计算机辅助照明光度分布的测量

　　在科研和生产实践中，为了验证理论分析结果，检验灯具质量或评价灯具的照明效果，需要测量特定受照表面(测试屏幕)上的光度值.测量可以分为两种情况:关键点测量和分布测量.前者只对受照表面上一些有代表意义的点进行测量，后者则是通过按一定的间距逐点扫描测量来得到在受照表面上的光能量分布情况.测量所使用的仪器主要有照度计、亮度计、分布式光度计等.测量中存在如下一些问题:首先，由于要逐点地进行测量，因此完成一次测量的时间较长，特别是对于分布测量的情况，当需要测量的灯具数量较多时，效率低下的问题十分突出;其次，需要一套复杂昂贵的机构，来完成定位与扫描的功能;再次，当扫描间距不够小时，会造成较大的采样误差.本文介绍一种新的测量系统，该系统采用CCD(charg卜couPleddevice)传感器摄取测试屏幕的图像，图像数据经过测量系统的软件处理后转化为光度值，从而在很短的时间内就可以获得整个测试屏幕上的光度分布情况.

　　1系统构成与工作原理

　　测量系统的构成如图1所示.

　　测试屏幕的图像由摄像机的光学系统成像于图像传感器(CCD)表面，并由CCD将光信号转换为电信号，然后，图像信息以视频信号的形式传送给与PC机接口的图像处理电路(图像捕捉卡).图像捕捉卡将接收到的模拟信号转化为数字信号，通过与相应软件的配合，可以将图像数据送至显示驱动电路，并显示在屏幕上，或者以磁盘文件的形式保存起来.图像文件的格式有很多种，当选择24位的BMP格式时，每一像素采用R(红)、G(绿)、B(蓝)三原色各8位(l字节)来表示.各像素的R、G和B值与测试屏幕上对应点处的光度值之间存在着一定的关系.当确定了这种对摩关系之后，便可以由图像文件中的图像数据求得测试屏幕表面的光度分布情况.

　　2像素三原色亮度值与照度值之间关系的理论分析

　　根据光度学的理论，像面照度可以用下式训渭：

　　式中:—光学系统的透过系数B—物平面上某点的亮度u‘—像方孔径角。‘一—像方视场角

　　由于刀=p￡/二，sinu‘=D/(2f‘)(其中，E为物面照度，p为反射系数，D/f’为相对孔径)，因此，当相对孔径保持不变时，对于轴上点，像面(CCD表面)照度E‘与物面(测试屏幕)照度E成比例，而对于轴外点，像面照度还要按cos‘叮衰减.显然，当以像面照度代替物面照度进行测量时，必须考虑这一因素的影响，在摄像机内部，已通过处理电路对此进行了补偿，为保证测量精度，还需要进一步的定标.

　　CCD传感器的光电特性可以用灵敏度及光谱响应来表示，灵敏度的定义如一「l2]: