人工智能技术的光通信系统光源布局研究

为提升光通信系统光源布局后的光照覆盖范围以及光照均匀度,研究人工智能技术的光通信系统的光源布局方法。以室内可见光通信系统通信原理为基础,根据LED光照度的分布,构建单颗LED灯珠的光照度环形光源布局,将补偿阵列增加至环形阵列的四个角中,实现角补偿阵列环形光源布局;并采用基于遗传模拟退火算法,对角补偿阵列环形光源布局中适应度函数寻优,提升算法的全局搜索能力和进化能力,以此实现最优功率调节因子的获取,完成光源布局的全局优化。实验结果表明:该方法可增加光照覆盖范围,提升光照均匀度,并有效保证光通信系统的稳定性,实现最佳的光源布局效果。     

一种基于LED扩展光源的均匀照明设计新方法

为满足LED均匀照明要求,提出了一种实现面光源下自动优化的设计方法。根据点光源近似理论建立可实现均匀照明的反射器初始结构,用COB(Chips on board)型LED面型光源替代点光源,基于TracePro中Scheme语言编写了自定义均匀照明优化函数,实现了目标面上均匀照明的自动优化设计。模拟结果表明:在光源为直径20mm的朗伯体发光LED时,能够在300 mm处实现均匀照明,照明均匀度(平均照度与最大照度的比值)达到85%以上,光学效率在96%以上。本设计方法简单易用,具有广泛的应用价值。     

基于增强现实的LED照明光源自适应调节系统

针对LED照明光源在路灯照明系统存在运行时延长、能量消耗高等问题,提出了基于增强现实的LED照明光源自适应调节系统。首先分析LED照明光源自适应调节系统的硬件设计需求,将无线传感器、人体热释传感器等设计在硬件中。通过对RF无线射频电路的设计,实现了ZigBee无线传感网络对LED照明现场重要数据采集,软件主要通过计算光照度、工作效率等,实现基于增强现实的LED照明光源调节。对ZigBee路由算法进行全面改进,引入邻居节点以及邻居表,实现重要节点的控制。通过网络拓扑结构的ZigBee协议栈,采集LED照明现场的环境参数,结合相关参数,利用优化改进后的ZBR动态路由算法,对LED照明光源进行集中调节以及管理。结果表明,系统能够实现LED照明光源自适应调节,系统运行能耗更低,运用到路灯系统中效果更佳。     

一种面向LED扩展光源的道路配光设计

在多车道的道路照明中,需要非对称矩形配光。本文根据非成像光学理论,建立点光源空间与目标照明面之间的拓扑关系,采用合适的反馈优化方法,获得面向扩展光源且在路面上形成均匀非对称矩形光斑的反射器,仿真结果表明,配光后光源的能量基本上被限制在20m×12m的矩形区域内,且实现了非对称的配光,横向照度均匀度达到了85%,纵向照度均匀度达到了80%,满足道路照明要求;并且通过开模实际测试出整体的照度均匀度为80.13%,验证仿真结果以及证明了设计方案的可行性和反射器在路灯灯具中的实用性。     

高空间照明均匀度植物光源系统的设计

传统的植物照明设计只针对单一参考面均匀度进行评价，难以满足植物在整个生长过程中对均匀光照环境的需求。针对这一问题，首先提出了空间照明均匀度评价体系，并基于该体系设计了一种复合光源模块的立体化照明系统，以期构建照明均匀的植物生长空间。进一步利用Taguchi方法优化实验过程，在结合ANOVA分析的基础上，获得了最优结构参数。最后对所得最优解进行灯珠形状分析和植物生长过程中的照明效果测试。实验结果表明:最优结构可提供一个水平参考面照度均匀度为87.22%，混色均匀度为90.11%；竖直参考面照度均匀度93.02%，混色均匀度91.43%的均匀照明空间。该植物光源系统可满足植物生长过程中对均匀空间照明环境的需求。     

