логотип МКО

Стратегия МКО в области метрологических исследований передовых фотометрических и радиометрических приборов

№ 2(58)’2019
PDF версия
Фотометрические приборы — это устройства, измеряющие оптическое излучение и обладающие определенной спектральной чувствительностью. Чаще всего измерители освещенности и яркости используются для измерения распределения освещенности и яркости на освещаемых объектах. Это относительно простые устройства, чьи характеристики определяются входной оптикой в соответствии с поставленной задачей и фильтром, обеспечивающим соответствие кривой чувствительности прибора спектральной световой эффективности человеческого глаза (обычно V (l) для фотопического зрения). В испытательных лабораториях интегрирующие сферы используются для измерения общего светового потока источника света, а гониофотометры применяются для измерения распределения силы света, полного светового потока и частного светового потока. Эти устройства хорошо известны, и несколько технических отчетов МКО содержат рекомендации по использованию метрологических характеристик и калибровке [1–4]. Благодаря техническому прогрессу на рынке появились новые типы фотометрических и радиометрических измерительных приборов, предназначенных для эксплуатации во многих областях. Кроме того, в настоящее время в ответ на новые публикации МКО и появление на рынке новых технологий освещения разрабатываются новые виды приборов.

Примеры приборов новых типов

Приборы для яркостной изображающей фотометрии

Аналогично использованию цифровой камеры для фотосъемки изображающие яркомеры (Imaging luminance Measurement Devices — ILMD) объединяют в своем составе матричный детектор (как правило, ПЗС- или КМОП-матрицу) и специально разработанный фильтр, корректирующий спектральную чувствительность прибора, благодаря этому измерение происходит за один шаг. Такие яркомеры применяются для оценки сложных объектов за короткое время и с высоким разрешением, что недостижимо при употреблении традиционных яркомеров, измеряющих яркость в заданной круговой апертуре. По этой причине ILMD становятся очень популярными при решении различных задач, например при оценке распределения яркости в помещениях, оценке уличного и туннельного освещения и измерениях параметров источников света.

Гиперспектральные устройства

Эти устройства позволяют одновременно выполнять измерение спектральных и пространственных распределений, то есть каждый пиксель изображения содержит спектральную информацию. Такие устройства пригодны для идентификации материалов (например, в минералогии), для контроля этапов развития растительности, выявления аномалий кожи и даже в системах безопасности.

Гониофотометры ближнего поля с изображающими яркомерами

Объединение ILMD с гониофотометром позволяет измерять пространственное и угловое распределение яркости источников света в ближнем поле. Собранные данные можно использовать для совершенствования характеристик светильников с помощью численного моделирования (трассировки лучей), а пользователи могут оценивать распределение яркости в виртуальных плоскостях на любом расстоянии от источника. Кроме того, данные дальнего поля (то есть распределения силы света) теперь можно получать с помощью довольно компактных измерительных устройств.

Измерительные приборы для количественного исследования фотохимических и фотобиологических эффектов

Хорошо известно, что светочувствительные ганглионарные клетки сетчатки человека (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells — ipRGC) оказывают влияние на различные невизуальные эффекты, включая синхронизацию суточных ритмов, управление зрачком и сознательное зрительное восприятие. Недавно объединенный технический комитет МКО JTC 9 определил метрики, в частности несколько спектров биологической эффективности (воздействия), необходимых для количественной оценки таких эффектов. Вскоре появятся новые измерительные приборы, которые будут выполнять измерения в соответствии с новыми метриками и спектральными кривыми. Для этих приборов необходимо определить метрологические характеристики и методы калибровки.

Высокоскоростные измерительные системы для количественной оценки быстроменяющихся (импульсных, модулированных, пульсирующих) оптических сигналов

Известно, что модуляции света во времени (temporal light modulations — TLM) влияют на визуальное восприятие и самочувствие человека. Техническая записка МКО TN 006 [5], размещенная в свободном доступе, дает новые определения для эффектов восприятия, которые возникают вследствие модуляции света. Измерения обычно выполняются с помощью высокоскоростных систем сбора данных. На рынке можно найти несколько типов измерительных приборов (в том числе «пульсметров»), но в настоящее время нет общепринятого подхода к метрологическому обеспечению таких приборов, что приводит к невозможности сравнения результатов измерений между различными инструментами и различными лабораториями.

