文献综述(或调研报告):
一、引言
随着发光二极管(LED)相关技术的迅速发展,LED光源被广泛应用于日常生活、工业生产以及科学研究等领域,例如智能照明[1],光伏器件的表征[2],可见光通讯[3]等。相对于传统光源,LED光源具有单色性好、体积小、寿命长、能量消耗低、使用直流电、发热量低和控制灵活等特点 [4]。在健康照明、太阳光模拟器[5]等一些特殊照明领域,白色LED的光谱并不能满足生产要求, 此时便需要光谱匹配:即已知目标光谱,利用不同峰值波长和半高宽的LED匹配出所需要光源的目标光谱,也称光谱反演[6]。
多基色可调谐发光二极管(LED)照明系统提供了色度冗余,便于从光源的照度[7]、色温[8,9]及显色指数[10,11]等指标对光源进行优化匹配;同时可以以很高的更新速率驱动它们,从而使颜色随时间平滑变化,这种时间动态控制可以对光源的非视觉效应进行优化匹配。本文首先由光谱叠加原理得到LED光谱合成的数学模型,然后分类介绍非对称高斯分布函数和光子在二维空间联合态密度函数这两种不同的光谱辐射模型,最后依次介绍最小二乘法、模拟退火算法、遗传算法和“色度 ”优化算法这四种不同的匹配算法。
二、光谱匹配模型
光源发出的光通常是由各种波长组成的,每种波长具有不同的光谱辐射通量.光源总的辐射通量是各个波长的辐射通量之和。LED的光谱功率分布表示在LED的光辐射波长范围内各个波长的辐射功率分布。要得到复合的宽波段光谱,需要不同峰值波长、半高宽的LED共同作用。根据光谱的叠加原理可得到 LED光谱合成的基本数学模型[12]为:
由此可见,光谱匹配的两个关键点在于:合理表示单色LED的光谱辐射,以及选择合适的光谱匹配算法。
三、单色LED的光谱辐射模型
3.1非对称高斯分布函数
根据 LED光源的物理特性可知,对单个 LED 产品在其光轴方向上单位立体角内的辐射功率随光谱的分布模型可以用高斯分布函数来近似表示,但根据实验数据[12] ,实际的 LED光谱分布形状并不是轴对称的。直接用高斯分布函数拟合存在不小的偏差,为此将峰值波长两侧的曲线用分段函数的形式进行拟合,左侧用高斯分布函数拟合,右侧用洛伦兹分布函数拟合,得到非对称高斯分布函数:
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