CN109152166B - 一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，包括S1获取家居环境氛围场，氛围场可分解为m种属性；S2建立灯光色彩层次结构模型，模型包括目标层、准则层和方案层，准则层包含氛围场的m种属性，方案层包含可供选择的n种灯光颜色，目标层为根据氛围场的m种属性进行灯光颜色选择的结果；S3构建准则层对目标层的成对比较矩阵A，并计算矩阵A的权重向量；S4构建方案层对准则层的成对比较矩阵B，并计算矩阵B的权重向量；S5使用矩阵A的权重向量与矩阵B的权重向量相乘计算出总权重向量，并筛选出总权重向量中权值最大的灯光颜色作为目标层选择的灯光颜色。本发明的有益效果：根据氛围场分析灯光色彩需求，主动提供灯光色彩变化服务。

Description

一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法。

背景技术

目前，照明控制***的研究虽然很多，但主要集中在照明的评价、照明控制***的优化、不同地点的照明使用中，将情感与家居照明融和的研究还不是很多，随着智能家居的提出，有人选择从实践、艺术以及技术三个方面,验证了情感化的设计在家庭灯光中的表现方式,从而提出了如何将情感化设计融入照明的理论，为今后情感照明提供理论基础。

现今智能家居在实际应用中，其动作是由人为主动去改变，并不是由智能家居自身根据环境需求改变，大多数智能家居设备提供的服务都是被动的，只能按照指令机械地执行任务，而不能实现主动服务，现有智能家居中的灯光控制***的研究主要集中于通讯方式以及控制算法上，将氛围与家居照明融和的研究还没有。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法。

本发明的实施例提供一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，包括：

S1获取家居环境氛围场，所述氛围场可分解为m种属性；

S2建立灯光色彩层次结构模型，所述模型包括目标层、准则层和方案层，所述准则层包含所述氛围场的m种属性，所述方案层包含可供选择的n种灯光颜色，所述目标层为根据氛围场的m种属性进行灯光颜色选择的结果；

S3构建所述准则层对所述目标层的成对比较矩阵A，并计算所述矩阵A的权重向量；

S4构建所述方案层对所述准则层的成对比较矩阵B，并计算所述矩阵B的权重向量；

S5使用所述矩阵A的权重向量与所述矩阵B的权重向量相乘计算出总权重向量，并筛选出所述总权重向量中权值最大的灯光颜色作为所述目标层选择的灯光颜色。

进一步地，还包括：S6根据所述氛围场的m种属性计算出步骤S5中目标层灯光的亮度和饱和度。

进一步地，所述步骤S3具体为：

S3.1构建所述准则层对所述目标层的成对比较矩阵A,所述矩阵A具体为：

所述矩阵A为正互反矩阵，元素r_ij意义是e_i与e_j重要性的比较结果，其中i,j＝1，2，3,r_ij按照如下方法确定：

对所述氛围场FA_(t)的三属性进行1至11度法处理，继续采用离差标准化法进行归一化处理得到FA_(t)的三属性(e₁、e₂、e₃)，并进行如下判断，

如果e_i-e_j≥0，则

r_ij＝[(e_i-e_j)+0.1]×10

反之，则

S3.2采用和法近似求所述矩阵A的最大特征值和其对应的特征向量，具体方法为：求取所述矩阵A的近似特征向量

U'＝(u'₁,u'₂,…,u'_n)^Z

其中n表示矩阵阶数，

计算出近似最大特征值λ为

所述矩阵A的最大特征值λ_max(A)＝λ；

S3.3计算所述矩阵A的权重向量，具体方法为：所述矩阵A的最大特征值λ_max(A)对应的特征向量为U′＝(u′₁，u′₂，u′₃)，计算特征向量U′各行各个元素的和，然后将特征向量U′的各行元素进行归一化得到的向量即为所求权重向量，所述矩阵A的权重向量为：

进一步地，所述步骤S3还包括：对所述矩阵A的一致性进行检验，若不满足要求重复步骤S1重新获取居环境氛围场和步骤S2，直到对所述矩阵A的一致性满足要求。

进一步地，所述氛围场可分解为友善-敌对、正式-随意和活泼-冷静三种属性。

进一步地，所述方案层为可供选择的灯光颜色为红色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色和白色七种颜色。

