КОЛОРИМЕТР

Настоящая полезная модель относится к области оптического приборостроения и светотехнической промышленности и предназначена для измерения яркости различных объектов, а также нахождения координат цветности x, y, z в международной колориметрической системе МКО (Международной Комиссии по Освещению). Данная полезная модель может быть применена в области: безопасности дорожного движения, безопасности на речном и железнодорожном транспорте, внутреннего освещения промышленных объектов и офисов, на объектах жилищно-хозяйственного комплекса, медицины, архитектуре и т.д.
Известен спектроколориметр "ТКА-ВД", Госреестр СИ РФ №44179-10. Спектроколориметр "ТКА-ВД" предназначен для измерения координат цветности и коррелированной цветовой температуры источников света в международной колориметрической системе МКО 1931 г. и 1976 г. (Международной Комиссии по Освещению), освещенности, создаваемой нормально расположенными источниками, яркости самосветящихся и несамосветящихся поверхностей.
Спектроколориметр "ТКА-ВД" состоит из двух блоков: оптоэлектронного и блока аналого-цифрового преобразователя с индикаторным выводом. Оптоэлектронный блок представляет собой полихроматор. Входное оптическое излучение, формируемое объективом, разлагается в спектр на вогнутой дифракционной решетке и фокусируется на диодной линейке, с которой снимается сигнал для последующей обработки и вычисления измеряемых параметров в блоке аналого-цифрового преобразователя.
Прибор с линейным детектором с фиксированным положением дифракционной решетки не имеет движущихся частей, что позволяет одновременно регистрировать относительно широкую видимую область спектра с построением изображения.
Прибор Спектроколориметр «ТКА-ВД» имеет возможность отображения информации двумя способами:
1. вывод информации на встроенный жидкокристаллический экран;
2. вывод информации по интерфейсу RS-232 с использованием СОМ-порта компьютера или по интерфейсу USB (с приборами, поддерживающими данную функцию).
Недостатками данного технического решения являются невозможность точного наведения на фотометрируемый объект, использование в качестве светочувствительного элемента диодной линейки на основе кремниевых фотодиодов (чувствительность кремния значительно отличается от кривой относительной спектральной чувствительности глаза), использование в оптическом блоке сложной оптической схемы с применением дифракционной решетки, что требует тщательной юстировки прибора и повышает требования к хранению, переноске и эксплуатации данного прибора.
Прототипом заявляемой полезной модели является прибор LMK 98-4 color фирмы TECHNOTEAM, Германия, http://www.technoteam.de/products/lmk_luminance_measuring_camera/lmk_98_4_color/index_eng.html. Данный прототип представляет собой цифровую фотокамеру, в которой светочувствительным элементом является цветная матрица приборов с зарядовой связью (ПЗС), перед входом которой расположено устройство с набором пропускающих светофильтров и объектив. Использован узкоугольный объектив и диск с цветоразделительными светофильтрами (измерительный блок), а также цифровая передача данных (блок обработки информации).
Недостатками данного технического решения являются: невозможность автоматического управления полем зрения, отсутствие автоматического управления динамическим диапазоном по яркости, непригодность прибора для эксплуатации в натурных условиях, выражающаяся в несоблюдени герметичности и отсутствии термостатирования корпуса прибора, что снижает его функциональные возможности.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Ставится задача расширения функциональных возможностей прибора.
Технический результат - получение распределения яркости и цветности в пространстве, возможность автоматического управления полем зрения и динамическим диапазоном измерения яркости, обеспечение возможности эксплуатации в натурных условиях.
Этот технический результат достигается тем, что в колориметре, содержащем измерительный блок, включающий видеокамеру с объективом, диск со светофильтрами, связанные с цветной матрицей прибора с зарядовой связью (ПЗС), выход которого соединен с персональным компьютером (ПК) блока обработки информации через канал передачи данных, использован вариофокальный объектив и нейтральные светофильтры различной плотности, объектив и диск со светофильтрами снабжены шаговыми приводами, входы которых соединены с соответствующими выходами микроконтроллера, канал передачи данных от прибора с зарядовой связью соединен с персональным компьютером через устройство видеозахвата, измерительный блок герметизирован и термостатирован с помощью датчика температуры и терморегулятора.
В предлагаемом устройстве используются вместо узкоугольного (телескопического) вариофокальный объектив (с возможностью регулировки фокусного расстояния). В диск установлены не цветные, а нейтрально-серые светофильтры различной плотности, что позволяет работать в широком диапазоне значений яркостей. Преобразование аналогового видео-сигнала в цифровую форму производится не внутри камеры, а устройством захвата видеосигнала. Кроме того, предусмотрены термостабилизация и герметизация корпуса. Микроконтроллер обеспечивает управление приводами регулирования яркости и угла зрения. Размещение измерительного блока в герметичном термостабилизированном корпусе позволяет использование устройства в натурных условиях.
Блок-схема предлагаемого колориметра приведена на чертеже. Он содержит измерительный блок I и блок обработки информации II. Измерительный блок I включает: диск 1 со светофильтрами, видеокамеру с объективом 2, который связан с цветной матрицей ПЗС 3, выход которого соединен с ПК 4 через канал передачи данных Использован вариофокальный объектив 2 и нейтральные светофильтры разной плотности. Объектив 2 и диск 1 снабжены шаговыми приводами 5 и 6, входы которых соединены с выходами микроконтроллера 7. Канал передачи данных от матрицы ПЗС 3 соединен с ПК 4 через устройство видеозахвата 8. Измерительный блок I помещен в герметичный корпус, где установлен датчик температуры 9 с блоком ее регулирования.
Работает устройство следующим образом. Изображение через один из фильтров в диске 1 и вариофокальный объектив 2 попадает на светочувствительный элемент видеокамеры - ПЗС-матрицу 3, где оно автоматически разлагается на три цветовых канала красный (R), зеленый (G) и синий (В), после чего по видеоканалу через устройство видеозахвата 8 обрабатывается программным обеспечением (ПО) на ПК 4. ПО на экране ПК выводит изображение фотометрируемого объекта. Вариофокальный объектив 2 с помощью привода 5 можно точно навести на исследуемый объект и, очертив в ПО контуры объекта ломаной линией, поточечно, жестко ограничить область исследования яркости и цветности. Далее путем математических преобразований рассчитывается яркость и цветность исследуемого объекта. Требуемый динамический диапазон выбирается с помощью привода 6.
Предлагаемый прибор найдет широкое применение в светотехнических исследованиях.