সারসংক্ষেপ
This paper proposes a temperature compensation method for RGBW LED mixing based on fast non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). The proposed method can achieve compensation for temperature-induced changes in LED correlated color temperature (CCT), color fidelity (Rf) and color gamut index (Rg) by predicting the spectral power distribution (SPD) at different temperatures.
প্রধান ফলাফল: The experimental results show that the fit of the established temperature-spectral model is R²>0.98, and the deviation of the compensated mixing results from the initial state of the light source is less than 10K in CCT; the deviation value of Rf is less than 4% in the range of 2000K-7000K, and less than 2.15% in the range of 3000K-7000K; and the deviation value of আর.জি in the range of 2000K-7000K is less than 4.46%.
প্রধান কর্মক্ষমতা মেট্রিক্স
Research Highlights
NSGA-II ভিত্তিক তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণ
পদ্ধতিটি দ্রুত নন-ডমিনেটেড সর্টিং জেনেটিক অ্যালগরিদম (NSGA-II) ব্যবহার করে LED রং পরামিতিতে তাপমাত্রা-প্ররোচিত পরিবর্তনগুলি ক্ষতিপূরণ করে, তাপমাত্রার তারতম্য জুড়ে আউটপুটে উচ্চ সামঞ্জস্য অর্জন করে।
ব্যাপক বর্ণালী মডেলিং
বিভিন্ন তাপমাত্রায় বর্ণালী শক্তি বন্টন পরিমাপ করে RGBW LED আলোর উৎসের SPD-তাপমাত্রা মডেল প্রতিষ্ঠা করা হয়েছে, যেখানে সকল ফিটেড মডেলের জন্য R² মান ০.৯৮-এর উপরে।
বহু-উদ্দেশ্য অপ্টিমাইজেশন
CCT ডেভিয়েশন, কালার ফিডেলিটি (Rf) এবং গ্যামুট ইনডেক্স (Rg) একসাথে অপ্টিমাইজ করে, অগ্রাধিকার দেওয়া হয় CCT ক্ষতিপূরণকে, তারপর Rf এবং Rg কে।
তাপমাত্রা পরিসরে কার্যকর ক্ষতিপূরণ
এই পদ্ধতিটি একটি বিস্তৃত তাপমাত্রা পরিসীমা (20°C থেকে 90°C) এবং CCT পরিসীমা (2000K থেকে 7000K) জুড়ে সামঞ্জস্যপূর্ণ কর্মক্ষমতা বজায় রাখে, তাপমাত্রা পরিবর্তনের কারণে সৃষ্ট বিচ্যুতিগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে।
ব্যবহারিক বাস্তবায়ন
ব্যবহারিক বাস্তবায়নের জন্য PWM ডিউটি সাইকেল নিয়ন্ত্রণ ব্যবহার করে, যেখানে ক্ষতিপূরণ প্রক্রিয়াটি রঙের শক্তি ক্ষতিপূরণ এবং উজ্জ্বলতা ক্ষতিপূরণ পর্যায়ে বিভক্ত।
রেড LED সবচেয়ে তাপসংবেদনশীল
গবেষণায় দেখা গেছে লাল LED তাপমাত্রায় সবচেয়ে বেশি প্রভাবিত হয়, 90°C-এ সর্বোচ্চ মান 20°C-এর তুলনায় 60% এর বেশি হ্রাস পায়, যেখানে নীল এবং সবুজ LED যথাক্রমে 20% এবং 22% হ্রাস দেখায়।
বিষয়বস্তুর সংক্ষিপ্ত বিবরণ
নথির বিষয়সূচি
1. Introduction
