基于非视觉效应的照明光谱重构研究

论文摘要

夜间照明光可通过人眼的非视觉通道抑制人体内褪黑素分泌,对人体生理节律和睡眠质量造成负面影响,危害人体健康。但合理利用光的非视觉效应可以缓解季节性情感障碍、调整时差、提高睡眠质量以及提高工作效率。健康照明是新一代照明技术的战略发展方向,非视觉效应是健康照明的核心要素,研究兼顾视觉和非视觉效应的照明光谱重构技术是动态调光技术的新方向。与传统调光技术相比,基于非视觉效应的光谱重构技术要求更灵活和更精确地调控光谱,实现对光源色品、照度、显色性和非视觉参数的高精度控制。本文基于室内和室外两个重要的照明应用场景展开光谱重构技术的研究。本论文的主要研究内容分为两部分。第一部分研究了室内照明光谱重构。以光谱线性叠加原理为核心,提出生理节律因子混光模型,结合光源混色方程,建立光谱重构计算模型。该模型可根据色品坐标、照度和生理节律因子直接求解脉冲宽度调制的占空比。搭建了实验测量环境和光谱可重构的光源系统,并验证了光谱重构模型的有效性。此外,还研究了生理节律因子和一般显色性指数的可调谐性,结果表明,在生理节律因子较低时,光谱的显色性指数较优。本文提出的光谱重构模型实现了对视觉和非视觉参数的灵活调控,为夜间室内动态照明应用设计提供参考依据。第二部分研究了室外照明光谱重构。与室内照明不同,大部分室外照明是基于中间视觉设计的。本文以光谱灵敏度曲线为出发点,采用拟合的方法,研究了色品坐标、照度、S/P值(Scotopic/Photopic,S/P)与生理节律光照的关系。结果表明,生理节律光照可由前三者近似计算得到。在此基础上,以色品坐标、照度和S/P值作为变量,建立室外照明光谱重构计算模型,并提出室外照明光谱优化方法。夜间室外照明对人体健康的影响是一个漫长的过程,且危害要低于室内照明。因此,对于室外照明的光谱优化,可优先考虑照明的安全性和经济性,选择适当的S/P值,构建安全、节能的光环境。其次从健康的角度出发,通过选择合适的色品坐标降低夜间照明的非视觉功效,以维持人体正常的生理节律,降低夜间照明光对人体健康的慢性损伤。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究动态
•   1.3 论文的研究工作
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究方法及技术路线
•     1.3.3 拟解决的关键问题及创新点
• 第二章 视觉与非视觉效应
•   2.1 人眼结构
•     2.1.1 人眼中的光学系统
•     2.1.2 视网膜
•   2.2 人眼的视觉特性
•     2.2.1 黑白视觉特性
•     2.2.2 颜色视觉特性
•   2.3 人眼的非视觉特性
•     2.3.1 本征感光视网膜神经节细胞
•     2.3.2 非视觉通道
•     2.3.3 生理节律系统
•     2.3.4 非视觉效应的其他功效
•   2.4 本章小结
• 第三章 光度色度与照明基础
•   3.1 光度学基础
•     3.1.1 立体角
•     3.1.2 光度量
•   3.2 色度学基础
•     3.2.1 CIE1931 标准色度系统
•     3.2.2 色温与相关色温
•     3.2.3 CIE光源显色性指数
•   3.3 照明设计基础
•     3.3.1 室内照明
•     3.3.2 室外照明
•     3.3.3 健康照明
•   3.4 照明光谱重构技术
•   3.5 本章小结
• 第四章 室内照明光谱重构研究
•   4.1 实验原理
•   4.2 实验设计
•     4.2.1 实验测试系统
•     4.2.2 CAF和 Ra调谐范围
•   4.3 结果与讨论
•   4.4 本章小结
• 第五章 室外照明光谱重构研究
•   5.1 实验原理
•   5.2 实验设计
•   5.3 结果与讨论
•   5.4 本章小结
• 结论与展望
•   1.结论
•   2.展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曾伟森

导师: 周晓明

关键词: 非视觉效应,健康照明,光谱重构,生理节律

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华南理工大学

分类号: O433

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.001965

总页数: 67

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