本發(fā)明涉及光學照明，具體涉及一種基于led陣列的長距離語音可見光發(fā)射系統(tǒng)。

背景技術：

1、在當前的照明和顯示領域，led陣列因其高效率、長壽命和低能耗的優(yōu)勢被廣泛應用。然而，led陣列的光線輸出通常需要通過光學組件(如透鏡或反射器)進行調制，以滿足特定的光學需求，例如均勻分布、定向照明或高精度投影。光學組件與led陣列之間的對準是實現(xiàn)這些功能的關鍵環(huán)節(jié)。

2、現(xiàn)有技術中，led陣列與光學組件的安裝通常采用機械固定方式，這種方式的一個主要問題是難以實現(xiàn)高精度對準。由于led陣列輸出光線的特性，微小的偏移或傾斜都可能導致光線的聚焦效果大幅下降，表現(xiàn)為光線分布不均勻、光斑邊緣模糊或能量集中區(qū)域偏移。這種對準誤差不僅影響了光學系統(tǒng)的效率，還可能導致系統(tǒng)的光學性能不穩(wěn)定；此外，現(xiàn)有的對準方案往往需要高成本的精密調節(jié)機構或復雜的校準過程，這進一步增加了產品的制造成本和調試時間，限制了該技術在大規(guī)模生產中的應用。尤其在對高光學性能要求的場景中，例如汽車照明、高端顯示設備和醫(yī)療成像設備，這種對準問題更加突出。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于led陣列的長距離語音可見光發(fā)射系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術由于led陣列和光學組件之間的精確對準難度大導致的光線聚焦不良的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種基于led陣列的長距離語音可見光發(fā)射系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

3、校正模塊，用于校正led陣列和光學組件的對準偏差；

4、調制模塊，用于生成與語音信號對應的調制信號；

5、與調制模塊和校正模塊連接的發(fā)光模塊，用于將調制信號施加于led陣列，使其發(fā)出對應頻率的可見光；

6、與發(fā)光模塊連接的聚焦模塊，用于通過光學組件對可見光進行高效聚焦，形成長距離傳輸光束，具體基于透視縮放模型，優(yōu)化光學組件的聚焦性能，具體公式為：

7、其中，h′表示光學組件聚焦后的光束或目標的成像尺寸，f表示透鏡的焦距，d表示物距，h表示光源發(fā)光區(qū)域的尺寸；

8、根據(jù)光源與目標接收端的相對位置，實時調整透鏡的焦距和位置，驗證聚焦后的光束形狀和能量密度分布；

9、與聚焦模塊連接的解調模塊，用于對接收到的光信號進行解調，還原為原始語音信號，具體分析接收到的光信號衰減路徑和分布特性，對光信號進行放大，具體公式為：p(t)＝p0e-λt；

10、其中，p(t)表示信號傳播的強度，p0表示信號的初始強度，λ表示信號衰減系數(shù)，t表示時間；

11、分析信號的調制頻率分布，結合調制規(guī)則還原為原始語音信號。

12、優(yōu)選的，所述校正模塊校正led陣列和光學組件的對準偏差包括：

13、采集led陣列與光學組件之間的初始偏差，計算光學組件在多維空間中的最優(yōu)調整路徑和所需力矩，具體公式為：τ＝jt·f；

14、其中，τ表示校正模塊的調整力矩，即校正過程中需要施加的調整強度，j表示雅可比矩陣，為led陣列與光學組件之間的幾何關系和調整路徑，f表示光學組件對準過程中傳感器測得的初始偏差所需要施加的矯正力，jt表示j的轉置。

15、優(yōu)選的，所述調制模塊生成與語音信號對應的調制信號包括：

16、將語音信號的頻率范圍映射為分子振動的等效頻率范圍，將語音信號編碼為等效的振動頻率調制信號，將調制信號施加到led陣列的驅動電路中，控制led陣列發(fā)出對應的調制可見光，根據(jù)語音信號的實時變化調整振動頻率，調整振動頻率具體公式為：

17、其中，ω表示根據(jù)語音信號生成的調制信號的頻率，k表示調制信號中頻率變化的剛性程度，μ表示慣性參數(shù)。

18、優(yōu)選的，所述發(fā)光模塊將調制信號施加于led陣列，使其發(fā)出對應頻率的可見光包括：

19、根據(jù)環(huán)境光條件和接收端的信號強度反饋，動態(tài)調整led陣列的發(fā)光強度和方向，優(yōu)化led陣列的熱管理性能，具體公式為：

