A fénysűrűségmeasurement látszólag egyszerű aránymeasurement, de a measurandet a forrás iránya, a műszer látómezeje, a spektrális súlyozás és a measurement felület térbeli szerkezete együtt határozza meg. Képi fénysűrűségmérőnél ehhez hozzáadódik az objektív, a szenzor, a pixelkorrekció, a képfeldolgozás és a ROI-definíció.
1. Measurement feladat és measurand
A számszerű példában egy stabil, homogén fénysűrűség-measurement standard névleges értéke 1 000 cd·m−2. A pontszerű műszer 1°-os látómezővel, a képi rendszer pedig calibrated objektívvel és központi ROI-val méri ugyanazt a referenciafelületet.
Lv = d²Φv / (dA · cosθ · dΩ)
A measurandet nem elegendő „fénysűrűségként” megnevezni. Rögzíteni kell a spektrális súlyozást, a látómezőt vagy measurement területet, a fókusztávolságot, az objektívet, a rekeszt, az expozíciós tartományt, a ROI-t, a képfeldolgozási lépéseket és a kalibrációs fájl verzióját.
2. Pontszerű és képi mérőrendszer
Egy optikai csatorna átlagolja a látómezőn belüli fénysűrűséget. Kritikus a látómező tényleges alakja, a célfelület kitöltése, a távolság, a fókusz, a V(λ)-illesztés és a szórt fény.
Több százezer vagy millió pixelből álló mérőrendszer. A radiometriai skála mellett térbeli korrekciók, vignettálás, pixeluniformitás, geometriai torzítás, ROI és szoftveres feldolgozás is belép.
3. Measurement modellek
Lv = Lind · Ccal · Clin · Cspec · Cgeo · Cstray · Cstab
Lv,ROI = F(S − D, t, g) · Crad · Clens · Cflat · Cspec · Cgeo · CROI · Cproc
F a szenzorjel, sötétjel, expozíciós idő és erősítés nemlineáris vagy darabonként lineáris feldolgozási modellje. Clens az objektív–rekesz–fókusz konfiguráció, Cflat a térbeli érzékenységkorrekció, CROI pedig a kiválasztott measurement terület és annak statisztikai kiértékelése.
4. A referencia-fénysűrűség metrological traceabilitye
A kalibráló felület értékének uncertaintya jellemzően az egyik legnagyobb komponens. A certificateban szereplő értéken túl értékelni kell a felület rövid távú stabilitását, térbeli uniformitását, spektrális eloszlását, polarizációját, a tápegység reprodukálhatóságát és a calibration óta eltelt idő alatti driftet.
| Referenciaelem | Lehetséges hatás | Bizonyíték |
|---|---|---|
| Calibrated fénysűrűség | Skálahiba | Érvényes certificate és metrological traceabilityi lánc |
| Térbeli uniformitás | ROI- és látómezőfüggő eltérés | Rácspontos felmeasurement |
| Spektrális eloszlás | Spektrális mismatch | Spektrális measurement vagy forrásmodel-azonosítás |
| Stabilitás és drift | Időfüggő skálaeltolódás | Trendkártya, közbenső ellenőrzés |
5. Spektrális illesztetlenség
A fénysűrűségmérő tényleges spektrális responsivitása ritkán egyezik tökéletesen a CIE V(λ) függvénnyel. A kalibráló forrás és a felhasználási forrás spektrumának különbsége miatt a kalibrációs tényező nem minden fényforrásra vihető át változatlanul.
F* = [∫SA(λ)V(λ)dλ · ∫SU(λ)s(λ)dλ] / [∫SA(λ)s(λ)dλ · ∫SU(λ)V(λ)dλ]
SA a kalibráló, SU a felhasználási forrás spektruma, s(λ) pedig a műszer relatív spektrális responsivitása. Képi mérőnél a responsivitás csatornánként, sőt a képmező különböző részein is eltérhet.
6. Látómező, távolság, fókusz és célfelület
A referenciafelületnek teljesen ki kell töltenie a műszer effektív látómezejét. A névleges látómező nem mindig azonos azzal a térszöggel, amelyből a detektorjel 90–95%-a származik. A célhatár környezetéből érkező fény, a defókusz és az optikai tengely hibája szisztematikus eltérést okozhat.
7. Képalkotási sajátosságok
7.1 Pixeluniformitás és flat-field korrekció
A szenzor pixeleinek érzékenysége, az objektív fényáteresztése és a vignettálás együtt térbeli responsivitástérképet hoz létre. A flat-field korrekció maradékhibáját több homogén fénysűrűségszinten és szükség esetén több rekeszállásban kell meghatározni.
7.2 Linearitás, expozíció és HDR
A skála több expozíciós időből vagy erősítési tartományból állhat. A tartományváltások, telítési közelség, alacsony jelű sötétzaj és HDR-összefűzés külön komponenseket igényelnek. A kalibráció csak a validált expozíciós és erősítési tartományra érvényes.
