WO2011061371A9 - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico y su procedimiento para la medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática - Google Patents

Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico y su procedimiento para la medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática Download PDF

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José ARASA MARTI
Carlos Pizarro Bondia
Jesús María CAUM AREGAY
Patricia Blanco Nieto
José FERNANDEZ DORADO
María Montserrat ARJONA CARBONELL
Nuria Tomas Corominas
Fermín ALARCON ESCOBAR
Esther Oteo Lozano
Fernándo Guillermo SANABRIA ORTEGA
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Definitions

  • the present invention relates to a dynamic electro-optical photometric device and the method applied therein for the dynamic measurement of the quantity and distribution of polychromatic light over large, remote surfaces and in a variable environment.
  • the invention belongs to the technical sector of radiometry and photometry with the novelty of being an indirect measurement procedure and whose application is dynamic, adapted to the environment and away from the large surface to be measured. That is, the one in which the measurement is made by moving the device in a way adapted to the analyzed surface and independent of its location, forms
  • the fact of obtaining the distribution of light on a surface opens the possibility of optimizing the luminaires used to detect possible light deficiencies or excesses that can cause undesirable effects, for example: the design of the luminaire, spaced between them, type of lamps used , etc.
  • radiometric or photometric devices based on several technologies (mainly photoelectric and CCD) that capture the energy that comes to them but they all suffer from the fact that they are not prepared to measure the amount and distribution of light on large surfaces dimensions (large field), located at any distance and even in variable ways.
  • NICOLAU European project in which indirect measurement of an automotive headlamp can be made with the serious restriction of being able to measure angles of incidence greater than 40 degrees
  • NICOLAU Characterization of automotive headlamps using near-field photometry techniques ", S. Royo, MJ Arranz, J.Arasa, SPIE Proceeding Vol 5663, pp. 76-85, 2005] have not been able to efficiently combine the measurement of a large field with a processing time and measurement accuracy so that both Methods such as measuring devices are efficient.
  • Current systems measure small areas therefore they are extremely slow when used to measure large surfaces and disable them for any inspection or control of large areas and even more if they are at a different distance from the measuring device.
  • the present invention although using a
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) CCD device, not only measures the amount of light but also its distribution from an indirect and totally different procedure based on the determination of the slopes of narrow light beams focused on the plane of the CCD.
  • the process of this invention determines the slopes of narrow beams of light focusing infinitely the objective of a CCD camera, so the energy captured by each pixel, considering its small size, only comes from a single orientation (Fig. 1). Under this condition the angle of incidence of the beam ( ⁇ ) is from the position of the pixel (x, y) and its distance to the target that is equal to the focal length of the same (f '), both known.
  • Each pixel in the CCD provides the amount of energy received and the slope of the incident beam.
  • the map of light distributions on the CCD can be extrapolated, thanks to the knowledge of the slopes of the beams, to any other plane located at another known distance or on non-flat surfaces just by finding the intersections of the beams with the new plane .
  • the process of this invention is dynamic in order to cover large surfaces.
  • the field covered by a CCD is directly related to the size of the pixel mosaic and consequently limits the area of the analyzed surface.
  • the process of the invention is dynamic, that is to say it continuously sweeps the analyzed surface by means of a
  • REPLACEMENT SHEET Re la 26 row of CCD cameras (Fig. 2).
  • the scanning causes this in-line detection to be carried out progressively to the adjacent areas as the device advances on the surface.
  • a radiometer arranged on the surface to be measured, is only capable of measuring on the order of a square centimeter, the proposed system can measure on the order of the linear 50 cm by the length you want to move the device.
  • the present invention also presents a device based on the procedure described above whose design incorporates a series of sensors, described below, that work together to provide the values of all the parameters necessary to calculate the amount and distribution of light accurately and reliably on any large, remote surface and in a variable environment, for example that has inclinations or deformations (Fig. 3).
  • the device of the invention consists of the following elements: set of CCD B / N cameras in a row (A), a CCD B / N camera for controlling the position and scanning speed of the entire device (B), a color camera for visualization of the environment (C), a B / N camera for continuous recording of the distance between the row of CCDs and the analyzed surface (D), a photometric reference unit (E) and a spectral sensor (F) for the recording of the spectrum of the light received by the row of CCDs B / N.
