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微型光谱辐射计帮助寻找植物和人类的光谱”食谱”

2020/7/30 10:13:42      点击:

光谱传感器公司nanoLambda发布了XL-500,这是一款微型BLE光谱辐射计,带有免费的Android和iOS应用程序,专为照明研究和以植物、动物和人类为中心的照明领域的工业用途而设计。

XL -500测量并记录具有绝对功率值的光谱,如SPD (W/m2/nm)、PAR/PPFD (umol/m2/s/nm)和Lux (lm/m2)。同时还测量了颜色的CCT (K)、CRI和CIE值。nanoLambda将所有这些功能与可充电电池和蓝牙低能耗(BLE)结合在一起,使其重量轻、体积小(28g @ 39毫米x 26毫米x 16毫米)。用户可以设置测量周期和间隔,在一次充电的情况下连续测量几个星期的光谱。

最近,来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)、巴塞尔大学(University of Basel)和英国牛津大学(University of Oxford)的一个以人为中心的照明研究小组发表了一篇研究论文,题为“人类的‘光谱饮食’是什么?”该团队将XL-500作为可穿戴传感器。他们的下一步是使用数百个XL-500(s)在现实世界中收集大数据集的大型项目。

一起来看看这个项目的概览:

光在生理和行为节律的调节,以及褪黑素等激素的急性分泌和警觉性的变化方面也有更基本的作用,在这些情况下,短时间、中时间和长时间的光暴露对这些视觉和非视觉功能有不同的影响。然而,现实世界中光线暴露的模式在本质上是混乱的: 我们在建筑物里进进出出,因此暴露在人造光和自然光的混合物中,我们环境的物理组成也可以极大地改变光谱组成和发射光的空间分布。在空间视觉中,对自然图像统计的检验已被证明是一个重要的研究驱动力。在这里,我们将这个概念扩展到光谱领域,并发展了人类“光谱食谱”(Spectral Diet)的概念。

基于nanoLambda的数字纳米技术,XL-500能够使光谱仪得以微型化、可穿戴化的同时,测试速度也非常的快速。因此可以在这个项目中作为可穿戴设备连续记录人们一天中受到光谱作用的变化。

现代的光环境是复杂的,由来自空间上光源光谱和反射表面的独特组合的光谱数据组成。在这个办公室环境中(左图),有直接和间接(反射)光。有三种直接的光源:天空(日光)1、电脑屏幕2和头顶的荧光灯3。所有其他观测到的光谱都是由源光谱与场景中的物体相互作用产生的,这些物体的反射特性不是理想的漫反射(朗勃体)。为了模拟场景中不同的代表性光谱贡献(右上和右下),我们假设反射率值来自IES TM-30-15高级计算工具和401个光源光谱数据集。在像素区域上的结果光谱包括入射光谱的加权平均值。把场景像素化,每个像素对应场景中一个唯一的光谱。

经过连续一天的检测,得到以下的数据:

上图就是一天的光谱“食谱”

一个集成的可穿戴传感器可以捕捉到一个工作日内光暴露的光谱变化(光谱“食谱”)。该实验的光谱“食谱”是通过绘制随时间而归一化的光谱信息来可视化的(a),其中的变化,为相对强度以彩色表示的图谱。考虑到统计规律,我们从概念上提出,通过对所有测量光谱的集合(b)运行k-means聚类算法,将光谱饮食的维数降至一小组的代表性光谱(b)。这种简化表明,一小部分光谱可能能够有效地描述肉眼所能得到的大部分光谱信息。对常见光谱“物种”的识别可能意味着我们可以在建造的环境中使用统计规律来限制“解码”人类光谱“食谱”的复杂性。虽然生物参数可能反映光照暴露随时间的相对影响(c),但对数尺度上显示的照度条件突出了高强度日光和低强度电光照明(d)的变化。用于收集光谱数据的设备(a)包括由nanoLambda(韩国)开发的新型小足迹阵列光谱仪,它允许可变采样率,数据存储在船上或通过蓝牙(大约工作范围:5~40000lx)

得益于可穿戴,长续航,连续检测,XL-500将在生物、农业、环境等多个方面展现出其优越性。

nanoLambda的首席执行官Bill Choi说:“XL-500在农业领域也非常有用,它能够找出正确的光谱配方,并监测不同植物在不同生长阶段的有效光谱养分,从而提高产量和质量。”nanoLambda还被选为新加坡种植农业食品科技加速器项目的9家初创公司之一。其他光谱传感器产品用于各种无损或非侵入式传感应用。