视觉检测系统LED光源照度优化方法

针对当前视觉检测系统LED光源照度优化研究中存在的照度效果评价因素单一、照度优化方法通用性不足等问题,以芯片封装质量视觉检测为例,提出一种基于改进樽海鞘算法的LED光源照度优化方法。该方法在单个LED光源照度数学模型基础上,建立标准条形LED阵列光源照度数学模型,获取条形LED阵列在任意空间位姿与被测面的照度值;基于照度均匀度、照度梯度变化与对中度、平均照度、目标与背景区分度等因素建立平面照度效果评价函数;提出改进樽海鞘算法,通过改进算法收敛系数、速度、领导者与追随者位置等更新策略,增强区域搜索的多样性;应用改进樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解,获取具有最优照度效果的空间位姿参数。实验结果表明:考察优化区域的相对照度分布,文中提出的LED光源照度优化方法所得照度分布与实际测量所得照度分布结果基本一致,目标区域理论照度均匀度在98.78%以上,误差在5.57%以内。因此文中提出方法优化目标合理,可用于视觉检测系统具有最优照度效果时光源位姿信息参数的获取。     

空间高曲率金属线表面均匀化照明

为了解决视觉检测中由光照不均引起的金属线形被测物表面亮度差异变化过大而导致的灰度图像不能正确显示的问题，提出一种用于空间高曲率金属线形被测物的均匀化照明光源优化分析方法及解决方案。首先，基于光度学理论建立照明空间内任意点的理想照明模型。之后，推导该点表面照度、反射率、空间坐标信息与图像灰度之间的数学关系模型，利用MATLAB软件进行仿真模拟，对数据进行分析获取影响被测物均匀化照明成像的主要因素，在此基础上采用穹顶光源对照明光源进行改进，改进后金属线形被测物表面均匀度达92.85%。实验结果表明，该方案可以有效地提高金属线形被测物表面均匀度，较改进前提高34.77%，可以有效解决该类型被测物视觉检测中的成像问题。     

基于机器视觉的啤酒瓶检测系统的设计

针对传统啤酒瓶检测系统速度慢、精度低等问题,该文设计了一种基于机器视觉的啤酒瓶空瓶检测系统。该系统以机器视觉为理论基础,重点介绍了LED照明光源和数字化光源控制器的设计以及图像处理技术中的问题。实验结果表明,该系统具有速度快、连续性好及检测精度高等特点,能够实现对啤酒瓶瓶口、瓶壁和瓶底的缺陷检测。     

室内VLC系统光源布局设计

在可见光通信系统中,光源具有照明和通信的双重作用,由于房间的大小以及室内环境各不相同,难免会存在光照射不到或者光线比较微弱的地方,这些地方很有可能成为通信的盲区,这将会大大影响通信的质量,为了解决阴影效应,需合理对光源进行布局设计,以4 m4 m3 m房间为模型,采用四个LED列阵作为室内光源,将单个的LED光源看做朗伯光源,服从朗伯辐射模型,通过公式计算结合软件仿真分析对比得出了采用99大小的LED列阵,列阵距离屋顶边缘0.4 m,LED光源间的间距为0.03 m时,在满足国际室内照明标准的前提下,在距离屋顶2.25 m的4 m4 m接收平面上光照度分布最均匀,其均匀度达到90.4%。该光源列阵布局模型可推广到任意尺寸房间,为室内办公照明中光源的布局提供了一种可行的方案。     

面向大功率LED集成光源的反射器设计方法

分析了传统光学设计方法中将LED光源近似为理想点光源的设计方法的局限性,基于非成像光学中的边缘光线理论,提出了一种面向大功率LED集成光源的均匀照明反射器的光学设计方法,在集成光源与接收面上点的照度之间建立了一种能量对应关系,得到了可以在照明面上实现均匀照度分布的反射器光学模型,最后运用光学仿真软件进行了仿真,并与点光...     