  • the set of CCD cameras B / N in row (A), used for the detection of the slopes of the beams and the energy received in each pixel, is formed by black and white CCD cameras with their respective optical lenses of equal distance focal (f) and diaphragm number (N), oriented directly to where
  • the CCD camera B / N (B) is used to capture the image of the reference marks that, after processing, will give the location of the device and the determination of the scanning speed of the device. It is located next to the row of cameras, oriented directly to where the light comes from and uses the references (visual signals or GPS locator) for the performance of its function.
  • the CCD color display camera (C) continuously captures the image of the area of the measured surface and the surrounding environment. It is used for the subsequent presentation of the results through a computer screen.
  • the black and white B&W camera (D) with an optical lens, focuses the point of contact between the device and the analyzed surface. Subsequent processing of the information provided provides the distance between the row of CCDs and the analyzed surface.
  • the photometric reference unit (E) oriented directly towards where the light comes from, is formed by several neutral sensors and filters of different optical densities, each associated with a sensor, and is used as a reference in the subsequent processing of the information.
  • the spectral sensor (F) oriented directly towards where the light comes from, allows to capture the light spectrum under which the measurement has been made and which, after the subsequent processing of the radiometric flow received by each pixel, allows the radiation received to be weighted by giving The result of the photometric distribution. This application is of great importance when the device is applied to the detection and inspection of luminaires, since it provides the real values perceived by the eye
  • the device of the invention also has a data storage unit (Data Logger) and a synchronizer which, by applying the appropriate algorithms, synchronizes the measurements made with all the elements described.
  • Data Logger data storage unit
  • a synchronizer which, by applying the appropriate algorithms, synchronizes the measurements made with all the elements described.
  • the device must be coupled to a motorized shifter with a controlled sweep speed that allows the sweep to measure the distribution of light on the surface.
  • the data provided by all the sensors and cameras of the device provide, by means of the appropriate software, the quantity and distribution of light on the analyzed surface.
  • the device of the invention is equipped with a computer system that manages the software for synchronization of all the elements described.
  • the results are displayed on a computer screen in the form of text, image or graphic through a monitor.
  • the data displayed are, for example, isoluminic representations, the image generated from the values obtained by the sensors, together with the lighting profile received in a cut plane, the distance between the sensor set and the plane in which You want to know the lighting distribution.
  • the software is also designed to export data in the form of text or as binary files and also allows the printing of reports.
  • an indirect measurement device which has a robust and compact design, which can be coupled, for example, to the arm of a robot-driven system to perform measurements in complicated positions, for example in an inclined position , in process control procedures.
  • the device of the invention is suitable for making measurements quickly and reliably in numerous
  • REPLACEMENT SHEET Re la 26 environments regardless of whether the surfaces analyzed are flat or inclined, vary in shape or if the illuminator changes throughout the measurement process.
  • the device provides a wide spectrum of applications and additional advantages.
  • the device of the invention can be used, such as measuring the amount and distribution of light on surfaces such as: shop windows, sidewalks, greenhouses, farms, etc.
  • the device of the invention has been used for measuring the distribution of light on the road of a public street illuminated with a series of street lamps.
  • the device was mounted on a car which moved on the road and acted as a motorized displacer of the entire device.
  • the user places the device on the chosen displacer that will perform the scan on the analyzed surface and at a certain distance from it. Then it activates the capture system formed by the row of CCD cameras, also activating associated acquisition software and focusing the objectives of the CCD cameras to infinity. Then the photometric unit and the spectral sensor are connected. Then activate the viewing camera by controlling the focus. Finally, the two CCD cameras are activated for the location and measurement of the distance to the analyzed surface and its correct orientation is justified. The displacer is activated and it is checked, through the computer screen, that all the devices are operating and providing the data.
  • the device is capable of performing measurements with an extraordinary lateral resolution set by the
  • REPLACEMENT SHEET Re la 26 projected pixel dimension which is approximately 0.5 mm for a distance between the sensor zone and the area of interest of the measurement of 1.5 m. This allows space sampling to be reduced to values of the order of 0.5 mm, which is ideal for large surface measurements with high precision.
  • NA numerical aperture
  • the user selects the moment to start the captures, also activating the acquisition software associated with it.
  • the recording is carried out in a different plane to the one that you want to measure the illumination, obtaining the set of directions, positions and energetic values to calculate intensively and extensively the illumination in the desired plane.
