CN115867781B - 测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置，该装置包括用于接收用于测试的灯的灯测试位置和位于相对于灯测试位置的固定光接收位置并位于固定光发射位置，用于以相对于光接收位置的预定角度反射来自灯的光束。测量屏幕定位在相对于镜的位置，以接收从镜以预定角度反射的抛物面凝聚光图像，并且光检测器定位以捕获从测量屏幕反射的光图像。光检测器配置为将测量屏幕上的反射光图像转换为数字信号并输出数字信号。根据算法校准用于测量发光强度的计算机处理数字信号。

Description

测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请主张于2020年8月25日提交的美国临时专利申请序列号63/069,872的优先权和利益，并主张于2021年2月9日提交的美国实用新型专利申请序列号17/171,458的优先权，其标题为“APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING FAR-FIELD LUMINOUS INTENSIYAND COLOR CHARACTERISTICS OF LIGHT SOURCES”，其全文并入本文。

技术领域

本申请涉及使用镜、屏幕、光度计、分光辐射计和/或科学照相机的组合来测量光源的远场发光强度和颜色特性的光测量装置和方法。与传统方法相比，该装置和方法的特征在于具有大大缩短的物理测量距离。此外，该装置和方法具有高分辨率、高精度和快速的测量速度，这是当今可用装置所不具备的。

背景技术

发光强度的测量(以坎德拉(candela)为单位测量特定方向上光源的强度)要求被测光/灯充当“点光源”，且测量距离必须足够大，以遵循“距离平方定律”。粗略定义的“距离平方定律”指出，随着从光源到检测器的测量距离的增加，在检测器处测量的照度(单位为“勒克斯(lux)”)将以距离的平方减少。基本公式为“照度＝发光强度/距离²”。为了使公式起作用，光源应接近“点光源”，如小灯泡或灯丝，且距离应至少为光源直径的10倍。

在汽车和航空航天照明中，存在着优先于样式、外观和外观考虑的关键安全问题。关于各种技术因素，需要满足政府法规和行业标准。各种灯的方向、颜色和强度必须符合与照明和/或信号/标记相关的标准。例如，车辆前照灯将光投射到路面以及车辆前方，以使驾驶员能够看到障碍物和行人。停车灯、尾灯和轮廓灯允许其他车辆确定道路上其他车辆的尺寸、位置和一般行驶方向。制动灯和信号灯向其他驾驶员发出车辆计划改变方向或速度的信号。

类似地，飞机导航和指示灯也称为防撞灯、信标灯或闪光灯，允许飞行员判断其他飞机在空中和地面的飞行距离和方向。着陆灯允许飞行员看到前方的跑道、滑行道和障碍物，同时为停机坪工作人员、空中交通管制员和其他人员提供飞机的前视照明。机场地面照明通过给出跑道和滑行道的大小、形状和位置的指示，以及在滑行和起飞期间在地面上安全操纵飞机的指导，用于引导飞行员安全着陆。

所有这些类型的灯传统上都在“测角光度计”上进行测试，测角光度计是一种手动或自动定位装置，用于将被测灯固定并移动到不同的角度方向，并与一种称为“光度计”的装置相结合，该装置测量这些不同角度方向上的光的发光强度。“测角光度计”是测角仪的变体，测角仪是一种测量角度或允许物体旋转到精确角度位置的仪器。此外，色度计和光谱辐射计可添加到系统中，以准确测量被测灯的颜色特性。为了满足基本信号灯和其他小型灯的距离平方定律，根据现有技术惯例，直径约为12英寸的装置的最小测试距离约为该值的10倍，或10英尺。

对于产生光束模式的灯，如车辆前照灯或飞机着陆灯，最小测试距离可能不仅取决于距离平方定律，还取决于确保测量距离灯的距离至少为其模式“组合”或“聚焦”所需的距离。在美国，前照灯测试要求规定，最小测试距离应为60英尺。例如，在世界大部分地区，根据联合国欧洲经济委员会(UN-ECE)制定的法规，前照灯的唯一允许测试距离为25米(82英尺)。大多数灯制造商需要按照客户要求规定的频率对其生产的灯进行测试，每次测试的时间至少为10-60分钟。正确使用测角光度计所需的测光实验室可能非常大，从10英尺到15英尺宽不等，如果测试回复反射器，大多数实验室至少为60英尺，甚至高达100英尺长。