Гибридные измерительные приборы, использующие спектрорадиометры и широкополосные средства измерений

Одной из проблем для производителей и пользователей фотометрических приборов является расхождение между спектральной чувствительностью прибора и кривой спектральной световой эффективности. Невозможность идеально воспроизвести кривую видности глаза приводит к ошибкам измерения. Это особенно заметно при измерении источников света с узким спектром, таких как цветные светодиоды. Некоторые устройства, доступные в настоящее время на рынке, используют встроенный спектрорадиометр, предназначенный для коррекции спектрального рассогласования фотометра в режиме реального времени. Кроме того, в процессе измерения также можно получить колориметрические данные, то есть координаты цветности, коррелированную цветовую температуру, цветопередачу и индексы точности цветопередачи (colour fidelity indices).

Деятельность МКО

Созданы новые технические комитеты МКО, которые в настоящее время работают над техническими отчетами для предоставления рекомендаций по метрологическим характеристикам и методам калибровки некоторых из этих устройств. Ожидается, что в ближайшем будущем появятся и другие новые технические комитеты. Однако в большинстве случаев по-прежнему необходимо проведение дополнительных исследований, а период времени, отпущенный для завершения технического отчета или стандарта, часто слишком мал. Несмотря на это, необходимо уже сейчас определить критерии качества и процедуры калибровки для таких устройств, как гониофотометры ближнего поля и высокоскоростные измерительные системы, предназначенные для количественного определения быстро изменяющихся (импульсных, модулированных, пульсирующих) оптических сигналов, поскольку такие устройства все шире применяются на практике. Поэтому МКО призывает новых членов не только участвовать в технических комитетах, но и предлагать техническим комитетам практические исследования по открытым темам. Наличие нескольких исследовательских групп, работающих параллельно, способно помочь техническому комитету более эффективно выполнять свою работу.

Ключевыми вопросами для исследований являются:

  • Какие показатели качества необходимы для характеризации современных фотометрических и радиометрических устройств? Как эти показатели соотносятся с неопределенностью измерений, встречающейся в типичных ситуациях фотометрических измерений?
  • Как описать математические модели и уравнения, характеризующие процедуру измерения?
  • Каким будет типичный бюджет неопределенности для измерений на конкретных типах оборудования и для измерения различных типов источников света?
  • Как калибровать эти новые типы устройств? Какие инструменты являются наилучшими средствами передачи фотометрических и радиометрических единиц измерений новым приборам?

Дополнительная мотивация для этих исследований заключается в том, что новые аспекты, такие как «умное» освещение (например, адаптивное освещение и освещение с использованием датчиков) и реализация других исследовательских тем в списке приоритетов Стратегии исследований МКО, подразумевают, с одной стороны, необходимость полностью охарактеризовать ситуацию с освещением, включая дневной и искусственный свет от разных источников, а с другой — тщательно описать источники света с точки зрения спектральных и пространственных характеристик.

Почти во всей физической метрологии прослеживаемость результатов измерений соотносится с Международной системой единиц (СИ) и является обязательной. Новые знания необходимы для обобщения измерений, выполняемых на основе как источников, так и приемников при различных условиях окружающей среды. Для решения этих задач необходимы новые устройства и измерительные системы, такие как описанные выше. Результаты этих исследований повысят качество фотометрических и радиометрических измерений в целом и, следовательно, повысят доверие к осветительным приборам. Наличие надежных и прослеживаемых измерений также является необходимым условием для разработки и проверки интеллектуальных систем на основе датчиков, используемых при создании «умного» и адаптивного освещения.

Основные вопросы и темы, описанные выше, определены в стратегии исследований МКО, доступной на веб-сайте МКО (http://www.cie.co.at/research-strategy). Эти направления стратегии исследований МКО управляются Подразделением 2. Работа подразделения посвящена физическим измерениям света и излучения, которые включают в себя изучение методов оценки ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения, а также определение оптических свойств и характеристик физических детекторов и других устройств, необходимых для их оценки

Литература
  1. CIE 070:1987 The Measurement of Absolute Luminous Intensity Distributions.
  2. CIE 084:1989 Measurement of Luminous Flux.
  3. CIE 121:1996 The Photometry and Goniophotometry of Luminaires.
  4. CIE 210:2014 Photometry Using V(l)-Corrected Detectors as Reference and Transfer Standards.
  5. CIE TN 006:2016 Visual Aspects of Time-Modulated Lighting Systems — Definitions and Measurement Models.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.