进一步地，所述矩阵A中的元素为所述准则层中一种属性与另一种属性的重要性的比较结果。

进一步地，所述矩阵B中的元素为所述方案层中各灯光颜色和所述准则层中各属性的关联度之间的比较结果。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，获取家居环境的氛围场并根据氛围场的三个属性的值分析人类的灯光色彩需求，进行了色彩特征信息与氛围关联分析，提出一种基于层次分析法的灯光色彩与氛围场关系模型建模方法，将氛围与家居照明融和，主动提供灯光色彩变化服务，为通过控制灯光色彩调节氛围场，创造舒适的家居环境提供切实可行的方法，改善生活氛围，享受优质生活。

附图说明

图1是本发明一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法的流程图；

图2是步骤S2中灯光色彩层次结构模型的示意图；

图3是色彩与氛围场关联度的问卷调查图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明针对家居氛围场中灯光色彩研究以及智能家居中的家居照明控制***，进行了色彩特征信息与氛围关联分析，本发明的实施例提供了一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，包括：

S1获取家居环境氛围场，所述氛围场可分解为m种属性；

S2建立灯光色彩层次结构模型，所述模型包括目标层、准则层和方案层，所述准则层包含所述氛围场的m种属性，所述方案层包含可供选择的n种灯光颜色，所述目标层为根据氛围场的m种属性进行灯光颜色选择的结果；

S3构建所述准则层对所述目标层的成对比较矩阵A，并计算所述矩阵A的权重向量；

S4构建所述方案层对所述准则层的成对比较矩阵B，并计算所述矩阵B的权重向量；

S5使用所述矩阵A的权重向量与所述矩阵B的权重向量相乘计算出总权重向量，并筛选出所述总权重向量中权值最大的灯光颜色作为所述目标层选择的灯光颜色。

下面对上述步骤进行具体说明：

所述步骤S1中，氛围场是指家居环境中弥漫在空间中的能够影响行为过程和结果的心理因素和心理感受，是由个人或多人对话过程中所营造出来的气氛，氛围场可分解为友善-敌对、正式-随意和活泼-冷静三种属性，识别某一时刻的氛围FA_(t)，采用1至11标度法用E_LC、E_FH、E_CF三个轴的数值e₁、e₂、e₃表示FA_(t)对应的友善-敌对、正式-随意和活泼-冷静三种属性，e₁、e₂、e₃的值域均为[-1,1]。1至11标度法说明如下表1：

表1 1至11标度法说明表

请参考图2，所述步骤S2中，灯光色彩层次结构模型中目标层是最高层，其下依次为准则层和方案层，所述目标层只有单一元素，代表分析问题的主要目标，这里目标层定义为灯光色彩选择结果，准则层是目标层的初步分解，即目标层的影响因素，这里主要探讨不同氛围下灯光色彩的变化，因此选用氛围场的三种属性“友善-敌对”，“正式-随意”，“活泼-冷静”作为准则层，方案层是解决目标层问题的方式，这里设定灯光色彩可以变化为红色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色、白色七种方案。

所述步骤S3中，所述矩阵A具体为：

所述矩阵A为正互反矩阵，元素r_ij意义是e_i与e_j重要性的比较结果，其中i,j＝1，2，3。r_ij按照如下方法确定：采用离差标准化法对氛围FA_(t)的三属性(e₁、e₂、e₃)进行归一化处理后进行比较，

如果e_i-e_j≥0，则

r_ij＝[(e_i-e_j)+0.1]×10

反之，则

计算所述矩阵A的权重向量的具体步骤为：首先对所述矩阵A的一致性进行检验，RI为平均随机一致性指标，是检验成对比较矩阵一致性的标准，它只与矩阵阶数n有关，它的取值详见表2。

表2检验成对比较矩阵一致性的标准RI取值表

计算成对比较矩阵A的特征值λ₁(A)、λ₂(A)、λ₃(A)从而得到成对比较矩阵A的最大特征值λ_max(A)，但是这样的计算过程是复杂的，在实际应用中，对于正互反矩阵，可以采用和法近似求矩阵最大特征值和其对应的特征向量

