本發(fā)明涉及LED燈具光通量，具體涉及一種跨平臺環(huán)境下LED燈具光通量的計算方法。

背景技術：

對每種LED燈具而言，自設計定型生產(chǎn)出廠后，其發(fā)光強度在空間分布屬性就已固定，成為其產(chǎn)品屬性的重要組成內(nèi)容。為了描述該屬性信息，現(xiàn)有光源發(fā)光強度測試方法是測試固定離散位置點的光強來實現(xiàn)，且這些離散位置點從空間分布來看，是按照半球形來分布的，其中球心為發(fā)光光源，半球截面是以通過該發(fā)光光源，平行于燈具基板的平面。在IES文件中保存的數(shù)據(jù)，就是這半球空間內(nèi)各測試點上的發(fā)光強度，從數(shù)據(jù)屬性分析上，是一些ASCII編碼且數(shù)值離散的數(shù)據(jù)點。用數(shù)學的方法來分析，這些數(shù)據(jù)點可以看作分布在半球形空間內(nèi)的數(shù)值矩陣，而且數(shù)值隨著位置變化而不同，在不同方向呈現(xiàn)出各向異性的特性。

將IES文件中照度按照空間分布，藍色部分數(shù)值大，紅色表示數(shù)值小，橫切球體的綠色平面為γ＝90度平面。可以看出，該示例IES文件對應的密集矩陣，在半球形空間中的形態(tài)為一個傘狀的錐體。

在實際照明計算中，為了計算被照物體的照度數(shù)據(jù)，需要先獲得LED光源在單位時間內(nèi)發(fā)射出的光量，稱為led光源的發(fā)光通量。由于人眼對不同波長的電磁波具有不同的靈敏度，我們不能直接用光源的輻射功率或輻射通量來衡量光能量，必須采用以人眼對光的感覺量基準的單位----光通量來衡量。光通量的用符號Φ表示，單位為流明(lm)。

現(xiàn)有方案中，獲得燈具光通量的方法，除了查閱產(chǎn)品說明資料外，主要通過儀器獲得光強、光譜或光度的分布數(shù)據(jù)后，以球面積分獲得燈具光通量，具體主要有以下三個方法：

LED光通量測量方法：

1)積分光度法，就是采用積分球與光度計測試光通量；

2)光譜光度法，就是采用積分球與光譜儀測試光通量；

3)變角光度法，就是采用分布光度計測試光通量。

對于具體LED光源而言，自設計定型開始批量生產(chǎn)后，其發(fā)光特性及性能就已經(jīng)固化為產(chǎn)品物理和光學屬性，在具體照明計算中常用IES來記述LED光源的發(fā)光性質(zhì)。在個性化照明及互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)消費時代，設計新款個性化LED光源時，為了加快生產(chǎn)效率，往往根據(jù)場景需求預先設定IES文件，并據(jù)此對尚未生產(chǎn)光源開展模擬、校準、修正等操作，并將具體計算結(jié)果保存在未生產(chǎn)光源的IES文件，以實現(xiàn)精準指導生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

因此，通過現(xiàn)有方案計算光源光源光通量，顯現(xiàn)出顯著的局限性。本方法提出了一種原理簡便、邏輯清晰、易于部署的光通量計算方法，不但適用于傳統(tǒng)燈具生產(chǎn)領域，還能用于互聯(lián)網(wǎng)時代跨平臺領域的個性化照明計算中。

對于IES文件數(shù)據(jù)組成進行了介紹，γ角度：[0：90]，間隔為1度，總計91個數(shù)據(jù)；C角度：[0:360]間隔為5度，總計73個數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有測試光通量的方法，以國標《光通量的測量方法》(GB/T26178-2010/CIE84-1889)為例，光通量通過光強的空間分布得到，運用公式其中Φ＝4πsr，I為光源在指定方向上的發(fā)光強度。通過測量光源照度分布來計算光通量是許多國家標準實驗室用來建立光通量基準的測試方法，光通量單位流明是由光強的I基礎單位。

具體而言，假設積分球內(nèi)內(nèi)壁為理想漫反射層，各點漫反射系數(shù)相等，內(nèi)壁對各波長的漫反射系數(shù)一致，且各點半徑一致，無其他雜物。

