Correlare candela e irradianza in W/m^2

[banjoman]

Ciao a tutti,
sto lavorando a un progetto con dei sensori di colore rgb. A parte altri problemi che ancora devo mettere a punto (e per i quali magari vi chiedero' consigli e opinioni), attualmente sono alle prese con dei calcoli che riguardano la risposta spettrale dei sensori.
La risposta spettrale (e di conseguenza il segnale di uscita dai sensori) è specificata utilizzando l'irradianza, espressa in .
Io devo leggere il flusso luminoso proveniente da led monocromatici di vari colori. Nei datasheet dei led è però specificato il flusso luminoso emesso (spero di non sbagliare terminologia) in mcd (millicandele).
Ho passato un po' di ore a rivedermi i concetti di illuminotecnica ma ne sono uscito più confuso di prima

Come posso correlare il flusso luminoso emesso da un led, posto a qualche mm dal sensore peraltro, non a distanza di metri, con l'irradianza che riceve il sensore stesso? Per il sensore ho a disposizione anche il dato della superficie attiva.

A me occorrerebbe poter quantificare, anche a spanne, la luminanza di questi benedetti led.
Poiché vorrei poi convertire la lettura RGB ottenuta dai sensori nello spazio XYZ CIE 1931, poter conoscere piu' o meno a priori il valore di Y mi consentirebbe di calcolare la matrice di compensazione di questi ultimi.
Dalla confusione di letture che ho fatto in queste ore, la luminanza si misurerebbe (correggetemi se sbaglio) in .

Qualcuno può aiutarmi a eliminare la confusione che ho in testa

[angel99]

C'è qualcosa che non va. Con il sistema che ha descritto non puoi ottenere la luminanza del LED. Credo tu stia facendo un po' di confusione. Giusto per capirci, la luminanza è "quanto luminosa è la superficie di un certo emettitore". Se tu con questo emettitore illumini un sensore, non hai le informazioni per ottenere la luminanza. Per misurare la luminanza di un LED serve uno strumento (luminanzometro) che ha un'ottica focalizzatrice e un mirino in grado di determinare con esattezza una porzione ben definita della superficie del LED. Facendo la misura sei allora in grado di stabilire la luminanza media della regione selezionata.

[banjoman]

La tua risposta conferma quallo che temevo...difatti avrei bisogno al minimo di uno
strumento simile credo, per effettuare misurazioni di XYZ (tristimulus values).
E per quanto riguarda invece il primo quesito? Almeno l'irradianza sulla superficie del sensore posso valutarla?

[angel99]

Ecco il problema! Stai confondendo luminanza (luminance) e illuminamento (illuminance). Per misurare la luminanza serve un luminanzometro, per misurare l'illuminamento un semplice fotometro.

Sempre restando su Minolta, il luminanzometro è questo.

Se devi fare un pannello luminoso tipo TV, ti serve misurare la luminanza spettrale goniometrica. Equivale a dire che se vuoi comprare lo strumento adatto devi rinunciare alla seconda casa al mare.

[banjoman]

Perfetto, mi stai aiutando a chiarmi le idee!
Allora andiamo per gradi: un led che emette 80 mcd , si riferisce alla sua luminanza, giusto? E difatti nei datasheet è anche specificato il viewing angle.

[angel99]

un LED che emette 80 mcd , si riferisce alla sua luminanza, giusto?

No. La candela è l'unità di misura dell'intensità luminosa. La luminanza si misura in candele per metro quadro.

E difatti nei datasheet è anche specificato il viewing angle.

Quest'ultimo dato è una stupidaggine commerciale. Un tecnico non lo deve neppure prendere in considerazione.

[banjoman]

E difatti nei datasheet è anche specificato il viewing angle.

Quest'ultimo dato è una stupidaggine commerciale. Un tecnico non lo deve neppure prendere in considerazione.

E difatti per quello sono entrato nel pallone...