近似特征向量为：

U'＝(u'₁,u'₂,...,u'_n)^Z

可以将U′看作矩阵A的最大特征值对应的近似特征向量，计算出近似特征向量的近似最大特征值

可以将λ看作矩阵A的最大特征值λ_max(A)的近似值,计算衡量成对比较矩阵A不一致程度的指标

从表2查出检验成对比较矩阵A一致性的平均随机一致性指标

RI＝0.58

计算成对比较阵A的随机一致性比率

若CR<0.1，即认为成对比较阵A具有满意的一致性，一致性满足要求，否则重新取得氛围场的值，并重复S1～S3，直到对所述矩阵A的一致性满足要求。

然后计算成对比较阵A权重向量，成对比较阵A的最大特征值λ_max(A)对应的特征向量为U′＝(u′₁，u′₂，u′₃)，将该向量标准化,使得它的各分量之和等于1且各分量都大于零，判断矩阵权重计算这里采用规范列平均法(和法)，该方法步骤为：计算特征向量各行各个元素的和，然后将特征向量的各行元素进行归一化得到的向量即为所求权重向量。

特征向量标准化后为

经过标准化后这个向量称为所述矩阵A的权重向量，这里它反映了选择色彩时，“友善-敌对”、“正式-随意”和“活泼-冷静”的重要性顺序，各因素的相对重要性由权重向量U的各分量确定。为便于后期计算，准则层对目标层的权重向量，矩阵表示为

步骤S4中所述矩阵B为：

所述矩阵B中元素b_ij的意义是p_i与p_j重要性的比较结果，p_i和p_j表示所述方案层中各灯光颜色和所述准则层中各属性的关联度，其中i,j＝1,2,3,4,5,6,7，p_i与p_j采用表1中的1至11标度法进行取值。b_ij按照如下方法确定：

如果p_i-p_j≥0，则

b_ij＝[(p_i-p_j)+0.1]×10

反之，则

其中p_i和p_j的值可通过问卷调查得到，具体如下。

在本问卷调查中所选用的色光刺激是由红、黄、绿、青、蓝、紫6种纯色为基础，采用单一变量法，在亮度为100％时，按照饱和度度递减20％的规律的划分成一系列色刺激，以及在饱和度为100％时，按照亮度递减20％的规律的划分成一系列色刺激,另外还有白色，共55组。

参与问卷调查的30人分为三组进行实验。实验开始之前，参与者要熟悉实验环境，并且进行深呼吸等调节方式，等到参与者心情放松且情绪平稳后，向他们讲解问卷调查目的、问卷调查流程和问卷调查指导，然后进行预实验，使他们加深对问卷调查过程的了解，最后正式开始色彩与氛围场关联问卷调查。

本色彩与氛围场关联问卷调查在夜间封闭教室进行，每次不超过10人参与实验，参与者坐在室内，每个色刺激大约呈现60s，然后参与实验者在大约30s内用所选取的三种氛围场属性，即友善-敌对、正式-随意、活泼-冷静，以五级语义差别法对投出的色刺激进行各氛围程度选择，即问卷调查共三道选择题，之后进行下个色刺激，实验每完成10个色刺激允许参与实验者休息1-2分钟，直至所有色刺激做完。

请参考图3色彩与氛围场关联度的问卷调查图，“0”代表两者都不是，举例对题目2来说，即用“0”表示既不感到正式，也不感到随意；符号“+”表左示侧的感受，“-”表示右侧的感受；数字是表示感觉的强烈程度(递增或递减)，如：“+2”表示感到非常正式的，“+1”表示比较正式的，反之亦然。我们这里设定p_i和p_j的值即为终所有参与者对某一色相选择的平均值，即为某一色和氛围场某一种属性的关联度。

通过分别比较七种色相对友善-敌对、正式-随意、活泼-冷静的作用，得到各自的成对比较矩阵B₁、B₂、B₃，本实施例中矩阵B₁、B₂、B₃具体为：

按照步骤S3中相同的方法判断矩阵B₁、B₂、B₃的一致性满足要求，并分别计算出，矩阵B₁的权重向量

V₁＝(0.02,0.23,0.21,0.09,0.03,0.33,0.09)^Z

矩阵B₂的权重向量

V₂＝(0.02,0.06,0.25,0.13,0.26,0.02,0.26)^Z

矩阵B₃的权重向量

V₃＝(0.5,0.06,0.03,0.09,0.03,0.25,0.04)^Z

得到方案层对准则层的权重向量，矩阵表示为：

所述步骤S5中总权重向量的具体计算公式为：

Q＝V·W＝(q₁，q₂，q₃，q₄，q₅，q₆，q₇)^z

其中，V表示方案层对准则层的权重向量，W表示准则层对目标层的权重向量，Q表示总的权重向量，q_i的权值表示方案P_i的得分情况，如果对总得分进行从大到小的排序，这个顺序表现了某一时刻的氛围FA(t)下，即E_LC、E_FH、E_CF三个轴的数值e₁、e₂、e₃确定时，分值大的色彩比分值小的色彩更适合出现在该氛围下，即得分最大的色彩是该氛围下灯光最优色彩，即为目标层的灯光颜色选择结果。