在內(nèi)壁多次發(fā)生反射總照度且有擋光板時，出射窗的照度：

式中：E-總照度；ρ-積分球內(nèi)壁涂料總反射比；

φ-被測總光通量；r-積分球內(nèi)半徑

被測LED燈具的光通量計算公式為：

式中：Ec、Es分別為被測LED光源和標準光源的在探測其上的照度，Φs為標準光源照度，標準光源一般選用2856K標準光源。

光照度通過下述公式定義：

光源光通量則使用下述公式：

除上述積分球和分布式光度計結(jié)合的光通量測量方法外，行業(yè)內(nèi)還采用朗伯光通量計算、蝙蝠翼型配光計算(軸對稱)、球帶系數(shù)法、環(huán)帶分割法等方法。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種計算簡單，成本更低的跨平臺環(huán)境下LED燈具光通量的計算方法。

技術方案：本發(fā)明采用以下技術方案：一種跨平臺環(huán)境下LED燈具光通量的計算方法，包括以下步驟：

1)獲取IES文件數(shù)據(jù)，對IES文件中的數(shù)值進行橫縱坐標劃分，橫坐標為γ，縱坐標為C，即IES文件中任意數(shù)值成為I(γ，C)；

2)利用IES文件數(shù)據(jù)進行迭代求和運算，算式如下：

上式中：M為IES文件中橫向角度數(shù)據(jù)C的數(shù)量，以C步進5度計算，在空間橫向區(qū)域內(nèi)共有360/5＝72個；N為IES文件中橫向角度數(shù)據(jù)γ的數(shù)量，以γ步進1度計算，在空間橫向區(qū)域內(nèi)共有＝90/1+1＝91個；I(γ,C)為光源IES文件數(shù)值，ΔC為C數(shù)值步進。

作為優(yōu)化，所述步驟2)具體包括以下步驟：

1)對表中數(shù)據(jù)進行分組，C共計73組數(shù)值，γ共計91組數(shù)值；記C為數(shù)組c[72]，分別為c[0]、c[1]、c[2]、。。。、c[i]、。。。c[71]、c[72],記γ為數(shù)組r[90]，分別為r[0]、r[1]、r[2]、。。。、r[i]、。。。r[89]、r[90]；具體劃分如下：

第1組、是C＝c[0]：

I(r[0]，c[0])，I(r[1]，c[0])，I(r[2]，c[0])，I(r[3]，c[0])......I(r[90]，c[0])總計91個數(shù)據(jù)；

第2組、是C＝c[1]：

I(r[0]，c[1])，I(r[1]，c[1])，I(r[2]，c[1])，I(r[3]，c[1])......I(r[90]，c[1])總計91個數(shù)據(jù)；

第3組、是C＝c[2]；

I(r[0]，c[2])，I(r[1]，c[2])，I(r[2]，c[2])，I(r[3]，c[2])......I(r[90]，c[2])總計91個數(shù)據(jù)；

......

第72組、是C＝c[71]：

I(r[0]，c[71])，I(r[1]，c[71])，I(r[2]，c[71])，I(r[3]，c[71])......I(r[90]，c[71])總計91個數(shù)據(jù)；

第73組、是C＝c[72]：

I(r[0]，c[72])，I(r[1]，c[72])，I(r[2]，c[72])，I(r[3]，c[72])......I(r[90]，c[72])總計91個數(shù)據(jù)；

總計73組，由于C＝c[0]和C＝c[72]在空間關系上重疊，故致使第73組與第1組數(shù)據(jù)重合，因此刪去73組，最終是72組數(shù)據(jù)；

2)代入算式：

A)把所有的γ進行cosγ計算，

依次為：cosr[0]，cosr[1]，cosr[2]，cosr[3]，......，cosr[90]總計91個數(shù)據(jù)；

B)開始cos[(n-1)Δγ]-cosnγ計算，如下式：

cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]，cosr[2]cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]，0；

C)開始把步驟B)的數(shù)據(jù)依次乘以72組數(shù)據(jù)

根據(jù)IES文件，確定C的取值；下面計算C取不同值時，計算上步驟算式值，如下所示：

當C＝c[0]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

當C＝c[1]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

當C＝c[2]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

......

