CN114486183B - 一种灯具配光测试方法以及灯具配光测量*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种灯具配光测试方法及对应的灯具配光测量***,包括由样品台、具有中性漫反射特性的照准屏、具有阵列探测器的成像测量装置而组成的配光测量***,采用具有不同强度和颜色光输出的参考光源对所述配光测量***进行校准,参考光源在各个强度下的空间光强分布已知,则阵列探测器的各个像素在不同强度下的响应值被标定出来;使用经校准过的配光测量***测量被测灯具的空间光分布参数,有效解决现有技术中对参考光源的对准要求高、线性误差大且光谱失匹配误差大等导致的测量不准确问题。通过本发明的测量方法及其配光测量***可适用于不同灯具的配光测试,并确保测量结果的一致性和准确性,并且操作方便成本低。
Description
技术领域
本发明属于光学测量技术领域,特别涉及一种灯具配光测试方法以及对应的灯具配光测量***。
背景技术
灯具的空间光分布即配光性能依据其用途一般都有明确规定。例如作为汽车的照明工具,车灯应最大限度地照明车辆前方的道路和障碍物,并且最小限度地照射迎面而来的车辆驾驶员的眼睛,其配光性能的好坏对安全行驶起着重要的作用,相关标准中对车灯的空间光分布有严格要求。国内外相关标准中也对灯具的配光性能测量方法、装置及测试条件作出了相应规定。
目前,实验室测量灯具配光性能的方法主要是通过分布光度计实现的,在暗室条件下,被测灯具安装在分布光度计上,由光度探头在远距离下测量照度,并通过距离平方反比定律获得光强,即,其中,E和I分别为同一方向上的照度和发光强度,d为测量点与灯具的直线距离,在分布光度计中,被测灯具和光度探头相对旋转以改变光度探头接受光的角度,从而得到被测灯具的空间光强分布。这种测量精度比较高,但缺点是测量速度慢,而且对于被测灯具的尺寸不宜过大,否则不能安装到仪器当中。
为了实现快速测量,目前也有采用全屏摄像测试法,将被测灯具发出的光照射到照准屏上,采用具有面阵探测器的摄像装置对照射到配光屏上的图像进行空间采样,进而通过计算机将采用的图像数字化,根据测量时建立的数据关系库将空间采样的各像素点反推成各点的照度。该方法的测试速度加快,但由于阵列探测器的各光敏元件自身存在光电响应的不均匀性和非线性,摄像***各个环节本身也存在一定的畸变和噪声问题,需要对测试区域中的各点进行校准和标定。通常为了减小该快速测量方法的测量误差,会使用与被测灯具具有相同或相似光分布参考光源对测量***定标,该参考光源在分布光度计方法中获得精确的光强分布值。然而,对于一些光分布变化特别剧烈的被测灯具,例如车灯会在照准屏上形成非常明显的明暗截止线,在明暗截止线以下的部分特别亮,而在明暗截止线以上的部分要求照度足够小。使用同类型车灯作为参考光源去定标快速测量***时,若参考光源的对准稍有偏差,则会对测量结果产生很大影响。而且在该测量中摄像装置的线性普遍要比分布光度计中的光度探头差几个数量级,因此当评价被测灯具的敏感对比强烈时,很容易产生测量误差,一般暗区部分的测量误差会比亮度高至少一个数量级。此外,若要实现精确的光度测量,摄像装置中的探测器光谱响应度应于人眼光视效率函数相匹配,然而事实上,这一要求很难达到,当被测光源的光谱分布发生变化时,也会产生较大误差。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种灯具配光测试方法以及对应的灯具配光测量***,采用具有不同强度和颜色光输出的参考光源对配光测量***进行校准,有效解决现有技术中对参考光源的对准要求高、线性误差大且光谱失匹配误差大等导致的测量不准确问题。通过本发明的测量方法及其配光测量***可适用于不同灯具的配光测试,并确保测量结果的一致性和准确性,并且操作方便成本低。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
