PL239204B1

PL239204B1 - Device for measuring luminance and illuminance and the method of measuring luminance and illuminance

Info

Publication number: PL239204B1
Application number: PL430385A
Authority: PL
Inventors: Rafał Leszek Krupiński; Sebastian Marcin Słomiński
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-11-15
Also published as: PL430385A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru luminancji i wyznaczania natężenia oświetlenia oraz sposób pomiaru luminancji, zwłaszcza do oceny zgodności oświetlenia z wymaganiami normatywnymi.The subject of the invention is a device for measuring luminance and determining the illuminance as well as a method for measuring luminance, in particular for assessing the compliance of lighting with the normative requirements.

Znany i opisany przez Dariusza Czyżewskiego i Sławomira Zalewskiego w podręczniku pt. „Laboratorium fotometrii i kolorymetrii” Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2007 rozdz. 4.3 oraz 4.4 jest sposób pomiaru rozkładu luminancji i natężenia oświetlenia w oparciu o mierniki analogowe lub cyfrowe, gdzie wyniki pomiarów muszą być odczytywane indywidualnie dla konkretnych ustalonych wcześniej punktów pomiarowych oraz analizowane indywidualnie lub grupowo za pomocą tak zwanych izolinii. Wadą jest praco i czasochłonność wykonania pomiarów, trudności analityczne wynikające z aproksymacji wyników pomiędzy poszczególnymi punktami pomiarowymi oraz ograniczone możliwości odniesienia ich do wymagań normatywnych. Bezpośredni pomiar natężenia oświetlenia w punktach obiektu, które są trudno dostępne również nastręcza wielu problemów.Known and described by Dariusz Czyżewski and Sławomir Zalewski in the textbook "Laboratory of photometry and colorimetry" Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2007 chap. 4.3 and 4.4 is a method of measuring the distribution of luminance and illuminance based on analog or digital meters, where the measurement results must be read individually for specific predetermined measurement points and analyzed individually or in groups using so-called isolines. The disadvantage is the work and time-consuming nature of the measurements, analytical difficulties resulting from the approximation of the results between individual measurement points and the limited possibilities of relating them to the normative requirements. Direct measurement of illuminance at points of the object that are difficult to access also causes many problems.

Z polskiego patentu nr PAT.210338 znany jest również układ i sposób pomiaru i analizy rozkładu luminancji oparty o cyfrowy pomiar matrycowym miernikiem luminancji. Pomiar dokonywany jest w wyniku analizy obrazu zarejestrowanego przez cyfrową matrycę miernika. Sposób polega na tym, że strumień świetlny, emitowany przez lub odbity od badanej powierzchni, rozdziela się na trzy wiązki o barwach podstawowych R-G-B, które przetwarzane są na sygnały cyfrowe, tworzące obraz trójbarwny. Sygnały te są przetwarzane na wartości mierzalne i wyrażane w postaci liczb, odpowiadających wartościom luminancji w poszczególnych punktach badanej powierzchni. Układ do realizacji sposobu składa się z cyfrowego aparatu fotograficznego z filtrem mozaikowym R-G-B oraz z komputera wraz z oprogramowaniem, przystosowanym do przetwarzania cyfrowych wartości obrazu trójbarwnego, w odpowiadające im wartości luminancji w danym punkcie badanej powierzchni. Strumień świetlny, emitowany przez lub odbity od badanej powierzchni, wchodzi na wejście cyfrowego aparatu fotograficznego gdzie po przekształceniu w sygnały cyfrowe kierowany jest do wejścia komputera, w którym wartości sygnałów cyfrowych są przetwarzane w wartości luminancji badanej powierzchni.The Polish patent no. PAT.210338 also describes a system and method for measuring and analyzing the luminance distribution based on digital measurement with a matrix luminance meter. The measurement is performed as a result of the image analysis recorded by the digital matrix of the meter. The method consists in the fact that the luminous flux, emitted by or reflected from the tested surface, is divided into three beams with basic colors R-G-B, which are converted into digital signals, creating a three-color image. These signals are converted into measurable values and expressed in the form of numbers corresponding to the luminance values at individual points of the tested surface. The system for carrying out the method consists of a digital camera with an R-G-B mosaic filter and a computer with software adapted to convert digital values of a three-color image into corresponding luminance values at a given point of the tested surface. The luminous flux, emitted by or reflected from the tested surface, enters the digital camera input where, after conversion into digital signals, it is directed to the computer input, where the digital signal values are converted into the luminance values of the tested surface.

