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Towards intelligent illumination systems: from the basics of light science to its application

Zandi, Babak ; Khanh, Tran Quoc (2025)
Towards intelligent illumination systems: from the basics of light science to its application.
In: Zeitschrift für Arbeitswissenschaft, 2023, 77 (1)
doi: 10.26083/tuprints-00028504
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Item Type: Article
Type of entry: Secondary publication
Title: Towards intelligent illumination systems: from the basics of light science to its application
Language: English
Date: 16 January 2025
Place of Publication: Darmstadt
Year of primary publication: March 2023
Place of primary publication: Berlin ; Heidelberg
Publisher: Springer
Journal or Publication Title: Zeitschrift für Arbeitswissenschaft
Volume of the journal: 77
Issue Number: 1
DOI: 10.26083/tuprints-00028504
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Origin: Secondary publication DeepGreen
Abstract:

The development and design of lighting systems is closely linked to the physiology of the human visual system. Whereas with the first generation of light sources, the visual appearance of objects in an illuminated environment was only possible by adjusting the level of illuminance. In contrast, with modern semiconductor light-emitting diode (LED) systems, the emitted spectrum can be flexibly varied. This new degree of freedom has led to an interdisciplinary field of research, aiming to explore the effect of light on humans in terms of physiological, psychological and cognitive parameters and to model their mechanisms or make them quantifiable via mathematical metrics. Today’s quality assessment of light spectra is composed of metrics that combine colour perception, contrast sensitivity, visual sensation, non-visual responses and cognitive preference. A lighting system that takes these aspects into account is commonly referred to as an integrative lighting solution or Human Centric Lighting. This article describes the current knowledge about the human eye’s visual and non-visual processing system, the development of colour rendering metrics, and the light-induced effect on nocturnal melatonin suppression. Then, the basic concept of an intelligent and individually adaptable lighting system will be discussed.

Practical Relevance: This article deals with the basics of light science and covers the fundamental aspects of intelligent lighting systems, which with the help of multi-channel LED luminaires, could address the visual properties of light and the human circadian system separately via metameric spectra.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Die Entwicklung und Auslegung von lichttechnischen Systemen ist eng an die Physiologie des menschlichen Sehsystems gekoppelt. Während mit der ersten Generation von Lichtquellen, die visuelle Erscheinung von Objekten in einer beleuchteten Umgebung durch die Höhe der Beleuchtungsstärke beeinflusst wurde, kann mit modernen Halbleiter-LED Systemen ein Lichtspektrum flexibel angepasst werden. Dieser neue Freiheitsgrad hat zu einem interdisziplinären Forschungsfeld geführt, welches sich zum Ziel gesetzt hat, die Wirkung von Licht auf den Menschen hinsichtlich physiologischer, psychologischer und kognitiver Parameter zu erforschen und deren Wirkmechanismen zu modellieren oder mit Metriken quantifizierbar zu machen. Die heutige Qualitätsbewertung von Lichtspektren setzt sich aus Messgrößen zusammen, die Farbwahrnehmung, Kontrastempfindlichkeit, visuelle Empfindung, nicht-visuelle Modulation und kognitive Präferenz miteinander vereint. Ein lichttechnisches System, welches diese Aspekte berücksichtigt, wird gemeinhin als integrative Beleuchtungslösung oder Human Centric Lighting bezeichnet. Der vorliegende Beitrag beschreibt übersichtlich die modernen Kenntnisse des visuellen und nicht-visuellen Verarbeitungssystems, die Entwicklung der Farbwiedergabe und der Lichtwirkung auf die Melatonin-Suppression. Anschließend wird das Grundkonzept eines intelligenten und individuell anpassbaren Beleuchtungssystems diskutiert.

Praktische Relevanz: Der Beitrag behandelt die Grundlagen der Lichttechnik und geht anschließend auf das Grundkonzept von intelligenten Beleuchtungssystemen ein, welche mittels Mehrkanal LED-Leuchten zukünftig in der Lage sein werden, die visuellen Eigenschaften des Lichtes und das menschliche zirkadiane System durch metamere Spektren getrennt voneinander anzusprechen.

German
Uncontrolled Keywords: Integrative lighting technology, Human Centric Lighting, Visual performance, Non-image forming lighting effects.
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-285043
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 621.3 Electrical engineering, electronics
600 Technology, medicine, applied sciences > 650 Management
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Adaptive Lighting Systems and Visual Processing
Date Deposited: 16 Jan 2025 10:27
Last Modified: 16 Jan 2025 10:27
SWORD Depositor: Deep Green
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/28504
PPN:
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