因此，需要一种比目前更紧凑、功能更快、技术先进的远场光度计(“FFP”)。

发明内容

因此，本申请中公开的新型FFP测量的发光强度和颜色特性与全测角光度计系统相同，但在极度凝聚的物理足迹内。FFP使用一个或多个精密镜(抛物面、球面或平面)将光源的出射光线聚焦到漫反射屏幕上。然后使用已校准用于测量发光强度的照相机(CCD、CMOS或其他)捕获新形成的图像。由于凸面镜/凹面镜遵循与传统玻璃透镜相同的原理，因此可以制造镜的尺寸和形状，以聚焦光源图案的图像，就像它在空间中处于特定距离一样。镜的曲率/形状决定了镜“透镜”的焦距。从镜到测量屏幕表面的距离决定了被测量灯图案的“投影距离”。

根据应用，这种新型FFP系统可配置为测量不同用途和应用的灯。最简单的FFP系统在系统输入端放置灯，对准镜并返回该灯的测量图案。灯角度输出测量的视野由灯到镜的距离、镜本身的尺寸和测量屏幕的尺寸决定。

为了增加测量的角度视野，可以添加测角仪、测角光度计的定位装置，甚至是简单的转台，以固定和移动被测灯。测量屏幕上的图像与第一次应用中固定灯的图像相同。然而，通过在旋转、垂直倾斜或两者中以精确的角度移动灯，可以捕获灯的不同位置的多个图像并将其“缝合”在一起，以创建更大的灯输出图案视野。尽管测角光度计系统执行一种类型的功能，但测试距离要大得多，大多数测量应用中使用的单个光度计就像照相机的单个“像素”，需要进行数千或数百万次测量，以模拟即使是低分辨率照相机在一次曝光中也能拍摄到的内容。

在第三种应用中——对准汽车前照灯以及生产线上的其他类型的灯，目前使用相对较小的菲涅耳透镜(Fresnel lens)执行对准过程，以将灯图案的图像凝聚到小测量屏幕上。然后，使用科学照相机对屏幕成像，并使用图像确定必要的对准参数，以使驾驶员能够正确看到。如果图像显示灯未正确对准，则可以在屏幕上显示操作员，或使用某种类型的视觉或听觉信号，根据捕获的图像，以何种方式对准灯，或者计算机操作的螺丝刀可以自动调整灯。目前使用的系统存在局限性。首先，与玻璃透镜相比，菲涅耳透镜具有非常差的“分辨率”，并且足够大以捕获前照灯输出的玻璃透镜成本过高。此外，旧前照灯被视为“点光源”，因为它们通常使用小型灯丝灯泡制造。但采用LED和其他技术的现代前照灯有时非常大，在某些情况下宽度可达15英寸或更大。行业中现有的对准装置太小，无法接受这些大型灯的输出，并且由于测量物理不接受灯的全角度输出，因此存在较大的误差。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置，其包括用于接收用于测试的灯的灯测试位置。抛物面镜位于相对于灯测试位置的固定光接收位置，并且位于固定光发射位置，用于以相对于光接收位置的预定角度反射抛物面凝聚光束。屏幕被定位以接收抛物面镜以预定角度反射的抛物面凝聚光图像。照相机定位为从屏幕捕获反射光图像，将反射光图像转换为数字信号并输出数字信号。提供一台计算机，用于接收来自照相机的与反射光图像相对应的信号，并根据计算机中编程的算法校准以测量发光强度。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置，该装置包括用于接收用于测试的灯的灯测试位置和位于相对于灯测试位置的固定光接收位置并位于固定光发射位置用于反射光的镜以相对于光接收位置的预定角度从灯发出的光束。测量屏幕定位在相对于镜的位置，以接收从镜以预定角度反射的抛物面凝聚光图像，并且光检测器定位以捕获从测量屏幕反射的光图像。光检测器配置为将测量屏幕上的反射光图像转换为数字信号并输出数字信号。计算机配置用于接收和处理与反射光图像相对应的数字信号，并根据计算机中编程的算法校准以测量发光强度。

