PL241289B1 - Sposób kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego do wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia zewnętrznego tego obiektu oraz układ do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego do wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia zewnętrznego tego obiektu, w szczególności obiektu zewnętrznego o zróżnicowanej strukturze architektonicznej. Wynalazek stosowany może być zwłaszcza do wyznaczania podstawowych parametrów fotometrycznych oświetlenia obiektu, takich jak średni poziom luminancji, średni poziom natężenia oświetlenia czy sprawność oświetlenia, koniecznych dalej do przeprowadzenia analizy zgodności projektu zewnętrznego oświetlenia obiektu z rzeczywistą realizacją oświetlenia, zgodną z zaleceniami czy wymaganiami normatywnymi. Dodatkowo, przedmiotem wynalazku jest układ do realizacji sposobu kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego do wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia zewnętrznego tego obiektu.

Znane są różne sposoby pomiaru i analizy parametrów fotometrycznych oświetlenia obiektu rzeczywistego, na podstawie których przykładowo możliwe jest wyznaczenie wartości luminancji średniej, średniego poziomu natężenia oświetlenia czy wynikowej sprawności oświetlenia dla danego obiektu iluminacji. Zastosowane do celów realizacji tych sposobów układy wyposażone są w jednostkę rejestrująco-przetwarzającą, przykładowo komputer, który na podstawie zaimplementowanej aplikacji pozwala na analizę i przetworzenie wprowadzonych z pomiaru danych oraz przeprowadzenie wynikowych obliczeń do wyznaczenia poszukiwanych wartości parametrów oświetlenia.

Znane są na przykład sposoby określania średniej wartości rozkładu luminancji, realizowane za pomocą pomiarów lub obliczeń punktowych jak również techniki bardziej zaawansowane - z użyciem matrycowego miernika luminancji. W przypadku metod punktowych wadą jest konieczność zastosowania siatki pomiarowej oraz dużej liczby pomiarów, co wpływa na znaczną czasochłonność i możliwą w tym przypadku niską dokładność wyniku. Z kolei w przypadku użycia matrycowego miernika luminancji możliwe jest stosunkowo łatwe i szybkie uzyskanie precyzyjnego wyniku, jednakże ograniczonego wyłącznie do jednego kierunku obserwacji. Sposób taki znany jest przykładowo z dokumentu P 430385 A.

W przypadku technik bazujących na matrycowym mierniku luminancji ich implementacja z powodzeniem sprawdza się w obrębie pomiarów realizowanych na płaskich obiektach, jednak w przypadku obiektów zróżnicowanych architektoniczne - pomiar obarczony jest błędem wynikającym z nieuwzględnienia wszystkich płaszczyzn tworzących dany obiekt. Trudno jest także określić błąd pomiarowy a uzyskany tą metodą wynik może być zarówno zaniżony jak i zawyżony. Dlatego też, w przypadku oświetlenia obiektów architektonicznych technika ta praktykowana jest głównie dla oszacowania średniego poziomu luminancji widzianego jedynie z danego kierunku.

Znany jest również sposób określania wartości średniego poziomu natężenia oświetlenia polegający na pomiarach lub obliczeniach punktowych wartości w zdefiniowanej siatce obliczeniowej. Podobnie jak w przypadku technik wyznaczania luminancji średniej, sposób ten jest czasochłonny ponieważ wymaga przeprowadzenia dużej liczby punktów pomiarowych. W przypadku nierównomierności oświetlenia występuje ryzyko błędu, ponieważ punkty pomiarowe rozłożone w siatce pomiarowej lub obliczeniowej mogą wypaść w punktach o zarówno zaniżonych jak i zawyżonych wartościach w stosunku do rzeczywistej wartości średniej. W przypadku obiektów zewnętrznych takich jak budynki zewnętrzne sposób ten realnie jest niemożliwy do wykonania, ponieważ pomiar natężenia oświetlenia wymaga przyłożenia miernika w punktach, które są niedostępne osobie wykonującej pomiar.

Znany jest także sposób obliczenia sprawności oświetlenia w oparciu o pomiar lub obliczenie średniego natężenia oświetlenia analizowanego obiektu, pola powierzchni oświetlanej oraz sumarycznego strumienia świetlnego wszystkich użytych w projekcie źródeł światła w oprawach oświetleniowych. Sprawność oświetlenia obliczana jest na podstawie wzoru:

Φω (1) gdzie:

UF - sprawność oświetlenia φυ - strumień świetlny realizujący rozkład natężenia oświetlenia na powierzchni oświetlanego obiektu φω - strumień świetlny wszystkich źródeł światła zainstalowanych w oprawach oświetleniowych.

