基于非视觉效应的照明光谱重构研究

发布时间：2020-10-28 16:39

　　 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。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O433
【部分图文】：

图 2-1 人眼结构解剖图视网膜网膜是一层透明的薄膜，位与眼球壁的内层。图 2-2 展示了人类视网膜的结出，视网膜可分为 6 层，最外层为神经节细胞层(Ganglion cell layer, GCL维和神经节细胞组成，主要负责收集和传导感光细胞产生的电信号，是光的一层。部分神经节细胞(如 ipRGC)受到光刺激后可产生神经冲动，与人有关。内丛状层(Innerplexiformlayer, IPL)是无长突细胞、双极细胞与神经层，是电信号传导和交换的地方。无长突细胞和双极细胞通过突触将信号细胞，双极细胞之间则通过无长突细胞在该层完成信号交换。内核层(InneINL)由无长突细胞、双极细胞和水平细胞组成，负责收集和调理视锥和视电信号。外丛状层(Outer plexiform layer, OPL)是视锥、视杆细胞与双极细的连接层，起到整合视锥和视杆细胞信号的作用。光感受器细胞层(PhotoL) 由视锥细胞和视杆细胞组成，是视网膜中最重要的一层。视锥细胞具

图 2-1 人眼结构解剖图视网膜网膜是一层透明的薄膜，位与眼球壁的内层。图 2-2 展示了人类视网膜的结出，视网膜可分为 6 层，最外层为神经节细胞层(Ganglion cell layer, GCL维和神经节细胞组成，主要负责收集和传导感光细胞产生的电信号，是光的一层。部分神经节细胞(如 ipRGC)受到光刺激后可产生神经冲动，与人有关。内丛状层(Innerplexiformlayer, IPL)是无长突细胞、双极细胞与神经层，是电信号传导和交换的地方。无长突细胞和双极细胞通过突触将信号细胞，双极细胞之间则通过无长突细胞在该层完成信号交换。内核层(InneINL)由无长突细胞、双极细胞和水平细胞组成，负责收集和调理视锥和视电信号。外丛状层(Outer plexiform layer, OPL)是视锥、视杆细胞与双极细的连接层，起到整合视锥和视杆细胞信号的作用。光感受器细胞层(PhotoL) 由视锥细胞和视杆细胞组成，是视网膜中最重要的一层。视锥细胞具

图 2-6 孟塞尔颜色立体模型眼的非视觉特性本征感光视网膜神经节细胞网膜神经节细胞(Retinal ganglion cell, RGC)是一种位于眼球壁视网膜内表元，早在二十世纪之前就已经被发现。它通过位于内核层(Innernuclearlay突细胞和双极细胞从视锥和视杆细胞接收视觉信息，然后将信息传递到大网膜神经节细胞的大小、连接和对视觉刺激的反应都存在很大差异，但他到大脑的长轴突，这些长轴突共同组成视神经束。长期以来，人们一直认节细胞只具备收集和传递信息的功能，直到 2002 年，Berson 等人在小鼠现了具有感光能力的视网膜神经节细胞，即本征感光视网膜神经节细胞。功能几乎没有任何作用，但它们本身对光敏感，它们的轴突形成视网膜下于生理节律的调节和瞳孔的大小调整。Berson 等人的发现打破了人们对视胞和感光细胞的传统认知，开启了视网膜神经节细胞探索的新篇章。
【参考文献】

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本文编号：2860341