Metoda pomiaru jest szybka, natomiast dokonywany może być jedynie pomiar i analiza rozkładu luminancji, nie ma możliwości wykonania pomiaru natężenia oświetlenia. Wadą jest również możliwość wykonania pomiaru z jednego konkretnego punku i kierunku oraz ograniczenie obszaru pomiarowego do wartości pola widzenia, wynikającego z fizycznej wielkości matrycy oraz ogniskowej zastosowanego obiektywu. Na podstawie takiego pomiaru otrzymywany jest również jedynie dwuwymiarowy obraz rozkładu luminancji.The measurement method is fast, but only the measurement and analysis of the luminance distribution can be made, it is not possible to measure the illuminance. Another disadvantage is the possibility of measuring from one specific point and direction and limiting the measurement area to the value of the field of view, resulting from the physical size of the matrix and the focal length of the lens used. On the basis of such a measurement, also only a two-dimensional image of the luminance distribution is obtained.

Celem wynalazku jest zapewnienie możliwości wygodnego i szybkiego pomiaru i analizy rozkładu luminancji i natężenia oświetlenia bez względu na rozmiar mierzonej przestrzeni oraz ułatwienie tworzenia trójwymiarowych rozkładów tych wielkości. Trójwymiarowe rozkłady luminancji i natężenia oświetlenia są bardzo dobrą i dokładną podstawą analizy oświetlenia dla całego wnętrza obiektu oraz obiektów zewnętrznych.The aim of the invention is to provide the possibility of convenient and quick measurement and analysis of the distribution of luminance and illuminance irrespective of the size of the measured space and to facilitate the creation of three-dimensional distributions of these quantities. The three-dimensional distributions of luminance and illuminance are a very good and accurate basis for the analysis of lighting for the entire interior of the building and external objects.

Urządzenie do pomiaru luminancji i natężenia oświetlenia wyposażone w matrycowy miernik luminancji na głowicy goniometrycznej połączone z jednostką rejestrująco-przetwarzającą do której jest ponadto dołączona kamera skanująca, zgodnie z wynalazkiem cechuje się tym, że jest wyposażone ponadto w okulary rzeczywistości rozszerzonej lub okulary rzeczywistości wirtualnej. Okulary te są przystosowane do wyświetlania obrazu i są połączone z jednostką rejestrująco-przetwarzającą. Dzięki temu na okularach można wyświetlać rozkład luminancji zmierzonej za pomocą miernika luminancji przetworzony i przesłany przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą oraz rozkład natężenia oświetlenia wyznaczony za pomocą jednostki rejestrująco-przetwarzającej na podstawie rozkładu luminancji oraz wyniku skanowania obiektu. Okulary są wyposażone w przynajmniej jedną mikrokamerę śledzenia gałek ocznych, co umożliwia określenie kierunku patrzenia użytkownika. Głowica goniometryczna oraz kamera skanująca są zintegrowane w jednym urządzeniu nasobnym i skierowane zasadniczo w tym samym kierunku, dzięki czemu można je skalibrować i nakładać na siebie wyniki pomiaru. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca jest połączona z przynajmniej jedną mikrokamerą.The device for measuring luminance and illuminance equipped with a matrix luminance meter on a goniometric head connected to a recording and processing unit to which a scanning camera is also connected, according to the invention is characterized by the fact that it is also equipped with augmented reality glasses or virtual reality glasses. These glasses are adapted to display an image and are connected to a recording and processing unit. Thanks to this, the glasses can display the luminance distribution measured by the luminance meter processed and sent by the recording and processing unit, as well as the lighting intensity distribution determined by the recording and processing unit based on the luminance distribution and the result of scanning the object. The glasses are equipped with at least one eye tracking microcamera to determine the user's viewing direction. The goniometric head and the scanning camera are integrated in one wearable device and point essentially in the same direction, so that they can be calibrated and superimposed measurement results. The recording and processing unit is connected to at least one microcamera.

Korzystnie urządzenie zawiera dwie mikrokamery śledzenia gałek ocznych dla większej dokładności pomiaru nakierowania wzroku i niewrażliwości na przypadkowe zniekształcenia takie jak rozbłyski czy mrugnięcia.Preferably, the device includes two eye tracking microcamera for greater accuracy in eye direction measurement and insensitivity to random distortions such as flashes or blinks.

PL 239 204 B1PL 239 204 B1

Korzystnie urządzenie jest wyposażone w radiowy układ nawigacyjny połączony z jednostką rejestrujaco-przetwarzającą. Dzięki temu można automatycznie rejestrować położenie obserwatora i łatwiej z danych pomiarowych wyznaczyć przestrzenny rozkład luminancji i natężenia oświetlenia.Preferably, the device is equipped with a radio navigation system connected to the recording and processing unit. Thanks to this, it is possible to automatically record the position of the observer and easier to determine the spatial distribution of luminance and illuminance from the measurement data.

