Исследование критериев для сравнения естественного и светодиодного излучения по спектральному составу

Различие в спектральном составе искусственного и естественного освещения может отрицательно сказаться на здоровье, а также привести к искажённому восприятию цвета окружающих предметов. В то же время определенная коррекция спектрального состава видимого излучения в медицинских учреждениях и на рабочих местах оказывает положительное влияние на здоровье человека, при этом управление освещением может осуществляться с учётом данных персональных сенсорных устройств, определяющих состояние человека. Целью исследований являлся выбор критериев для сравнения естественного и светодиодного оптического и видимого излучений по спектральному составу и по заметности цветовых отличий при естественном и светодиодном освещении. Исследовалась эффективность применения известных и разработанных критериев для оценки отличия спектрального состава оптического и видимого излучений от естественных и светодиодных источников, а также для заметности цветовых отличий при естественном и светодиодном освещении. Предложены аддитивная и субтрактивная методики расчёта параметров светодиодов для минимизации значений критериев. Их сравнение позволило сделать вывод о более сложном алгоритме расчёта, но большей производительности для аддитивной методики, чем для субтрактивной при одинаковых результатах минимизации. В результате исследований и проведенных расчётов установлено, что для имитации спектрального состава естественного излучения с использованием светодиодов наиболее эффективно использовать критерии «среднеквадратические отклонения относительных разностей оптических и видимых спектральных составляющих естественного и светодиодного излучения». Сравнение критериев заметности цветовых отличий при естественном и светодиодном освещении показало примерно одинаковую эффективность использования критериев «малые цветовые различия» и

«среднеквадратическое отклонение по фоторецепторам» на современном этапе и перспективность применения второго критерия при условии установления его допустимых значений.

1. Hisdal V. Spectral distribution of global and diffuse solar radiation in Ny-Alesund, Spitsbergen. Polar Research. 1987;5(1):1-27. DOI: 10.3402/polar.v5i1.6865

2. Wald L. Basics in solar radiation at earth surface. HAL Id: hal-01676634. Preprint submitted on 5 Jan 2018. Mode of access: https://minesparis-psl.hal.science/hal01676634. Date of access: 01/20/2024.

3. Dyukin S. LED monitors and "blue danger". Semiconductor lighting engineering. 2017;(5):16-21. (In Russ.).

4. Kaptsov VA. [et al.] Two concepts of the development of semiconductor white light sources for school lighting. Analytical review. "Eye". 2017;6(118):8-22. Access mode: https://www.theeyeglaz.com/jour/article/viewFile/52/97. Access date: 16.01.2024. (In Russ.).

5. Bailes HJ, Lucas RJ. Human melanopsin forms a pigment maximally sensitive to blue light (lambdamax approximately 479 nm) supporting activation of G(q/11) and G(i/o) signalling cascades. Proceedings: Biological Sciences. 2013;280(1759):20122987. DOI: 10.1098/rspb.2012.2987

6. Kaptsov VA, Deinego VN. Risks of the influence of LED panel light on the operator's health. Health risk analysis. 2014;4:37-46. (In Russ.). DOI: 10.21668/health.risk/2014.4.05

7. Blume C, Garbazza C, Spitschan M. Effects of light on human circadian rhythms, sleep and mood. Somnologie (Berl). 2019;3(3):147-156. DOI: 10.1007/s11818-019-00215-x

8. Cho YongMin [et al.] Effects of artificial light at night on human health: A literature review of observational and experimental studies applied to exposure assessment. Chronobiology International. 2015:32(9):1294-310. DOI: 10.3109/07420528.2015.1073158

9. Gleason JD [et al.] Smart lighting clinical testbed pilot study on circadian phase advancement. IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine's. 2019;(7):3200110. DOI: 10.1109/JTEHM.2019.2937957

10. Stern M. [et al.] Blue light exposure decreases systolic blood pressure, arterial stiffness, and improves endothelial function in humans. European journal of preventive cardiology. 2018;25(17):1875-1883. DOI: 10.1177/2047487318800072

11. Sipailo SV. Improving the accuracy of color reproduction of images by the method of color transformations at the stage of prepress preparation. Proceedings of BSTU. Ser. 4. Print and media technologies. 2023;2(273):20-25. (In Russ.). DOI: 10.52065/2520-6729-2023-273-2-3

12. Nikiforov S. Now electrons can be seen: LEDs make electric current very noticeable. Components and technologies. 2006;3:96-103. (In Russ.).

13. Nikiforov S. Temperature in the life and operation of LEDs. Part 1. Components and technologies. 2005;(9). Access mode: https://kit-e.ru/temperatura-vzhizni-chast-1 /. Access date: 03/11/2024 (In Russ.).

14. Batgutdinov ML. Luminescence spectra, efficiency and color characteristics of white-glow LEDs based on InGaN/GaN p-n heterostructures coated with phosphors. Physics and Technology of semiconductors. 2006;40(6):758-763. (In Russ.).

15. Artyushina IL, Vinokur AI, Mitryakova OL. Improving the accuracy of color reproduction at the stage of digital registration of the original. Bulletin of scientific and technical development. 2019;8(144):3-11. (In Russ.). DOI: 10.18411/vntr2019-144-1

16. Kaptsov VA, Deinego VN, Ulasyuk VN. Lighting of educational and medical institutions: the problem of optimal choice. Hygiene and sanitation. 2018;97(11):10201025. (In Russ.). DOI: 10.18821/0016-9900-2018-97-11-1020-25

17. Hunt RWG. The reproduction of color (6th Ed.). England: Wiley. 2004:724.

18. Gorbunova EV, Chertov AN. Colorimetry of radiation sources. St. Petersburg: Universite ITMO. 2015:126. (In Russ.).

19. Improvement to industrial colour-difference evaluation, CIE Publication No. 142-2001, Central Bureau of the CIE, Vienna, 2001:10.

20. Sharma G, Wu W, Dalal EN. The CIE ΔE2000 color-difference formula: implementation notes, supplementary test data, and mathematical observations. Color Research and Application. 2005;30(1):21-30.

21. Berezovik AM, Stepanov AA. Analysis of color contrast in HUD, augmented reality systems. HOLOEXPO 2023: 20th International Conference on Holography and Applied Optical Technologies: Abstracts of the reports. St. Petersburg: Publishing house of SPbSETU "LETI", 2023;161-165. (In Russ.).

22. Kochin LB. Methods and means of displaying color video information. St. Petersburg: Baltic State Technical University. 2012:268. (In Russ.).

23. Kelly D. Color theory and successful application of LEDs. Part 1. Semiconductor lighting engineering. 2013;4(24):54-58. (In Russ.).

24. Petropavlovsky Yu. Overview of LED products of Taiwanese companies. Semiconductor lighting engineering. 2011;3:4-9. (In Russ.).

25. Kelly D. Color theory and successful application of LEDs. Part 4. Semiconductor lighting engineering. 2014;2(28):62-65.