PL 241 289 Β1

Strumień świetlny φυ realizujący rozkład natężenia oświetlenia na powierzchni oświetlanego obiektu wyznaczany jest według wzoru:

φ„ = Ε·8 [Im] (2) gdzie:

E - średni poziom natężenia oświetlenia na obiekcie

S - pole powierzchni oświetlanego obiektu

Powyższy sposób dobrze sprawdza się jedynie dla obliczania sprawności oświetlenia wnętrz. Dla obiektów zewnętrznych, takich jak budynki czy pomniki - jest bardzo trudny do realizacji, ponieważ do obliczenia sprawności oświetlenia wymagane jest obliczenie średniego natężenia oświetlenia, a zatem pojawia się opisany powyżej problem pomiarowy związany z określeniem wartości tego parametru. Głównym problemem są tu jednak trudności w określeniu, które z płaszczyzn obiektu należą do płaszczyzny oświetlanej jak również trudności w zmierzeniu ich pola powierzchni, co związane jest z tym, że obiekty te niekoniecznie są proste w formie geometrycznej oraz mogą posiadać wiele detali architektonicznych. W rezultacie, stosowne obliczenia można przeprowadzić jedynie na etapie projektowym, posiadając model geometryczny obiektu.

Zwykle jednak modele geometrycznie, nawet te dedykowane obliczeniom sprawności oświetlenia nie są wiernym odwzorowaniem obiektu, zwłaszcza jego detalu. Pole powierzchni jest więc w takich przypadkach zaniżone poprzez pominięcie elementów geometrycznych przypisanych do wspomnianego detalu. Z kolei dla obiektów rzeczywistych, nie mających wirtualnego odwzorowania geometrycznego dokładny pomiar pola powierzchni jest niemożliwy. Obliczenie sprawności oświetlenia dla obiektów rzeczywistych jest więc bezpośrednio niemożliwe - zarówno z powodu braku możliwości pomiaru średniego natężenia oświetlenia jak i określenia i obliczenia pola powierzchni oświetlanej.

Ponadto, znana jest pośrednia metoda wyznaczenia sprawności oświetlenia na podstawie obliczenia tzw. strumienia świetlnego nieużytecznego poprzez „wirtualne przykrycie” obiektu oświetlanego półsferą, prostopadłościanem, walcem lub dwoma równoległymi do siebie płaszczyznami. Oblicza się wtedy średnią wartość natężenia oświetlenia na tych obiektach. Znając pole powierzchni obiektów przykrywających, możliwe jest wyznaczenie strumienia świetlnego wywołujący to natężenie oświetlenia, a następnie - na podstawie wzoru (2) - oblicza się strumień świetlny zdefiniowany jako nieużyteczny. Znając tę wartość można stosunkowo prosto obliczyć strumień świetlny zdefiniowany jako użyteczny, poprzez odjęcie tego strumienia świetlnego nieużytecznego od wartości sumy strumieni świetlnych wszystkich opraw oświetleniowych. Następnie na podstawie wzoru (1) możliwe jest obliczenie sprawności iluminacji obiektu.

Wadą powyższego podejścia w obliczeniu sprawności oświetlenia jest to, że może być stosowane jedynie na etapie projektowym - trudno bowiem wyobrazić sobie przykrywanie rzeczywistych obiektów, zwłaszcza wielkogabarytowych, obiektami o różnych kształtach geometrycznych. Nawet jeżeli z teoretycznego punktu widzenia byłoby to możliwe, pojawiłby się problem pomiaru średniego natężenia oświetlenia na obiektach przykrywających, a w konsekwencji brak dostępu do punktów pomiarowych.

Dodatkowo, przy pomiarach obiektów rzeczywistych, do celów wyznaczenia parametrów fotometrycznych oświetlenia docelowego tychże, pojawić się mogą problemy związane przykładowo z barwą materiału, z którego wykonany jest obiekt. Barwa materiału postrzegana przez oko ludzkie zależy od składu spektralnego światła oświetlającego obiekt. Ta barwa zmienia się w zależności oświetlenia o pełnym bądź niepełnym widmie spektralnym. Przykładowo, w przypadku niepełnego widma spektralnego, przy oświetleniu obiektu światłem ze źródła sodowego (generującego żółte świtało) lub też przy oświetleniu obiektu światłem dziennym- wszystkie barwy materiału mogą być znacząco przekłamane. Wówczas to, możliwe będzie obliczenie współczynnika odbicia (na podstawie standardowego i znanego znawcy jednakże określenie barwy RGB materiału wymagać będzie znajomości składu spektralnego. Z tego właśnie powodu - do celów uniezależnienia pomiaru i uzyskanych w jego wyniku obliczeń - dodatkowo realizowany powinien być pomiar składu spektralnego oświetlenia.

