[SuperFonarik.ru]

Вчера в чате пришли к выводу о необходимости постройки гониофотометра с сервоприводом для проекта Fonarevka.ru. Строительством займемся мы, т.к. имеем производственную базу для изготовления составных и запасных частей.
Прибор планируется максимально дешевым в изготовлении в домашних условиях, чтобы все желающие могли его повторить.

Что из себя представляет гониометр?
Это прибор с поворотной в двух плоскостях платформой, на которой жестко закреплен источник света (в нашем случае - фонарь). На фиксированном расстоянии от линзы фонаря закреплен люксметр.

С помощью поворота платформы люксметром снимаются уровни освещенности в каждой точке воображаемой сферы. Затем данные интегрируются и получается общее значение светового потока (люмен).

Кроме точного значения люмен, выдаваемых фонарем, прибор также позволит снимать очень полезные данные - график распределения света по углам.

В данный момент планируется использование:
1) Люксметра Актаком АТ-1502. Имеет небольшую погрешность (5%) и аналоговый выход 0-200мВ, напрямую подключаемый к интерфейсной плате.

2) Поворотного круглого стола диаметром 25-30см с зубчатым краем, подключенного к шаговому двигателю. Управление также с интерфейсной платы.
На небольшом расстоянии от центра стола крепится штатив-прищепка, в которой зажимается фонарь таким образом, чтобы вращение происходило вокруг стекла фонаря.

Конструктивные идеи и замечания по постройке собираются в этой теме.

[Tweaker]

Должен быть предусмотрен поворот фонаря вокруг своей оси, соответственно серии измерений проводить с поворотом фонаря вокруг своей оси на определенный угол относительно плоскости движения датчика люксометра, скажем 30 градусов.

[SuperFonarik.ru]

Первой версией станет аппарат с одной степенью свободы для снятия графиков распределения света по углу.

Его же планируется использовать как автоцентровщик фонарей для будущих фонаревок.

[Angel]

Народ а почему надо так заморачиваться,почему не тупо упереть фонарь аппертурой в датчик люксметра а потом просто перевести люксы в люмены?

[SuperFonarik.ru]

Ну такая конверсия в общем случае невозможна.

[Avlad]

 Сообщение от SuperFonarik.ru :

Ну такая конверсия в общем случае невозможна.

В общем случае - пожалуй нет. Но если ограничиться практическими применениями - то можно получить весьма хорошее приближение, лучше 5%. Основная проблема - нужен фотоэлемент, размеры рабочего поля которого заведомо больше размеров апертуры фонарика. В качестве такого элемента отлично подходит обыкновенная солнечная батарея, выход которой подключается к простейшей интефейсной плате. Чтобы определить поступающую световую мощность (то есть люмены) нужно будет одновременно измерять как выходной ток, так и выходное напряжение батареи. После калибровки от известных источников света думаю можно будет получить результирующую точность на уровне единиц процентов.

Такой бытовой измеритель люменов может быть весьма дешевым, а калиброванные солнечные батареи с простым USB интерфейсом к компьютеру может продавать тот же Суперфонарик.

[SuperFonarik.ru]

Навскидку тут получается точность никак не лучше, чем десятки процентов из-за нелинейности солнечной батареи, разности в спектрах разных источников тока, разной ширины засветки и в десятки раз отличающейся интенсивности разных фонарей.

Как минимум такое решение имеет право на жизнь после калибровки многих десятков фонарей на этой аппаратуре и одновременно в интегрирующей сфере.
Причем, с большой долей вероятности, каждый новый экземпляр потребует новой калибровки.

[Avlad]

 Сообщение от SuperFonarik.ru :

Навскидку тут получается точность никак не лучше, чем десятки процентов из-за нелинейности солнечной батареи, разности в спектрах разных источников тока, разной ширины засветки и в десятки раз отличающейся интенсивности разных фонарей.

Нелинейность солнечной батареи несущественна - не так важно, какую именно калибровочную кривую забить. Гораздо важнее разброс этой нелинейности от экземпляра к экземпляру, то есть повторяемость характеристики. И вот тут можно надеяться на единицы или доли процентов, особенно если батареи из одной партии.