根据本发明的另一方面，当适合应用时，镜/屏幕/照相机系统适于相对于固定灯、车辆等移动。例如，当车辆停在生产线上时，必须测量向上投射到街道标志/树木上的光线。

根据本发明的另一方面，提供一种测角仪，用于接收从照相机输出的数字信号。

根据本发明的另一方面，灯测试位置包括位于靠近镜的框架上的灯支架。

根据本发明的另一方面，灯测试位置包括物理上与镜和测量屏幕分离的位置。

根据本发明的另一方面，镜具有抛物面反射面，该抛物面反射面位于固定的光发射位置，用于以相对于光接收位置的预定角度将抛物面凝聚光束从灯反射到测量屏幕。

根据本发明的另一方面，灯测试位置包括位于靠近镜位置的车辆，用于将光投射到镜上。

根据本发明的另一方面，镜相对于测量屏幕以倾斜角度定位。

根据本发明的另一方面，镜相对于由光束传输到镜的角度限定的水平面以66度角定位。

根据本发明的另一方面，测量屏幕位于相对于镜的垂直方向上。

根据本发明的另一方面，测量屏幕相对于镜以倾斜角度定位。

根据本发明的另一方面，镜和测量屏幕各自相对于由光束传输到镜的角度限定的水平面以倾斜角度定位。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置，包括用于接收用于测试的灯的灯测试位置和具有抛物线反射面的镜，抛物线反射面位于相对于灯测试位置的固定光接收位置并位于固定光中发射位置，用于以相对于光接收位置的预定角度反射来自灯的光束。第一测量屏幕位于接收以预定角度从镜反射的抛物面凝聚光图像的位置，第二测量屏幕位于接收由第一测量屏幕接收的光图像的位置。照相机定位为捕捉从第二测量屏幕反射的光图像，并且配置为将第二测量屏幕上的反射光图像转换为数字信号并输出数字信号。计算机配置用于接收和处理与反射光图像相对应的数字信号，并根据计算机中编程的算法校准以测量发光强度。

根据本发明的另一方面，第一测量屏幕相对于由光束传输到镜的角度限定的水平面以倾斜角度定位。

根据本发明的另一方面，第一测量屏幕位于相对于由光束传输至镜的角度限定的水平面的垂直方向上，第二测量屏幕位于相对于由光束传输至镜的角度限定的水平面的垂直方向上和平行于第一测量屏幕的方向。

根据本发明的另一方面，提供了一种测量光源的远场发光强度和颜色特性的方法，该方法包括将要测试的灯定位在测试位置的步骤，将光束从灯投射到镜上，镜位于相对于灯测试位置的固定光接收位置，并位于固定光反射位置。镜的特征是输出凝聚光束并将来自镜的凝聚光束反射到测量屏幕上。从测量屏幕检测光图像，并将其转换为数字信号并输出到计算机。根据计算机中编程的算法，校准与检测到的光图像相对应的数字信号，以测量发光强度。

根据本发明的另一方面，该方法包括将灯定位在机器前面的步骤，其中灯的光学中心对应于执行所有计算的空间中的校准点，为灯供电以产生投影光束，稳定灯的光输出，以及基于预定义的通过/不通过标准和强度数据以及作为算法的一部分定义的系统校准来确定光亮度和光角度。

根据本发明的另一方面，该方法包括以下步骤：确定来自镜的光透射值、来自测量屏幕的漫反射光值和来自测量屏幕的光图像检测的线性值，以及处理来自镜的光透射值，来自测量屏幕的漫反射光值和来自测量屏幕的光图像检测的线性值，以确定灯的单个方向上的亮度值。