W świetle powyższego, celem wynalazku jest zapewnienie wygodnego, prostego i szybkiego sposobu kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego stanowiącego podstawę dla bezpośredniego i dokładnego wyznaczania parametrów fotometrycznych zewnętrznego oświetlenia obiektu, w szczególności wartości średniej luminancji, wartości średniej natężenia oświetlenia oraz sprawności oświetlenia rzeczywistego obiektu, bez względu na jego rozmiar,

PL 241 289 B1 kształt geometryczny, liczbę detali architektonicznych czy też zastosowany materiał analizowanego obiektu. Dodatkowo, celem wynalazku jest zaproponowanie układu do realizacji ww. sposobu.

W zgodnym z wynalazkiem sposobie kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego do wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia zewnętrznego tego obiektu, określonego na podstawie brył fotometrycznych, za pomocą kamery wykonuje się trójwymiarowy skan geometryczny obiektu, a dane w zakresie trójwymiarowego skanu geometrycznego obiektu przesyła się do sprzężonej z kamerą jednostki rejestrująco-przetwarzającej, za pomocą której wyznaczana jest wartość pożądanego parametru fotometrycznego oświetlenia. Sposób charakteryzuje się tym, że w etapie skanowania rzeczywisty obiekt skanuje się w poziomie i w pionie wzdłuż co najmniej trzech płaszczyzn tworzących wirtualną bryłę opisaną na tym obiekcie, gdzie skanowanie w poziomie odbywa się w zakresie 0-180°, a skanowanie w pionie odbywa się w zakresie 0-90°. Skanowanie obiektu przeprowadza się przy jednoczesnym pomiarze danych kolorymetrycznych obiektu za pomocą spektrofotometru oraz pod kontrolą składu spektralnego światła do oświetlania obiektu za pomocą spektroradiometru. W etapie przetwarzania danych wynikowy trójwymiarowy skan geometryczny obiektu przetwarzany jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą w skalibrowaną postać trójwymiarową, która następnie przekształcana jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą w dwuwymiarową postać rastrową, której pole powierzchni odpowiada polu powierzchni obiektu.

Korzystnie, gdy skanowanie obiektu przeprowadza się względem planowanych do oświetlenia powierzchni bocznych obiektu, wzdłuż płaszczyzn tworzących wirtualną bryłę opisaną na tym obiekcie, przy czym skanowanie przeprowadza się z pominięciem płaszczyzn równoległych do podłoża, na którym znajduje się obiekt.

Korzystnie również, gdy równocześnie ze skanowaniem oraz w kierunku zbieżnym z kierunkiem trójwymiarowego skanowania obiektu przeprowadza się pomiar rozkładu luminancji za pomocą sprzężonego z kamerą matrycowego miernika luminancji, przy czym uzyskane dane pomiarowe rozkładu luminancji nanoszone są na trójwymiarowy skan geometryczny obiektu, po czym w etapie przetwarzania danych wynikowy trójwymiarowy skan geometryczny obiektu przetwarzany jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą w postać trójwymiarową danych luminancyjnych, która następnie przekształcana jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą w dwuwymiarową mapowaną postać rastrową, mającą pole powierzchni odpowiadające polu powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej, przy czym na podstawie informacji zapisanych w dwuwymiarowej mapowanej postaci rastrowej wyznacza się wartość luminancji w dowolnym punkcie, wartość średnią luminancji w dowolnym obszarze oraz wartość średnią luminancji na całym obiekcie.

Ponadto korzystnie jest, gdy równocześnie ze skanowaniem obiektu, za pomocą luksomierza przeprowadza się pomiar natężenia oświetlenia w dowolnym, dostępnym punkcie obiektu.

Korzystnie, gdy na podstawie pomiaru natężenia oświetlenia w dowolnym, dostępnym punkcie obiektu, jego luminancji oraz danych kolorymetrycznych, wyznacza się współczynnik odbicia tego punktu.

Współczynnik odbicia p wyznacza się na podstawie znanego ogólnie wzoru: ρ = Ln/E, gdzie: ρ - współczynnik odbicia, L - luminancja w punkcie, natomiast E - natężenie oświetlenia w punkcie. Wyznaczenie współczynnika odbicia dotyczy punktu w którym wykonywany jest pomiar natężenia oświetlenia oraz założenia, że odbicie światła ma charakter dyfuzyjny. W przypadku odbić kierunkowych wyznaczanie współczynnika odbicia jest trudniejsze i może odbyć się zgodnie ze sposobem ujawnionym w zgłoszeniu P.434959.