Korzystnie urządzenie jest wyposażone w magnetometr zintegrowany w urządzeniu nasobnym i połączony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą co ułatwia zapisanie orientacji obserwatora i również przyczynia się do łatwości przetwarzania mierzonych rozkładów w rozkład przestrzenny.Preferably, the device is equipped with a magnetometer integrated in the wearable device and connected to the recording and processing unit, which facilitates the recording of the observer's orientation and also contributes to the ease of converting the measured distributions into a spatial distribution.

Korzystnie urządzenie jest wyposażone w akcelerometr zintegrowany w urządzeniu nasobnym i połączony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą. Takie rozwiązanie ułatwia nawigację i orientację zliczeniową.Preferably, the device is equipped with an accelerometer integrated in the wear-and-tear device and connected to the recording and processing unit. This solution facilitates navigation and count orientation.

Okulary korzystnie stanowią okulary rzeczywistości rozszerzonej zintegrowane w jednym urządzeniu nasobnym z głowicą goniometryczną oraz kamerą skanującą i skierowane zasadniczo w tym samym kierunku. Dzięki temu urządzenie można skalibrować i na okularach wyświetlać obraz nałożony na widok rzeczywisty obserwowany przez obserwatora przez ich szkła. Takie rozwiązanie działa szybciej i ułatwia orientację użytkownika, który widzi przez okulary rzeczywisty obraz zorientowany względem własnej percepcji zmysłowej.The glasses are preferably augmented reality glasses integrated in one wearable device with a goniometric head and a scanning camera and directed in substantially the same direction. Thanks to this, the device can be calibrated and the glasses display an image superimposed on the real view observed by the observer through their lenses. This solution works faster and facilitates the orientation of the user who sees through the glasses a real image oriented towards his own sensory perception.

Alternatywnie okulary stanowią okulary rzeczywistości wirtualnej przystosowane do wyświetlania dostarczanego z jednostki rejestrująco-przetwarzającej połączenia obrazu rejestrowanego za pomocą kamery skanującej i rozkładu luminancji z matrycowego miernika luminancji dostarczanego z jednostki rejestrująco-przetwarzającej. Takie rozwiązanie jest mniej wygodne w użytkowaniu - wyświetlany obraz może nie być idealnie zorientowany względem percepcji zmysłowej użytkownika wrażeń słuchowych, błędnika etc. Implementacja jest jednak prostsza z uwagi na fakt, że trzeba dokładnie wyrównać i skalibrować dwa urządzenia - miernik luminancji i kamerę skanującą - a nie trzy.Alternatively, the glasses are virtual reality glasses adapted to display the combination of the image recorded with the scanning camera and the luminance distribution from the matrix luminance meter supplied from the recording and processing unit supplied from the recording and processing unit. This solution is less convenient to use - the displayed image may not be perfectly oriented in relation to the sensory perception of the user of auditory sensations, labyrinth, etc. Implementation is simpler, however, as two devices - the luminance meter and the scanning camera - need to be accurately aligned and calibrated, not three.

Sposób pomiaru luminancji za pomocą matrycowego miernika luminancji na głowicy goniometrycznej zgodnie z wynalazkiem cechuje się tym, że stosuje się w nim urządzenie według wynalazku, które kieruje się na badany obiekt i wykonuje się za pomocą matrycowego miernika luminancji pierwszy pomiar wielopunktowych wartości luminancji ustawiając ten miernik w pierwszym położeniu oraz skanowanie za pomocą kamery zapisując położenie i ukierunkowanie urządzenia.The method of measuring luminance by means of a matrix luminance meter on a goniometric head according to the invention is characterized by the fact that it uses a device according to the invention which is aimed at the test object and is carried out with the matrix luminance meter first measurement of multipoint luminance values by setting this meter at first position and scanning with the camera recording the position and orientation of the device.

Korzystnie pomiar wyzwala się na podstawie analizy obrazu z przynajmniej jednej mikrokamery śledzenia gałek ocznych.Preferably, the measurement is triggered on the basis of image analysis from at least one eye tracking microcamera.

Korzystnie punktowe wartości luminancji przetwarza się na punktowe wartości natężenia oświetlenia za pomocą jednostki rejestrująco-przetwarzającej, przy uwzględnieniu skanu obiektu uzyskanego za pomocą kamery skanującej.Preferably, the point luminance values are converted into point illuminance values by means of a recording and processing unit, taking into account the scan of the object obtained with the scanning camera.

Korzystnie na podstawie skanu obiektu, rozkładu punktowych wartości luminancji i rozkładu punktowych wartości luminancji wyznacza się przestrzenny rozkład luminancji i przestrzenny rozkład natężenia oświetlania, które następnie przy wykorzystaniu położenia i orientacji przekształca się na rozkłady dwumiarowe w płaszczyźnie obserwacji luminancji i natężenia oświetlenia, które przekształca się na dwuwymiarowe rozkłady barwne i zapisuje w pamięci jednostki rejestrująco-przetwarzającej, a następnie wybrane rozkłady barwne przesyła się do okularów.Preferably, on the basis of the scan of the object, the distribution of point luminance values and the distribution of point luminance values, the spatial distribution of luminance and the spatial distribution of the illuminance are determined, which then using the position and orientation are transformed into two-dimensional distributions in the plane of luminance and illuminance observation, which are transformed into two-dimensional color distributions and saved in the memory of the recording and processing unit, and then the selected color distributions are sent to the glasses.