  • the beam received on the sensor is projected onto the CCD device. The series of images obtained when scanning the sample makes it possible to obtain, by means of the appropriate algorithm, the distribution of light on the analyzed surface.
  • FIG. 4 A specific embodiment of the device, mounted on a car, for the dynamic measurement of the light distribution on the road of a public street illuminated with a series of street lamps is described below (Fig. 4). From this description, the characteristics, advantages and operation of the device object of the present invention will be clearer. The description will be given, hereinafter, by way of non-limiting example, with reference to the drawing attached herein, which corresponds to a general schematic view of an electro-optical photometric device according to the invention.
  • the device illustrated is constituted by a 200x1500x300 mm support that incorporates in its upper part all the fundamental elements A, B, C, D, E and F, described above, and which we detail below:
  • the set of CCD B / N cameras in row (A) consists of six cameras located horizontally on the support, facing upwards and separated 250 mm.
  • the CCD camera B / N for the control of position and speed of sweeping (B) is placed in the support, oriented upwards and connected to a single time base that synchronizes all the registers of the equipment.
  • the color camera for viewing the environment (C) is located in the center of the support, facing down.
  • the technical characteristics of the camera are also 1 ⁇ 2 inch diaphragm number 2, synchronized with all records but the field of view is restricted to 50 central degrees, enough for a user to know where the reading is taking ⁇ B / N camera for continuous recording of the distance between the row of CCDs and the analyzed surface D) is located at one end of the support and oriented downwards so that it captures the image of the car's wheel and the ground, this
  • the camera plays an important role since, before starting to register the height of the sensors to the ground, the variations in the image of this camera will be proportional to the instantaneous height variations, for example due to terrain accidents and the suspension itself vehicle.
  • the photometric reference unit (E) consists of an integrating sphere that contains two equal plates. Each plate contains 4 photodiodes and 4 neutral filters of different optical densities each associated with a photodiode, covering a 45 ° field. The neutral filters are increments of 1 OD so that the first photodiode of readings between 0 and 10 lx, the second photodiode between 0 and 100 lx, the third photodiode between 0 and 1000 lx and the fourth photodiode between 0 and 10000 lx .
  • This unit is located next to each slope detection camera so that you have accurate information on the amount of energy that reaches each of the sensors not by means of a ccd register but by a known and calibrable photometric register, it is oriented towards above and is connected to the same information base as the rest of the elements, also the frequency of readings has increased to 1000
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) samples per second with the aim of being able to collect the fluctuations of intensity of lighting on public roads.
  • the spectral sensor (F) consists of 8 photodiodes and 8 filters of different wavelength each of a bandwidth of about 50 nm, each associated with a sensor, so that each photodiode only captures certain lengths wave, providing information on the spectrum of light with which the row of CCD cameras is measuring. After further processing it provides the photometric values.
  • This sensor is also located next to the address sensors and connected to the same registration unit.
  • the sweeping system (G) is constituted by a car that travels on the track and that incorporates the device of the invention.
  • the device of the invention is equipped with a computer system that manages the software for synchronization of all the elements described.
  • the results are displayed on a computer screen in the form of text, image or graphic through a monitor.
  • the data displayed are, for example, isoluminic representations, the image of the track, together with the lighting profile received in a cut plane, the distance between the sensors and the plane of interest.
  • the software is also designed to export data in the form of text or as binary files and also allows the printing of reports.

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Abstract

Comprende un conjunto de cámaras CCD B/N en hilera, unas cámaras B/N de control y registro de distancia, una cámara color de visualización, una unidad fotométrica de referencia, un sensor espectral y un sistema de barrido estratégicamente situados e interconectados con los que se pueden realizar una medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática. Presenta un diseño compacto que permite la medida de la cantidad y distribución de luz sobre superficies de grandes dimensiones (gran campo), alejadas y en un entorno variable.

Description

Título: Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico y su procedimiento para la medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática
La presente invención se refiere a un dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico y al procedimiento aplicado en él para la medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática sobre superficies extensas, alejadas y en un entorno variable.