根据本发明的另一方面，所述方法包括在多个角度方向映射用于发光强度的灯的步骤。

根据本发明的另一方面，该方法包括以下步骤：提供一种数字照相机，该数字照相机具有由像素阵列限定的检测器，以检测从测量屏幕反射的光图像，其中照相机的每个像素具有对应于照射像素阵列中每个像素的光的强度的位值，将像素阵列的每个像素与空间中的角度位置相关联，并在每个角度位置映射灯的强度，以校准每个像素，从而为每个像素限定每像素位的强度值。

根据本发明的另一方面，该方法包括平均每像素比特值(bit value)的强度以对应于预定角度灯位置的步骤。

附图说明

当参考附图阅读本发明的以下详细描述时，可以最好地理解本发明，其中：

图1是根据本发明优选实施例的FFP的桌面实施例的透视图；

图2是图1所示FFP桌面实施例的侧视图，配置用于测试机场跑道灯；

图3是用于测试车灯的FFP实施例的透视图；

图4是图3实施例的侧视图，示出了处于试验位置的车辆前照灯；

图5是用于测试安装在车辆中的车辆前照灯的FFP侧视图；

图6是图1和图2的替代布置，示出了双镜系统，用于帮助将光重定向到屏幕上；

图7是图2的简化视图，表明接受光线的屏幕与镜平行；

图8是一个替代布置示意图，示出了安装在旋转升降机上的FFP，用于相对于车灯进行垂直和水平移动；和

图9和图10为替代布置示意图，示出了安装在轨道上的FFP相对于车灯的垂直和水平弧形运动。

具体实施方式

现在参考附图，根据本发明一个优选实施例的用于测量光源的远场发光强度和颜色特性的FFP装置在图1和图2中以概括的附图标记10示出。装置10包括底座12，底座12上安装有框架14。框架14包括水平测试支架16，其上示出了被定位用于测试机场跑道灯“L1”。抛物面镜18以光接收方向安装在测试支架16上。从灯“L1”投射到抛物面镜18上的光以抛物面方式凝聚并反射到测量屏幕20(图2)上，该测量屏幕20位于灯“L1”上方且与镜18的光接收角度处。位于镜18上方的照相机22捕捉通过镜18投影到测量屏幕20上的图像。照相机22以模拟形式从测量屏幕20接收图像，将模拟图像转换为模拟信号，在A到D转换器中将模拟信号转换为数字信号，并将数字图像发送到计算机54进行处理，见图4和图5。计算机54采用一种算法进行编程，该算法限定了所测试特定灯的技术要求。由照相机22接收并由计算机54处理的图像产生输出值，从该输出值可以确定正在测试的灯“L1”是否满足算法的条件。计算机54优选地包括用于处理的随机存取存储器、数字存储器、监视器和用于将测试结果发送到打印机或软件以进行进一步处理和存储的输出。

现在参考图3和图4，在概括附图标记30处示出了根据本发明的替代优选实施例的用于测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置。装置30包括底座32，底座32上安装有框架34。如图4所示，抛物面镜36以光接收方向安装在框架34上。投射到抛物面镜36上的光以抛物面方式凝聚并反射到位于与镜36成光接收角的测量屏幕38上。位于镜36上方的照相机40捕获通过镜36投影到屏幕38上的图像，并如上所述将图像处理为数字数据。

测角仪底座50安装测角仪52。照相机40将图像发送到测角仪52。测角仪52与计算机54连接，计算机54通过限定被测特定灯的技术要求的算法进行编程。由照相机40接收的图像输出代表光图像的数字信号，并由计算机54处理，从而产生输出值，从该输出值可以确定被测试的灯是否满足算法的条件。计算机54优选地包括随机存取处理存储器、数字存储器、监视器和用于将测试结果发送到打印机或软件以进行进一步处理和存储的输出。

如图4所示，车辆前照灯“L2”安装在测试底座56上，该测试底座以精确距离定向和固定，并对准抛物面镜36。如上所述，从车辆前照灯“L2”发射的光被传输到测角仪52和计算机54以进行处理。

