目前植物工厂培养架所使用的LED光源模块光学结构简单, 照度均匀度和混色均匀度难以保证, 导致农作物的品质参差不齐。为了提高种植物品质, 需要优化植物光源的照明效果, 设计高均匀度的植物光源。本文针对这一问题提出并研究了一种倒置光源的植物培养架设计方案。将LED灯珠安置在种植面同侧, 并结合曲面反射顶面对LED发出的光线进行进一步均匀分配, 在植物培养架有限的种植空间内增加光线耦合距离和耦合程度, 提高了培养架植物光源的均匀度。经过多次结构优化后, 最终获得了一个照度均匀度为91.64%、混色均匀度为89.73%的高均匀度植物照明培养架。然后基于优化得出的植物光源, 研究植物生长过程对照明效果的影响后表明植物在生长过程中均可获得良好的照明环境。最后研究了不同形状和不同配光曲线的灯珠对培养架均匀度和光能利用率的影响。

针对直下式LED平板灯均匀度低且厚度大的缺点, 提出了一种带有曲面底板的直下式LED平板灯, 采用Taguchi方法设计, 并通过TracePro软件进行仿真模拟, 对影响直下式LED平板灯照度均匀度和平均照度的参数因子进行分析, 并运用ANOVA理论分析出各因子对品质的影响程度, 优化各项结构参数, 以设计出符合要求的产品, 并通过实验对模拟结果进行验证。结果表明: LED芯片排布方式对照度均匀度和平均照度的影响程度都最大, 分别有47.4%和50.2%的贡献度。当芯片选择正六边形排布, 倾斜角度为30°, 平板灯无微结构, 混光距离为25 mm, 得到最优化照明效果。扩散板照度均匀度达到88.3%, 与实验结果基本一致,厚度相对于目前直下式平板灯减少37.5%以上。模拟得到的会议室照明效果满足国家建筑照明设计标准, 所得结果为设计直下式平板灯提供理论依据。

为了提高LED植物光源的有效利用率, 基于Taguchi的实验方法对LED植物红蓝光源阵列进行设计和优化。用MATLAB软件编程进行仿真模拟, 通过ANOVA方法分析得出对植物光源照射距离为10 cm处的红蓝光的光子数比值(R/B)分布均匀度影响最大的因子, 并对试验最优结果采用TracePro光学软件进行试验验证, 从而获得本次试验最佳的参数组合。结果表明: 曲率半径为50 mm的凹形曲面底板的圆心加点排布方式, 圆心为LED蓝光芯片, 圆环上为LED红光芯片, 芯片数量分别为6个LED红光芯片和1个LED蓝光芯片, 芯片距离为10 mm的最优化组合是本次试验的最优组合。通过ANOVA方法分析得出, LED红蓝芯片之间的间距对植物光源的R/B的均匀分布影响最大, 占有35.17%的比例, LED红蓝芯片的排布方式也不可忽略, 因为其占有了28.05%的影响比例。

市场上出售的建筑涂料品种繁多, 型号和品质不尽相同。 利用高光谱技术区分不同品质的建筑涂料。 获取同一颜色四个不同品质、 不同品牌建筑涂料（品牌A, B, C, D）的近红外高光谱图像, 利用ANOVA(analysis of variance)方法发现1 283和2 447 nm为区分四个品牌涂料的最优波段。 构建比值指数R1 283/R2 447并对其结果进行阈值分割, 将分割结果与最大似然分类精度进行了对比。 结果表明除品牌C与D之间J-M距离外, 其他涂料间J-M距离均大于1.8; 而R1 283/R2 447指数分割精度最低为87.54%, 相应最大似然分类精度为95.63%, 其他品牌涂料阈值分割与最大似然分类精度均达到90%以上。 因此, R1 283/R2 447指数能够较好地区分不同品牌的建筑涂料。 该研究结果可为建筑涂料识别、 装修质量验收、 合格评定提供技术支持。

针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高、设计流程繁琐等缺点设计了一种无导光板的LED平板灯。利用复合抛物面反光杯(CPC)将LED阵列发出的光束汇聚并投射在出光面板上, 并通过掠射和叠加的方法实现了出光面板的照度均匀性。进一步采用Taguchi实验方法进行设计, 并借助Tracepro软件仿真分析, 将影响该灯具最大照度和照度均匀度的因子进行研究与分析, 同时运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度, 进而优化灯具的各项结构参数, 设计出一款均匀度95.87%、最大照度39 870 lx无导光板LED平板灯。结果表明: 该平板灯的效果达到甚至超过目前市面上的LED平板灯, 并且其无导光板的设计可以在很大程度上降低LED平板灯的生产成本; 此外, 将Taguchi方法引入平板灯的设计简化了设计流程。

针对直下式LED平板灯厚度大、光源密度大的缺点,设计了一种带有圆锥台光学元件的超薄直下式LED平板灯,利用漫反射背板和反光圆锥台结构增加LED的混光距离,提高平板灯均匀度.应用划分单元的思想,以一个六角形光源为单元进行研究,采用Taguchi实验方法设计正交试验组并借助Tracepro软件仿真;考量六角形光源的圆锥台元件上下表面半径、厚度、距LED高度以及LED间距5个因子对该灯具均匀度和光效率的影响,并运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度,进而优化灯具的各项结构参量,最终设计出一款厚度仅15 mm,均匀度达95.3%,光效率达92.97%的直下式LED平板灯.

重影是阅读灯急需解决的一个重要问题.为了分析影响曲面底板配光的LED阵列照明重影的因子,采用Taguchi实验方法设计,并通过TracePro软件仿真实验,再运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度,优化曲面底板LED阵列的各项结构参数.结果表明：最优化组合的最小重影为1.19 mm；LED芯片数量对重影宽度影响最大,占有50.17%的影响地位.进一步,为得到重影宽度更小的组合,可通过调小芯片与光轴夹角实现.

为了分析曲面底板配光的LED阵列照明照度的影响因子,采用Taguchi实验方法设计实验,并运用TracePro软件进行仿真模拟,再通过ANOVA理论分析出因子对LED阵列品质的影响程度,优化曲面底板LED阵列的各项结构参数.结果表明: LED芯片数量对于照度均匀度及最大照度的影响最大,分别占有81.84%和91.58%的影响地位.进一步地,通过微调芯片与光轴的夹角可以得到更好的照度均匀度.以上研究结果为解决曲面底板照明的照度问题提供了理论依据.