La invención pertenece al sector técnico de la radiometría y fotometría con la novedad de ser un procedimiento de medición indirecto y cuya aplicación es dinámica, adaptada al entorno y alejada de la superficie extensa a medir. Es decir, aquélla en la que la medida se hace desplazando el dispositivo de forma adaptada a la superficie analizada e independiente de su ubicación, forma
o distancia.
Existen innumerables aplicaciones para las cuales es necesario conocer la cantidad y distribución de luz sobre una superficie y determinar así la iluminación que ésta presenta en cualquier punto de la misma. Este análisis puede formar parte, por ejemplo, de un procedimiento de inspección o control de calidad de un sistema de iluminación con innumerables aplicaciones en diversos campos, tales como el agropecuario, arquitectura, ingeniería civil, circulación vial o seguridad pública entre otros .
El hecho de obtener la distribución de luz sobre una superficie abre la posibilidad de optimizar las luminarias empleadas al detectar posibles carencias o excesos lumínicos que pueden provocar efectos indeseables, debidas por ejemplo: al diseño de la luminaria, espaciado entre ellas, tipo de lámparas empleadas, etc.
Los nuevos sistemas de iluminación que se están implementando cada vez más, así como la nueva concepción
HOJA DE REEMPLAZO Re la 26 de ahorro energético y respetuosidad con el medio ambiente, están produciendo un aumento sistemático de las demandas del mercado referentes a procedimientos para la medida de cantidad y distribución de luz que llega sobre las superficies asi como el desarrollo de dispositivos capaces de trabajar en un amplio rango de condiciones. En este sentido, existen actualmente varios dispositivos radiométricos o fotométricos basados en varias tecnologías (principalmente fotoeléctrica y CCD) que se captan la energía que les llega pero todos ellos adolecen de que no están preparados para medir la cantidad y distribución de luz sobre superficies de grandes dimensiones (gran campo) , situadas a cualquier distancia e incluso de formas variables .
Las técnicas y dispositivos actuales se basan cada vez más en dispositivos formados por cámaras CCD capaces de transformar los fotones en electrones y medir la cantidad de luz que llega a una superficie.
Estos dispositivos, hasta la fecha, la última referencia fiable es un proyecto europeo denominado "NICOLAU" en el que se puede hacer medida indirecta de un faro de automoción con la grave restricción de poder medir ángulos de incidencia mayores de 40 grados ["NICOLAU: Characterization of automotive headlamps using near-field photometry techniques", S . Royo, M. J. Arranz, J.Arasa, SPIE Proceeding Vol 5663, pp.76-85, 2005] no han podido combinar de forma eficiente la medida de un campo extenso con un tiempo de procesado y precisión de la medida para que, tanto los métodos como los dispositivos de medida, sean eficientes. Los sistemas actuales miden pequeñas zonas por consiguiente son extremadamente lentos cuando se utilizan para medir superficies extensas y los inhabilitan para cualquier inspección o control de grandes superficies y aún más si están a distinta distancia del dispositivo de medida .
La presente invención, aunque utiliza un
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) dispositivo CCD, no solo mide la cantidad de luz sino también su distribución a partir de un procedimiento indirecto y totalmente distinto basado en la determinación de las pendientes de estrechos haces luz focalizados sobre el plano de la CCD. El procedimiento de esta invención determina las pendientes de haces estrechos de luz enfocando a infinito el objetivo de una cámara CCD, asi la energía captada por cada píxel, considerando su reducido tamaño, solo proviene de una sola orientación (Fig.l). Bajo esta condición el ángulo de incidencia del haz (Θ) se halla a partir de la posición del pixel(x,y) y su distancia al objetivo que es igual a la distancia focal del mismo(f'), ambas conocidas. Cada píxel del CCD proporciona la cantidad de energía recibida y la pendiente del haz incidente. El mapa de distribuciones de luz sobre el CCD puede ser extrapolado, gracias al conocimiento de las pendientes de los haces, a cualquier otro plano situado a otra distancia conocida o bien sobre superficies no planas con solo hallar las intersecciones de los haces con el nuevo plano.
Este sistema de medida de las pendientes ha sido aplicado con éxito en la solicitud de patente n° P200801034 con título "Dispositivo óptico y procedimiento para la reconstrucción y la compensación del frente de ondas proveniente de un elemento óptico complejo", así como en ["NICOLAU: Characterization of automotive headlamps using near-field photometry techniques", S . Royo, M. J. Arranz, J.Arasa, SPIE Proceeding Vol 5663, pp. 6-85, 2005] .
