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测试舞台影视灯具的光度数据体现

日期:2016/4/5 来源:中国演艺科技网

1 光度数据照相测试法测试的项目

光度数据照相测试法的开发是完全依据文化行业标准WH/T 26-2007《舞台灯具光度测试与标注》,能测试该标准规定的全部光度参数。具体可测试以下参数和曲线:

(1)光斑角(θ):圆形有效光斑的直径两端与出光口中心点连线所形成的夹角。注:硬光斑的全部为有效光斑。柔(软)光斑中照度值不小于最高照度值10%的范围为有效光斑。 (2)光束角(θ1/2):圆形半峰值光斑的直径两端与出光口中心点连线所形成的夹角。注:光斑中照度值不小于最高照度值50%的范围为半峰值光斑。 (3)有效光通量(Fe):有效光斑范围内的总光通量。 (4)平均照度值(Ea):有效光斑内照度的平均值。 (5)照度均匀度(ξ):有效光斑内平均照度值与最高照度值的比值。 (6)灯具效率(ηl):灯具的有效光通量与所用光源总光通量的比值。 (7)灯具发光效能(ηe):灯具的有效光通量与光源及保证光源正常工作所必需的全部电器附件消耗的总电功率的比值。 (8)光斑射距系数(K):圆形有效光斑的直径与射距的比值。 (9)等照度曲线图:将一系列表示不同照度值的等照度曲线绘制在一起的图(见图1)。测试舞台影视灯具的光度数据体现图1 等照度曲线图 (10)光强分布曲线图:光强度随方向变化的关系曲线图(见图2)。注:光强分布曲线也称配光曲线,在民用照明行业内通常采用极坐标形式。由于舞台专业灯具与民用灯具不同,极大多数是聚光类灯具,其光斑角较小,只有在直角坐标系统才能更好地表现其光分布特性。测试舞台影视灯具的光度数据体现图2 光强分布曲线图 (11)射距、光斑直径与照度关系图:圆形光斑中心照度或平均照度与有效光斑直径随射距变化的关系图(见图3)。测试舞台影视灯具的光度数据体现图3 射距、光斑直径与照度关系图 除此之处,照相测试法还能获得光斑中心照度、光斑内最高照度及最高照度偏离光斑中心的位置等辅助参数。 2 光度数据照相测试法的测试方法及其基本原理 将灯具调整至正常工作状态,在暗室中将光束投射到漫反射的测试面(通常可以是平整的亚光墙面),调整投射距离,在测试面形成直径为3 m或2 m的光斑(具体按行业标准WH/T 26要求),照相机在计算机控制下,拍摄光斑照片(见图4-1)1张、尺寸比对照片(见图4-2)1张以及照度比对照片(见图4-3)5张,输入射距、功率等原始数据,即可在计算机中完成分析运算,生成上述光度测试报告(见图5)。测试舞台影视灯具的光度数据体现测试舞台影视灯具的光度数据体现图5 舞台灯具光度测试报告 光度数据照相测试法是运用计算机对光斑的数码照片进行数据分析,将灯具光斑影像的灰度数值转换成相对应的照度值,并形成一系列光度数据与图表的一种测试方法。其中,尺寸比对照片是计算机采集光斑物理尺寸的过程;照度比对照片是用于采集光照面实际照度与照相机相片灰度之间的对应函数关系。5张照度对比照片中应包括在最高照度和最低照度点附近采集的数据,其他3张照度对比照片应在最高照度和最低照度之间的均分值点(即3/4、1/2和1/4)附近采集。据此,计算机程序建立起相应的拟合曲线,提供灰度和照度转换时的对应依据。在此基础上,计算机对光斑照片逐点扫描并转译照度值,获得光斑的照度数据集。然后再将各点的照度值乘以该点微面积即得到各点的微光通量,有效光斑内各点微光通量的合计值即为光斑的有效光通量。最后一步光通量的计算原理与分布光度计或手工测试是完全相同的。 3 光度数据照相测试法的技术关键 光度数据照相测试法是一种全新的测试技术,在研发中需要解决很多技术难点,主要的技术难点包括以下内容。 3.1 照片灰度等级与实际光照度间对应关系的确立 不同灯具光斑亮度的幅度差极大,数码相机在采样拍摄时光圈大小、快门速度、感光度高低等选项的变动,都直接影响着数码成像结果;且数码相机本身感光器件的特性并非线性,而是半导体器件固有的S型曲线。通过大量的数据测试和研究,最后找到和确定了它们的相互对应关系,建立了特定函数的拟合曲线,解决了照片灰度与照度间的非线性对应关系。 3.2 海量数据运算速度 光斑照片的像素点高达数百万、甚至上千万,经去毛刺、柔化等处理,最后用于计算光通量的数据点也近85万,海量的数据计算,对计算机的运算速度是极大的考验。如果用原始的计算方法,在一般的家用或商用笔记本计算机中运算,将需几十分钟,这将严重影响软件的使用和推广。经过反复的算法分析,优化了算法,极大地提高了运算速度,将运算时间压缩到1分钟以内,为测试法的使用和推广创造了良好的基础。 3.3 光斑影像变形问题 为了使光斑内的光分布尽可能接近舞台上实际应用的情况,《舞台灯具光度测试与标注》标准的要求,一般灯具的测试光斑直径为3 m。对于如此大的光斑,照相机镜头通常处于中、广角状态,变形就很难避免。为了尽可能地减少变形对测试的影响,取景时尽量使光斑的影像位于取景框的中央部位,四周留出一定的空间,这样可以很大程度上减小成像的变形程度。缩小了成像面积,光斑的有效像素虽然有所降低,但目前照相机的像素非常高,即使以光斑面积占整个相片面积的1/3计算,也有百万数量级像素,作为光通量的计算并不需要如此多的计算点,实际上光斑相片经处理后,用作计算的单元近85万个。此外拍照时相机的位置尽可能靠近灯具出光口,以减小图像变形失真。 3.4 反射面的漫反射特性 为使光斑在照相机内的成像尽可能真实地反映光斑的实际情况,灯具投光的反射面必须具有理想的漫反射特性,此漫反射面理论上应该是当光照射时向不同方向的反射特性均匀一致的朗伯面。但在实际测试中,不可能达到如此高的要求,否则照相测试法就难以进行实际应用和推广。经研究,并在软件上采取适当措施后,在一个平整、稍作处理的墙面上涂上亚光的涂料,即可作为拍照的反射面使用。在这样的墙面上拍出来照片难免会产生一些光的突变点,这就需要在图像处理中予以识别和处理,排除干扰。在软件编制时采用了一些特殊的计算和处理,既保证了测试的准确性,又降低了对照片拍摄测试面的要求。 节选自《演艺科技》2016年第3期柳得安,俞世熊《舞台影视灯具光度数据照相测试法》
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