本发明提供一种灯具配光测试方法,包括由样品台、具有中性漫反射特性的照准屏、具有阵列探测器的成像测量装置所组成的配光测量***,被测灯具的光束照射到所述照准屏上,成像测量装置对准照准屏并且测量照准屏上的光斑信息;采用参考光源对所述配光测量***进行校准,具体过程如下:参考光源具有两种或以上不同强度的光输出,各种强度的光输出下,参考光源发出的光照射到照准屏上,成像测量装置对准测量参考光源在照准屏上形成的光斑,照准屏光斑中的各点与成像测量装置中阵列探测器像素相对应,参考光源在各个强度下的空间光强分布已知,则阵列探测器的各个像素在不同强度下的响应值被标定出来;经校准过的配光测量***测量被测灯具的空间光分布参数,得到的测量结果较为准确。采用具有中性漫反射特性的照准屏使得成像测量装置精确地测量光源的空间光分布而不受其他项干扰。采用具有不同强度的参考光源对所述配光测量***进行校准,可以对配光测量***进行有效标定,还能减小成像测量装置存在的线性误差,既能够准确得到亮区的标准数据,也能够得到暗区的标定数据。所述参考光源可以是有量值的标准光源,其在各个强度下的空间光强分布可以事先在分布光度计***中测量得到,或者所述参考光源是无量值的温度光源,其在各个强度下的空间光强分布可以通过在照准屏上安装光学探测器测量得到,所述参考光源发出的光照射到照准屏上,使用阵列光学探测器测量得到照准屏表面的照度或光谱辐照度,通过公式换算得到所述参考光源各个强度下的空间光强分布。
进一步的,所述参考光源还具有两种或以上不同颜色,使用所述参考光源在各个颜色和强度的光输出下对配光测量***进行校准。具体的,不同颜色包括不同的色温,例如3000K、4000K、5000K、6500K等,也包括不同的单色光,例如红光、蓝光、绿光、黄光等;在实际测量中,在实际测量时只需调用与被测灯具具有相同或相似光谱分布的校准数据,或者可以根据实际需要建立光谱矩阵进行校准。通过配光测量***在各个颜色和强度的光输出下的响应校准,能够解决成像测量装置的光谱失匹配误差问题。
进一步的,在上述技术方案中,根据已知参考光源的空间光强分布,参考光源出光口中心相对照准屏的空间位置以及照射角度,计算出参考光源在照准屏上产生的照度分布E(x,y),其中(x,y)是照准屏平面内各点的位置坐标;成像测量装置中各像素点(i,j)的校准系数k(i,j)为像素点的响应值M(i,j)与该像素所对应的照准屏平面位置点照度之比,即/>。常规的成像测量装置一般是测量亮度的。本发明方法通过将光强分布与照度分布两者建立联系,直接对于照度进行标定,而不需要经过亮度的换算,取消了中间过程,通过本方法校准后的配光测量***可以直接测量各种灯具的空间光分布参数。
进一步的,所述参考光源在照准屏上形成的亮区光斑覆盖成像测量装置的像素测量区域。亮区光斑是指参考光源发出的光照射到所述照准屏上产生的较亮的光斑区域,在该区域内的照度均匀性良好,不存在照度极地的情况。照准屏上形成的亮区光斑覆盖成像测量装置的像素测量区域,能够保证在被测视场区域内,面阵探测器上的每个像素都能接受到较为一致且足够的光刺激,从而能够较为准确地得到每个像素的校准。亮区光斑内足够均匀的光分布也进一步保证了对于参考光源对准的容差,也就是说即便参考光源的对准存在一定角度偏差,由于其在照准屏上产生的光斑足够均匀,对最后的校准误差也非常小。在某些情况下,由参考光源直接发出的光所形成的光斑不能一次性全部覆盖成像测量装置的测量视场区域,可以采用扫描拼接的方法,使得亮区光斑范围完全覆盖测量视场。
进一步的,使用光学探测器测量照准屏表面上两个或以上位置的照度或光谱辐照度,利用这些位置测得的照度或光谱辐照度值得到参考光源的空间光强分布,从而对成像测量装置进行校准;或者利用这些位置测得的照度或光谱辐照度值对成像测量装置的测量值进行修正,进一步保证配光测试结果的准确性。
进一步的,所述的参考光源内置在所述配光测量***中,参考光源与被测灯具的安装位置不相同,采用参考光源对所述配光测量***进行校准后,即可进行灯具的配光测试。
本发明还提供了一种灯具配光测量***,包括样品台、具有中性漫反射特性的照准屏、具有阵列探测器的成像测量装置和具有两种或以上光输出强度的参考光源,通过具有不同强度的参考光源校准所述成像测量装置,可以减小成像测量装置自身存在的线性误差,进而对整个配光测量***进行有效标定,以保证后续灯具测量的准确性。具体的,将参考光源的出光口对准照准屏,调节所述参考光源的光输出,参考光源发出各种强度的光照射到照准屏上,在照准屏上形成光斑;成像测量装置对准照准屏上形成的光斑,光斑中的各点与成像测量装置中阵列探测器像素相对应,已知参考光源在各个强度下的空间光强分布,则可以标定阵列探测器的各个像素在不同强度下的响应值,进而完成配光测量***的校准;然后将被测灯具设置在样品台上,被测灯具的光束照射到所述照准屏上,所述成像测量装置对准并测量照准屏,测量被测灯具的空间光分布参数。所述的参考光源可以固定设置在样品台的下方或者样品台的上方靠近成像测量装置的位置。上述技术方案将光强分布与照度分布联系起来,直接对照度进行标定,通过校准过的配光测量***可以直接测量各种灯具的光分布参数,而不需要经过亮度的换算,简化了测量过程并且能够确保测量结果的准确性和一致性。