PWM数字可调均匀光源的设计

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为一种场致发光光源,已经获得广泛的应用,但在影像测量中的下照明领域还处于起步和探索阶段。影像测量中,光照不均匀或者光强不适,都会影响所拍摄图像的质量。为获得高质量的图像,设计一种基于PWM数字可调的均匀光源系统,用于下照明的影像测量。系统通过正交实验法获得环形的LED阵列、灯的倾角、LED灯的数量、LED的环形直径等,搭建光源系统,使得LED环形阵列在视场2cm内获得均匀的光强,结合LED发光特性设计PWM脉冲发生电路,通过上位机的软件让均匀光源强度256级可调,适合各种不同的场合,增强实用性。实验数据表明,利用光学显微影像测量系统,在最小放大倍率0.7倍以及最大放大倍率4.5倍两种极端情况下,检测4个级别的光强均匀性都超过了83%。该系统完全能够在影像测量中达到要求。     

LED照明的光学器件设计与仿真

大功率LED集成光源在实际照明工程应用很多,但是集成光源的照明效果不是很理想。为了解决大功率LED集成光源难以直接应用于照明的问题,根据非成像光学理论,设定合适的初始参数,利用能量守恒建立LED光源与目标照明面之间的映射,设计了筒灯反射器和透镜。并用Tracepro软件对这两类光学器件进行模拟仿真,均得到了良好的均匀圆形照明光斑。仿真结果表明,设计出的反射器和透镜,随着发光光源面积增大,照度均匀性都降低,当光源尺寸均设置为1 mm1 mm时,照明面上照度均匀性都达到95%以上,当光源尺寸增大10 mm10 mm时,照明面的照度均匀性下降到85%,符合对均匀性很高的室内照明设计标准。     

Designing Uniform Illumination Systems by Surface-Tailored Lens and Configurations of LED Arrays

Light-emitting diodes (LEDs) are gradually becoming the preferred choice for many lighting applications that require uniform illumination distribution. LED sources are usually composed of several individual LEDs which must be mounted on a panel as a lighting module. Therefore, the design is quite important for achieving a good uniform illumination distribution before a LED lighting module is produced. This paper presents a theory and design method by systemic concepts and focuses on the study of optical properties. We can design, efficiently, a LED lighting module and achieve a satisfactory uniformity by this theory and method, the design of a uniform LED illumination system. By this method, we not only obtain the maximally flat illumination distribution but also the emitting angle of the system can be designed at will. This method and theory will offer a preferable choice when LED lighting modules become the main stream for the lighting market in the future. Here, the light source is approximately defined as a point light source with cosine irradiance distribution.      

自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法

由于LED配光特性不同于传统光源,为了将LED 应用于汽车照明中需对LED 进行二次光学设计。文中根据LED 汽车前照灯的配光特性,提出了一种自由曲面LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。首先由能量守恒原理,在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系,基于非成像光学理论,采用照度优化设计法,运用数值计算求解出光学透镜曲面各个点坐标的坐标值,并使用三维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真,最后的配光效果完全满足《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）标准,系统的光学效率得到显著提高,可达到91%。     

基于分布光度计测试实验的LED二次光学仿真

以LED为研究对象,利用TracePro光学仿真软件和LED分布光度计对其进行光学仿真和光学实验研究,并通过对比验证仿真结果的正确性和仿真方法的可行性。研究结果表明,实验结果和仿真结果吻合,将仿真方法用于LED的光学研究切实可行。利用TracePro对大功率LED的二次光学设计结构进行了仿真,仿真结果表明该LED的二次光学设计结构使LED的光学性能得到了极大的改善,配光效果更理想,光照均匀性更好。     

基于改进粒子群算法的室内可见光通信系统灯源布局

针对传统室内可见光通信(VLC)系统中光源分布的不均匀性导致的通信盲区和通信质量不平稳等问题,提出一种位置和灯源参数联合优化的方法.该方法在不改变传统布局的总功率前提下进行发光二极管(LED)阵列的重新分配,其次遍历搜寻各LED阵列的最优位置,最后运用改进的粒子群优化(PS0)算法对各LED阵列中的参数进行优化.仿真结...