Przedmiot wynalazku został ukazany w przykładach wykonania na rysunku, na którymThe subject of the invention has been shown in the exemplary embodiments in the drawing in which

Fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia według wynalazku w przykładzie wykonania, natomiastFig. 1 shows a block diagram of a device according to the invention in an exemplary embodiment, while

Fig. 2 obieg sygnałów w urządzeniu według wynalazku oraz2 shows a signal circuit in the device according to the invention and

Fig. 3 ilustruje przetwarzanie sygnałów w jednostce rejestrująco-przetwarzającej.Fig. 3 illustrates the signal processing in a recording and processing unit.

Urządzenie do pomiaru i analizy rozkładu luminancji i natężenia oświetlenia w przykładzie wykonania wynalazku ukazanym na Fig. 1 zawiera jednostkę rejestrująco przetwarzającą JRP z oprogramowaniem przystosowanym do przetwarzania danych pomiarowych rozkładu luminancji na składowe barwy oraz przeliczenia wartości luminacji, mierzonej przez matrycowy miernik luminancji MML na natężenie oświetlenia. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP jest połączona z okularami rzeczywistości rozszerzonej ORR wyświetlającymi obraz rozkładu luminancji lub natężenia oświetlenia na widzianym przez nie badanym obiekcie. Okulary połączone są z umieszczonym na głowicy goniometrycznej GG matrycowym miernikiem luminancji MML, kamerą skanującą obiekt KA oraz mikrokamerami śledzącymi ruchy gałek ocznych MKL i MKR odpowiednio dla lewego i prawego oka obserwatora. Wyjścia matrycowego miernika luminancji MML, kamery skanującej KA oraz mikrokamer MKL i MKR połączone są z jednostką rejestrująco-przetwarzającą JRP.The device for measuring and analyzing the luminance distribution and illuminance in the embodiment of the invention shown in Fig. 1 includes a recording and processing unit JRP with software adapted to process the measurement data of the luminance distribution into color components and to convert the luminance value measured by the Luminance Matrix meter MML into illuminance. . The JRP recording and processing unit is connected to the ORR augmented reality glasses displaying the image of the luminance distribution or illuminance on the examined object as seen by them. The glasses are connected to the MML matrix luminance meter placed on the GG goniometric head, the KA scanning camera and the MKL and MKR eye movement micro cameras for the observer's left and right eyes, respectively. The outputs of the MML matrix luminance meter, KA scanning camera and MKL and MKR microcamera are connected to the JRP recording and processing unit.

Elementy urządzenia według przykładu wykonania wynalazku są umieszczone w jednym urządzeniu nasobnym - kasku. Dzięki temu matrycowy miernik luminancji MML na głowicy goniometrycznejThe elements of the device according to an embodiment of the invention are placed in one wearable device - a helmet. As a result, the matrix luminance meter MML on the goniometric head

PL 239 204 B1PL 239 204 B1

GG, kamera skanująca KA oraz okulary rzeczywistości rozszerzonej są połączone sztywnym połączeniem mechanicznym a wzajemna orientacja kierunków obserwacji jest zachowana niezależnie od położenia urządzenia. Kierunki te w urządzeniu według wynalazku są skalibrowane tak, że są zasadniczo równoległe.The GG, the KA scanning camera and the augmented reality glasses are connected by a rigid mechanical connection, and the mutual orientation of the directions of observation is maintained regardless of the position of the device. These directions in the device according to the invention are calibrated so as to be substantially parallel.

Dzięki temu urządzenie można kierować na rzeczywisty obiekt RO a położenie i ukierunkowanie obserwatora OXYZR w stosunku do niego poddawać analizie na podstawie danych obrazowych i telemetrycznych. Dane telemetryczne w najprostszym wypadku są ręcznie wprowadzane do jednostki rejestrująco-przetwarzającej przez operatora. Alternatywnie urządzenie może być wyposażone w radiowy układ nawigacyjny taki jak GPS oraz układ ustalania orientacji taki jak kompas/magnetometr lub żyroskop i/lub akcelerometr umożliwiający nawigację zaliczeniową.Thanks to this, the device can be directed to the real RO object and the position and orientation of the OXYZR observer in relation to it can be analyzed on the basis of image and telemetry data. In the simplest case, telemetry data are manually entered into the recording and processing unit by the operator. Alternatively, the device may be equipped with a radio navigation system such as GPS and an orienting system such as a compass / magnetometer or a gyroscope and / or accelerometer enabling passing navigation.