进一步的,在照准屏表面附近安装一个或以上可移动或可拆卸的光学探测器,光学探测器的受光面平行于照准屏,可以使用光学探测器测量得到照准屏表面的照度或光谱辐照度,通过公式换算得到所述参考光源各个强度下的空间光强分布,也可以通过光学探测器测得的照度或光谱辐照度值去修正配光测量***的测量值,进一步保证配光测试结果的准确性。
进一步的,所述的光学探测器是具有余弦响应修正的照度探头或者光谱辐照度计,根据余弦关系计算定标数据,进一步确保配光测试结果的准确性。
进一步的,所述参考光源由两种或以上颜色的LED或OLED组成。
本发明的有益效果:本发明提供一种灯具配光测试方法以及对应的配光测量***,采用不同强度和颜色的参考光源对配光测量***进行校准,进而适用于不同灯具的配光测试,操作方便成本低,同时能够保证测量结果的一致性和准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种灯具配光测试方法示意图;
图2为本发明实施例的一种灯具配光测量***的结构示意图;
图3为本发明实施例的一种灯具配光测量***的结构示意图;
图中:1、样品台,2、照准屏,3、成像测量装置,4、参考光源,5、被测灯具,6、光学探测器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作了说明,但本领域技术人员应当理解,以下实施例仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域技术人员应当理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以下实施例进行修改。本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。
本发明公开了一种灯具配光测试方法,包括由样品台(1)、具有中性漫反射特性的照准屏(2)、具有阵列探测器的成像测量装置(3)所组成的配光测量***,如图1所示。准备好测试环境,依次放置样品台(1)、照准屏(2)、成像测量装置(3)以及参考光源(4),先采用参考光源(4)对所述配光测量***进行校准,再使用校准后的配光测量***测量被测灯具(5)的配光分布。具体过程如下:所述参考光源(4)具有两种或以上不同强度和颜色的光输出,各种强度和颜色的光输出下,参考光源(4)发出的光照射到照准屏(2)上,成像测量装置(3)对准测量参考光源(4)在照准屏(2)上形成的光斑,照准屏(2)光斑中的各点与成像测量装置(3)中阵列探测器像素相对应,参考光源(4)在各个强度和颜色下的空间光强分布已知,根据参考光源(4)出光口中心相对照准屏(2)的空间位置以及照射角度,计算出参考光源(4)在照准屏(2)上产生的照度分布E(x,y),其中(x,y)是照准屏(2)平面内各点的位置坐标;成像测量装置(3)中各像素点(i,j)的校准系数k(i,j)为像素点的响应值M(i,j)与该像素所对应的照准屏(2)平面位置点 照度之比,即 /> ,则阵列探测器的各个像素在不同强度和颜色下的响应值被标定出来。再使用经校准过的配光测量***测量得到被测灯具(5)的空间光分布参数,被测灯具(5)的光束照射到所述照准屏(2)上,成像测量装置(3)对准照准屏(2)并且测量照准屏(2)上的光斑信息。
优选的,所述参考光源(4)在照准屏(2)上形成的光斑区域覆盖成像测量装置(3)的像素测量区域。
优选的,使用光学探测器(6)测量照准屏(2)表面上两个或以上位置的照度或光谱辐照度,并利用这些位置测得的照度或光谱辐照度值对于成像测量装置(3)的测量值进行修正,进一步保证配光测试结果的准确性。
优选的,所述的参考光源(4)内置在所述配光测量***中,参考光源(4)与被测灯具(5)的安装位置不相同,采用参考光源(4)对所述配光测量***进行校准后,即可进行灯具的配光测试。
