为降低手机摄像头接收可见光信号的难度，研制了一套新型发光二极管(LED)灯矩阵可见光通信发射系统。创新性提出通信灯与定位灯结合的灯矩阵排布结构，并自主设计了隔帧加载全亮灯光画面的特殊编码方式，实现光信息并行传输的同时保证照明效果。利用Matlab仿真软件对系统的照明与通信性能进行仿真分析，并对通信性能进行实验测试。结果表明：发射系统在2次有效信息传输中穿插一帧全亮画面，可以满足照明需求，且传输误码率较低，通信性能较好。

光源布局是影响室内LED光通信照明和通信性能的关键因素之一。相比传统布局使用的大发散角朗伯型LED,小发散角LED具有反射面积小、中心光强度高等优点。以小发散角LED为光源,以最优光照度均匀性、最少LED数量为目标,对正方形和长方形房间的光源布局进行了优化设计,并分析了优化布局的系统性能。结果表明,两种房间中优化布局的照度均匀率均大于90%,接收光功率均大于-2 dBm。在正方形房间中将LED数量减少16个时,用本方法优化后的系统性能优于传统布局,平均光照度提高了7.7%,平均信噪比提高了0.89 dB,信噪比均方差降低了0.04 dB。

健康医疗领域中往往需要曲面光源照射曲面被测物,如何设计发光二极管(LED)阵列,使其产生均匀的照度分布具有一定的研究意义。为此,将柱面LED曲面面阵分成两部分,直线LED阵列和环形LED阵列。对曲面LED阵列光源和柱状曲面目标接收面的光场分布构建了反映照度分布的目标函数,确定了环形LED阵列的照度均匀性由LED灯珠的光辐射参数、灯珠阵列曲面半径、接收曲面半径和相邻两灯珠之间的夹角决定。采用TracePro光线追迹法分别计算了两种阵列的照度分布情况,通过优化LED曲面面阵排布,在柱面目标面上产生了均匀的照度分布。

彩色数码设备色彩还原能力直接影响彩色图像的最终呈现效果, 是彩色数码设备性能设计优劣的一个重要指标。为研究低光照度下不同彩色数码设备的色彩还原能力, 本文提出了一种简便快 捷的可视化客观色彩还原能力评价方法,该方法首先将RGB三基色颜色空间转换到CIELAB颜色空间, 并基于CIEDE2000色差公式在CIELAB颜色空间建立全面客观的量化评价指标, 最终基于VC++软件平 台开发了上位机软件程序, 能实现对彩色数码设备的色彩还原能力的现场评价。实验结果表明, 该评价方法与主观视觉感受吻合较好, 能为低光照度环境下的彩色数码设备色彩还原能力提供一种有 效的评价方法。

为了代替人眼对物体表面的颜色进行信息检测，设计了LED光源手持式分光测色仪。首先，通过计算不同测量波长分布和分辨率在标准光源照射下的三刺激值，比较它们的相对误差，选取了波长分布为400～700 nm、分辨率为10 nm作为光源的主要设计参数。接着，对照明光源进行研究，通过对卤钨灯、脉冲氙灯与LED光源的均匀色空间坐标进行对比，选取了LED光源作为仪器的照明光源。然后，讨论了不同照明和观测条件及人眼观测颜色的差异，选取以45°方向照明、0°方向接收作为照明和观测条件。最后，进行了照明系统设计和总体结构设计。实验结果表明，测色仪目标中心位置的最大光照强度为9.91×10-3 lm/mm2，平均照度为7.06×10-3 lm/mm2，基本满足了手持式分光测色仪精度较高、轻小型化、光照充足且均匀的设计要求。

为了提高室内定位精度, 实现三维定位, 文章提出了一种基于单个发光二极管(LED)的室内反向定位系统。该定位系统解决了利用多个LED定位时的干扰问题, 其将日常所用的白光LED作为光源, 既与实际情况相符, 又便于将来推广使用。该定位系统根据接收机接收到的光照度来估算距离, 以残差平方和最小为目标函数拟合出最佳回归曲线, 再利用三边定位原理以及空间几何关系确定接收机坐标。实验结果表明, 在实际应用场景中, 该定位系统能够实现准确的室内定位服务。

信噪比是微光成像系统的关键参数, 决定了成像系统的性能与成像质量。给出了互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)图像传感器微光成像系统的信噪比模型, 仿真计算了系统的信噪比与信号、噪声的关系。搭建了信噪比测试环境, 完成了系统信噪比测试实验。实验结果表明, 理论值与实测值一致。最后, 根据信噪比分析结果对给定系统进行了参数优化。计算结果显示, 优化后的系统在1 mLux照度下, 信噪比能达到4.5。信噪比的研究为基于CMOS微光成像系统的总体设计与优化提供了理论依据。

传统基于阵列的光源布局方式在室内难免存在光照度及系统误码率不均匀现象，为提高系统照度均匀性及通信可靠性，需合理对光源进行优化布局。本文以4 m×4 m×3 m的房间为模型，设计了单LED 阵列+灯带的环形光源布局模型。模型中间采用6×6 LED阵列，阵列内部灯珠之间的距离为0.3 m；四周采用环形灯带形式，灯珠个数为316 个，灯珠之间的距离为0.05 m。仿真结果表明，该模式下系统光照度均值为437.08 lx，光照度均匀性为93.9%，同时，系统误码率均值为2.8716×10^-7。因此，本文所设计的环形光源布局模型兼顾了室内光照度分布的均匀性和通信的可靠性，可同时满足室内照明和通信，为室内可见光通信光源布局提供了一种优化方法。

在可见光通信系统中, 光源具有照明和通信的双重作用, 由于房间的大小以及室内环境各不相同, 难免会存在光照射不到或者光线比较微弱的地方, 这些地方很有可能成为通信的盲区, 这将会大大影响通信的质量, 为了解决阴影效应, 需合理对光源进行布局设计, 以4 m×4 m×3 m房间为模型, 采用四个LED列阵作为室内光源, 将单个的LED光源看做朗伯光源, 服从朗伯辐射模型, 通过公式计算结合软件仿真分析对比得出了采用9×9大小的LED列阵, 列阵距离屋顶边缘0.4 m, LED光源间的间距为0.03 m时, 在满足国际室内照明标准的前提下, 在距离屋顶2.25 m的4 m×4 m接收平面上光照度分布最均匀,其均匀度达到90.4%。该光源列阵布局模型可推广到任意尺寸房间, 为室内办公照明中光源的布局提供了一种可行的方案。

针对微光夜视系统可靠性试验的需要,在实验室准确模拟微光夜视系统在自然条件下所受的光应力具有重大意义。野外自然微光主要由月光、星光、大气辉光及杂散光经多次漫反射而成,所以在不同的环境条件下形成的自然微光不同。为模拟出不同的微光应力源,在试验过程中需要改变平行光管出瞳处的光照度,并使其对微光夜视系统的作用与自然微光对微光夜视系统的作用相当。在实验室条件下,当平行光管的视场大于微光夜视系统的视场时,通过改变光源光照度的办法即可改变平行光管出瞳处的光照度,从而实现自然微光应力源的精确模拟,并通过实验验证了该方法的可行性。