আলোকসজ্জা প্রযুক্তির উন্নতির সাথে সাথে, মানুষ এখন আর শুধুমাত্র একরঙা এলইডি দিয়ে আলোকসজ্জা করতে সন্তুষ্ট নয়। এখন আরও বেশি মানুষ সমন্বয়যোগ্য এলইডি আলোর উৎস ব্যবহার করতে আগ্রহী। বিভিন্ন আলোকসজ্জার বিকল্প আরও আরামদায়ক কাজ ও বসবাসের পরিবেশ সৃষ্টি করতে পারে। উপযুক্ত আলোকসজ্জা মানুষের উৎপাদনশীলতা বাড়াতে এবং ভালো বিশ্রাম নিতে সহায়তা করে।
প্রচলিত আলোর উৎসের তুলনায়, এলইডি আলোর উৎসের আকার ছোট, শক্তি খরচ কম এবং আয়ু বেশি এরকম সুবিধা রয়েছে। তবে, তাপমাত্রা একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় যা আলোর উৎসের গুণগত মানকে প্রভাবিত করে। অভ্যন্তরীণ তাপীয়ন এবং চরম বাহ্যিক পরিস্থিতি এলইডিগুলির কার্যকারী তাপমাত্রায় পরিবর্তন ঘটাতে পারে, যার ফলে প্যারামিটার বিচ্যুতি ঘটে এবং আলোর উৎসের স্থিতিশীলতা ও কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে।
সমন্বয়যোগ্য সংশ্লিষ্ট বর্ণ তাপমাত্রা (CCT) LED আলোর উত্সের আবির্ভাব তাপমাত্রার প্রভাবের কারণে আলোর আউটপুট গুণমান হ্রাসের সমস্যার একটি সম্ভাব্য সমাধান প্রদান করে। বর্তমানে, সমন্বয়যোগ্য CCT সহ LED আলোর উত্সের গবেষণা সাধারণত তিনটি পদ্ধতিতে বিভক্ত:
- বিভিন্ন CCT সহ দুটি সাদা LED ব্যবহার করা
- একাধিক একক-রঙ LED ব্যবহার করা
- সিঙ্গেল-কালার LED এবং সাদা LED-এর সংমিশ্রণ ব্যবহার করে
এই গবেষণাপত্রটি RGBW LED-এর সর্বোত্তম আলোকনিরোধক কর্মক্ষমতা অন্বেষণের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যার লক্ষ্য LED-এর নিজস্ব তাপ বা বাহ্যিক তাপমাত্রার প্রভাবের কারণে সৃষ্ট LED আলোকনিরোধকের তারতম্য হ্রাস করা বা এমনকি দূর করা।
২. পরীক্ষামূলক বর্ণনা
২.১ বহু-বর্ণ আলোর মিশ্রণ নীতি এবং আলোর উৎস মূল্যায়ন
আলোর উৎসের রং এবং আলোকিত বস্তুর রং সঠিকভাবে পুনরুত্পাদন করার ক্ষমতা আলোর উৎসের বর্ণালী শক্তি বন্টনের উপর নির্ভর করে। বহু-বর্ণ আলোর উৎসের সংমিশ্রণের বর্ণালী শক্তি বন্টন তাদের পৃথক বর্ণালী শক্তি বন্টনের রৈখিক যোগফল:
SRGBW = Kr * Sr + Kg * Sg + Kb * Sb + Kw * Sw
সাদা LED আলো সাধারণত কালার টেম্পারেচার (বর্ণ তাপমাত্রা) এর পরিপ্রেক্ষিতে বর্ণনা করা হয়। কালার টেম্পারেচারকে এমন তাপমাত্রা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যেখানে একটি ব্ল্যাকবডি (শূন্য বস্তু) থেকে নির্গত আলোর রং আলোর উৎসের রঙের সাথে মেলে।
আলোকিত বস্তুর রং সঠিকভাবে পুনরুৎপাদন করার জন্য একটি আলোর উৎসের ক্ষমতা সাধারণত CRI (কালার রেন্ডারিং ইনডেক্স) নামক মানক মেট্রিক ব্যবহার করে মূল্যায়ন করা হয়। যাইহোক, আলোর উৎস নিয়ে গবেষণা এগিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে, নির্দিষ্ট কিছু রং মূল্যায়নে CRI-এর কিছু সীমাবদ্ধতা পাওয়া গেছে। তাই, এই গবেষণায় আলোর উৎসের আলোকন কার্যকারিতার মূল্যায়নের মানদণ্ড হিসাবে IES কালার ফিডেলিটি ইনডেক্স (Rf) এবং গ্যামুট ইনডেক্স (Rg) ব্যবহার করা হয়েছে।
