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为什么不能用人眼视觉描述养猪灯?

更新时间:2021-03-03 点击:148次

这篇文章本来想在牛舍光照标准发布后发表,考虑到有蹄类动物光照相类似,可以提前发出,我还是想先要讲清楚问题。

1、什么是照明?什么是光照?

技术标准对照明的定义是光照射到场景、舞台及环境使其可以看见的过程。这个可见是指人眼视觉

对于动物与植物的人工光源应用,在技术标准的里定义为光照,光照是可以让生物产生生物学响应的光辐射。是非视觉的领域

照明与光照定义的对象是完全不同的,照明强调人眼的视觉感受,光照强调的是生物产生的响应。

再次强调一下,对于用于植物与动物的光照应用,只能用光照术语,而不能用照明术语。

比如:植物照明,家禽照明,这些都是在概念上的模糊,应该是植物光照和家禽光照。

对于动植物的光照研究,我反复提出需要理解两个基本点:

一是光是没有颜色的,二是白光是不存在的。

理解不了这两句话,就不会做好动植物光照的技术应用。

2、光质调整的参数表现

猪对光照的响应与光源的光谱相关,这种相关性之前的文章已经介绍,这次我用量化的例子进行说明。

例:光源采用20颗6000K的大功率LED,辐射效率30%,驱动电流0.35A,光源耗电功率为23.1w,光谱图为下图。

根据光谱计算的光源参数为下表

辐射功率
w

光通量
lm

光子通量
SPF

6.93
2271.4
31.47
在此光谱上添加4颗440nm的蓝光,蓝光的辐射效率30%,驱动电流0.35A,就是在原有的光谱参数上叠加了蓝光光谱,如下图所示。

叠加后的光谱为:

光源参数下表

辐射功率
w

光通量
lm

光子通量
SPF

8.316
2322.1
36.65
接下来,我们可以分析白光加入蓝光后的参数变化。
三种参数的变化量:

辐射功率
w

光通量
lm

光子通量
SPF

20%
2.23%
16.46%
从上表可以看出,光谱调整后,光度学的光通量变化仅有2.23%,其他两种表述变化非常明显。

也就是说,辐射功率增加了20%的蓝光,人眼视觉响应的参数灵敏度变化不大,但光量子通量变化明显,光量子参数可以表达出光谱调整带来的参数变化敏感度,由于猪眼对蓝光敏感,猪也能明显感受到光源的变化。

生物光学研究的目的是需要表达出光谱变化带来的参数灵敏度,以及这个灵敏度能否在生物响应上表现出相关关系,也就是要找到光谱变动后的生物做出的响应灵敏度,如果参数都表现不出光谱调整的变化,怎么能够说明光谱变化带来的响应。

光度学参数对光谱变化产生了严重的衰减,影响了生物响应的灵敏度分析,制约了R-R-A响应判定,这就是结论。

眼对光谱的实际响应分析需要光谱的辐射分布进行猪眼视觉加权后,再计算光子通量,由于内容复杂,本文在此没有进行进一步分析

3、为什么不用辐射度学表示生物光学参数?

我们首先来谈谈采用光量子参数的必要性。

猪眼视觉的研究是微观层面视觉细胞对光能的吸收与吸收后的响应,光的能量传递是不连续的,是一份一份的传递,每一份能量就表示一个光子,每份能量可以用波长关联,也就是说,生物细胞对光能吸收也是一份一份的,生物的每个视觉细胞对光能的吸收可以与光子数量对应,视觉细胞对光能的吸收与光量子参数存在确定的定量关系,这种关系可以精确的进行生物响应与行为的研究分析,同时,采用光量子可以完全体现出光源与波长组成的关系。

辐射度学更适合平均能量的表述,对于单个波长,辐射量也是一个能量的集合,无法定量的表达这个能量集合应该如何划分吸收光能的单元,也无法对应出辐射量与波长的关系,体现不了能量输出与细胞吸收的量纲,尽管辐射度学的参数表达直观,但无法精确分析细胞级的能量吸收关系。

需要明确的是,辐射度学是光能重要的测量环节,光量子数量需要通过辐射功率的分布来计算出来。

4、光量子参数对研究体系的方向性影响

纵观家禽畜光照研究体系,在相当长的时期里,由于光源参数量纲采用人眼视觉的光度学参数,光谱调整的参数并没有在数值上表达出相应的调整量,使得这些研究进展缓慢,甚至走入误区,比如,尽管国外的科研人员意识到光度学参数描述并不适合家禽畜的光照响应,但还是试图在光度学参数上用权重因子去改良光度学参数表达缺陷,结果是用另外一个错误去修饰原来的错误。

生物的光响应研究,只有在基础理论是科学的环境下才能发展,而这种发展必须建立在细胞级定量关系上才能提高研究效率,光量子理论恰好满足了这个要求,随着光量子参数的应用,家禽畜光照才能走到正确的研究道路上。

推进中国动物福利理念,用非视觉光照技术发展产业,正是因为善待养殖的动物,才有机会发展非视觉光照技术,这是人类社会文明的进步

2021年3月2号

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