Alternatywnie urządzenie według wynalazku można zintegrować w obudowie przystosowanej do noszenia na piersi. Urządzenie można również podzielić na kilka obudów. Kluczowe jest zapewnienie sztywnego połączenia pomiędzy kamerą skanującą KA, miernikiem luminancji MML na głowicy goniometrycznej GG, oraz okularami rzeczywistości rozszerzonej.Alternatively, the device according to the invention may be integrated in a housing adapted to be worn on the chest. The device can also be divided into several housings. It is crucial to ensure a rigid connection between the KA scanning camera, the MML luminance meter on the GG goniometric head, and the augmented reality glasses.

Zadaniem okularów rzeczywistości rozszerzonej ORR jest wyświetlenie w ich wyświetlaczu rozkładu luminancji w określonej skali barwnej w sposób powierzchniowy lub punktowy - numeryczny.The task of ORR augmented reality glasses is to display on their display the luminance distribution in a specific color scale in a surface or point - numerical manner.

Zadaniem kamery KA jest wykonanie modelu wirtualnego obiektu WO poprzez geometryczne, przestrzenne skanowanie badanego obiektu BO na zasadzie opisanej przez Xuehan Xiong, Antonio Adan, Burcu Akinci, Daniel Huber, w artykule Automatic creation of semantically rich 3D building models from laser scanner data w czasopiśmie Automation in Construction 31 (2013) 325-337. Znawca bez trudu będzie w stanie wskazać alternatywne rozwiązania konstrukcji i działania kamer do skanowani a przestrzennego obiektów.The task of the KA camera is to create a model of a virtual WO object by geometric, spatial scanning of the examined object BO on the principle described by Xuehan Xiong, Antonio Adan, Burcu Akinci, Daniel Huber, in the article Automatic creation of semantically rich 3D building models from laser scanner data in the Automation journal in Construction 31 (2013) 325-337. The expert will be able to easily identify alternative solutions for the construction and operation of cameras for spatial scanning of objects.

Zadaniem mikrokamer MKL i MKR jest stałe śledzenie ruchu gałek ocznych obserwatora oraz umożliwienie określenia kierunku wzroku za pomocą jednostki przetwarzającej. W przykładzie wykonania wynalazku zastosowano sposób kalibracji układu i odczytywania kierunku wzroku ujawniony w europejskim zgłoszeniu patentowym EP2979156A1. Znawca byłby w stanie zaproponować rutynowo liczne alternatywy przykładowo rozwiązania ujawnione w patentach amerykańskich nr US5345281, czy US7391887. Do ustalenia kierunku patrzenia wystarczy obserwacja jednego oka ale lepszą dokładność i niezawodność uzyskuje się stosując dwie kamery.The task of the MKL and MKR microcambers is to constantly track the movement of the observer's eyeballs and enable the determination of the direction of vision by means of a processing unit. In an embodiment of the invention, the method of calibrating the system and reading the direction of sight disclosed in the European patent application EP2979156A1 was used. A person skilled in the art would be able to routinely propose numerous alternatives, for example those disclosed in US patents US5345281 or US7391887. One eye observation is enough to determine the direction of view, but better accuracy and reliability is obtained with the use of two cameras.

Zadaniem głowicy goniometrycznej GG jest stabilizacja oraz określenie kierunku wykonywania pomiaru tak aby był on zgodny z kierunkiem obserwacji. Powoduje to rejestrację luminancji odpowiadającej rzeczywistej luminancji charakterystycznej dla kierunku obserwacji.The task of the GG goniometric head is to stabilize and determine the direction of the measurement so that it is consistent with the direction of observation. This records the luminance corresponding to the real luminance characteristic for the direction of observation.

Zadaniem matrycowego miernika luminancji MML jest ciągły pomiar luminancji na badanym obiekcie BO.The task of the MML matrix luminance meter is to continuously measure the luminance on the tested object.