Además, el procedimiento de esta invención es dinámico con el fin de abarcar superficies extensas. El campo abarcado por un CCD está directamente relacionado con el tamaño del mosaico de píxeles y en consecuencia limita la zona de la superficie analizada. El procedimiento de la invención es dinámico, es decir barre de forma continua la superficie analizada mediante una
3
HOJA DE REEMPLAZO Re la 26 hilera de cámaras CCDs (Fig.2). La disposición en hilera de los CCDs, junto con una separación adecuada de los mismos, amplía la anchura de la zona medida, gracias a la información aportada por cada CCD . El barrido hace que esta detección en línea se efectúe progresivamente a las zonas colindantes a medida que avanza el dispositivo sobre la superficie. Usualmente un radiómetro, dispuesto sobre la superficie que se desea medir, sólo es capaz de medir del orden de un centímetro cuadrado, el sistema propuesto puede medir del orden de los 50 cm lineales por el largo que se desee desplazar el dispositivo.
La presente invención también presenta un dispositivo basado en el procedimiento antes descrito cuyo diseño lleva incorporados una serie de sensores, descritos a continuación, que trabajan conjuntamente para suministrar los valores de todos los parámetros necesarios para calcular la cantidad y distribución de luz con exactitud y fiabilidad sobre cualquier superficie extensa, alejada y en un entorno variable, por ejemplo que presente inclinaciones o deformaciones (Fig.3).
El dispositivo de la invención consta de los siguientes elementos: conjunto de cámaras CCD B/N en hilera (A) , una cámara CCD B/N para el control de posición y velocidad de barrido de todo el dispositivo (B) , una cámara color para visualización del entorno (C), una cámara B/N para el registro en continuo de la distancia entre la hilera de CCDs y la superficie analizada (D), una unidad fotométrica de referencia (E) y un sensor espectral (F) para el registro del espectro de la luz recibida por la hilera de CCDs B/N.
El conjunto de cámaras CCD B/N en hilera (A) , empleado para la detección de las pendientes de los haces y de la energía recibida en cada píxel, está formado por cámaras CCDs en blanco y negro con sus respectivos objetivos ópticos de igual distancia focal (f) y número de diafragma (N) , orientados directamente hacia donde
HOJA DE REEMPLAZO Re la 26 procede la luz evitando los problemas de sombras producidas por elementos del sistema.
La cámara CCD B/N (B) sirve para captar la imagen de las marcas de referencia que, tras su procesado, darán la localización del dispositivo y la determinación de la velocidad de barrido del mismo. Se sitúa al lado de la hilera de cámaras, orientada directamente hacia donde procede la luz y se sirve de las referencias (señales visuales o localizador GPS) para el desempeño de su función .
La cámara CCD color de visualización (C) capta en continuo la imagen de la zona de la superficie medida y del entorno que la rodea. Sirve para la posterior presentación de los resultados a través de una pantalla de ordenador .
La cámara B/N (D) en blanco y negro, con un objetivo óptico, se enfoca el punto de contacto entre el dispositivo y la superficie analizada. El posterior procesado de la información proporcionada proporciona la distancia entre la hilera de CCDs y la superficie analizada .
La unidad fotométrica de referencia (E), orientada directamente hacia donde procede la luz, está formada por varios sensores y filtros neutros de distintas densidades ópticas, cada uno asociado a un sensor, y se utiliza como referencia en el posterior procesado de la información .
El sensor espectral (F) , orientado directamente hacia donde procede la luz, permite captar el espectro de luz bajo el cual se ha efectuado la medida y que, tras el procesado posterior del flujo radiométrico recibido por cada pixel, permite ponderar la radiación recibida dando el resultado de la distribución fotométrica. Esta aplicación es de gran importancia cuando se aplica el dispositivo a la detección e inspección de luminarias, ya que proporciona los valores reales percibidos por el ojo
HOJA DE REEMPLAZO Re la 26 humano .
El dispositivo de la invención lleva además una unidad de almacenamiento de datos (Data Logger) y un sincronizador que, mediante la aplicación de los algoritmos adecuados, se obtienen una sincronización de las medidas realizadas con todos los elementos descritos.
