由于场景的光谱信息受到不同照明条件的影响,故在照明不可控场景下拍摄的多光谱图像的光谱反射比重构需要进行照明光谱估计。因此,提出了一种基于单幅多光谱图像的通用方法来准确预测场景的照明光谱。首先,通过分析每个像素的响应特性设计并计算色度权重图,以寻找包含更多照明信息的像素。然后,对加权后的图像进行成分分析,以在通道域中提取光源响应特征。最后,得益于创新性引入的基于照明光谱库训练的字典学习方法,可估计出场景光源的相对光谱功率分布。所提方法在模拟数据和真实数据上的照明光谱估计平均角度误差分别为0.29和3.42,与现有的同类方法相比,表现出更优的准确性和鲁棒性。

采用IES TM-30-18色域指数表征LED光源的色域面积,并对4种色温下的20个样品光源光谱进行间隔为5nm的380~780nm波段的单色光光谱叠加仿真,计算色域面积的变化。结果表明:在各样品光源光谱上叠加380~465nm或605~780nm波段的单色光后,光源色域面积增大;叠加470~600nm波段的单色光后,光源色域面积减小。对叠加的光谱采用灯箱匹配并进行色彩鲜艳度与偏好的视觉实验,结果表明,色域面积增加的光谱的色彩鲜艳度与颜色偏好优于色域面积减小的。同时叠加两个不同峰值波长且不同幅值功率的单色光时,光源的色温基本不变,且色域面积增加2~10。对叠加单色光后的光源光谱进行仿真,得到了光谱分布与色域面积的关系,这对于优化LED光源的色域面积和视觉效果有重要意义。

对不同光谱分布的发光二极管(LED)引起的不舒适眩光进行了研究。设计开发了红/绿/蓝/白(R/G/B/W)4色LED光源模块,研究了该模块在3种不同背景亮度下的眩光效应,并在每种条件下进行了7等级量表主观评价。实验结果表明:在3种不同背景亮度下,R/G/B/W 4色LED光源产生了不同程度的眩光。在同一背景亮度下,LED亮度越大,主观实验评分越高,即产生更多的不舒适眩光。同时研究发现,B-LED光源不舒适眩光最强,W-LED光源不舒适眩光最弱,验证了统一眩光指数(R_UGR)模型对该4色LED光源的适用性。B-LED光源R_UGR计算值与主观实验不舒适眩光评分的相关性最差,W-LED光源在背景亮度L_b=19.967 cd·m ^-2时其相关性最好(R²=0.951)。

嫦娥三号全景相机具有彩色成像模式, 在发射前需先进行彩色定标, 样本真值的获取是彩色定标的前提。 传统方法获取的颜色真值在色差值和视觉感知上都与实际值存在明显的偏差。 若直接采用该颜色值作为真值进行彩色定标, 影响定标后的色差大小和定标校正后颜色的人眼视觉感知效果。 为探索更好的颜色真值获取方法, 利用实验室内测得的D65定标光源的相对光谱功率分布, 重新定义了转换矩阵中的白点坐标, 然后基于CIE颜色计算公式, 根据格拉斯曼颜色混合定律, 对XYZ与sRGB颜色空间之间的转换矩阵进行了修正, 提高了样本真值获取的准确度。 另外利用修正后的转换矩阵对sRGB空间的三刺激值曲线进行了重新计算, 对标准转换值偏离实际值的原因进行了分析。 通过地面试验验证, 相对于传统样本真值获取方法, 利用该真值获取方法定标后A, B两相机的色差值分别降低了0.8和0.73; 定标矩阵校正在轨图像时, 色差分别降低了26.50%和34.47%, 且校正后的颜色与人眼的视觉感知效果更接近。

为了测量数字相机传感器的光谱灵敏度, 提出了一种数字图像测量方法。在自然日光下, 用被测相机采集一副标准色卡的图像, 在对图像进行均匀性和线性校正后, 从标准色卡图像各色块的相机响应中计算出光谱灵敏度, 并在不同的照明光源下, 用成像方法验证数字图像测量方法与传统的单色仪测量方法的结果, 比较了两种测量方法的优缺点和精确度。实验结果表明, 两种测量方法均能获得较高精度的光谱灵敏度。