Zadaniem jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP jest rejestracja i przetwarzanie danych pomiarowych z kamery skanującej KA oraz miernika luminancji MML wraz z orientacją przestrzenną OXYZR. Za pomocą jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP cyfrowy sygnał z matrycy miernika luminancji MML przetwarza się w punktowe wartości luminancyjne L1n oraz natężenia oświetlenia E1n. Wartości te nakłada się na wirtualny obiekt WO uzyskany w wyniku skanowania kamerą KA, stworzenie trójwymiarowego rozkładu luminancji L3D oraz natężenia oświetlenia E3D, przetworzenie tych rozkładów na ich dwuwymiarowe odpowiedniki L2D i E2D widziane z dowolnego kierunku obserwacji OXYZR, który odpowiada położeniu i ukierunkowaniu obserwatora OXYZR w stosunku do badanego obiektu BO. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca służy ponadto do obliczenia składowych barwy dla rozkładów luminancji RGBL2D i natężenia oświetlenia RGBE2D, które wyświetlane są w okularach rzeczywistości rozszerzonej ORR.The task of the JRP recording and processing unit is the recording and processing of measurement data from the KA scanning camera and the MML luminance meter along with the OXYZR spatial orientation. By means of the recording and processing unit JRP, the digital signal from the matrix of the MML luminance meter is converted into point luminance values L1n and illuminance E1n. These values are superimposed on the virtual WO object obtained as a result of scanning with the KA camera, creating a three-dimensional L3D luminance distribution and E3D illuminance, processing these distributions into their two-dimensional equivalents L2D and E2D seen from any direction of observation OXYZR, which corresponds to the position and orientation of the OXYZR observer in relation to the tested object BO. The recording and processing unit is also used to calculate the color components for the RGBL2D luminance distributions and RGBE2D illuminance, which are displayed in the ORR augmented reality glasses.

Jako jednostkę rejestrująco-przetwarzającą JRP można zastosować komputer osobisty, komputer przenośny, mikrokomputer, lub urządzenie przenośne typu smartfon lub tablet.As the recording and processing unit of the JRP, a personal computer, a portable computer, a microcomputer, or a portable device such as a smartphone or tablet can be used.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, początkowo, za pomocą matrycowego miernika luminancji MML umieszczonego na głowicy goniometrycznej GG dokonuje się pomiaru luminancji na obiekcie RO z określonego kierunku. Dane luminancyjne z matrycy miernika w natywnej rozdzielczości zapisywane są w arkuszu odpowiadającym liczbie punktów pomiarowych, wynikającej z iloczynu liczby punktów przypadających na całą szerokość i wysokość matrycy. Równocześnie za pomocą kamery skanującej KA wykonywany jest trójwymiarowy skan geometrii badanego obiektu BO widzianego z tego samego kierunku. Na pojedyncze punkty skanu geometrycznego w postaci wirtualnego obiektu WO nanoszone są wartości luminancji w tych punktach L1n oraz obliczone za pomocą jednostki rejestrującoAccording to the method of the invention, initially, the luminance of the RO object from a specific direction is measured by the MML matrix luminance meter placed on the goniometric head GG. Luminance data from the matrix of the meter in native resolution are saved in a sheet corresponding to the number of measurement points, resulting from the product of the number of points covering the entire width and height of the matrix. At the same time, a three-dimensional scan of the geometry of the tested object BO seen from the same direction is performed with the KA scanning camera. The individual points of the geometric scan in the form of a virtual WO object are plotted luminance values at these points L1n and calculated with the recording unit

PL 239 204 B1PL 239 204 B1

-przetwarzającej JRP punktowe wartości natężeń oświetlenia E1n. Mikrokamery MKL i MKR, odpowiednio dla lewego i prawego oka śledzą ruch gałek ocznych a jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP przeprowadza fuzję obrazu pokazując na wyświetlaczu okularów rzeczywistości rozszerzonej ORR rozkład luminancji L1 n w postaci barwnej RGBL2D lub postaci barwnej RGBE2D poziomu natężenia oświetlenia E1n z zaznaczeniem wartości numerycznej w punkcie obserwacji - nakierowaniu wzroku odczytanemu za pomocą jednostki rejestrująco-przetwarzającej na podstawie obrazu z mikrokamer gałek ocznych MKR i MKL. Dzięki temu, że okulary rzeczywistości rozszerzonej ORR są połączone sztywno w jednym urządzeniu nasobnym z miernikiem luminancji i kamerą skanującą, po kalibracji wyświetlane wartości nakładają się na rzeczywisty obraz.- processing JRP point values of illuminances E1n. MKL and MKR microcams, respectively for the left and right eyes, track the movement of the eyeballs, and the JRP recording and processing unit performs image fusion showing the L1 n luminance distribution on the display of ORR glasses in the RGBL2D color form or RGBE2D color form of the light intensity level E1n with the numerical value marked at the observation point - directing the eyesight read by the recording and processing unit on the basis of the image from the MKR and MKL eyeball microcambers. Due to the fact that the ORR augmented reality glasses are rigidly connected in one wearable device with a luminance meter and a scanning camera, after calibration the displayed values overlap with the actual image.