图5示出了一种替代布置，其中车辆前照灯“L3”已安装在车辆“V”中。通过将车辆“V”定位在相对于抛物面镜36的固定位置来测试灯L3，然后按照上述方法进行测试。

图6示出了另一种替代布置。装置60包括底座62，底座12上安装有框架64。框架64包括水平测试支架66，其上示出了被定位以用于测试的机场跑道灯“L1”。抛物面镜18以光接收方向安装在测试支架66上。从灯“L1”投射到抛物面镜68上的光被抛物面凝聚并反射到测量屏幕70上。如图6所示，第二平面镜74位于抛物面镜68上方，并与测量屏幕70处于光接收状态。位于测量屏幕70上方的照相机72捕获通过镜68投影到测量屏幕70上然后由平面镜74接收的图像。平面镜74将光发射到照相机72的透镜，如图所示，该照相机72的透镜位于镜测量屏幕70上方。照相机72以模拟形式从平面镜接收图像，将模拟图像转换为模拟信号，在A到D转换器中将模拟信号转换为数字信号，并将数字图像发送到计算机54以进行处理。见图4和图5。计算机54采用限定了所测试特定灯的技术要求的算法进行编程。由照相机72接收并由计算机54处理的图像产生输出值，从该输出值可以确定被测试的灯“L1”是否满足算法的条件。计算机54优选地包括用于处理的随机存取存储器、数字存储器、监视器和用于将测试结果发送到打印机或软件以进行进一步处理和存储的输出。

图7是图4的简化视图，表明抛物面镜36相对于从灯L2投射的光以66度角定位，而测量屏幕38垂直定位，并接收抛物面镜36以66度角投射到其上的光。

参考图8、9和10，存在相对于固定装置(如图3、4和5中所示的装置30)移动灯、车辆等的困难或昂贵的情况。如图8和图9所示，装置30的安装方式允许其相对于车辆“V”和灯L3以预定运动方式移动。虽然有各种各样的机构来完成这种相对运动，但举例来说，图8中的装置30安装在具有旋转能力的升降机上。如图9和图10所示，提供了导轨80，装置安装在该导轨上，并在计算机54的控制下相对于灯L3以弧形移动。例如，位于生产线上的车辆“V”从前照灯向单个方向投射光，但也可能需要测试向上投射到街道标志、树木、桥梁顶部等的光。显然，将车辆“V”倾斜到所需方向并非易事，因此相反，装置30相对于静止车辆“V”移动。在图9中，导轨80的方向是以垂直圆弧移动装置30。在图10中，装置30在水平定向轨道90上围绕静止车辆“V”以水平圆弧的方式移动。如上所述，这些运动由计算机54控制。

参考图3、图4和图5的实施例解释根据本发明的装置的进一步细节，但其同样适用于其他图的实施例以及上面的讨论。测量屏幕38应为漫反射表面，尽可能接近朗伯分布(Lambertian distribution)，以便进行精确测量。可根据系统所需的精度选择材料，但重要的是光谱反射率应尽可能均匀，以使所有需要测量的颜色不衰减，或至少以等量衰减。如果使用彩色照相机40作为测量装置，则可以对一些颜色变化进行校正，但是如果使用单色照相机40，则测量屏幕38应具有所需的光谱中性，以产生正确的结果。单色照相机由于照相机40不能识别与它们对应的颜色的各种像素值，因此它只能确定每个像素处的光的强度。

由于凹面抛物面镜36充当系统的主“透镜”，从镜36反射的图像将根据抛物面形状发生畸变。测量屏幕38的形状可以是类似但相反(凸)的形状，其大小计算为设置为正确的测量视野，设置为与抛物面镜36产生焦距的距离，以创建适当的图像。当测量屏幕38放置在恰好与抛物面镜36的焦距相同的距离时，图像将聚焦在无穷远处。通过将测量屏幕38移近抛物面镜36，可以捕获原始图像的其他投影距离。测量屏幕38和抛物面镜36之间所需的距离可以通过使用聚焦在所需测试距离的投影图像，然后对准抛物面镜36来校准。然后，将测量屏幕38移动到使投影图像聚焦的位置，此时对应于正在校准以捕获发光强度的系统，就好像它是在具有该测试距离的测角光度计上测量的一样。