當C＝c[72]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

總計72組數(shù)據(jù)；

D)計算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]時候的求和數(shù)據(jù)：

將C的步進轉(zhuǎn)換為弧度，即確認此處的ΔC＝5*π/180；得到72個數(shù)值，然后把這72個數(shù)值取整；

E)將上面的取整的72個數(shù)值求和，得到Φ₁；

3)將上述I(γ,C)中γ＝r[0]換成γ＝r[1]，然后重復上述步驟2)：

A)計算高角度的步驟：

當C＝c[0]：

當C＝c[1]：

當C＝c[2]：

......

當C＝c[72]：

總計72組數(shù)據(jù)；將C的步進轉(zhuǎn)換為弧度，即確認此處的ΔC＝5*π/180；

B)計算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]時候的求和數(shù)據(jù)

確認ΔC＝5*π/180為弧度；得到72個數(shù)值，然后把這72個數(shù)值取整；

4)把上面的取整的72個數(shù)值求和，得到Φ₂；

5)Φ＝(Φ₁+Φ₂)/2，即為光通量。

作為優(yōu)化，所述C為步距，可轉(zhuǎn)化為ΔC步進為5°。

作為優(yōu)化，所述步驟2)中步驟B)包括cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]， cosr[2]-cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]；總計90個數(shù)據(jù)，為了方便計算，湊足91個，補一個0。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比：

一是算法可靠透明。本算法的推導基于三角函數(shù)變化和求和求積等基本運算方法，可靠性較高，程序?qū)崿F(xiàn)代價較小，與現(xiàn)有主流技術方案相比，計算流程清晰簡便，有利于實際運用中的頻繁調(diào)用。

二是運用潛力較大。本方法計算基于光源的IES文件，能根據(jù)任意擬定IES數(shù)據(jù)模擬光源光通量分布，并可以參與光源設計與調(diào)整。而現(xiàn)有方案依賴具體專業(yè)器材與專業(yè)人員操作和計算，對實物燈具進行復雜繁瑣的測量。且需對測量數(shù)值進行球面積分預算，計算過程較為復雜，通用性較差。

三是方法通用性廣。本方法推導基于的C和γ步進較為規(guī)整，分別為5°和1°，計算過程邏輯組織嚴密。同時，考慮考慮到互聯(lián)網(wǎng)時代下個性化照明的需求，當C和γ步距為隨機數(shù)值變化時，也能適用該計算方法。

四是算法兼容性好。本算法實現(xiàn)基礎為三角函數(shù)計算，實現(xiàn)代價較小，在結(jié)合相關IES文件插值算法后，相比現(xiàn)有計算方案中求解球面積分，可以提高效率近80％，可以大大減少計算功耗和存儲空間，易于在Android、IOS、Windows、Linux等計算環(huán)境間跨平臺部署。

五是靈活指導設計?，F(xiàn)有方案較為依賴實物光源的測量數(shù)據(jù)，必須先有光源實物后，才能測獲光通量數(shù)據(jù)。本方法數(shù)據(jù)源為IES文件，不需要一定現(xiàn)有實物光源，可以對處在設計階段光源計算光通量數(shù)據(jù)及分布規(guī)律。并根據(jù)設計對光通量調(diào)整的要求，逆向指導IES文件的修訂調(diào)整，進而可以靈活用于個性化照明設計計算中。

附圖說明

圖1為IES文件示例；

圖2為IES文件照度數(shù)據(jù)空間分布示意圖；

圖3為IES文件數(shù)據(jù)圖解示意圖；

圖4為積分球空間關系示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說 明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

如圖1至圖4所示，一種跨平臺環(huán)境下LED燈具光通量的計算方法，包括以下步驟：

1)獲取IES文件數(shù)據(jù)，對IES文件中的數(shù)值進行橫縱坐標劃分，橫坐標為γ，縱坐標為C，即IES文件中任意數(shù)值成為I(γ，C)；

2)利用IES文件數(shù)據(jù)進行迭代求和運算，算式如下：

上式中：M為IES文件中橫向角度數(shù)據(jù)C的數(shù)量，以C步進5度計算，在空間橫向區(qū)域內(nèi)共有360/5＝72個；N為IES文件中橫向角度數(shù)據(jù)γ的數(shù)量，以γ步進1度計算，在空間橫向區(qū)域內(nèi)共有＝90/1+1＝91個；I(γ,C)為光源IES文件數(shù)值，ΔC為C數(shù)值步進。