Korzystnie również, gdy na podstawie wyznaczonego współczynnika odbicia dowolnego punktu oraz dwuwymiarowej postaci rastrowej rzeczywistego obiektu wyznacza się współczynnik odbicia dla każdego punktu wchodzącego w skład całej powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej, który jest podstawą obliczenia średniej wartości współczynnika odbicia w dowolnym obszarze oraz średniego współczynnika odbicia dla całego rzeczywistego obiektu.

Ponadto korzystnie jest, gdy na podstawie danych luminancyjnych dwuwymiarowej mapowanej postaci rastrowej oraz współczynnika odbicia dla każdego punktu wchodzącego w skład powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej, których powierzchnie są takie same, wyznacza się pełny rozkład natężenia oświetlenia dla całego rzeczywistego obiektu, na podstawie którego wyznacza się natężenie oświetlenia w dowolnym punkcie lub średnie natężenie oświetlenia w dowolnym obszarze dla rzeczywistego obiektu oraz średni poziom natężenia oświetlenia na rzeczywistym obiekcie, który jest podstawą obliczenia strumienia świetlnego, realizującego ten średni poziom natężenia oświetlenia, oraz sprawności oświetlenia rzeczywistego obiektu.

PL 241 289 B1

Również korzystnie, gdy na podstawie średniego współczynnika odbicia dla całego obiektu oraz wartości średniej luminancji rzeczywistego obiektu wyznacza się średni poziom natężenia oświetlenia na rzeczywistym obiekcie, który jest podstawą obliczenia strumienia świetlnego, realizującego ten średni poziom natężenia oświetlenia, oraz sprawności oświetlenia rzeczywistego obiektu.

Według wynalazku zapewniony jest również układ do kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego do wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia zewnętrznego tego obiektu, zawierający skierowaną w stronę obiektu kamerę oraz sprzężoną z nią jednostkę rejestrująco-przetwarzającą, wyposażoną w oprogramowanie do wyznaczania wartości pożądanego parametru fotometrycznego oświetlenia. Układ charakteryzuje się tym, że zawiera sprzężone z kamerą spektrofotometr, spektroradiometr oraz matrycowy miernik luminancji, przy czym matrycowy miernik luminancji, spektrofotometr oraz spektroradiometr skierowane są w stronę obiektu równolegle z kamerą.

Korzystnie jest, gdy kamera, spektrofotometr, spektroradiometr oraz matrycowy miernik luminancji wbudowane są w jedno urządzenie pomiarowe. Dzięki temu kamera, spektrofotometr, spektroradiometr oraz matrycowy miernik luminancji są połączone sztywnym połączeniem mechanicznym, a wzajemna orientacja kierunków pomiaru jest zachowana niezależnie od położenia urządzenia pomiarowego. Kierunki te w urządzeniu według wynalazku są skalibrowane tak, że są zasadniczo równoległe. Ponadto, poprzez równoległe i realizowane w ramach pojedynczej głowicy skierowanie w stronę obiektu zarówno matrycowego miernika luminancji, spektrofotometru jak i spektroradiometru wpływa korzystnie na wiarygodność pomiaru, zwłaszcza realizowanego najczęściej z dużej odległości, przy obiekcie oświetlanym z bliska i wynikającego z tego zakłócającego wpływu oświetlenia dalszego otoczenia tego obiektu.

Korzystnie, gdy kamera, spektrofotometr, spektroradiometr oraz matrycowy miernik luminancji umieszczone są na dronie.

Dodatkowo, korzystnie jest, gdy zawiera luksomierz, który sprzężony jest z kamerą oraz jednostką rejestrująco-przetwarzającą, przy czym luksomierz skierowany jest w stronę obiektu równolegle z kamerą, a jego głowica pomiarowa może być zdejmowana i obracana w dowolnym kierunku.

Również korzystnie, gdy jednostkę rejestrująco-przetwarzającą stanowi komputer osobisty, komputer przenośny, mikrokomputer lub urządzenie przenośne typu smartfon lub tablet.

Ponadto korzystnie jest, gdy urządzenie pomiarowe wyposażone jest w radiowy układ nawigacyjny, sprzężony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą, dzięki czemu możliwe jest automatyczne rejestrowanie położenia urządzenia pomiarowego. Dodatkowo również - dzięki zastosowaniu radiowego układu nawigacyjnego - łatwiej jest na podstawie uzyskanych danych pomiarowych wyznaczyć przestrzenny rozkład luminancji, który podlega dalszym przekształceniom.

Korzystnie także, gdy urządzenie pomiarowe wyposażone jest w magnetometr, sprzężony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą. Zastosowanie magnetometru pozwala na zapisanie orientacji urządzenia jak również ułatwia przetwarzanie mierzonych w ramach sposobu rozkładów przestrzennych.

