.5W范围的负载电功率作为优化变量,40lm^460lm范围的光通量和7 100K^8 600K范围的色温作为目标变量,通过光-电-热理论和多重光谱模型优化白光LED的光谱功率分布.计算获得白光LE... 详细信息

在单颗LED中,以1℃/W^30.5℃/W范围的散热器热阻值和0.5W^6.5W范围的负载电功率作为优化变量,40lm^460lm范围的光通量和7 100K^8 600K范围的色温作为目标变量,通过光-电-热理论和多重光谱模型优化白光LED的光谱功率分布.计算获得白光LED的光通量和相关色温在系统中变化时所对应的光谱功率分布,目标值与理论值的误差在5%以内.该理论模型可为LED照明系统的设计提供参考.

关键词： LED 光谱分布光通量相关色温散热器

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颜色温度和相关色温的不确定度评定方法

光学学报 2005年第4期25卷 547-552页

作者：代彩红于家琳于靖殷纯永中国计量科学研究院光学处北京100013 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

颜色温度和相关色温是光源的重要参量。从色品坐标(u,v)到颜色温度和相关色温的计算过程比较复杂,很难依据国际标准化组织推荐的不确定度评定方法进行分析。介绍了从光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度出发,按照国际标准化组织的推... 详细信息

颜色温度和相关色温是光源的重要参量。从色品坐标(u,v)到颜色温度和相关色温的计算过程比较复杂,很难依据国际标准化组织推荐的不确定度评定方法进行分析。介绍了从光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度出发,按照国际标准化组织的推荐方法,得到更为科学合理的颜色温度和相关色温的不确定度评定方法。针对新的国家颜色温度副基准,分别采用基于数学模型的精确方法、近似方法和几何方法对其不确定度进行了评价,并与传统方法进行了比较。采用传统方法得到的计算结果偏高,这是因为传统的计算方法很大程度上基于实验和经验估计,没有将颜色温度的不确定度与光谱辐射功率和色品坐标(u,v)的不确定度之间建立明确的数学关联,在分析过程中存在对某一不确定度源进行重复计算的可能。所述的数学推导方法相对传统方法更为科学合理。

关键词：光谱学颜色温度相关色温不确定度数值分析

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多主色LED照明光源的相关色温调控

光学精密工程 2015年第4期23卷 926-933页

作者：郑峰刘丽莹刘小溪石晓光宦克为长春理工大学理学院吉林长春130022 吉林省科学技术信息研究所吉林长春130000

通过建立光电热(PET)模型,研究了发光二极管(LED)光源相关色温(CCT)的模型预测控制方法,实现了多主色LED光源的相关色温控制。首先,提出了热平衡状态稳定假设和修正的非对称高斯函数作为基函数的假设;根据软模型建模思路,用最小二乘估... 详细信息

通过建立光电热(PET)模型,研究了发光二极管(LED)光源相关色温(CCT)的模型预测控制方法,实现了多主色LED光源的相关色温控制。首先,提出了热平衡状态稳定假设和修正的非对称高斯函数作为基函数的假设;根据软模型建模思路,用最小二乘估计求解各个模型参量的回归子模型,分析光谱敏感系数曲线随CCT变化的关系。然后,通过重力线法调试出在3 000,4 500和6 500K下3个常用色温点处所需的电流控制量。最后,在调设好的电流控制量上加以一定的无规则扰动产生一组验证数据,用于评价模型精度。实验结果表明:建立的多主色LED光源的PET数学模型能够很好地通过电流控制量和环境温度来预测LED的热沉温度和多主色合成光谱功率分布函数,进而能够预测控制色温,具有很好的模型精度。得到的色度坐标预测精度优于±0.005,CCT预测精度优于±150K。提出的基于模型的控制方法不仅适用于常用LED光源的CCT调控,还可推广到更多通道的LED光源的色度及CCT控制中。

关键词：照明光源多主色发光二极管相关色温光电热模型

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基于视锥感光空间的光源相关色温计算

光学学报 2022年第2期42卷 252-259页

作者：董晓文徐杨高程李长军辽宁科技大学计算机与软件工程学院辽宁鞍山114051

研究了基于视锥响应三刺激值L,M,S导出的不同色品坐标空间和不同比例因子对相关色温(CCT)计算的影响,并比较了计算得到的CCT与标准CCT的差异。在Houser等收集的包含401个光谱功率分布的数据集上进行了测试,测试结果表明,采用比例因子均... 详细信息

研究了基于视锥响应三刺激值L,M,S导出的不同色品坐标空间和不同比例因子对相关色温(CCT)计算的影响,并比较了计算得到的CCT与标准CCT的差异。在Houser等收集的包含401个光谱功率分布的数据集上进行了测试,测试结果表明,采用比例因子均为1时计算得到的L,M,S直接导出的u_(c)-v_(c)空间表现最好,均值CCT绝对差异,中值CCT绝对差异和最大值CCT绝对差异分别为48,31和851 K。若将L,M,S转换到由配色函数定义的三刺激值空间X_(F)Y_(F)Z_(F)导出的u_(F)-v_(F)空间中计算CCT,计算得到的CCT与标准CCT差异的均值CCT差异,中值CCT差异和最大值CCT差异分别为42,21和540 K。

关键词：颜色视锥响应三刺激值LMS空间相关色温色度坐标空间比例因子牛顿法

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一种预测白光LED相关色温的新方法

发光学报 2017年第6期38卷 820-827页

作者：陈盛雄朱大庆廖欣怡华侨大学信息科学与工程学院福建厦门361021 福建省光传输与变换重点实验室福建厦门361021

为了快速确定白光LED相关色温与黄色荧光粉浓度的关系,提出"中间参数A"的方法,以达到减少工作量,缩短工作时间,提高精度的目的。首先,通过理论分析推导出色品坐标与"中间参数A"的关系公式。然后,制备6组不同黄色荧光粉浓度的白光LED样品... 详细信息

为了快速确定白光LED相关色温与黄色荧光粉浓度的关系,提出"中间参数A"的方法,以达到减少工作量,缩短工作时间,提高精度的目的。首先,通过理论分析推导出色品坐标与"中间参数A"的关系公式。然后,制备6组不同黄色荧光粉浓度的白光LED样品,计算出每个浓度对应的A值,拟合A值与荧光粉浓度的关系公式。在色品图上查找目标色温对应的色坐标,就可以利用"中间参数A"的方法预测目标色温对应的黄色荧光粉浓度。实验结果表明:利用"中间参数A"的方法生产的白光LED的色温与目标色温的误差在50 K以内。在预测高色温时,该方法比"直接探索色温与荧光粉浓度的关系"的方法的精度高一个数量级。而且利用该方法,采用2组不同荧光粉浓度样品相比于6组样品,在预测目标色温对应的荧光粉浓度时的相差量低于0.5%。因此,该方法具有耗时短、工作量少,精度高的优点。

关键词：白光LED 相关色温中间参数A 荧光粉浓度