El dispositivo se debe acoplar a un desplazador motorizado con velocidad de barrido controlado que permite el barrido para la medición de la distribución de luz sobre la superficie. Los datos aportados por los todos los sensores y cámaras del dispositivo proporcionan, mediante el software adecuado, la cantidad y distribución de luz sobre la superficie analizada.
El dispositivo de la invención va equipado con un sistema informático que gestiona el software para la sincronización de todos los elementos descritos. Los resultados se visualizan en la pantalla de un ordenador en forma de texto, imagen o gráfico a través de un monitor. Los datos visualizados son, por ejemplo, representaciones isoluminicas, la imagen generada a partir de los valores obtenidos por los sensores, junto con el perfil de iluminación recibida en un plano de corte, la distancia entre el conjunto de sensores y el plano en el que desea conocer la distribución de iluminación. El software está diseñado también para exportar datos en forma de texto o bien como archivos binarios y permite asimismo la impresión de informes.
Con esta configuración estructural se obtiene un dispositivo de medición indirecta el cual presenta un diseño robusto y compacto, el cual puede acoplarse, por ejemplo, al brazo de un sistema de accionamiento por robot para realizar mediciones en posiciones complicadas, por ejemplo en una posición inclinada, en procedimientos de control de procesos.
El dispositivo de la invención es adecuado para realizar mediciones de manera rápida y fiable en numerosos
HOJA DE REEMPLAZO Re la 26 entornos, no importando si las superficies analizada son planas o inclinadas, varían su forma o si cambia el iluminante a lo largo del proceso de la medida. Así pues, el dispositivo proporciona un amplio espectro de aplicaciones y ventajas adicionales.
Son muchas las aplicaciones a las cuales puede destinarse el dispositivo de la invención, tales como medida de la cantidad y distribución de luz sobre superficies tales como: escaparates, aceras, invernaderos, granjas, etc. A modo de ejemplo, el dispositivo de la invención se ha utilizado para la medición de la distribución de luz sobre la calzada de una vía pública iluminada con una serie de farolas. Para ello se montó el dispositivo sobre un automóvil el cual se movía sobre la calzada y actuaba de desplazador motorizado de todo el dispositivo .
Se explica a continuación el funcionamiento del dispositivo de la presente invención.
El usuario sitúa el dispositivo sobre el desplazador elegido que realizará el barrido sobre la superficie analizada y a una cierta distancia de la misma. Luego activa el sistema de captación formado por la hilera de cámaras CCD, accionando también un software de adquisición asociado y enfocando los objetivos de las cámaras CCD a infinito. Acto seguido se conectan la unidad fotométrica y el sensor espectral. Seguidamente activa la cámara de visualización procediendo a controlar el enfoque. Por ultimo, se activan las dos cámaras CCD destinadas a la localización y medición de la distancia a la superficie analizada y se justa su correcta orientación. Se procede a activar el desplazador y se comprueba, a través de la pantalla del ordenador, que todos los dispositivos estén actuando y proporcionando los datos .
El dispositivo es capaz de realizar mediciones con una extraordinaria resolución lateral fijada por la
HOJA DE REEMPLAZO Re la 26 dimensión del pixel proyectada, que es aproximadamente de 0.5 mm para una distancia entre la zona de sensores y la zona de interés de la medida de 1.5 m. Esto permite reducir el muestreo espacial hasta valores del orden de 0.5 mm, lo cual es ideal para mediciones de grandes superficies con alta precisión. En este dispositivo se pueden utilizar objetivos de 180 grados de campo y gran abertura numérica (NA) , del orden de 2, los cuales permiten medir superficies con cualquier nivel de pendientes por muy elevadas que se consideren, es decir es capaz de recoger información completa de media esfera, lo que implica un ángulo sólido de 2 pi stereoradianes.
El usuario selecciona el momento de iniciar las capturas, activándose también el software de adquisición asociado al mismo. Al contrario que en el radiómero usual, el registro se realiza en un plano distinto al que se desea medir la iluminación, obteniéndose el conjunto de direcciones, posiciones y valores energéticos para calcular de forma intensiva y extensiva la iluminación en el plano deseado. El haz recibido en el sensor se proyecta sobre el dispositivo CCD. La serie de imágenes obtenidas al efectuar el barrido de la muestra permite obtener, mediante el algoritmo adecuado, la distribución de luz sobre la superficie analizada.