所述步驟2)具體包括以下步驟：

1)對表中數(shù)據(jù)進行分組，C共計73組數(shù)值，γ共計91組數(shù)值；記C為數(shù)組c[72]，分別為c[0]、c[1]、c[2]、。。。、c[i]、。。。c[71]、c[72],記γ為數(shù)組r[90]，分別為r[0]、r[1]、r[2]、。。。、r[i]、。。。r[89]、r[90]；具體劃分如下：

第1組、是C＝c[0]：

I(r[0]，c[0])，I(r[1]，c[0])，I(r[2]，c[0])，I(r[3]，c[0])......I(r[90]，c[0])總計91個數(shù)據(jù)；

第2組、是C＝c[1]：

I(r[0]，c[1])，I(r[1]，c[1])，I(r[2]，c[1])，I(r[3]，c[1])......I(r[90]，c[1])總計91個數(shù)據(jù)；

第3組、是C＝c[2]；

I(r[0]，c[2])，I(r[1]，c[2])，I(r[2]，c[2])，I(r[3]，c[2])......I(r[90]，c[2])總計91個數(shù)據(jù)；

......

第72組、是C＝c[71]：

I(r[0]，c[71])，I(r[1]，c[71])，I(r[2]，c[71])，I(r[3]，c[71])......I(r[90]，c[71])總計91個數(shù)據(jù)；

第73組、是C＝c[72]：

I(r[0]，c[72])，I(r[1]，c[72])，I(r[2]，c[72])，I(r[3]，c[72])......I(r[90]，c[72])總計91個數(shù)據(jù)；

總計73組，由于C＝c[0]和C＝c[72]在空間關系上重疊，故致使第73組與第1組數(shù)據(jù)重合，因此刪去73組，最終是72組數(shù)據(jù)；

2)代入算式：

A)把所有的γ進行cosγ計算，

依次為：cosr[0]，cosr[1]，cosr[2]，cosr[3]，......，cosr[90]總計91個數(shù)據(jù)；

B)開始cos[(n-1)Δγ]-cosnγ計算，如下式：

cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]，cosr[2]cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]，0；

C)開始把步驟B)的數(shù)據(jù)依次乘以72組數(shù)據(jù)

根據(jù)IES文件，確定C的取值；下面計算C取不同值時，計算上步驟算式值，如下所示：

當C＝c[0]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

當C＝c[1]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

當C＝c[2]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

......

當C＝c[72]：

I(r[0],C)[cosr[0]-cosr[1]]+I(r[1],C)[cosr[1]-cosr[2]]+I(r[2],C)[cosr[2]-cosr[3]]+......+I(r[89],C)[cosr[89]-cosr[90]]+0

總計72組數(shù)據(jù)；

D)計算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]時候的求和數(shù)據(jù)：

將C的步進轉(zhuǎn)換為弧度，即確認此處的ΔC＝5*π/180；得到72個數(shù)值，然后把這72個數(shù)值取整；

E)將上面的取整的72個數(shù)值求和，得到Φ₁；

3)將上述I(γ,C)中γ＝r[0]換成γ＝r[1]，然后重復上述步驟2)：

A)計算高角度的步驟：

當C＝c[0]：

當C＝c[1]：

當C＝c[2]：

......

當C＝c[72]：

總計72組數(shù)據(jù)；將C的步進轉(zhuǎn)換為弧度，即確認此處的ΔC＝5*π/180；

B)計算然后把C＝c[0]，C＝c[1]，C＝c[2]......C＝c[72]時候的求和數(shù)據(jù)

確認ΔC＝5*π/180為弧度；得到72個數(shù)值，然后把這72個數(shù)值取整；

4)把上面的取整的72個數(shù)值求和，得到Φ₂；

5)Φ＝(Φ₁+Φ₂)/2，即為光通量。

所述C為步距，可轉(zhuǎn)化為ΔC步進為5°。

所述步驟2)中步驟B)包括cosr[0]-cosr[1]，cosr[1]-cosr[2]，cosr[2]-cosr[3]，......,cosr[89]-cosr[90]；總計90個數(shù)據(jù)，為了方便計算，湊足91個，補一個0。