书法是中国传统文化独有的文字艺术表现形式。 书法作品的展陈喜好, 其实质为色彩组合喜好中的色彩图形喜好问题。 本研究针对现阶段书法作品展陈方式在颜色科学层面缺乏合理依据的问题, 以主客观实验为基础, 就照明光源及纸张色彩对传统书法展陈喜好的影响进行了分析与讨论。 研究首先通过相关色温2 500, 3 500, 4 500, 5 500和6 500 K共五种典型LED照明光源相对光谱功率分布以及白色、 黄白、 浅白、 红色、 橙色共五种典型书法纸张光谱反射率信息的测量, 获取光源及纸张色彩原始信息, 并分别将其转换至CIEXYZ以及CIECAM02颜色空间。 随后, 将光源及纸张色彩属性与基于40名观察者心理物理学实验的1 000组书法展陈喜好数据进行关联性分析, 进而从相关性分析、 多元回归分析以及正态分布分析等多个统计学角度对传统书法作品展陈喜好的影响因素进行讨论。 实验结果显示, 传统书法作品展陈照明喜好与普通场景色彩喜好相比具有显著的特殊性, 其喜好程度与明度对比、 色相对比等色彩属性相关性较低, 而主要受光源因素的影响。 本研究的开展, 将为当前传统书法作品的展陈照明工作提供有效的理论与方法参考, 对于当前博物馆及美术馆的光源设计工作具有一定的指导意义。

在单颗LED中,以1℃/W~30.5℃/W范围的散热器热阻值和0.5 W~6.5 W范围的负载电功率作为优化变量,40 lm~460 lm范围的光通量和7 100 K~8 600 K范围的色温作为目标变量,通过光-电-热理论和多重光谱模型优化白光LED的光谱功率分布.计算获得白光LED的光通量和相关色温在系统中变化时所对应的光谱功率分布,目标值与理论值的误差在5%以内.该理论模型可为LED照明系统的设计提供参考.

针对高能窄带激光系统对光谱纯度检测的需求，提出通过精确测量激光光谱能量分布情况分析光谱纯度的方法，并进行了相关实验研究。该光谱纯度检测装置主要由中阶梯光栅、精密移动刀口、灵敏功率计等组成，实验利用该装置分析了复合腔结构准分子激光系统输出激光的光谱纯度，实验结果表明通过精确测量激光中各光谱成分所占的能量比例可实现光谱纯度的检测。该光谱纯度检测装置结构紧凑、成本较低、测量准确度高，在高能窄带激光系统搭建过程中具有重要的应用价值。

为优化多基色混合白光LED的显色性,得到色彩生动的白光LED照明效果,以评价饱和红色的特殊显色指数R9为研究对象,通过多基色光源混合白光LED的光谱功率分布的高斯数学模型,选取峰值波长λm、半波宽Δλ和幅值A为基色光源光谱功率分布的主要参量,并以“蓝光芯片+YAG黄色荧光粉”和“红、绿和蓝基色LED”为分析模型分别进行二基色和三基色混合白光LED显色性研究,讨论两种基色混合情况下三个参量对混色白光LED的显色性R9贡献.结果表明:为使多基色混合白光LED的显色性更好,首先确定光源S1的峰值波长λm1、半波宽Δλ1及幅值A1;然后设定其他基色光源幅值Ai以求此条件下峰值波长λmi和半波长Δλi取值范围;最后在求得的峰值波长λmi和半波长Δλi取值范围,反求基色光源的最佳幅值Aiopt,从而使多基色混合白光LED的显色性达到最佳效果.该方法对分析基色混合白光LED的显色性具有理论参考价值.

为了有效降低胆红素脑病的风险和减少换血的需要，以实验测试的标准胆红素溶液最有效的吸收光谱作为光疗的目标光谱，根据光谱构造理论，采用不同峰值波长和半高宽的单色LED作为匹配光源，首次提出简单遗传算法作为光谱匹配算法，通过求解超定方程组的非负最小二乘解，得到最优LED组合比例，进而推得所需各种峰值波长的LED的数量。仿真实验结果表明：拟合的光谱曲线与目标光谱曲线十分近似，光谱匹配度达到了98.39%，获得了一种新型的LED黄疸治疗仪光源光谱功率分布。该算法简单，效率高、拟合误差小，可应用基于LED光源的光谱功率分布匹配技术的研究。