А вот с разностью спектров разных источников тока дело обстоит гораздо хуже. Когда на CPF затеяли тестировать разные люксметры: http://www.candlepowerforum...
быстро выяснилось, что спектральная чувствительность большинства используемых в бытовых люксметрах фотоэлементов весьма сильно отличается и не очень похожа на кривую чувствительности человеческого глаза.
Спектральная чувствительность солнечных батарей тоже непохожа на кривую чувствительности глаза и добиться нужной характеристики можно только установкой перед батареей специального фильтра. И сделать такой фильтр одновременно достаточно точным и дешевым вряд ли возможно. Поэтому - не нужно его делать вообще
Можно подойти с другой стороны - количество используемых в фонариках источников света не так велико. Можно сделать небольшую базу данных, в которую заложить спектральные характеристики всех тестируемых ламп и светодиодов и спектральную характеристику используемой батареи, а потом фильтровать получаемые результаты по кривой чувствительности человеческого глаза - тогда получаемые результаты будут достаточно близкими к реальности.

Что касается ширины засветки - пока весь луч от фонарика попадает на фотоэлемент, погрешностями здесь можно пренебречь - потери составят доли процентов.

Что же касается динамического диапазона солнечных батарей - для практических надобностей его должно быть достаточно, загнать типовые батареи в насыщение даже очень мощным фонариком вряд ли реально.

Как минимум такое решение имеет право на жизнь после калибровки многих десятков фонарей на этой аппаратуре и одновременно в интегрирующей сфере.
Причем, с большой долей вероятности, каждый новый экземпляр потребует новой калибровки.

Зависит от желаемой точности. Если поставить задачу измерения выхода в люменах с точностью долей процента - то стоимость потребной аппаратуры будет измеряться 5-значными цифрами в USD. Если же ограничиться допустимой погрешностью в 10% - то вполне можно пробовать этого достичь в рамках описанного способа.

[andory]

 Сообщение от Avlad :

пока весь луч от фонарика попадает на фотоэлемент

Нужен большой и хитрый фотоэлемент, весь из себя сумматор. В солнечных батареях сначала обеспечивают равномерность потока, без этого они не работают. И характеристики при неравномерной засветке непредсказуемо нелинейные. Прикиньте сами- 2 параллельных фотоэлемента, 1 освещен, второй- слабее. Каким образом мощности будут суммироваться?
А вот использовать вместо люксметра маленький фотоэлемент ( результат все-равно будет в попугаях) вполне упростит задачу.

 Сообщение от SuperFonarik.ru :

Поворотного круглого стола диаметром 25-30см с зубчатым краем, подключенного к шаговому двигателю

Наверное, можно прикинуть, что выйдет. Получается, что позиционирование до секунд, а требуемое- около градуса. Соответственно, шестеренка может быть много меньше, и нужен только сектор. Нужен эскиз установки, диаметр катапульта, и сразу 2 плоскости, без привязки к приводам.

[Avlad]

 Сообщение от andory :

Нужен большой и хитрый фотоэлемент, весь из себя сумматор.

Хм. Зависит от батареи - размера ячейки и схемы их включения. OK, в этом месте действительно возможны проблемы.

А что, если в качестве фотоэлемента использовать фотоаппарат ?
Снимаем в RAW, потом конвертируем в YUV и обрабатываем яркостный канал - получаем и карту распределения света по углу, и общий световой поток, попавший во входную линзу фотоаппарата.
Если подобрать объектив с достаточно большой входной линзой, можно обеспечить, чтобы почти весь свет от фонарика попадал на эту линзу.

Можно еще упростить - светить на белую стену, но тогда нужно каким-то образом зафиксировать альбедо. Например, все светят с 1 метра на кусок ватмана.
Обязательное условие съемки - не допускать переэкспозиции.

Дальнейшая программная обработка представляется делом техники: накладываем фильтры и считаем.

[andory]

 Сообщение от Avlad :

Дальнейшая программная обработка представляется делом техники: накладываем фильтры и считаем.

А как обеспечить повторяемость и воспроизводимость измерений?

[Avlad]

 Сообщение от andory :

А как обеспечить повторяемость и воспроизводимость измерений?