Con este modo es posible realizar con la técnica adecuada mediciones de superficies continuas y del orden de kilómetros, sólo limitada por la capacidad de almacenamiento de los data-logger con repetitividad del orden del 5%, quedando fijado este error como consecuencia del numero discreto de sensores que se empleen, en la presente patente se realizan todos los ejemplos para un conjunto de 6 sensores distribuidos uniformemente a lo largo de un metro pero puede aumentarse hasta llegar a los 6 sensores cada 10 cm sin grandes dificultades, ello implicaría recorrer menos distancias si mantenemos la misma capacidad de almacenaje de datos, con independencia
HOJA DE REEMPLAZ Re la 2 de las variaciones de altura que presente la superficie respecto a las cámaras CCDs de la hilera, es decir, para todos los valores de abertura numérica.
Se describe a continuación una realización concreta del dispositivo, montado sobre un automóvil, para la medición dinámica de la distribución de luz sobre la calzada de una vía pública iluminada con una serie de farolas (Fig.4) . A partir de dicha descripción serán más claras las características, las ventajas y funcionamiento del dispositivo objeto de la presente invención. La descripción se dará, de aquí en adelante, a modo de ejemplo no limitativo, con referencia al dibujo que se adjunta en la presente memoria, el cual corresponde a una vista esquemática general de un dispositivo fotométrico electroóptico de acuerdo con la invención.
El dispositivo que se ilustra a modo de ejemplo en dicho dibujo, que se adjunta en la presente memoria, ha sido designado por la figura 4.
El dispositivo ilustrado está constituidos por un soporte de 200x1500x300 mm que lleva incorporado en su parte superior todos los elementos fundamentales A, B, C, D, E y F, antes descritos, y que detallamos a continuación :
El conjunto de cámaras CCD B/N en hilera (A) consta de seis cámaras situadas horizontalmente sobre el soporte, orientadas hacia arriba y separadas 250 mm. Tipo cámara CCD, de ½ de pulgada y resolución VGS y los objetivos son grandes angulares f'=2,8 con campo de 182° (es decir un poca más de media esfera) y N=2. Conectadas de forma sincronizada a un único data logger que almacena toda la información de las cámaras e información adicional que se describe a continuación. La cámara CCD B/N para el control de posición y velocidad de barrido (B) se sitúa en el soporte, orientado hacia arriba y conectado a una única base de tiempo que sincroniza todos los registros del equipo .
HOJA DE REE AZ e l La cámara color para visualización del entorno (C) se sitúa en el centro del soporte, orientada hacia abajo. Las características técnicas de la cámara son asimismo de ½ pulgada numero de diafragma 2, sincronizadas con todos los registros pero el campo de visión se halla restringido a los 50 grados centrales, suficientes para que un usuario tenga conocimiento de donde esta efectuando la lectura^ La cámara B/N para el registro en continuo de la distancia entre la hilera de CCDs y la superficie analizada D) se sitúa en un extremo del soporte y orientado hacia abajo de forma que capte la imagen de la rueda del automóvil y el suelo, esta cámara juega un papel importante ya que determinada, antes de iniciar el registro la altura de los sensores al suelo, las variaciones en la imagen de esta cámara serán proporcionales a las variaciones instantáneas de altura, por ejemplo debido a accidentes del terreno y la propia suspensión del vehículo. La unidad fotométrica de referencia (E) está constituida por una esfera integradora que contiene dos placas iguales. Cada placa contiene 4 fotodiodos y 4 filtros neutros de distintas densidades ópticas cada uno asociado a un fotodiodo, que cubren un campo de 45°. Los filtros neutros son de incrementos de 1 OD de forma que el primer fotodiodo de lecturas comprendidas entre 0 y 10 lx, el segundo fotodiodo entre 0 y 100 lx, el tercer fotodiodo entre 0 y 1000 lx y el cuarto fotodiodo entre 0 y 10000 lx. Esta unidad se sitúa a al lado de cada cámara detectora de pendientes de forma que se tenga información precisa de la cantidad de energía que llega a cada uno de los sensores no mediante un registro ccd sino mediante un registro fotométrico conocido y calibrable, está orientada hacia arriba y está conectado a la misma base de información que el resto de elementos, asimismo la frecuencia de lecturas se ha incrementado hasta las 1000
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) muestras por segundo con el objetivo de ser capaz de recoger las fluctuaciones de intensidad de la iluminación en la vía pública.