7.3 Szórt fény és kontraszt
Nagy kontrasztú jelenetben a fényes képrész optikai és elektronikus áthallása megemeli a sötét területek kijelzett fénysűrűségét. A calibration homogén felülettel önmagában nem igazolja a nagy dinamikatartományú jelenetek pontosságát.
7.4 ROI és szoftveres kiértékelés
A pixelátlag, medián, kivágott átlag, hibás pixel filter, interpoláció és geometriai transzformáció eltérő resultt adhat. A ROI-definíció és az algoritmus a measurement modell része, ezért verzióazonosítással és tesztadatokkal kell validálni.
8. Számszerű uncertaintyi costvetések
8.1 Pontszerű fénysűrűségmérő, 1 000 cd·m−2
| Komponens | Standard relatív uncertainty | Eloszlás / forrás | Varianciarész |
|---|---|---|---|
| Referencia-fénysűrűség | 0,35% | Certificate, normális | 31,7% |
| Ismételhetőség | 0,15% | A-modelú | 5,8% |
| Linearitás | 0,20% | Validálás | 10,3% |
| Spektrális mismatch | 0,30% | Spektrális modell | 23,3% |
| Geometria és fókusz | 0,12% | Rektanguláris | 3,7% |
| Szórt fény | 0,18% | Kontrasztvizsgálat | 8,4% |
| Referenciafelület uniformitása | 0,25% | Rácspontos felmeasurement | 16,2% |
| Sötétjel és felbontás | 0,05% | Statisztikai / digitális | 0,6% |
uc,rel = 0,62% · Urel = 1,24% (k = 2)
Lv = 1 002 cd·m−2 ± 12 cd·m−2 (k = 2)
8.2 Képi fénysűrűségmérő, központi ROI
| Komponens | Standard relatív uncertainty | Note |
|---|---|---|
| Referencia-fénysűrűség | 0,35% | Közös skálakomponens |
| Radiometriai ismételhetőség | 0,16% | Felvételek közötti szórás |
| Linearitás / expozíciós tartomány | 0,25% | Tartományváltással együtt |
| Spektrális mismatch | 0,32% | Objektívvel együtt |
| Flat-field maradék | 0,35% | Térbeli korrekció után |
| Vignettálás és objektív | 0,22% | Calibrated konfiguráció |
| ROI és geometriai leképezés | 0,18% | ROI-elhelyezés és torzítás |
| Szórt fény | 0,24% | Kontrasztfüggő |
| Sötétjel, pixelzaj | 0,10% | Expozíciófüggő |
| Szoftver és korrekciós fájl | 0,12% | Validálási maradék |
uc,rel ≈ 0,81% · Urel ≈ 1,62% (k = 2)
A közölt érték kizárólag a megadott objektívre, rekeszre, fókuszra, expozíciós tartományra, ROI-ra és szoftververzióra vonatkozik.
9. Korreláció és térbeli kovariancia
A referencia-fénysűrűség, a spektrális kalibráció és bizonyos objektívkorrekciók minden pixelre közösen hatnak, ezért nem csökkennek a pixelek átlagolásával. A pixelzaj és részben a lokális flat-field maradék ezzel szemben ROI-átlagolással csökkenhet. Nagy, simított vagy interpolált képen a szomszédos pixelek nem függetlenek.
u²(ȳ) = (1/n²) · ΣΣ cov(yi, yj)
Az egyszerű s/√n csak akkor használható, ha a minták függetlenek és azonos eloszlásúak. Képfeldolgozott adatoknál ezt külön igazolni kell.
10. Interaktív costvetés-számító
Adja meg a standard relatív komponenseket százalékban. A számító független komponensek négyzetes összegzését végzi, és megmutatja a varianciarészesedéseket.
| Komponens | urel (%) | Varianciarész |
|---|---|---|
| Referencia-fénysűrűség | ||
| Ismételhetőség | ||
| Linearitás | ||
| Spektrális mismatch | ||
| Geometria / fókusz | ||
| Szórt fény | ||
| Uniformitás / flat-field | ||
| Sötétjel / pixelzaj |
11. Resultközlés és alkalmazási határ
A calibrationi certificateban a measurement result, a kiterjesztett uncertainty és a lefedettségi tényező mellett szerepeljen a measurement geometria, a látómező vagy ROI, a távolság, az objektív, a rekesz, a fókusz, az expozíciós tartomány, a referenciaforrás spektruma, a környezeti feltételek és a szoftververzió.
12. ISO/IEC 17025 auditori ellenőrzőpontok
- A measurand és a measurement konfiguráció egyértelműen definiált.
- A referencia-fénysűrűség metrological traceabilitye és driftje igazolt.
- A spektrális mismatch értékelése nem pusztán az f1′ index közlésére korlátozódik.
- A látómező, fókusz, távolság és célfelület kitöltése dokumentált.
- Képi rendszernél az objektív, rekesz, expozíció, ROI és szoftververzió konfigurációazonosított.
- A flat-field, linearitás, szórt fény és HDR-feldolgozás validálva van.
- A közös és lokális uncertaintyi komponensek korrelációját conformingen kezelik.
- A közbenső ellenőrzés képes a skála-, térbeli és sötétjel-drift felismerésére.