Как обычно - снимаем при одинаковых установках выдержки и диафрагмы. Повторяемость будет в пределах единиц процентов.
Воспроизводимость с разными моделями фотоаппаратов легко будет достичь, если одновременно в кадре всегда снимать серую шкалу - 32-64 уровня от черного до белого. Такую серую шкалу несложно напечатать и рассылать всем желающим участвовать в эксперименте - потом программно по ней легко можно будет привязать уровни черного и белого. Эта шкала и будет универсальным эталоном.
Для калибровки цветопередачи рядом можно напечатать цветную шкалу.
Шкалы не должны быть большими - не более 1% от общего размера кадра, чтобы не вносить большую дополнительную погрешность.

[SuperFonarik.ru]

Распределение света по углу фотоаппаратом сделать можно. А вот посчитать общий поток или сравнить распределение света для двух фонарей не получится.

Похожим прибором пользуются в Led Museum
http://ledmuseum.candlepowe...

[Avlad]

 Сообщение от SuperFonarik.ru :

А вот посчитать общий поток или сравнить распределение света для двух фонарей не получится.

Почему ?
Чем именно световой поток от качающегося по двум осям фонарика отличается от светового потока фонарика, упертого во входную линзу широкоугольного объектива фотоаппарата ?

На мой взгляд, доля потерь светового потока во втором варианте несущественна. А посчитать его во втором варианте гораздо проще.

После этого делаем следующий шаг.
Чем именно световой поток от фонарика на расстоянии 1 мм от его апертуры отличается от светового потока на расстоянии 1 м ? Потерями на запыленность воздуха можно пренебречь.

Очевидно, здесь будут дополнительные потери от света, излучаемого фонариком, но не попадающего на экран. Исходя из диаграмм направленности тестируемых фонариков, речь может идти о долях процента - не очень существенно для данной задачи.

То есть предполагаем, что на экран попадает более 99% от излучаемого фонариком света.
После чего при помощи фотоаппарата можно измерить яркость отраженного света в каждой точке экрана с весьма хорошим пространственным разрешением, определяемым разрешением матрицы и оптики используемого фотоаппарата (гораздо лучше чем в случае с качающимся фонариком и одноточечным люксметром).

Естественно, измерение нужно проводить в темном помещении, в котором отсутствуют другие источники света, кроме измеряемого фонарика.

Что касается сравнения распределения света от разных фонариков - не вижу ни одной причины, по которой это нельзя было бы осуществить в данном варианте.

Надо всего лишь разделить две задачи - сравнение распределения света и сравнение светового потока. Для сравнения распределения света разных фонарей нужно проводить все съемки так, чтобы самая яркая точка кадра не была пересвечена - то есть подбирать нужные выдержку и диафрагму. А затем при обработке снимка устанавливать уровень белого по этой точке. Тогда все бимшоты будут выглядеть похоже и их легко и наглядно можно будет сравнить между собой - как просто на фотографиях, так и в виде кривых на графике.

А вот для сравнения светового потока от разных фонариков нужно будет при расчете учитывать установленные при съемке значения выдержки и диафрагмы и соответственно масштабировать полученные данные.

[SuperFonarik.ru]

 Сообщение от Avlad :

Почему ?
Чем именно световой поток от качающегося по двум осям фонарика отличается от светового потока фонарика, упертого во входную линзу широкоугольного объектива фотоаппарата ?

В лучшем случае АЦП матрицы выдаст 10-битный (1024 значения), в самом хорошем 12-битный результат. Это всего 4096 значений. Типовой люксметр имеет динамический диапазон 0-200 000 лк.

Плюс значение на матрице - это свет, размазанный через цветной RGB-фильтр в мозаику, полученный вместе с шумом с нелинейного сенсора, собранный процессором с этой мозаики, несколько раз прошедший цифровую обработку, а в случае JPEG еще и сжатие.
Плюс будет масса отражений и переотражений света внутри объектива, в том числе динамических из-за движения затвора, аберраций из-за зажатой диафрагмы.
Тут погрешность даже грубо посчитать сложно.

Что можно использовать - светить на белую стену и фотографировать свет на стене фотоаппаратом, чем и пользуются в LED Museum. Световой поток получить не получится, а простенький и с плохим разрешением график распределения света - вполне можно.