从图中可以明显看出，测量屏幕38优选为平面。然而，测量屏幕也可以弯曲以匹配抛物面镜的抛物面形状。通过使用平面测量屏幕，系统设置和调节大大简化，但是抛物面镜的投影图像将失真。通过使用现代机器视觉计算机工具，这种失真可以通过软件以电子方式消除。可以测量用于校准测量屏幕距离的投影图像的大小，然后在软件中确定测量屏幕上每毫米的像素数。然后可以将其计算为每度像素数，这允许系统根据每像素位置的角度位置直接报告强度值。校准该系统的另一项独特技术是使用带有校准激光的测角光度计，通过主透镜将激光光斑投射到测量屏幕上。通过将测角光度计旋转到精确的角度位置，软件可以捕获激光光斑的图像，并确定测量屏幕上的相对像素位置。通过映射多个角度方向，可以通过软件将某些像素位置重新映射并关联到真实世界的角度位置来消除极端失真。

使用测量屏幕的其他好处包括易于生产，以及允许系统视野增大或缩小，而无需重新定位或更改屏幕。只要投射到抛物面镜36上的灯(例如L2)垂直于抛物面镜反射方向的平面，则可以将灯移得离抛物面镜36更近或更远。灯离抛物面镜36越近，反射的视野越大。抛物面镜36和测量屏幕38可以足够大，以捕获系统所需的必要视野。

由于镜36的抛物线性质，灯位置相对于抛物面镜36的正常位置的垂直或水平移动不会影响测量，因为只要灯中没有角度变化，抛物线会将光反射到相同的焦点位置。

根据应用的尺寸限制，可以使用不止一个抛物面镜36和测量屏幕38来制作该系统。在仅抛物面镜36和平面测量屏幕38的基本示例中，系统的视野由抛物面镜36和测量屏幕38的尺寸确定。可以添加额外的镜和/或透镜，并重定向和/或调整图像大小，以改变装置的方向和包装，以适应应用的约束。

抛物线镜36的重要性在于，通过选择不在抛物线中心的抛物线的虚拟区域，可以制作离轴反射抛物线镜36。如果灯(例如L2)在抛物面镜36的法向轴上直接投影到抛物面镜36，则其投影将聚焦在抛物面镜36的焦距处，但聚焦方向直接回到灯L2。通过采用4英尺的圆形抛物线形状并仅使用抛物面镜36下部的一片，投影图像仍将朝镜36的抛物面中心反射，但该位置现在将位于抛物面镜36上投影的光源上方。这允许将测量屏幕38置于灯L2的上方或下方，或使用附加抛物面镜36将投影图像重定向到更适合应用的位置。在这种情况下，可以调整测量装置(照相机40)的位置，以使屏幕38具有更好的可见度，而不在投影光的路径中。

在某些应用中，只要标准球面凹面镜36的参数满足系统的需要，使用标准球面凹面镜36可能具有成本效益。主要缺点是图像不能离轴投影，因此与光源相比，镜36和屏幕38的定位将受到限制。

在装置30中，照相机40和软件相互依赖。照相机40需要具有显著的质量、分辨率和动态范围，以满足应用的需要。可能会使用科学照相机或机器视觉照相机来满足这些要求。为照相机40选择的镜头应无缺陷，并具有足够大的光圈和视野，以避免产生无法通过数字或电子方式校准的渐晕或其他畸变。重要的是，照相机40能够精确地控制其曝光率，并且不具有自动增益或其他会妨碍校准照相机以正确测量光度和/或色度量的能力的此类特征。在一些应用中，可以使用平面镜而不是抛物面镜，使用软件处理通过平面镜反射到屏幕38的图像。

