针对我国现有铁路信号机存在的色衰以及色品坐标偏移的问题，提出了一种单灯多显示发光二极管（LED）混光智能信号机的设想。首先，根据格拉斯曼定律及国际照明委员会标准色度系统混光原理建立了RGB（Red，Green，Blue）三色混光调制系统。然后，建立了占空比与色品坐标、相关色温的函数关系，并采用脉冲宽度调制方式分别对RGB三通道中的月白色、黄色、紫色灯光进行调节。最后，完成了占空比可调的三通道混光调制系统的设计与构建，并结合相对光通量衰减数据进行了仿真及实验验证。结果表明，RGB三色光系统可精确设定各色灯光的相关色品坐标，实现不同情况下的色品调节，满足铁路信号显示的需求。

温度是影响光源稳定性的重要因素,温度变化会引起光源参数的改变,进而影响光源视觉与非视觉效应。基于三种光谱模型确定单通道光源的光谱参数与热沉温度的关系,建立多LED混光光源的温度光谱模型,并对RGBY四色LED混光光源(本文采用D50光源和D65光源)进行温度实验,结果表明,温度光谱模型中不同热沉温度下光源光谱与实测光谱基本一致,两者光源参数最大相对误差不超过6.15%,验证了该模型的可靠性。针对温度引起的光源参数(照度、色温、生理节律因子)变化问题,基于温度光谱模型采用差分进化算法实时确定脉宽调制控制系统中各通道的补偿权重,根据热沉温度对权重的反馈实现光源参数补偿。本研究可应用到多LED混光光源的动态设计及光源温度稳定性控制当中。

针对目前机器视觉光源存在工作时间长、需要现场工作人员手动调试、发热严重、适应能力差等问题，提出了一种基于PWM的数字控制光源，建立了混色光下三通道占空比与光照度的函数关系，分8种情况讨论，并分析了该模型的局限性。从调光原理、驱动原理和控制原理3方面详细说明了该数控光源的实现方法，并且对本文提出的数学模型进行了4种有代表性的实验测试。实验结果表明，该数学模型能满足大多数比例的混光模型，实现光源颜色、照度可调，上述问题均可得到良好的解决，同时提高光源寿命、节约能源。

根据全日日光色温和亮度的变化曲线，利用RGBW四色LED混光模拟全日日光色温和亮度的变化，并采用遗传算法优化混合光的显色指数.采用Matlab进行仿真，并基于Arduino开源平台搭建日光模拟系统对仿真结果进行验证.实验表明，该策略可准确模拟全日日光色温和亮度的变化规律，同时通过遗传算法的优化可使LED混合光兼具最优的显色性能，验证了所提策略的正确性和有效性.该策略可应用于密闭环境照明、植物照明等特殊照明领域的日光模拟仿真试验和工程实践.

从几何光学的角度设计并实现高动态范围视频显示系统的背光模组。首先明确背光模组亮度均匀性对高动态范围视频显示系统的重要影响, 并通过斯派罗法则确定背光模组LED光源的间距、混光距离等设计参数, 随后利用AutoCAD软件进行三维建模, 利用TracePro、LightTools光学软件进行仿真实验, 并通过改造现有显示屏幕的背光模组来实现高动态范围视频显示系统。结果显示: 设计与实现的背光模组能够达到高动态范围视频显示系统的要求, 液晶面板的峰值亮度可达2500 cd·m-2, 亮度均匀性为95.85%。

为了设计更好的LED平板灯光学结构, 解决现存的直下式LED平板灯厚度大, 光源密度大的缺点, 提出了两种兼具反射、投射作用的混光元件结构：椎台结构和半球型结构, 并将其应用于超薄直下式LED平板灯的设计, 以增加光线的耦合距离来提高出光均匀度.借助Tracepro软件研究两种不同结构混光元件应用于LED平板灯时的出光均匀度和光效率, 运用Taguchi方法设计实验进行研究.结果表明, 带有棱锥型结构元件的灯具均匀度达到95.42%, 光效率达到92.72%, 而带半球型结构元件灯具均匀度达到97.67%, 光效率达到92.65%, 其均匀度高于棱锥结构的原因是棱锥形状混光元件反射面的定向反射导致光线方向过于集中.