Siccome noto che tu hai le idee molto più chiare di me, ti pongo questa domanda: se il sensore rgb ha una irradiance responsivity espressa in del flusso luminoso che vi incide, posso desumere qualcosa riguardo alla sorgente illuminante? A qualcosa questo dato ben servirà no?

[angel99]

Premetto che non lo faccio per "tirarmela", ma la cosa è molto molto complessa.

Il primo problema è quel W che non trova riscontro nei dati fotometrici del LED. Si tratta di potenza radiometrica, mentre i LED vengono caratterizzati in unità fotometriche. L'equivalenza del W radiometrico è il lm fotometrico. Sono legati dalla curva di sensibilità dell'occhio umano stabilita dalla CIE. Quindi hai valori diversi per ogni lunghezza d'onda.

Un altro problema è l'intensità della radiazione emessa dal LED che non è costante, ma varia in funzione all'angolo (o agli angoli) di osservazione. A te serve il flusso, non l'intensità e qui cominciano a venire fuori integrali doppi un po' scoraggianti.

Poi di problemi ce ne sono altri, ma non è il caso di aggiungere carico. Devi andare per gradi. A me lo hanno spiegato decine di volte e poi, a forza di dai, l'ho capito. A livello industriale, questi problemi non si risolvono analiticamente, ma facendo integrazione discreta dopo aver rilevato migliaia di punti (Fotogoniometro).

[banjoman]

E allora andiamo per gradi!

Siccome a me piace capire a fondo quello che realizzo, vediamo se si può iniziare a tirare fuori qualche dato sensato semplificando il setup.

Diciamo che il led è sulla perpendicolare del sensore. Quindi l'angolo di osservazione è zero.
La tensione in uscita dal sensore è proporzionale all'irradianza. Tale sensitivity è specificata per tre lunghezze d'onda ben precise (470, 524 e 640 nm).

La superficie emittente del led è sicuramente maggiore della superficie sensibile del sensore. Quindi si può assumere come superficie di interesse attraversata dal flusso quella del sensore. La distanza tra led e sensore è di pochi mm.

Potrei semplificare all'osso i calcoli, lavorando su singole lunghezze d'onda e integrando numericamente (o meglio graficamente) usando i grafici dei datasheet.

Dico bene o sto dicendo corbellerie?

[angel99]

E allora andiamo per gradi!

Approccio corretto.

La superficie emittente del LED è sicuramente maggiore della superficie sensibile del sensore. Quindi si può assumere come superficie di interesse attraversata dal flusso quella del sensore. La distanza tra LED e sensore è di pochi mm.

Cominciamo da qui. L'approccio è sbagliato. Le misure che sono sensibili all'angolo di visuale (semplificando) vanno effettuate alla massima distanza possibile, non alla minima.

PG.jpg (7.08 KiB) Osservato 4575 volte

Qui sopra puoi vedere la testa di misura di un fotogoniometro per LED. Il LED è quello luminoso, mentre il sensore è posto alla sommità del tubo che è formato da diverse sezioni con diaframmi per ridurre le riflessioni. Come vedi, si cerca di massimizzare la distanza, non di renderla piccola. Giusto per darti un'idea, si va dal mezzo metro per gli strumenti da banco alle decine di metri per i fotogoniometri per sorgenti più importanti, dove si usano specchi per aumentare ancora maggiormente la percorrenza ottica.

La ragione deve essere cercata nel obbiettivo di ridurre il più possibile l'angolo di emissione del LED all'interno del quale il sensore effettua l'integrazione del flusso emesso. Tu misuri una potenza che è l'integrale delle intensità infinitesime (diverse) emesse per ogni angolo all'interno della visuale.

Se l'angolo è sufficientemente piccolo, puoi considerare l'emissione costante e fare un calcolo accurato. Se ti metti a pochi millimetri... non ottieni nulla di utilizzabile.