通过在屏幕38上投影具有已知角度值的图像或一系列图像来执行系统的角度校准。照相机40用于记录这些角度值，并在测试期间使用它们评估数据集。

为了校准照相机40以测量此应用中的发光强度，必须将已知光源投射到系统中。该参考源优选是科学标准，但也可以是代表系统将要测量的、先前在测角光度计上测量过的灯。校准源应投射到正确的方向。通过将校准光源放置在世界中心(World Center)机器开口前，并使用校准电源为光源供电来执行强度校准。然后，照相机40以多种曝光率捕获图像，并允许系统将像素值与照度相关联。“世界中心”是指执行所有计算的空间点。当用户需要校准系统或测试灯时，灯连接到夹具上，该夹具将灯的光学中心定位在空间中的这一点上。除了在该点定位光学中心外，夹具还确保灯旋转定位，使其水平并以正确方向投影。如果已知系统具有通过镜36的均匀透射，屏幕38具有均匀漫反射，并且照相机40是线性的，则可以使用校准光源的单个方向上的测量来校准系统。如果系统需要更高的精度，则可以映射校准源在多个角度方向上的发光强度。然后，该信息可应用于软件中，以映射相同的校准源。照相机40的每个像素将具有对应于照射该像素的光的强度的比特值。由于系统已校准，以将每个像素与空间中的角度位置关联，因此可以使用每个角度位置处校准源的强度图来校准每个像素的强度/像素比特值。在某些情况下，组合或平均多个像素的值以对应于角度位置可能是有益的。这将以相同的方式进行校准，但将源的相应角度位置的强度进行组合/平均，并应用于该角度位置处的像素比特值。

参考图7，镜36切割成只有一段抛物线的形状。这允许抛物面镜36充当“离轴”抛物面镜，因此来自灯L3的反射光返回抛物线的虚拟光学焦点，并允许将测量屏幕38移出被测试的灯L3的光路。

数据采集通过在机器开口前准确定位灯来完成，以便灯的光学中心与校准的世界中心相对应。运行软件中的预定义测试。预定义测试是由用户创建的脚本，指示系统为灯供电、控制任何必要的等待时间以稳定/预热灯、运行哪些子测试、执行哪些计算以及类似功能。预定义测试还将记录光强度，并根据系统校准计算角度和强度数据。根据用户提供的标准对结果进行评估，并显示整体通过/不通过评级以及每个子测试的通过/不通过评估。测试结果使用户能够生成包含亮度和角度数据的报告和/或行业标准的IES文件。除立即使用外，数据可能会存档并在将来使用。

不使用自动增益和控制曝光率的重要性在于，大多数CCD照相机的动态范围不足以在一个设定的曝光率下捕获各种光源的图案。不希望调整照相机40镜头的光圈，因为这将以难以校准的机械方式影响光的强度。可以使用ND(中性密度)过滤器衰减较亮的光源，但是，系统的速度要慢得多，因为在组合多个图像以创建一个图像时，必须多次更改过滤器位置。通过调整曝光率(由新照相机极其精确地控制到微秒级)，可以以不同的曝光率进行多次曝光，然后非常快速地组合以创建更高动态范围的图像。如今，这种技术在大多数智能手机和照相机中作为HDR模式(高动态范围模式)很常见。然而，通过精确控制曝光率，校准源和被测灯的像素位电平可以相互关联。如果特定像素或像素组的光强度低于特定阈值，则可以使曝光时间变大，从而集成更多的光。通过在特定曝光率下关联测量的校准源的像素位电平，然后创建不同曝光率的校正因子，可以计算出正确的发光强度。例如，如果已知校准源为100坎德拉，且像素位值为32000，曝光率为100微秒，则被测量的未知灯要求曝光率为200微秒，以实现相同的32000像素位值，且相应的光输出为50坎德拉。在这种情况下，所选择的照相机40的质量必须根据每个像素的强度输出线性像素位值。