根据RGBW四色混光原理，采用脉冲宽度调制(PWM)调光方式，建立目标色坐标与占空比的关系方程，采用遗传算法对混合光的光通量和一般显色指数进行多元约束下寻优，在3 571~11 082 K色温范围内选取13组目标色温，采用Matlab软件进行优化仿真，最后通过实验验证。结果表明：采用遗传算法对混合光进行光通量最大化寻优，能够使混合光的光通量最高可达166.062 lm；采用遗传算法对一般显色指数进行最大化寻优，能够使混合光的一般显色指数最高可达88.3。为了保证混合光光源同时兼具高光通量和高显色性能，采用遗传算法对光通量和一般显色指数同时寻优，并采用Matlab进行模拟实验，结果表明：通过同时优化光通量和一般显色指数，能够保证混合光的一般显色指数大于82时兼具适用于大多数照明场所的高光通量。

LED智能光源具有色光可调的特点, 其内置微处理系统可以通过无线数据传输等技术调整发光方式, 控制光色及发光强度, 进而实现照明光源的动态调节, 因此特别适合于博物馆展陈、 家居照明等智能化照明设计环节。 现阶段, 鉴于LED光源智能混光技术尚未普及, 目前绝大多数商用LED智能光源在混光控制方面仅局限于设备制造商所设定的几类固定模式, 无法充分发挥智能LED光源色光可调的技术优势。 针对此问题, 提出了一种基于BP神经网络以及有效集算法的LED智能光源混光呈色模型构建方法, 实现了LED智能光源控制信号与对应发光光谱辐亮度分布之间的双向高精度映射。 研究中首先提出了一种基于BP神经网络的LED混光呈色预测方法, 实现了由LED智能光源驱动控制值向光源实际发光光谱辐亮度分布的准确预测; 在此基础上运用有效集算法实现了由光源实际发光光谱辐亮度分布向LED智能光源驱动控制值的反向高精度预测。 实验结果显示, 所提出的方法整体建模误差显著小于人眼视觉可分辨阈值(CIEUCS Duv值可低至0.002 7), 达到了较为理想的建模效果。 该方法的提出, 将为当前LED智能光源制造以及现有商用LED智能光源的二次开发与优化提供有效的理论与方法支撑。

为提高照明光源质量， 采用三基色的混光方法，实现了白光动态相关色温精确可调。根据色度学光色设计，建立了RGB三基色混光数学模型。选取合适光色参数的三基色光源进行3000~7500 K不同相关色温的白光混光实验分析，实验结果与理论白光色温偏差较大。分析可知，结温是影响色温偏差的主要因素。通过调节占空比来修正三基色光通量的输出，从而确定了占空比和目标相关色温的关系。实验结果表明，修正后的色温偏差在50 K以内，合成白光光源的参数与理论白光的性能指标参数吻合，实现了不同相关色温变化的白光光源，并通过调节三基色光通量实现了温度补偿。

为了实现高光效、高显色性且色温可调的白光LED, 对四种单基色蓝、绿、黄、红光LED的混光进行了研究。基于Yoshi-单色光模型和光的叠加原理, 通过改变四种LED芯片的组合方式(峰值波长、相对光功率配比), 对不同色温区的混合白光的显色指数(Ra)、色品质数(Qa)和光视效能(K)进行了仿真计算和光谱优化选择。结果表明: 在2700~6500K色温范围内, 峰值波长为445nm, 500nm, 560nm, 620nm的组合可以得到高Ra值和高Qa值; 峰值波长为445nm, 535nm, 590nm, 615nm的组合可以得到较高K值。此外还分析了组合白光LED光谱参数对Ra、Qa、K及相关色温的影响。