Zastosowanie mikrokamer gałek ocznych pozwala również uzyskać wygodny interfejs urządzenia umożliwiający pracę bez wykorzystania rąk. W niniejszym przykładzie, za pomocą mrugnięcia obiema gałkami o czasie min. 1 s następuje przełączenie na pomiar całkowitego rozkładu luminancji dla mierzonej przestrzeni. Pojedyncze min. 1 s mrugnięcie prawego oka przełącza na pomiar natężenia oświetlenia, natomiast lewego na pomiar luminancji. W okularach rzeczywistości rozszerzonej ORR wyświetla się wartość numeryczną mierzonej wielkości w sąsiedztwie punktu wyznaczonym jako przecięcie kierunku obserwacji z płaszczyzną obserwacji. Dzięki temu obserwator widzi nie tylko graficzną reprezentację rozkładu lecz łatwo i bez użycia rąk może wykonywać pomiary wymagane normami. Korzystnie wyświetlane wartości numeryczne podlegają zapisowi razem ze współrzędnymi punktu w modelu trójwymiarowym jeżeli w pomiarze wyznacza się również model.The use of eyeball micro cameras also allows for a convenient device interface that allows you to work without using your hands. In this example, by blinking both knobs at min. 1 s, the device switches to the measurement of the total luminance distribution for the measured space. Single min. 1 sec. Blinking of the right eye switches to luminance measurement, and the blink of the left eye to luminance measurement. In augmented reality ORR glasses, the numerical value of the measured quantity is displayed in the vicinity of the point designated as the intersection of the observation direction with the observation plane. Thanks to this, the observer not only sees a graphical representation of the distribution, but can easily and without the use of hands perform the measurements required by the standards. Preferably, the displayed numerical values are stored together with the coordinates of a point in the three-dimensional model if the model is also determined in the measurement.

Alternatywnie można zastosować na urządzeniu nasobnym przyciski wyzwalające pomiar lub czujnik drgań reagujący na stuknięcia. Analiza obrazu z mikrokamer gałek ocznych ma jednak tę przewagę, że nie wymaga użycia rąk a zastosowanie mikrokamer jest i tak potrzebne z uwagi na wskazanie kierunku pomiaru. W przeciwnym wypadku wartości luminancji i natężenia oświetlenia musiałyby być odzyskiwane w toku przetwarzania danych pomiarowych po pomiarze.Alternatively, buttons for triggering the measurement or a vibration sensor that responds to knocks can be provided on the wear-and-tear device. The analysis of the image from the eyeball microcamera has the advantage that it does not require the use of hands and the use of microcamera is necessary anyway due to the indication of the measurement direction. Otherwise, the luminance and illuminance values would have to be retrieved during measurement data processing after measurement.

Jak to przedstawia fig. 2 oraz fig. 3 do jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP wczytywane są dane luminancyjne w postaci matrycy o natywnej wysokości i szerokości LWS miernika luminancji MML umieszczonego na głowicy goniometrycznej GG, które zawierają wartości luminancji pojedynczych pikseli matrycy L1n. Za pomocą jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP obliczany jest pełny trójwymiarowy rozkład luminancji L3D na wirtualnym obiekcie WO powstałym w wyniku skanowania kamerą KA uwzględniając położenie i ukierunkowanie całego układu OXYZR względem badanego obiektu BO. Analizowane jest również położenie i ukierunkowanie obserwatora OXYZR w stosunku do rzeczywistego obiektu RO. Mikrokamery MKL i MKR stale analizują położenie gałek ocznych obserwatora, a za pomocą jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP oblicza się wartości natężenia oświetlenia E1n. Informacja ta podawana jest na wyświetlaczu okularów rozszerzonej rzeczywistości ORR.As shown in Figs. 2 and 3, the luminance data in the form of a matrix of native height and width LWS of the MML luminance meter placed on the goniometric head GG, containing the luminance values of individual pixels of the L1n matrix, are read into the JRP recording and processing unit. By means of the JRP recording and processing unit, the full three-dimensional L3D luminance distribution on the virtual WO object created as a result of scanning with the KA camera is calculated taking into account the position and orientation of the entire OXYZR system in relation to the tested object BO. The position and orientation of the OXYZR observer in relation to the real RO object is also analyzed. The MKL and MKR microcambers constantly analyze the position of the observer's eyeballs, and using the JRP recording and processing unit, the illuminance E1n values are calculated. This information is given on the display of the ORR augmented reality glasses.

Obliczony trójwymiarowy rozkład luminancji L3D na wirtualnym obiekcie WO, przekształcany jest na dwuwymiarowy rozkład luminancji L2D dla punktu i kierunku obserwacji wirtualnego modelu WOXYZR, a następnie przekształcany na składowe barwy RGBL2D, które w dalszej kolejności wyświetlane są w okularach rzeczywistości rozszerzonej ORR.The computed three-dimensional L3D luminance distribution on the virtual WO object is transformed into a two-dimensional L2D luminance distribution for the observation point and direction of the virtual WOXYZR model, and then converted into RGBL2D color components, which are then displayed in ORR augmented reality glasses.