本发明公开了一种灯具配光测量***,如图2所示,包括样品台(1)、具有中性漫反射特性的照准屏(2)、具有阵列探测器的成像测量装置(3)和具有两种或以上光输出强度的参考光源(4);参考光源(4)的出光口对准照准屏(2),被测灯具(5)设置在样品台(1)上,被测灯具(5)的光束照射到所述照准屏(2)上,所述成像测量装置(3)对准并测量照准屏(2);所述的参考光源(4)固定设置在样品台(1)的上方。在照准屏(2)表面附近安装有4个可拆卸的光学探测器(6),光学探测器(6)的受光面平行于照准屏(2),通过光学探测器(6)测得的照度或光谱辐照度值去修正配光测量***的测量值。
优选的,所述的光学探测器(6)是具有余弦响应修正的照度探头或者光谱辐照度计,根据余弦关系计算定标数据,进一步确保配光测试结果的准确性。
优选的,所述参考光源(4)由两种或以上颜色的LED或OLED组成。
本发明还公开了另一种灯具配光测量***,通过上述技术方案中的灯具配光测试方法,测试环境为暗室,使用参考光源对配光测量***定标后,进行整车车灯的配光测量。如图3所示,车辆停放在样品台(1)上,车辆的被测灯具(5)对准照准屏(2),被测灯具(5)的光束照射到所述照准屏(2)上;具有阵列探测器的成像测量装置(3)设置在房顶,对准并测量照准屏(2);在照准屏(2)表面附近安装有4个可拆卸的光学探测器(6),光学探测器(6)的受光面平行于照准屏(2),通过光学探测器(6)测得的照度或光谱辐照度值去修正配光测量***的测量值。
Claims (9)
1.一种灯具配光测试方法,其特征在于,包括由样品台、具有中性漫反射特性的照准屏、具有阵列探测器的成像测量装置而组成的配光测量***,被测灯具的光束照射到所述照准屏上,成像测量装置对准照准屏并且测量照准屏上的光斑信息;采用参考光源对所述配光测量***进行校准,具体过程如下:参考光源具有两种或以上不同强度的光输出,并且具有两种或以上不同颜色;各种强度和颜色的光输出下,参考光源发出的光照射到照准屏上,成像测量装置对准测量参考光源在照准屏上形成的光斑,照准屏光斑中的各点与成像测量装置中阵列探测器像素相对应,参考光源在各个强度和颜色下的空间光强分布已知,则阵列探测器的各个像素在不同强度和颜色下的响应值被标定出来;经校准过的配光测量***测量得到被测灯具的空间光分布参数。
2.根据权利要求1所述的一种灯具配光测试方法,其特征在于,根据参考光源的空间光强分布,参考光源出光口中心相对照准屏的空间位置以及照射角度,计算出参考光源在照准屏上产生的照度分布E(x,y),其中(x,y)是照准屏平面内各点的位置坐标;成像测量装置中各像素点(i,j)的校准系数k(i,j)为像素点的响应值M(i,j)与该像素所对应的照准屏平面位置点(xi,yj)照度之比,即k(i,j)=M(i,j)/E(xi,yj)。
3.根据权利要求1所述的一种灯具配光测试方法,其特征在于,使用光学探测器测量照准屏表面上两个或以上位置的照度或光谱辐照度;利用这些位置测得的照度或光谱辐照度值得到参考光源的空间光强分布,从而对成像测量装置进行校准;或者利用这些位置测得的照度或光谱辐照度值对成像测量装置的测量值进行修正。
4.根据权利要求1所述的一种灯具配光测试方法,其特征在于,所述参考光源在照准屏上形成的亮区光斑覆盖成像测量装置的像素测量区域。
5.根据权利要求1所述的一种灯具配光测试方法,其特征在于,所述的参考光源内置在所述配光测量***中,参考光源与被测灯具的安装位置不相同。
6.基于权利要求1-5任一项权利要求所述的灯具配光测试方法的灯具配光测量***,其特征在于包括样品台、具有中性漫反射特性的照准屏、具有阵列探测器的成像测量装置和具有两种或以上光输出强度的参考光源;参考光源的出光口对准照准屏,被测灯具设置在样品台上,被测灯具的光束照射到所述照准屏上,所述成像测量装置对准并测量照准屏;所述的参考光源固定设置在样品台的下方或者样品台的上方靠近成像测量装置的位置。
7.根据权利要求6所述的一种灯具配光测量***,其特征在于,在照准屏表面附近安装一个或以上可移动或可拆卸的光学探测器,光学探测器的受光面平行于照准屏。
8.根据权利要求7所述的一种灯具配光测量***,其特征在于,所述的光学探测器是具有余弦响应修正的照度探头或者光谱辐照度计。
9.根据权利要求6所述的一种灯具配光测试***,其特征在于,所述参考光源由两种或以上颜色的LED或OLED组成。
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