Color Fidelity Index এবং Gamut Index 99টি কালার স্যাম্পল ব্যবহার করে, যা স্ট্যান্ডার্ড CRI-এর চেয়ে বেশি ব্যাপক, যা সাধারণত 15টি কালার স্যাম্পল ব্যবহার করে, একটি আলোর উৎসের কালার পারফরম্যান্সের আরও পূর্ণাঙ্গ মূল্যায়নের অনুমতি দেয়।
Rf-এর গণনা CAM02-UCS-এ স্ট্যান্ডার্ড কালার ডিফারেন্স ফর্মুলা হিসেবে J'a'b' কালার স্পেসে ইউক্লিডীয় দূরত্বের উপর ভিত্তি করে:
ΔEল্যাব,আই = √((ft,i - fr,i)2 + (at,i - ar,i)2 + (bt,i - br,i)2)
Rg হলো ক্রোমার একটি পরিমাপ, যা প্রতিটি হিউ অ্যাঙ্গেল বক্সের গড় স্থানাঙ্ক দ্বারা গঠিত বহুভুজের ক্ষেত্রফল এবং রেফারেন্স ইলুমিন্যান্ট দ্বারা গঠিত বহুভুজের ক্ষেত্রফলের অনুপাত:
Rg = 100 * At / Ar
মিশ্র আলোর ফলাফলগুলির আরও স্বজ্ঞাত মূল্যায়ন প্রদানের জন্য, ফলাফলগুলিকে পরিমাপের জন্য একটি স্কোরিং সিস্টেম ব্যবহার করা হয়:
S = 100 - cct/10 - 2 * (100 - Rf) - |100 - Rg|
2.2 এলইডি স্পেকট্রাল পাওয়ার ডিস্ট্রিবিউশন টেম্পারেচার মডেল প্রতিষ্ঠা
LED-এর সহজাত বৈশিষ্ট্যের কারণে, তাদের বর্ণালী শক্তি বন্টন (SPD) তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়। সাধারণত, RGB LED-এর জন্য, সর্বোচ্চ তরঙ্গদৈর্ঘ্য রেডশিফ্ট অনুভব করে এবং সর্বোচ্চ মান হ্রাস পায় তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে।
গবেষণাটি 20°C থেকে 90°C পর্যন্ত 10°C ব্যবধানে R, G, B এবং W LED-এর বর্ণালী শক্তি বন্টন পরীক্ষা করে। লাল LED তাপমাত্রা দ্বারা সবচেয়ে বেশি প্রভাবিত হয়, 90°C-এ এর সর্বোচ্চ মান 20°C-এ সর্বোচ্চ মানের তুলনায় 60% এর বেশি হ্রাস পায় এবং একটি লক্ষণীয় রেডশিফ্ট ঘটনা প্রদর্শন করে। নীল এবং সবুজ LED লাল LED-এর তুলনায় কম প্রভাবিত হয়, তবে তাদের সর্বোচ্চ মানও যথাক্রমে 20% এবং 22% হ্রাস অনুভব করে।
প্রতিটি এলইডির এসপিডি গাণিতিকভাবে মডেল করতে, একক-রঙের এলইডিগুলির জন্য গাউসিয়ান মডেল ব্যবহার করা হয়, যার নির্ণয়যোগ্য প্যারামিটারগুলি হলো: সর্বোচ্চ মান, সর্বোচ্চ তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং পূর্ণ প্রস্থ অর্ধ সর্বোচ্চ (FWHM)। সাদা এলইডিগুলিতে সাধারণত দুটি শিখর থাকে, তাই সেগুলি বর্ণনা করতে দ্বৈত গাউসিয়ান মডেল ব্যবহৃত হয়।
মডেল প্রতিষ্ঠিত হওয়ার পর, এলইডি আলোর উৎসের এসপিডি তিনটি প্যারামিটার দ্বারা উপস্থাপন করা যায়: সর্বোচ্চ মান, সর্বোচ্চ তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং অর্ধ-সর্বোচ্চ প্রস্থ (এফডব্লিউএইচএম)। বিভিন্ন তাপমাত্রায় এই প্যারামিটারগুলোর রৈখিক ফিটিং করার মাধ্যমে, এসপিডি ও তাপমাত্রার মধ্যকার সম্পর্ক পাওয়া যায়।
মডেলের বৈধতা প্রদর্শন করে যে মডেল ব্যবহার করে গণনা করা ফলাফলগুলি প্রকৃত বর্ণালী শক্তি বন্টনের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে মিলে যায়, যেখানে R² 0.98 এর বেশি।
৩. ফলাফল ও আলোচনা
৩.১ আলোর মিশ্রণ ফলাফলের উপর তাপমাত্রার প্রভাব