Równie korzystnie, gdy urządzenie pomiarowe wyposażone jest w akcelerometr, sprzężony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą, który to akcelerometr zwiększa możliwości nawigacyjne urządzenia pomiarowego oraz orientację zliczeniową w obrębie uzyskanych w pomiarze danych.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony został w przykładzie wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu według przykładu wykonania wynalazku, a fig. 2 przedstawia obieg sygnałów w układzie według wynalazku oraz zgodnie ze sposobem pomiaru i analizy parametrów oświetlenia badanego obiektu rzeczywistego.

Zgodnie z fig. 1 układ do pomiaru i analizy parametrów oświetlenia obiektu zewnętrznego zawiera jednostkę rejestrująco-przetwarzającą JRP z oprogramowaniem przystosowanym do przetwarzania danych skanowania obiektu za pomocą kamery C, danych pomiarowych pozyskanych z matrycowego miernika luminancji MML, obliczeń kolorymetrycznych z wykonanych pomiarów za pomocą spekrofotometru SF z uwzględnieniem składu spektralnego światła jakim obiekt jest oświetlony, zmierzonym przez spektroradiometr SR. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP współpracuje również z luksomierzem LX. Kamera C, spektrofotometr SF, spektroradiometr SR oraz matrycowy miernik luminancji MML wbudowane są w jedno urządzenie pomiarowe i korzystnie umieszczone na dronie (nie pokazano na rysunku). W celu prawidłowego przeprowadzenia pomiarów luksomierz LX, matrycowy miernik luminancji MML, spektrofotometr SF oraz spektroradiometr SR skierowane są w stronę obiektu O, równolegle z kamerą C. Dodatkowo, głowica pomiarowa może być zdejmowana i obracana w dowolnym kierunku (nie pokazano na rysunku).

PL 241 289 B1

Zadaniem kamery C, przystosowanej do przeprowadzania pomiarów skanujących, jest wykonanie modelu obiektu poprzez geometryczne, przestrzenne skanowanie badanego obiektu oraz stworzenie we współpracy ze spektrofotometrem SF przestrzennego modelu geometrycznego pokrytego materiałem o rzeczywistych parametrach kolorystycznych.

Zadaniem spektroradiometru SR jest analiza składu spektralnego światła jakim mierzony obiekt jest oświetlony. Zadaniem luksomierza LX jest pomiar natężenia oświetlenia w dowolnym, dostępnym punkcie.

Zadaniem matrycowego miernika luminancji MML jest ciągły pomiar luminancji na badanym obiekcie.

Zadaniem jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP jest rejestracja i przetworzenie cyfrowych danych pomiarowych z kamery C skanującej z uwzględnieniem pomiarów kolorymetrycznych wykonanych za pomocą spektrofotometru SF oraz składu spektralnego światła przeprowadzonych za pomocą spekroradiometru SR. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP przetwarza również dane pomiarowe pozyskane przez matrycowy miernik luminancji MML oraz luksomierz LX. Jako jednostkę rejestrująco-przetwarzającą JRP można zastosować komputer osobisty, komputer przenośny, mikrokomputer lub urządzenie przenośne typu smartfon lub tablet.

Sposób kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego według wynalazku przedstawiony zostanie poniżej na podstawie przykładu realizacji w zakresie wyznaczenia wartości punktowej oraz średniej luminancji, punktowej oraz średniej wartości poziomu natężenia oświetlenia, parametrów w obrębie właściwości refleksyjnych materiału, z którego wykonany jest obiekt rzeczywisty jak również sprawności oświetlenia.

Jak przedstawiono na fig. 2 - za pomocą kamery C skanującej wykonuje się trójwymiarowy skan obiektu O, w wyniku czego jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP rejestruje trójwymiarowy skan geometryczny 3DXYZ. Technika skanowania - co będzie oczywiste dla znawcy dziedziny wynalazku - wybrana może być w sposób całkowicie dowolny, spośród standardowo znanych technik pozwalających na pozyskanie trójwymiarowego modelu geometrycznego. Obecnie najdokładniejszą metodą w tym zakresie jest laserowe skanowanie 3D.