Znając widmowe właściwości refleksyjno-transmisyjne materiałów z których obiekt jest wykonany na podstawie trójwymiarowego rozkładu luminancji L3D obliczany jest trójwymiarowy rozkład natężenia oświetlenia E3D, który przekształcany jest na dwuwymiarowy rozkład natężenia oświetlenia E2D na wirtualnym obiekcie WO dla punktu i kierunku obserwacji WOXYZR. Dwuwymiarowy rozkład natężenia oświetlenia E2D następnie przekształcany jest na składowe barwy RGBE2D, wyświetlane w okularach rzeczywistości rozszerzonej ORR.Knowing the spectral reflection and transmission properties of the materials from which the object is made on the basis of the three-dimensional L3D luminance distribution, the three-dimensional distribution of the E3D illumination is calculated, which is converted into the two-dimensional distribution of the E2D illuminance on the virtual object WO for the WOXYZR observation point and direction. The two-dimensional distribution of the E2D illuminance is then converted into RGBE2D color components, displayed in the ORR augmented reality glasses.

Punkt i kierunek obserwacji WOXYZR wirtualnego obiektu WO odpowiada punktowi i kierunkowi obserwacji OXYZR badanego obiektu BO z zachowaniem skali.The point and direction of the WOXYZR observation of the virtual WO object corresponds to the point and direction of the OXYZR observation of the examined object BO with the preservation of the scale.

Możliwa jest zmiana położenia i ukierunkowania układu względem obiektu OXYZR, z zachowaniem ciągłości wykonywanego pomiaru. Pełny przestrzenny rozkład luminancji L3D oraz natężenia oświetlenia E3D przedstawiany jest również na ekranie jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP o ile jest ona wyposażona w ekran. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca może wówczas zapewniać możliwość dalszej analizy danych analizowany w sposób niezależny.It is possible to change the position and orientation of the system in relation to the OXYZR object, while maintaining the continuity of the measurement. The full spatial distribution of L3D luminance and E3D illuminance is also presented on the screen of the JRP recording and processing unit, if it is equipped with a screen. The recording and processing unit can then provide the possibility of further analyzing the data in an independent manner.

Claims

1. A device for measuring luminance equipped with a matrix luminance meter (MML) on a goniometric head (GG) connected to a recording and processing unit (JRP) to which a scanning camera (KA) is also attached, characterized by the fact that it is also equipped with selected glasses from the group consisting of augmented reality glasses (ORR) and virtual reality glasses, adapted to display an image, connected to a recording and processing unit (JRP) and equipped with at least one micro-camera (MKL, MKR) for eye tracking also connected to a recording and processing unit ( JRP), wherein the goniometric head (GG) and the scanning camera (KA) are integrated in one wearable device and point essentially in the same direction.

2. The device according to claim The method of claim 1, comprising two eye tracking micro cameras (MKL, MKR).

3. The device according to any of the claims from 1 to 2, characterized in that it is equipped with a radio navigation system connected to a recording and processing unit (PIU).

4. A device according to any of claims 1 to 4. A device according to any of the claims 1 to 3, characterized in that it is equipped with a magnetometer integrated in the wear-and-tear device and connected to a recording and processing unit (JRP).

5. The device according to any of the claims according to any of the claims 1 to 4, characterized in that it is equipped with an accelerometer integrated in the wearable device and connected to the recording and processing unit.

6. The device according to any of the claims The glasses as claimed in any of claims 1 to 5, characterized in that the glasses are augmented reality glasses (ORR) integrated in one wearable device with a goniometric head (GG) and a scanning camera (KA) and directed essentially in the same direction.

A method of measuring luminance with a matrix luminance meter (MML) on a goniometric head (GG), characterized in that the device is as defined in any of claims 1 to 3. from 1 to 6 and by twisting the device on the tested object (BO) and using the matrix luminance meter (MML), the first measurement of multi-point luminance values (L1n) by setting this meter in the first position and scanning with the camera (KA) recording the position and device orientation (OXYZR).

8. The luminance measurement method according to claim 1, The method of claim 7, wherein the measurement is triggered by analyzing an image from at least one eye tracking microcamera (MKL, MKR).

9. The luminance measurement method according to claim 1, The method according to claim 7 or 8, characterized in that the multipoint luminance values (L1n) are converted into multipoint illuminance values (E1n) by means of a recording and processing unit (JRP), taking into account the scan (WO) of the object obtained by the scanning camera (KA).

10. The luminance measurement method according to claim 1, 9, characterized in that on the basis of the object scan (WO), the distribution of point luminance values (L1n) and the distribution of point values of illuminance (E1n), the spatial distribution of luminance (L3D) and the spatial distribution of illuminance (E3D) are determined and then using the position and orientation (WOXYZR) is transformed into two-dimensional distributions in the plane of observation of luminance (L2D) and illuminance (E2D), which are transformed into two-dimensional color distributions and saved in the memory of the recording and processing unit (JRP), and then selected color distributions (RGBL2D, RGBE2D) is sent to the glasses.