步骤S6在确定灯光色彩的情况下计算灯光的亮度及饱和度，灯光的饱和度亮度计算公式分别为，

亮度：

y_B＝-10.12e₁-8.487e₂-13.966e₃+84.676；

饱和度：

y_S＝7.37e₁-23.573e₂-16.654e₃+69.962。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，其特征在于，包括：

S1获取家居环境氛围场，所述氛围场可分解为m种属性，m＝1～3，具体为友善-敌对、正式-随意和活泼-冷静三种属性中的一种或多种；

S2建立灯光色彩层次结构模型，所述模型包括目标层、准则层和方案层，所述准则层包含所述氛围场的m种属性，所述方案层包含可供选择的n种灯光颜色，n＝1～7，所述目标层为根据氛围场的m种属性进行灯光颜色选择的结果；

S3构建所述准则层对所述目标层的成对比较矩阵A，并计算所述矩阵A的权重向量，具体为：

S3.1构建所述准则层对所述目标层的成对比较矩阵A,所述矩阵A具体为：

所述矩阵A为正互反矩阵，元素r_ij意义是e_i与e_j重要性的比较结果，其中i,j＝1，2，3,r_ij按照如下方法确定：

对所述氛围场FA_(t)的三属性进行1至11标度法处理，继续采用离差标准化法进行归一化处理得到FA_(t)的三属性(e₁、e₂、e₃)，并进行如下判断，

如果e_i-e_j≥0，则

r_ij＝[(e_i-e_j)+0.1]×10

反之，则

S3.2采用和法近似求所述矩阵A的最大特征值和其对应的特征向量，具体方法为：求取所述矩阵A的近似特征向量

U'＝(u'₁,u'₂,...,u'_n)^Z

其中n表示矩阵阶数，

计算出近似最大特征值λ为

所述矩阵A的最大特征值λ_max(A)＝λ；

S3.3计算所述矩阵A的权重向量，具体方法为：所述矩阵A的最大特征值λ_max(A)对应的特征向量为U′＝(u′₁，u′₂，u′₃)，计算特征向量U′各行各个元素的和，然后将特征向量U′的各行元素进行归一化得到的向量即为所求权重向量，所述矩阵A的权重向量为：

对所述矩阵A的一致性进行检验，若不满足要求重复步骤S1重新获取家居环境氛围场和步骤S2，直到对所述矩阵A的一致性满足要求；

S4构建所述方案层对所述准则层的成对比较矩阵B，并计算所述矩阵B的权重向量，具体的：

所述矩阵B为：

所述矩阵B中元素b_ij的意义是p_i与p_j重要性的比较结果，p_i和p_j表示所述方案层中各灯光颜色和所述准则层中各属性的关联度，其中i,j＝1,2,3,4,5,6,7，p_i与p_j采用1至11标度法进行取值，b_ij按照如下方法确定：

如果p_i-p_j≥0，则

b_ij＝[(p_i-p_j)+0.1]×10

反之，则

其中p_i和p_j的值通过问卷调查得到；

S5使用所述矩阵A的权重向量与所述矩阵B的权重向量相乘计算出总权重向量，并筛选出所述总权重向量中权值最大的灯光颜色作为所述目标层选择的灯光颜色。

2.如权利要求1所述的一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，其特征在于，还包括：S6根据所述氛围场的m种属性计算出步骤S5中目标层灯光的亮度和饱和度。

3.如权利要求1所述的一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，其特征在于：所述方案层为可供选择的灯光颜色为红色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色和白色七种颜色。

4.如权利要求1所述的一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，其特征在于：所述矩阵A中的元素为所述准则层中一种属性与另一种属性的重要性的比较结果。

5.如权利要求1所述的一种基于灯光控制的家居氛围场调节方法，其特征在于：所述矩阵B中的元素为所述方案层中各灯光颜色和所述准则层中各属性的关联度之间的比较结果。

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