Por último, el sensor espectral (F) consta de 8 fotodiodos y 8 filtros de distinta longitud de onda cada uno de una anchura de banda de unos 50 nm, cada uno asociado a un sensor, de forma que cada fotodiodo solo capta unas ciertas longitudes de onda, proporcionando información del espectro de luz con el que está realizando la medida la hilera de cámaras CCD . Tras su posterior procesado proporciona los valores fotométricos . Este sensor también esta situado al lado de los sensores de direcciones y conectado a la misma unidad de registro.
A partir de estas imágenes, mediante el software adecuado, se obtiene la representación de los resultados de la distribución fotométrica sobre la superficie analizada .
El sistema de barrido (G) está constituido por un automóvil que se desplaza sobre la vía y que lleva incorporado el dispositivo de la invención.
El dispositivo de la invención va equipado con un sistema informático que gestiona el software para la sincronización de todos los elementos descritos. Los resultados se visualizan en la pantalla de un ordenador en forma de texto, imagen o gráfico a través de un monitor. Los datos visualizados son, por ejemplo, representaciones isolumínicas , la imagen de la vía, junto con el perfil de iluminación recibida en un plano de corte, la distancia entre los sensores y el plano de interés. El software está diseñado también para exportar datos en forma de texto o bien como archivos binarios y permite asimismo la impresión de informes.
Descrito suficientemente en qué consiste el dispositivo fotométrico electro-óptico de la presente invención en correspondencia con los dibujos adjuntos, se comprenderá que podrán introducirse en el mismo cualquier
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HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) modificación de detalle que se estime conveniente, siempre y cuando las características esenciales de la invención resumidas en las siguientes reivindicaciones no sean alteradas .
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HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)

Claims

REIVINDICACIONES :
1. - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig.3) que comprende un conjunto de cámaras CCD B/N en hilera (A), unas cámaras B/N (B, D) y color (C) , una unidad fotométrica de referencia (E) y un sensor espectral (F) , caracterizado en que incluye, además, un sistema de barrido (G) que se desplaza sobre la vía y que lleva incorporado el dispositivo de la invención para realizar una medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática sobre superficies extensas, alejadas y en un entorno variable.
2. - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig.3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicha unidad fotométrica (E) está orientada directamente hacia donde procede la luz, está formada por varios sensores y filtros neutros de distintas densidades ópticas, cada uno asociado a un sensor, y se utiliza como referencia en el posterior procesado de la información.
3. - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig.3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicho conjunto de cámaras CCD B/N (A) en hilera son para la detección de las pendientes de los haces y de la energía recibida en cada píxel.
4. - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig.3) según la reivindicación 1, caracterizado en que la cámara B/N (B) es para el control de posición y velocidad de barrido de todo el dispositivo y la cámara B/N (D) es para el registro en continuo de la distancia entre la hilera de CCDs (A) y la superficie analizada
5. - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig.3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicha cámara color para visualización del entorno (C) capta en continuo la imagen de la zona de la superficie medida y del entorno que la rodea para la posterior presentación de los resultados.
6. - Dispositivo fotométrico electro-óptico
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HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) dinámico (Fig.3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicho sensor espectral (F) , constituido por fotodiodos y filtros de varias longitudes de onda, analiza el espectro de luz bajo el cual se ha efectuado la medida y pondera la radiación recibida.
7. - Dispositivo fotométrico electro-óptico (Fig.l) que comprende una cámara CCD y un objetivo gran angular (Fig.l) que trabaja conjuntamente con cualquier fotómetro convencional y que proporciona información fotométrica direccional de la medida realizada por el fotómetro .
8. - Dispositivo fotométrico electro-óptico, según reivindicación 1 y 7 que se autoreferencia en el espacio o bien a través de un sensor externo (Fig.3 D) o bien a partir de la propia información de la cámara CCD.
9. - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig.l) según la reivindicación 1 y 7, caracterizado por proporcionar datos fotométricos válidos para el control de consumo energético en edificaciones o en vías públicas o privadas.
10. - Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig.3 o Fig.l) según la reivindicación 1 y 7, caracterizado por disponer de un entorno de comunicación remoto para su control y envío y recepción de información.
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HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)
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