20、其中，i表示led陣列在距離r處的發(fā)光強度，i0表示led陣列發(fā)射時的最大發(fā)光強度或光束的起始強度，γ表示光強隨距離r的衰減速率，r表示光從led陣列發(fā)射到目標接收端的傳播距離。

21、優(yōu)選的，所述校正模塊校正led陣列和光學組件的對準偏差還包括：

22、獲取led陣列和光學組件的實際位置偏差：

23、將實際位置偏差與預設偏差范圍進行比較；

24、若實際位置偏差超出預設偏差范圍，則調整led陣列或光學組件的位置，以減小偏差；

25、校正后再次檢測led陣列和光學組件的對準偏差，確保其在預設偏差范圍內。

26、優(yōu)選的，所述獲取led陣列和光學組件的實際位置偏差包括：

27、利用激光測量儀測定led陣列和光學組件之間的實際相對位置；

28、通過圖像傳感器捕獲led陣列和光學組件的相對位置圖像；

29、基于捕獲的圖像數(shù)據(jù)計算led陣列和光學組件之間的實際位置偏差δd，其中，δd＝|d實測－d理論|，d實測表示實測位置，d理論表示設計位置。

30、優(yōu)選的，所述基于捕獲的圖像數(shù)據(jù)計算led陣列和光學組件之間的實際位置偏差δd包括：

31、對圖像數(shù)據(jù)進行邊緣檢測，識別出led陣列和光學組件的邊緣位置；

32、基于邊緣位置計算兩者中心點的坐標，分別記為p1和p2；

33、計算實際位置偏差采用公式

34、其中，(x1,y1)為p1的坐標，(x2,y2)為p2的坐標。

35、優(yōu)選的，所述計算實際位置偏差后，將δd與預設閾值δ進行比較，其中δ＝k×σ，k為常數(shù)，σ為實際位置偏差的標準差，若δd>δ，則進行位置調整，并重新檢測，直至δd≤δ。

36、優(yōu)選的，所述s1還包括獲取led陣列和光學組件在不同位置下的相對偏移量，根據(jù)偏移量計算對準校正參數(shù)。

37、優(yōu)選的，所述根據(jù)偏移量計算對準校正參數(shù)包括：

38、s11、基于led陣列和光學組件的初始偏移量d0，計算實際偏移量d；

39、s12、根據(jù)偏移量d和預設靈敏度系數(shù)j，計算對準校正參數(shù)c＝j×d；

40、s13、基于對準校正參數(shù)c，調整led陣列的x軸位置偏移δx＝c×cosθ，y軸位置偏移δy＝c×sinθ，其中，θ為led陣列相對于光學組件的偏轉角度；

41、s14、若偏移量d大于預定閾值dth，則重新執(zhí)行s11至s13，直至偏移量d≤dth。

42、由上述技術方案可知，本發(fā)明具有如下有益效果：

43、該基于led陣列的長距離語音可見光發(fā)射系統(tǒng)，通過校正模塊校正led陣列和光學組件的對準偏差，調制模塊生成與語音信號對應的調制信號，發(fā)光模塊將調制信號施加于led陣列，使其發(fā)出對應頻率的可見光，聚焦模塊通過光學組件對可見光進行高效聚焦，形成長距離傳輸光束，解調模塊對接收到的光信號進行解調，還原為原始語音信號，有效減少了led陣列與光學組件之間的對準誤差，顯著提高了光學系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。其光線分布更為均勻，聚焦效果更為清晰，避免了傳統(tǒng)機械固定方式下光線偏移或能量損耗的缺陷，能夠及時修正對準偏差，確保系統(tǒng)在長期運行中的光學性能穩(wěn)定性，實現(xiàn)了對準精度與經濟性的平衡，降低了產品的大規(guī)模生產和維護成本，縮短了系統(tǒng)調試時間，提高了生產效率，適用于多樣化的應用環(huán)境，解決了現(xiàn)有技術由于led陣列和光學組件之間的精確對準難度大導致的光線聚焦不良的問題。