Skanowanie przeprowadzane jest przy jednoczesnym pomiarze danych kolorymetrycznych CD obiektu za pomocą spektrofotometru SF. Pomiary odbywają się przy jednoczesnej, realizowanej za pomocą spektroradiometru SR, kontroli składu spektralnego światła SL, jakim obiekt jest oświetlony. Dalej, pozyskane dane w zakresie trójwymiarowego skanu geometrycznego 3DXYZ przesyłane są do jednostki rejestrująco-przetwarzającej JRP, która - w ujęciu generalnym - przetwarza te dane w skalibrowaną (tj. odpowiadającą rzeczywistym wymiarom obiektu skanowanego) postać trójwymiarową 3DC, a następnie w ich dwuwymiarową postać rastrową 2DC z zachowaniem pola powierzchni, z możliwością pomiaru barwy CDP dowolnego punktu powierzchni obiektu O. Dwuwymiarowa postać rastrowa 2DC powstaje w wyniku znanej w dziedzinie przetwarzania obrazów techniki unwrapingu modelu 3D, polegającej na tworzeniu płaszczyzn dwuwymiarowych z obiektu 3D. W wyniku unwrapingu następuje „rozbicie” obiektu na elementarne płaszczyzny, które następnie „układane” są obok siebie tworząc dwuwymiarową mapę odwzorowującą obiekt 3D. Na podstawie wczytanych danych dowolnego, znanego pola powierzchni SD jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP korzystając z danych dwuwymiarowej postaci rastrowej 2DC - w znany i standardowy dla przetwarzania obrazów sposób - oblicza całkowite pole powierzchni S obiektu O.

W celu pozyskania danych, niezbędnych do dalszej analizy oraz docelowego wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia, skanowanie prowadzone jest równolegle z pomiarem natężenia oświetlenia EP w dowolnym dostępnym punkcie obiektu O, realizowanym za pomocą luksomierza LX, jak również z pomiarem rozkładu luminacji z zastosowaniem matrycowego miernika luminancji MML. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP przetwarza pozyskane przez matrycowy miernik luminancji MML dane luminancyjne LD w postać trójwymiarową danych luminancyjnych L3D powstałą w wyniku mapowania trójwymiarowego skanu geometrycznego 3DXYZ (tj. poprzez naniesienie wyników pomiaru w postaci rastrowej na zeskanowany obiekt 3DC) oraz przekształca te dane na podstawie unwrapingu w wyjściową dla sposobu według wynalazku dwuwymiarową mapowaną postać rastrową L2D, której pole powierzchni odpowiada polu powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej 2DC w zakresie danych, pozyskanych w wyniku samego skanowania trójwymiarowego. W rezultacie tego przekształcenia możliwe jest wyznaczenie wartości luminancji LP1n w dowolnym punkcie, wartości średniej luminancji LXY w dowolnym obszarze oraz obliczenie wartości średniej luminancji L2DAV na całym rzeczywistym obiekcie O.

PL 241 289 B1

Na podstawie luminancji LP punktu pomiarowego, który jest jednym z punktów luminancji LP1n, natężenia oświetlenia EP w tym punkcie oraz danych kolorymetrycznych CDP tego punktu jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP oblicza współczynnik odbicia RFP dla materiału w tym punkcie. Uzyskana punktowa wartość współczynnika odbicia RFP daje podstawę wyznaczenia oraz analizy współczynnika odbicia RF2D dla każdego punktu wchodzącego w skład całej powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej 2DC. Pozwala to wyznaczyć wartość średnią współczynnika odbicia RFXY dla dowolnego zaznaczonego obszaru oraz wartość średnią współczynnika odbicia RFAV dla dwuwymiarowej postaci rastrowej 2DC obiektu O. Mając dane luminancyjne w obrębie dwuwymiarowej mapowanej postaci rastrowej L2D każdego punktu obiektu O oraz wartości współczynnika odbicia RF2D tych punktów jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP oblicza pełny rozkład natężenia oświetlenia E2D obiektu z możliwością analizy natężenia oświetlenia EP1n dowolnego punktu lub średniego natężenia oświetlenia EXY dowolnego obszaru oraz obliczenia wartości średniej natężenia oświetlenia E2DAV1 na całym obiekcie O. Jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP sprawdza również wartość średnią natężenia oświetlenia E2DAV1 z wartością średniego natężenia oświetlenia E2DAV2 obliczoną z wartości średniej współczynnika odbicia RFAV obiektu O oraz średniej luminancji L2DAV.

Wspomniane wartości powinny być takie same. Jeżeli odbiegają od siebie następuje analiza błędu. Jeżeli błąd jest niezidentyfikowany oznacza to, że wynika z szumu pomiarowego. Wówczas z obu wartości średnich natężeń oświetlenia E2DAV1 oraz E2DAV2 wyciągana jest średnia arytmetyczna i wynik przypisywany jest obu wielkościom. Znając wartość średnią natężenia oświetlenia E2DAV1 lub wartość średniego natężenia oświetlenia E2DAV2 jak również całkowite pole powierzchni S oświetlanego obiektu O jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP oblicza wartość strumienia świetlnego LFU jaki realizuje wartość średnią natężenia oświetlenia E2DAV1 i wartość średnią natężenia oświetlenia E2DAV2 na badanym obiekcie O. Znając wartość strumienia świetlnego LFU oraz strumienia świetlnego LFC wszystkich źródeł światła, które realizują oświetlenie obiektu O, jednostka rejestrująco-przetwarzająca JRP na podstawie wzoru (1) oblicza sprawność oświetlenia. Wartość strumienia świetlnego LFC wszystkich źródeł światła wczytywana jest do układu przez osobę przeprowadzającą analizę.

Opracowany sposób i układ pozwala na dokładny pomiar luminancji, natężenia oświetlenia, pola powierzchni, właściwości refleksyjnych dowolnego obiektu. Umożliwia również wyznaczenie tych parametrów dla części obiektu wybierając dowolny obszar lub wprowadzając interwał wartości. Przykładowo osoba wykonywująca pomiar może zaznaczyć cześć elewacji i przeprowadzić analizę lub pominąć dowolne wartości parametrów luminancji lub natężenia oświetlenia. W zaznaczonym obszarze wyznaczany jest również średni współczynnik odbicia. Wszystkie te parametry są podstawą analizy projektu lub realizacji z zaleceniami oraz wymaganiami normatywnymi dotyczącymi oświetlenia. Możliwy jest również punktowy pomiar wymienionych parametrów fotometrycznych.

Przedmiotowy wynalazek nie ogranicza się tylko do przedstawionych powyżej przykładów wykonania. Możliwe są różne jego modyfikacje i rozwinięcia w ramach załączonych zastrzeżeń patentowych, bez odejścia od istoty wynalazku.

Claims (16)

1. Sposób kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego do wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia zewnętrznego tego obiektu, określonego na podstawie brył fotometrycznych, w którym za pomocą kamery wykonuje się trójwymiarowy skan geometryczny obiektu, a dane w zakresie trójwymiarowego skanu geometrycznego obiektu przesyła się do sprzężonej z kamerą jednostki rejestrującoprzetwarzającej, za pomocą której wyznaczana jest wartość pożądanego parametru fotometrycznego oświetlenia, znamienny tym, że w etapie skanowania rzeczywisty obiekt (O) skanuje się w poziomie i w pionie wzdłuż co najmniej trzech płaszczyzn tworzących wirtualną bryłę opisaną na tym obiekcie (O), gdzie skanowanie w poziomie odbywa się w zakresie 0-180°, a skanowanie w pionie odbywa się w zakresie 0-90°, przy czym skanowanie obiektu (O) przeprowadza się przy jednoczesnym pomiarze danych kolorymetrycznych (CD) obiektu za pomocą spektrofotometru (SF) oraz pod kontrolą składu spektralnego światła (SL) do oświetlania obiektu (O) za pomocą spektroradiometru (SR), oraz tym, że w etapie przetwarzania danych wynikowy trójwymiarowy skan g eometryczny (3DXYZ)

PL 241 289 B1 obiektu przetwarzany jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą (JRP) w skalibrowaną postać trójwymiarową (3DC), która następnie przekształcana jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą (JRP) w dwuwymiarową postać rastrową (2DC), której pole powierzchni odpowiada polu powierzchni obiektu (O).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skanowanie obiektu (O) przeprowadza się względem planowanych do oświetlenia powierzchni bocznych obiektu (O), wzdłuż płaszczyzn tworzących wirtualną bryłę opisaną na tym obiekcie (O), przy czym skanowanie przeprowadza się z pominięciem płaszczyzn równoległych do podłoża, na którym znajduje się obiekt (O).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że równocześnie ze skanowaniem oraz w kierunku zbieżnym z kierunkiem trójwymiarowego skanowania obiektu (O) przeprowadza się pomiar rozkładu luminancji za pomocą sprzężonego z kamerą (C) matrycowego miernika luminancji (MML), przy czym uzyskane dane pomiarowe rozkładu luminancji (LD) nanoszone są na trójwymiarowy skan geometryczny (3DXYZ) obiektu, po czym w etapie przetwarzania danych wynikowy trójwymiarowy skan geometryczny (3DXYZ) obiektu przetwarzany jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą (JRP) w postać trójwymiarową danych luminancyjnych (L3D), która następnie przekształcana jest przez jednostkę rejestrująco-przetwarzającą (JRP) w dwuwymiarową mapowaną postać rastrową (L2D), mającą pole powierzchni odpowiadające polu powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej (2DC), przy czym na podstawie informacji zapisanych w dwuwymiarowej mapowanej postaci rastrowej (L2D) wyznacza się wartość luminancji (LP1n) w dowolnym punkcie, wartość średnią luminancji (LXY) w dowolnym obszarze oraz wartość średnią luminancji (L2DAV) na całym obiekcie (O).

4. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że równocześnie ze skanowaniem obiektu (O), za pomocą luksomierza (LX) przeprowadza się pomiar natężenia oświetlenia (EP) w dowolnym punkcie obiektu (O).

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że na podstawie pomiaru natężenia oświetlenia (EP) w dowolnym, dostępnym punkcie obiektu (O), jego luminancji (LP) oraz danych kolorymetrycznych (CDP), wyznacza się współczynnik odbicia (RFP) tego punktu.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że na podstawie wyznaczonego współczynnika odbicia dowolnego punktu (RFP) oraz dwuwymiarowej postaci rastrowej (2DC) rzeczywistego obiektu (O) wyznacza się współczynnik odbicia (RF2D) dla każdego punktu wchodzącego w skład całej powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej (2DC), który jest podstawą obliczenia średniej wartości współczynnika odbicia (RFXY) w dowolnym obszarze oraz średniego współczynnika odbicia (RFAV) dla całego rzeczywistego obiektu (O).

7. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń 3 do 6, znamienny tym, że na podstawie danych luminancyjnych dwuwymiarowej mapowanej postaci rastrowej (L2D) oraz współczynnika odbicia (RF2D) dla każdego punktu wchodzącego w skład powierzchni dwuwymiarowej postaci rastrowej (2DC), których powierzchnie są takie same, wyznacza się pełny rozkład natężenia oświetlenia (E2D) dla całego rzeczywistego obiektu (O), na podstawie którego wyznacza się natężenie oświetlenia (EP1n) w dowolnym punkcie lub średnie natężenie oświetlenia (EXY) w dowolnym obszarze dla rzeczywistego obiektu (O) oraz średni poziom natężenia oświetlenia (E2DAV1) na rzeczywistym obiekcie (O), który jest podstawą obliczenia strumienia świetlnego (LFU), realizującego ten średni poziom natężenia oświetlenia, oraz sprawności oświetlenia (UF) rzeczywistego obiektu (O).

8. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń 3 do 7, znamienny tym, że na podstawie średniego współczynnika odbicia (RFAV) dla całego obiektu (O) oraz wartości średniej luminancji (L2DAV) rzeczywistego obiektu (O) wyznacza się średni poziom natężenia oświetlenia (E2DAV2) na rzeczywistym obiekcie (O), który jest podstawą obliczenia strumienia świetlnego (LFU), realizującego ten średni poziom natężenia oświetlenia, oraz sprawności oświetlenia (UF) rzeczywistego obiektu (O).

9. Układ do kształtowania i analizy trójwymiarowego modelu obiektu rzeczywistego do wyznaczania parametrów fotometrycznych oświetlenia zewnętrznego tego obiektu zawierający skierowaną w stronę obiektu kamerę oraz sprzężoną z nią jednostkę rejestrującoprzetwarzającą, wyposażoną w oprogramowanie do wyznaczania wartości pożądanego parametru fotometrycznego oświetlenia, znamienny tym, że zawiera sprzężone z kamerą (C)

PL 241 289 Β1 spektrofotometr (SF), spektroradiometr (SR) oraz matrycowy miernik luminancji (MML), przy czym matrycowy miernik luminancji (MML), spektrofotometr (SF) oraz spektroradiometr (SR) skierowane są w stronę obiektu równolegle z kamerą (C).

10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że kamera (C), spektrofotometr (SF), spektroradiometr (SR) oraz matrycowy miernik luminancji (MML) wbudowane są w jedno urządzenie pomiarowe.

11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że kamera (C), spektrofotometr (SF), spektroradiometr (SR) oraz matrycowy miernik luminancji (MML) umieszczone są na dranie.

12. Układ według zastrz. 9 albo 10 albo 11, znamienny tym, że zawiera luksomierz (LX), który sprzężony jest z kamerą (C) oraz jednostką rejestrująco-przetwarzającą (JRP), przy czym luksomierz (LX) skierowany jest w stronę obiektu równolegle z kamerą (C) oraz posiada zdejmowaną głowicę pomiarową.

13. Układ według któregokolwiek z zastrzeżeń 9 do 12, znamienny tym, że jednostkę rejestrująco-przetwarzającą (JRP) stanowi komputer osobisty, komputer przenośny, mikrokomputer lub urządzenie przenośne typu smartfon lub tablet.

14. Układ według któregokolwiek z zastrzeżeń 9 do 13, znamienny tym, że urządzenie pomiarowe wyposażone jest w radiowy układ nawigacyjny, sprzężony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą (JRP).

15. Układ według któregokolwiek z zastrzeżeń 9 do 14, znamienny tym, że urządzenie pomiarowe wyposażone jest w magnetometr, sprzężony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą (JRP)

16. Układ według któregokolwiek z zastrzeżeń 9 do 15, znamienny tym, że urządzenie pomiarowe wyposażone jest w akcelerometr, sprzężony z jednostką rejestrująco-przetwarzającą (JRP)