已经结合具体实施例和示例描述了根据本发明的用于测量光源的远场发光强度和颜色特性的装置和方法。在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各种细节。此外，提供本发明的优选实施例和实施本发明的最佳模式的前述描述仅用于说明的目的而不是用于限制的目的，本发明由权利要求限定。

Claims (16)

1.一种用于测量光源的远场发光强度的装置，包括：

a.灯测试位置，其用于接收用于测试的灯；

b.镜，其相对于所述灯定位以接收来自所述灯的光束，并且所述镜配置为，以与从灯接收的光束成预定角度的方式，反射来自灯的光束；

c.测量屏幕，其位于相对于镜的位置，接收以预定角度从镜反射的抛物面凝聚光图像；

d.照相机，其定位为捕捉来自测量屏幕的反射光图像，照相机配置为将测量屏幕上的所述反射光图像转换为数字信号并输出所述数字信号；和

e.光检测器，其配置用于接收和处理与所述反射光图像相对应的数字信号，并根据计算机中编程的算法进行校准以测量发光强度。

2.根据权利要求1所述的装置，其包括用于接收从光检测器输出的数字信号的测角仪。

3.根据权利要求1所述的装置，其中灯测试位置包括位于靠近镜的框架上的灯支架。

4.根据权利要求1所述的装置，其中灯测试位置包括与镜和测量屏幕物理分离的位置。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述镜包括具有抛物面反射面的镜，所述抛物面反射面位于固定光发射位置，用于将抛物面凝聚光束从灯以相对于光接收位置的预定角度反射到测量屏幕。

6.根据权利要求5所述的装置，其中灯测试位置包括位于镜附近位置的车辆，用于将光投射到镜上。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述镜相对于所述测量屏幕以倾斜角度定位。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述镜与水平面成66度角，水平面由光束传输至镜的角度限定。

9.根据权利要求7所述的装置，其中测量屏幕位于相对于镜的垂直方向上。

10.根据权利要求7所述的装置，其中测量屏幕位于相对于镜以倾斜角度上。

11.根据权利要求8所述的装置，其中镜和测量屏幕分别相对于水平面倾斜放置，水平面由光束传输到镜的角度限定。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置安装用于相对于所述灯移动。

13.一种用于测量光源的远场发光强度的装置，包括：

a.灯测试位置，其用于接收用于测试的灯；

b.镜，其抛物面反射面相对于灯定位以接收来自灯的光束，并且所述抛物面反射面配置为，以与从灯接收的光束成预定角度的方式，反射从灯接收的光束；

c.第一测量屏幕，其位于接收以预定角度从镜反射的抛物面凝聚光图像的位置；

d.第二测量屏幕，其位于接收由第一测量屏幕接收的光图像的位置；

e.照相机，其定位为捕捉来自所述第二测量屏幕的反射光图像，所述照相机配置为将所述第二测量屏幕上的所述反射光图像转换为数字信号并输出所述数字信号；和

f.计算机，其配置用于接收和处理与所述反射光图像相对应的数字信号，并根据计算机中编程的算法校准以测量发光强度。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，第一测量屏幕相对于水平面以倾斜角度定位，所述水平面由光束传输到镜的角度限定。

15.根据权利要求13所述的装置，其中，第一测量屏幕位于相对于水平面的垂直方向上，所述水平面由光束传输到镜的角度限定，第二测量屏幕位于相对于由光束传输到镜的角度限定的水平面的垂直方向上并平行于第一测量屏幕的方向。

16.一种测量光源的远场发光强度的方法，包括以下步骤：

a.将要测试的灯定位在测试位置；

b.将凝聚的光束从灯投射到镜上，所述镜相对于所述灯定位以接收来自所述灯的光束，并且所述镜配置为，以与从灯接收的光束成预定角度的方式，反射来自灯的光束；

c.将来自镜的凝聚的光束反射到测量屏幕上；

d.检测从测量屏幕反射的光图像；

e.将测量屏幕上的光图像转换为数字信号；

f.将所述数字信号输出到计算机；和

g.处理与反射的光图像相对应的数字信号，并根据计算机中编程的算法校准以测量发光强度。