LED তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণের লক্ষ্য হল লক্ষ্য তাপমাত্রা পরিসরের মধ্যে আলোর আউটপুট যতটা সম্ভব স্থির রাখা। প্রথমে, RGBW LED আলোর উৎসের 20°C তাপমাত্রায় আলোর মিশ্রণের ফলাফল প্রাথমিক অবস্থা হিসাবে প্রাপ্ত হয়।
তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাওয়ার সাথে সাথে, তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণ ছাড়াই LED অন টাইম সরাসরি আলোর মিশ্রণের জন্য ব্যবহার করলে বড় ধরনের পরিবর্তন হতে পারে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির কারণে সৃষ্ট প্রধান সমস্যা হল আলোর উৎসের বর্ণ তাপমাত্রার বৃদ্ধি, এবং বেশিরভাগ বর্ণ তাপমাত্রায় Rg এবং Rf কর্মক্ষমতা কিছুটা কম থাকে।
20°C তে RGBW LED মিশ্রণের ফলাফল
| CCT (K) | Rf | আর.জি | রেড | সবুজ | নীল | সাদা |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2000 | 34.36 | ১৭০.০৬ | ০.৩৮০৯ | ০.০১২৯ | 0 | ০.৬০৬১ |
| ৩০০০ | ৭৪.৫৫ | ১০৭.১১ | ০.১৪৫৮ | ০.০৭৪৫ | 0 | ০.৭৭৯৬ |
| ৪০০০ | ৮৭.০৫ | ১০৫.৬৭ | ০.০৯০৭ | ০.১৪১২ | ০.০৩৫৮ | ০.৭৩২০ |
| ৫০০০ | ৯১.৯৬ | ১০৫.১৪ | ০.০৪৭৬ | ০.১৪৬৬ | ০.০৮৩৯ | ০.৭২১৮ |
| ৬০০০ | ৯২.৫৯ | ১০২.২৬ | ০.০৫১২ | ০.২৫৪১ | ০.০৮৩৪ | ০.৬১১২ |
| ৭০০০ | ৯০.৪৯ | ১০০.০০ | ০.০৭৮৭ | ০.৩৩০৯ | ০.০৯৭৫ | ০.৪৯২৭ |
২০°C এর তুলনায় ৫৫°C তাপমাত্রায়, CCT = 2000K-এর সর্বোচ্চ বিচ্যুতি ৩৩৩K, Rf-এর সর্বোচ্চ বিচ্যুতি ১৫.৯৫, এবং Rg-এর সর্বোচ্চ বিচ্যুতি ৩৪.৫। ২০°C এর তুলনায় ৮৫°C তাপমাত্রায়, CCT = 6500K-এর সর্বোচ্চ বিচ্যুতি, Rf-এর সর্বোচ্চ বিচ্যুতি ৩১.৯৪, এবং Rg-এর সর্বোচ্চ বিচ্যুতি ৫৩.৭।
3.2 LED আলোর উৎসের তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণ
ক্ষতিপূরণ প্রক্রিয়া প্রধানত দুটি ধাপে বিভক্ত: রঙের শক্তি ক্ষতিপূরণ এবং উজ্জ্বলতা ক্ষতিপূরণ। প্রথমত, আলোর আউটপুটের রঙের সামঞ্জস্য যতটা সম্ভব বজায় রাখার জন্য, তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণের ফলাফল আলো মিশ্রণের প্রাথমিক অবস্থার যতটা সম্ভব কাছাকাছি হওয়া উচিত।
Non-dominated Sorted Genetic Algorithm (NSGA-II) বহু-উদ্দেশ্য অপ্টিমাইজেশনের জন্য ব্যবহৃত হয়। লক্ষ্য হল PWM ডিউটি সাইকেল পরিবর্তন করে প্রতিটি রঙের LED নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে মিশ্রিত রঙের তাপমাত্রা এবং লক্ষ্য রঙের তাপমাত্রার মধ্যে deviation, Rf এবং Rg অপ্টিমাইজ করা।
অ্যালগরিদম প্যারামিটারগুলি নিম্নরূপ সেট করা হয়েছে: প্রাথমিক জনসংখ্যার আকার M=30, বিবর্তনমূলক প্রজন্মের সমাপ্তি G=300, ক্রসওভার সম্ভাবনা Pc=0.8, মিউটেশন সম্ভাবনা Pm=0.1।
অপ্টিমাইজেশনের লক্ষ্যের অগ্রাধিকার নিম্নরূপ সেট করা হয়েছে: প্রথমে CCT ডেভিয়েশন ক্ষতিপূরণ, তারপর Rf ক্ষতিপূরণ এবং সবশেষে Rg ক্ষতিপূরণ। এই উদ্দেশ্যের অধীনে, আলোর উৎসের কালার টেম্পারেচারের টার্গেট কালার টেম্পারেচার থেকে ডেভিয়েশন সাধারণত 10K-এর মধ্যে থাকে।
Rf-ও পারফরম্যান্সের খুব কাছাকাছি হতে পারে, ডেভিয়েশন মানগুলি সবগুলো 3-এর কম। 55°C-এ, 2000K-7000K ব্যবধানে Rf-এর ডেভিয়েশন 4%-এর কম, এবং 3000K-7000K ব্যবধানে Rf-এর ডেভিয়েশন 2.15%-এর কম। 85°C-এ, Rf ডেভিয়েশন 2000K-7000K ব্যবধানে 6%-এর কম এবং 3000K-7000K ব্যবধানে 2.21%-এর কম।
Rg-এর ক্ষতিপূরণ অগ্রাধিকার কম এবং CCT ও Rf-এর তুলনায় এটির বিচ্যুতি কিছুটা বেশি, কিন্তু বিচ্যুতির মানগুলো সাধারণত ৫-এরও কম থাকে। ৫৫°C তাপমাত্রায় Rg বিচ্যুতি ৪%-এর কম এবং ৮৫°C তাপমাত্রায় ৪.৪৬%-এর কম।
রং ক্ষতিপূরণ সম্পন্ন হওয়ার পর, উজ্জ্বলতা ক্ষতিপূরণ করা হয় যাতে আলোর উৎসের দীপন তীব্রতা রং ক্ষতিপূরণের আগের অবস্থার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়।
4. উপসংহার
মাল্টি-কালার এলইডি মিশ্র আলোকসজ্জা আলোকসজ্জা শিল্পের একটি ভবিষ্যৎ প্রবণতা। আলোকসজ্জার প্রভাব, নিয়ন্ত্রণের জটিলতা এবং ব্যয় বিবেচনার ভিত্তিতে, বাজারে সবচেয়ে সাধারণ মাল্টি-কালার এলইডি মিশ্র আলোকসজ্জা সমাধান হলো টু-কালার টেম্পারেচার এবং আরজিবিডাব্লিউ।
এলইডির নিজস্ব বৈশিষ্ট্যের কারণে, তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে বিভিন্ন রঙের এলইডি বর্ণালী শক্তি বন্টনে বিভিন্ন মাত্রার পরিবর্তন ঘটে। এই গবেষণাটি এলইডি বর্ণালী শক্তি বন্টন-তাপমাত্রা সম্পর্ককে মডেল করে এবং বর্ণালী সুপারপজিশন তত্ত্বের ভিত্তিতে এনএসজিএ-২ অ্যালগরিদম ব্যবহার করে আরজিবিডব্লিউ এলইডির বর্ণালী তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণ করে, যার লক্ষ্য বিভিন্ন তাপমাত্রায় এলইডির আলো নিঃসরণ প্রভাবকে সামঞ্জস্যপূর্ণ করা।
আলোর উৎসের প্রতিটি আলোক আউটপুট প্যারামিটারের জন্য ক্ষতিপূরণের অগ্রাধিকার হলো প্রথমে কালার টেম্পারেচার, তারপর Rf, এবং সর্বশেষ Rg। ফলাফলগুলি দেখায় যে নির্বাচিত আলোর উৎসগুলির গ্রুপে, CCT ডেভিয়েশন 10K-এর কম; 2000K-7000K পরিসরে Rf ডেভিয়েশন মান 4%-এর কম, 3000K-7000K পরিসরে 2.15%-এর কম; 2000K-7000K পরিসরে Rg ডেভিয়েশন মান 4.46%-এর কম।
বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশন সিন্যারিওর জন্য, কাঙ্ক্ষিত আলোকসজ্জা প্রভাব অর্জন করতে বিভিন্ন ক্ষতিপূরণ অগ্রাধিকার নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে।
References
সম্পূর্ণ তথ্যসূত্র তালিকা PDF নথিতে উপলব্ধ। প্রধান তথ্যসূত্রগুলির মধ্যে রয়েছে LED তাপমাত্রার প্রভাব, বর্ণ রেন্ডারিং মেট্রিক্স, মাল্টি-কালার LED মিশ্রণ এবং অপ্টিমাইজেশন সমস্যায় জেনেটিক অ্যালগরিদমের প্রয়োগ সংক্রান্ত কাজ।
নোট: উপরেরটি গবেষণা পত্রের বিষয়বস্তুর সারসংক্ষেপ। সম্পূর্ণ নথিতে রয়েছে বিস্তৃত পরীক্ষামূলক তথ্য, গাণিতিক মডেল, ভিজ্যুয়ালাইজেশন এবং বিশদ বিশ্লেষণ। গভীরভাবে পড়ার জন্য সম্পূর্ণ PDF ডাউনলোড করার পরামর্শ দিচ্ছি আমরা।