1、生物光光谱技术

生物光是指对生物生长、发育、繁殖、行为、形态等产生作用的光辐射。

生物对光辐射的响应一定存在接收光辐射的受体，比如，植物的光受体是叶绿素，鱼的光受体是鱼眼内部的视觉细胞。

生物对光的响应波长范围是280-800nm之间，尤其是400-760nm波长范围是最主要的波长范围，波长范围的定义是由生物的光受体对光辐射的波长范围内光谱形态的行为响应确定的。

生物光与生物发光不同，是外界在一定波段范围施加给生物的有刺激响应的光辐射。

生物光光谱技术研究的是波长范围与光谱形态对生物光受体的刺激与响应的定量分析。

植物灯，集鱼灯，医用灯、美容灯、灭虫灯、养殖灯（包括水产养殖与动物养殖），都是基于光谱技术的研究范围，存在共同的基础研究方法。

光辐射采用3种物理量纲定义：

1）辐射度学，是所有电磁辐射的研究基础，可以做任何研究类型的基础度量。

2）光度学与色度学，应用于人类工作与生活的照明度量。

3）光量子学，是从微观上研究光量子对光受体的度量，是最精准的度量。

人造光源的物理量纲对比表：

可以看出，同一种光源可以采用不同的物理量纲表达，这取决于生物受体性质和研究目的。

太阳光是光谱技术研究的基础，人造光源是以效率和精准为前提的光谱技术研究内容；不同的生物采用哪种物理量纲去分析光辐射响应行为是研究与应用的基础。

1、集鱼灯需要解决的主要问题

光辐射参数的度量量纲问题：

照明灯的色温与显色性以及光谱形态都是基于光谱技术开展的，光通量、光强度、光照度这三个量纲是度量照明的光能，显色性是光谱成分引起的视觉分辨能力度量，色温是光谱形态引起的视觉舒适度的度量，这些指标实质是光谱形态分布产生的光指标敏感度分析。

这些指标是通过人眼视觉产生的，但不是鱼的视觉度量，比如，365nm的明视觉V（λ）数值接近于零，在一定的海水深度照度值Lx会为零，但鱼的视觉细胞对这个波长还是有响应的，把数值为零的参数去分析不科学，照度值为零并不意味着光辐射能量为零，而是由于度量单位产生的结果，当采用其他量纲时，此时的光辐射能量就能被体现出来。

用人眼的视觉函数计算出来的照明指标去判断集鱼灯性能，这个类似的问题在早期的植物灯也存在，现在植物灯采用光量子度量。

带有视觉功能的生物都存在两种感光细胞，柱状细胞和锥状细胞，鱼也是如此，两种视觉细胞的不同分布和不同数量，才决定鱼光响应的行为，进入鱼眼的光子能量大小决定正向趋光性与负向趋光性。

对于人的照明，光通量计算存在两种视觉函数，明视觉函数与暗视觉函数，暗视觉是由柱状视觉细胞引起的光响应，明视觉是由锥状视觉细胞和柱状视觉细胞共同引起的视觉光响应，暗视觉向光子能量高的方向偏移，明暗视觉的峰值只相差5nm的波长，但峰值的光效暗视觉是明视觉的2.44倍。

研究集鱼灯需要从鱼眼观察光辐射的影响，所以，照明度量指标不适用于集鱼灯，主要的原因是度量精度上无法满足，其次是照明指标无法体现光受体灵敏度的真实性。

集鱼灯的光谱技术在世界各国都没有规范与标准，一些国外研究机构对集鱼灯开展机理的研究涉及到了光子概念和暗视觉概念，但在集鱼灯光辐射度量却还是采用光度学标注，如采用光强，光通量，色温，照度去评估集鱼灯性能。

鱼对波长引起的趋光性是由光子能量决定的，如果光子能量进入鱼眼视网膜数量太多，正向趋光性立刻转为负向趋光性，因为人眼的晶状体可以调节去适应光辐射能量，鱼的晶状体没有弹性而不能调节，鱼的动作响应远快于人，本能反应是逃离。

我之前做过鱼的工业化养殖的养殖灯研究，是诱导鱼快速生长和水质消毒，我们采用的是光量子度量系统，工业化养殖在诱导鱼方面，我们的研究机理与集鱼灯相同。

集鱼灯分水上集鱼灯与水下集鱼灯，水上集鱼灯涉及到辐射范围和有效进入水下的光量，辐射范围涉及到几何光学范畴，几何光学需要解决水面的当量平面需要什么样的配光曲线，进入水下的光辐射涉及到光质与辐射的光能；水下集鱼灯涉及辐射体积与辐射距离，这两个方面都与海水的散射和浑浊度以及光源的光质、光量、配光等有关。