[Avlad]

 Сообщение от SuperFonarik.ru :

В лучшем случае АЦП матрицы выдаст 10-битный (1024 значения), в самом хорошем 12-битный результат. Это всего 4096 значений. Типовой люксметр имеет динамический диапазон 0-200 000 лк.

Забываете про выдержку... Динамический диапазон фотоаппарата с учетом изменения выдержки побольше чем у люксметра. Чтобы отвязаться от шумов матрицы, вполне достаточно будет использовать порядка 6-7 старших разрядов с АЦП на каждой выдержке.

Плюс значение на матрице - это свет, размазанный через цветной RGB-фильтр в мозаику, полученный вместе с шумом с нелинейного сенсора, собранный процессором с этой мозаики, несколько раз прошедший цифровую обработку, а в случае JPEG еще и сжатие.
Плюс будет масса отражений и переотражений света внутри объектива, в том числе динамических из-за движения затвора, аберраций из-за зажатой диафрагмы.

Все эти погрешности конечно же имеют место. Вот только их влияние не стоит переоценивать. Порядка 6-7 старших разрядов с АЦП для приличных зеркалок будут верными. Для простых компактов -3-5 разрядов. Иначе бы на фотографиях ничего не было бы видно

[SuperFonarik.ru]

Забываете про выдержку... Динамический диапазон фотоаппарата с учетом изменения выдержки побольше чем у люксметра. Чтобы отвязаться от шумов матрицы, вполне достаточно будет использовать порядка 6-7 старших разрядов с АЦП на каждой выдержке.

На одном снимке не получится. Можно, конечно, сделать 10-15 снимков с двукратно отличающейся между каждой парой снимков выдержкой, но тут уже будут играть роль другие факторы, например, просадка элементов питания между снимками.
Возможное мерцание света (при ШИМ) также сделает полосатость снимка при коротких выдержках.

Все эти погрешности конечно же имеют место. Вот только их влияние не стоит переоценивать. Порядка 6-7 старших разрядов с АЦП для приличных зеркалок будут верными. Для простых компактов -3-5 разрядов. Иначе бы на фотографиях ничего не было бы видно

Думаю, суммарная погрешность далеко превысит десятки процентов (по крайней мере применимость такого способа измерения и погрешность нужно строго доказать), повторяемость также нужно как минимум доказывать.

Фотографии одной и той же сцены даже при одинаковых настройках с разных фотоаппаратов отличаются колоссально. ИМХО, это тупиковый путь.

Лучше использовать для этих целей фотоэкспонометр.

[Hocum]

Сорри, а интегрирующую сферу в России можно где-нибудь найдти?
Наверняка в каком-нибудь НИИ можно свободно арендовать на пару часиков...

[Admin]

 Сообщение от Hocum :

Сорри, а интегрирующую сферу в России можно где-нибудь найдти?
Наверняка в каком-нибудь НИИ можно свободно арендовать на пару часиков...

Это выльется в огромные деньги

[Angel]

Непойму че вы тут мутите. Куча непонятной теории,каких-то цифр... Простой пользователь дома это точно не повторит.
Насколько я знаю такие замеры светоого потока производят без фокусирующей оптики,а в фонаре есть отражатель. Да и зачем вообще измерять эти фонарные люмены? Светодиодные люмены измерены уже производителем светодиода,на каждый диод есть документация,в ней все написанно. Написанно,какое количество люмен выдает светодиод и при каком питании. Надо всеголишь замерить ток через светодиод и напряжение на нем,и узнаем выдает или не выдает фонарь заявленное количество люмен.
Во вторых люмены нам вообще побоку,т.к. в первую очередь интересна освещенность объектов лучем фонаря на определенном расстоянии,пускай на техже ста метрах. Осещенность измеряется в люксах. А объектом этим может стать штатив с датчиком люксметра,установленный на этом расстоянии. Наводим луч на датчик,списываем показания измерений и дело в шляпе,и никаких заморочек с приборостроением. А этот прибор изготовить и тем более отстроить с такой погрешностью в домашних условиях,имея только паяльник\напильник\ноутбук с интернетом не сможет даже специалист. Че он на глаз калибровать будет ?