积分球的亮度均匀性

光辐射计、亮度计及光电池都能够直接或间接地获得物面的辐射亮度,与传统的亮度测量方法相比,成像式亮度测量方法具有如下的优势:a)通过相机采集图像可以获得整个空间的亮度信息,获得的数据全面,避免了传统方法采样点有限导致分析结果的片面性;b)成像式亮度测量方法避免了测量距离不同和测量角度不同带来的测量误差;c)成像式亮度测量方法可以便捷地获取物空间的相对亮度分布。

积分球的亮度均匀性_第1张图片

某项目中需要一种能够照亮胶片的光源,要求光源在600nm~800nm有较强的辐射能量,并且要求通过投影镜头观察胶片时胶片位置处(也是积分球出光口的位置)的亮度不均匀性要优于±5%,设计采用了内部涂有聚四氟乙烯涂层的积分球,由于设计指标不关注积分球出光口处的绝对亮度,而是对积分器出光口处的相对亮度分布即亮度的均匀性更关注,因此设计采用成像式亮度测量的方法对积分器出光口处的亮度均匀性进行检测。

像面的曝光量决定着像面的明亮程度,曝光时间越长,像面越亮,图像的灰度值与亮度并不是线性关系,但是他们仍然是一一对应的关系即有一个灰度值是唯一的亮度值,正因为这种唯一性,可以使用灰度图像来表示辐照面的亮度,若灰度图像中各个像素点的灰度值变化很小,则辐照面的亮度值也应变化越小,即辐照面越均匀。

设计完成的积分球出光口直径为Φ36mm,积分球内部直径为Φ90mm,此时积分球内部反射面的面积约为出光口面积的25倍。积分球内部涂层选择不易脱离的PTFE涂层,避免涂层粉末掉落污染胶片,同时积分球的照亮采用在600nm~800nm有较强辐射能量的卤素灯。

采用成像式亮度测量方法测量积分球出光口的均匀性,首先要对测量用的数码相机的均匀性进行标校积分球出光口的尺寸为Φ300mm,出光口的不均匀性优于±1%,调节积分球出光口的能量并待其输出能量稳定后用数码相机对该积分球的出光口拍照,关闭相机内置的图像增强、降噪和锐化等功能,避免图像增强处理带来测量的误差,将所获得的数字图像转成最能凸显亮度信息的灰度图像,选用的灰度图像位数为8位,取值范围为0~255,计算对应积分球出光口的灰度图像值,其最大灰度值为227,最小灰度值为219,因此从数码照片中得到的积分球出光口不均匀度。积分球出光口处经过投影物镜后的灰度均值较不经过投影物镜的灰度均值有所减小,且灰度最小值变化量比灰度最大值变化量更大,这种结果是由投影物镜的透过率及光学系统结构决定的。

积分球的亮度均匀性_第2张图片

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