780nm可见光波段光谱输出。
[0058] 下面通过具体的实施过程结合图示进一步说明本发明。
[0059] 第一步：数据库建立
[0060] 利用二维态联合密度函数分别为调研所得104种大功率单色LED光谱数据建立光 谱辐射模型，其通式为：
[0061]
[0062] 其中，A表示光的波长，依次取380_780nm内的所有整数值，S( A)值表示LED光 谱辐射强度，A是与振幅有关的拟合参数，\。2,?2是与LED主波长X 及半高 全宽FWHM相关的拟合参数。每种类型的LED获得一组与之对应的（A，\。2,?2)值 组成数据库。见表104种大功率单色LED光谱数据库。
[0063]
[
[0067] 表 1
[0068] 数据库中包含各LED相对光谱分布见图1。
[0069] 第二步：构造目标光谱矩阵
[0070] 太阳光谱作为已知目标光谱，其用于照明的光主要为380-780nm可见光波段范 围。为了取得较好拟合效果，此处对太阳光谱380-780nm波段范围间隔lnm离散取点构建 目标光谱矩阵(入）
[0071] 〇s(A) = [Os(380), 0s(381), 0s(382), A, 0s(780)]；
[0072] 其中〇s(380)表示太阳光谱在波长A = 380nm处的光谱辐射强度，其它参数以 此类推。
[0073] 第三步：构造LED单元矩阵
[0074] 对第一步中建立的各种类LED光谱辐射模型在380-780nm波段间隔lnm离散取点 构造不同种类LED单元矩阵。数据库共包含104种LED，此处分别以数字1~104来标记不 同种类LED。
[0075] 第1种LED(入）=[①J380)，0\(381)，0\(382)，A,
[0076] 第2种LED:?2U)=[①2(380)，02(381)，0 2(382)，A, ?2(780)]t
[0077] 第3种LED:〇3(入）=[①3(380)，03(381)，① 3(382)，A,O3(780)]t
[0078]
[0079] 第104种LED:〇1Q4(人）=[①1Q4(380)，01Q4(381)，01Q4(382)，A,O1Q4(780)]T
[0080] 第四步：构造LED光谱矩阵
[0081] 将第三步构造的104种LED单元矩阵按顺序排列组成LED光谱矩阵
[0082] ①LED=[①丄(入)，(入)，①3(入)，A，①104(入)]
[0083] 贝丨J
[0084]
[0085] 第五步：构造系数矩阵K
[0086] 系数矩阵K中包含的元素个数与数据库中LED种类数相等
[0087] K = [k1； k2, k3, A , k104]T
[0088]其中kp k2, k3, A，k1(l4*别表示最优结果下第1~104种LED所需要颗数的系数。
[0089] 第六步：构造混合光谱模型
[0090] 混合光谱模型由LED光谱矩阵与系数矩阵K构成，
[0091] 〇m= 〇 ledXK
[0092] 其中，〇111表示多种LED混合产生的光谱分布。
[0093] 第七步：求解系数K
[0094] 利用最小二乘法编程求得满足条件
[0095] | | ①s(入）-①LEDXK*| |2= min| | ①s(入）-①J|2= min| | ①s(入）-① LEDXK| |2， K*G Rt
[0096] 的矩阵K#即为K的广义解。删除矩阵K冲所有0元素对应的LED种类，余下的即 为程序挑选出用来组成最佳组合的LED种类。
[0097] 第八步：最佳组合结果
[0098] 运行程序可得最佳组合使用了 104种LED中的34种，混合光谱与太阳光谱的相关 指数R2= 88. 67%。混合光谱匹配日光光谱如图2所示。
[0099] 34种LED在数据库中对应的编号、特征参数以及系数k见表2。其中A p表示LED 主波长，FWHM表示LED光谱半高全宽值，k为最佳拟合结果下所需要各种类LED的数目系 数。
[0100]
[0101] 表 2
[0102] 第九步：结果验证
[0103] 依据贡献原则，在最佳组合中增加和减少LED种类，分析混合光谱对太阳光谱相 关指数变化规律。结果证明在104种LED组成的数据库中，程序选出的34种LED能最好的 模拟日光光谱输出。不同组合中LED种类数与相关指数之间的变化趋势见图3。为了便于 理解，下面分别给出了图4组合中包含27种匹配太阳光谱图；图5组合中包含16种LED匹 配太阳光谱图；图6组合中包含13种LED匹配太阳光谱图；图7组合中包含12种LED匹配 太阳光谱图。
[0104] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于多颗单色大功率LED实现类日光光源的方法，其特征在于，包括如下步骤： 第一步：构造目标光谱矩阵 对目标谱380-780nm范围内等间隔d= 0? 5~5nm离散取点构造目标光谱矩阵： ?s(t) = [〇sl, 〇s2, 〇s3,. . . , 〇st]； 其中，t为目标光谱离散取点个数，〇31为目标光谱在第t点处光辐射强度，t相应为 1、2、3......; 第二步：构造LED单元矩阵％(入） 对每种LED光谱数据在380-780nm范围内等间隔d离散取点构造(t): ①i(t)=[①n，①i2，①i3，…，①it] T，（i= 1，2, 3,A，n) 其中，t为LED单元离散取点个数；n为LED单元个数，n多3 ;?it为单色LED在第t点 处的相对光谱辐射强度，t相应为1、2、3……； 第三步：构造LED光谱矩阵 ?led=i(t), ?2(t), 〇3(t),A,O^t)]； 〇i(t)表示加入第i种单色LED单元矩阵； 第四步：构造系数矩阵K K= [k1；k2,k3,A,kj1 其中h为拟合系数，表示当前仿真结果下所需要第i颗LED的颗数； 第五步：利用最小二乘法求得满足下式的K的广义解：其中，〇m=O^XK表示多种LED混合产生的光谱分布，采用R2作为评价参数，其公 式如下： R2= 1-{E(y-y estimated value)2/[Ey2_(Ey)2/n]} y为目标值，yestimatralvalm为估测值，n为数据点个数；R% 1，其值越接近1则表示估测 值与目标值拟合效果越好。2. 根据权利要求1所述基于多颗单色大功率LED实现类日光光源的方法，其特征在于， 所述d=lnm〇
【专利摘要】本发明公开了一种基于多颗单色大功率LED实现类日光光源的方法，包括如下步骤：第一步：对目标谱380-780nm范围内等间隔d＝0.5～5nm离散取点构造目标光谱矩阵：第二步：构造LED单元矩阵Φi(λ)；第三步：构造LED光谱矩阵ΦLED；第四步：构造系数矩阵K；第五步:利用最小二乘法求得不同LED种类需要的颗数。本发明的优点在于使用了一种新的单色LED光谱辐射模型来表征单色LED光谱分布特点，提高了仿真实验的准确度；通过使用最小二乘法给出了能快速确定对太阳光谱有最佳模拟效果的LED组合；并能够通过改变组合中LED种类达到对太阳光谱不同程度的再现，实现不同程度的类日光照明满足不同照明场景的要求。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104991988
【申请号】CN201510262725
【发明人】曹冠英, 徐广强, 张竞辉, 邢明书
【申请人】大连工业大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月21日