光在不同介质传播的速度是不一样的，但光子能量不会变化，这个原理会导致光辐射在海水里传播时，光子的波长发生变化，光辐射在海水传递通常是波长蓝移，集鱼灯的波长选用需要考虑这个因素，此外，海水的水质不同，不同波长的光辐射传播的距离影响很大，海水的浑浊度产生对光辐射的阻挡是吸收和反射问题，但不会影响波长变化。

不同波长的光辐射表述需要色坐标在CIE1931色度图界定光色，此外，波长大于570nm的光辐射很快被海水吸收转化为热，所以大于这个波长的光辐射在海水里传播距离有限，而紫外线、蓝光、绿光的辐射距离要远很多，在一定深度的海水里，白光色温越低，光辐射被吸收越大。

光辐射在海水辐射的距离要用到波的概念，波长大小是引起散射的主要原因，而对鱼的正向趋光性要用到光量子概念，当进入鱼眼的光量子数量达到一定值时，鱼才有视觉响应。

灯具配光问题

灯具配光是二次光学设计，用配光曲线表示，渔船在以重心为垂直轴的轴向上是不断做上下移动与摆动，金卤灯的朗柏型配光在光辐射进入水下的量值是有均匀度的优势，但是垂直方向会有25%的光射不到水面，LED集鱼灯可以采用光学模组解决这个问题，但是光学模组需要考虑光学透镜效率问题，否则会得不偿失。

驱动的频闪问题

频闪的时间间隔响应与鱼的种类有关，通常在0.012-0.07秒之间存在响应，但是，频闪影响光辐射能的输出量值，目前国内外研究较少，这方面的研究需要实验室进一步验证。

集鱼灯测量问题

大部分的测量都是能够满足精度与误差要求的，通常很少考虑测量是否准确的问题，但对于光辐射的测量，测量误差与精度必须通过评估，关于光谱测量误差问题可以参考之前的微信公众号文章，我们需要建立一个概念，那就是集鱼灯的基础参数测量误差如不经过评估，其参数值直接影响集鱼灯应用效果。

集鱼灯的几何光学与光谱参数测量是要求非常严格的，它涉及到集鱼灯的集鱼性能与节能指标是否有可评估性和相互对比性，没有专业测量技术的参与，集鱼灯的测量是不可靠和不准确的，尤其是水下光参数测量问题。

测量误差与精度是光谱技术里最有争议的问题，因为光学仪器都是标定系统，系统误差本身就存在，不同的仪器测量同一个光源，往往误差都比较大。

集鱼灯的测量是基础科学，通常要进行两部分测量：一是实验室测量，二是现场测量，实验室测量是理论依据，不可替代，现场测量是对实验室测量的验证，是评估依据，这两种测量都需要专业技术参与。

集鱼灯的测量问题又回到集鱼灯光谱参数评估这个基础问题，任何一种光源都需要物理计量单位来评估，照明灯采用光度学与色度学单位，植物灯采用光量子单位，集鱼灯也需要解决度量单位问题，光谱参数度量本身就是解决光受体对光辐射的敏感度问题，是什么参数量纲引起鱼对光辐射的高敏感度，这个敏感度决定正向趋光性与负向趋光性。

集鱼灯与捕捞效果问题

集鱼灯是灯光围捕的工具，这个捕捞工具目的是解决捕捞效率与降低油耗，集鱼灯制造企业首先要符合技术性的要求，保证有效的集鱼灯捕捞性能，做好集鱼灯质量指标与服务，不能把自己的责任迁移到捕捞渔艺中，集鱼灯是学科的跨界产品，性能是由不同专业来评估，集鱼灯的应用效果与捕鱼技术有很大关系，企业需要客观区分好自己的产品责任。

集鱼灯技术标准问题

技术标准是衡量产业发展水平的表现，是综合技术应用的规范，任何一种先进的产品都是基于先进的技术，而先进的技术基于先进的基础技术，技术标准就是这种先进性的表现，没有技术标准的产业和产品是具有相当大的盲目性，无法保证正确的发展方向。

LED集鱼灯并不属于照明范畴，采用照明思维去做集鱼灯往往是导致失败的因素，轻视技术和依靠感觉去做产品导致集鱼灯试错成本非常高，LED集鱼灯性能实验的工作目前存在着系统性问题，这也是集鱼灯的技术性不完备的表现，实质上都是集鱼灯没有对技术没有应用标准，缺少专业性的实验室评估规则。

从各国的技术研究来看，LED集鱼灯是必然的发展方向，我们翻译了具有代表性的4篇技术文章，目的是要引起企业与科研机构重视集鱼灯目前的技术规范问题。

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