프로젝트 개요

나는 빛을 보여줄 때 빛의 근원을 결정할 수있는 마이크로 프로세서 기반 장치를 개발해야합니다 (자연광, 형광등, LED 전구, 백열 전구, 불꽃-산불). 이 단계에서는 가시 광선 만 고려됩니다.

내 연구에서, 광원을 구별하는 유일한 방법은 방출 스펙트럼을 분석하고 알려진 값 과 밀접하게 일치시키는 것 입니다. 예:

고려 된 솔루션

빛의 RGB 구성 비율 측정

이 경로는 너무 복잡하지 않고 더 작은 장치처럼 보이지 않고 산불 감지기와 같은 더 큰 프로젝트에 쉽게 통합 될 수 있으며 관리자가 제안하기 때문에이 경로를 사용하는 것을 고려했습니다. 그러나 일부 광원은 가까운 값을 가질 수 있기 때문에 이것이 매우 정확할 것이라는 의문이 있습니다 (강도는 볼 파크 파장에서 측정되는 것입니다).

현재보고있는 센서 는 필요한 파장에만 민감한 Hamamatsu의 S10917-35GT RGB 컬러 센서 입니다.

회절 격자 필름으로 고해상도 분광기 제작

이 경로는 훨씬 더 복잡하며 광원을 결정하기 위해 이미지의 외부 처리가 필요합니다. 기본적으로 회절 격자 필름과 고해상도 카메라로 분광기를 만듭니다. 이미지는 컴퓨터 소프트웨어로 처리되어 방출 스펙트럼 그래프를 표시하고 그래프를 분석하여 광원을 결정할 수 있습니다. 개발 가이드는 여기

안타깝게도 네트워킹없이 장치 자체의 기본 목표를 선호하기 때문에 이는 매우 편리하지 않습니다.

그래서 질문

• 첫 번째 솔루션에 단점이 있습니까?
• 더 나은 해결책이 있습니까? 독립형 장치에 적합 할 수 있습니까?
• 이것은 아마도 많이 가져올 것이지만, 발광을 분석하고 선택된 파장 범위에서 강도 값을 제공 할 수있는 센서가 있습니까? 또는 그러한 장치를 구축하는 데 도움이되는 것을 최소한으로하십시오.

당신은 정말로 이미이 문제를 해결 한 사람을 찾고 있다고 생각합니다. 그러나 나는 어떤 프로젝트, 나 자신도 모른다. 제가 제안 할 수있는 것은 몇 가지 생각입니다.

분광계에서 :

1. $\frac{\textrm{lines}}{\textrm{mm}}$
2. 소형 메가 픽셀 디지털 카메라도 저렴합니다. 어레이도 사용할 수 있지만 요즘에는 전체 2D 카메라가 더 저렴하고 더 유용한 것처럼 보입니다. 그래서 나는 배열을 귀찮게하지 않을 것입니다.
3. DVD-RW를 사용하면 실제로 577nm와 579nm에서 황색 수은 스펙트럼 선을 분리 할 수 ​​있습니다. (CD는 아니지만) DVD-RW와 수은-아르곤 램프를 사용하여이 작업을 직접 수행했습니다.
4. 파장 교정이 저렴합니다. 수은-아르곤 램프를 구입하십시오. 처음 1 분 정도 후에 아르곤 라인을 얻게되면 나중에 수은 라인이 지배 할 것입니다. 이들의 조합에서 카메라 픽셀 대 파장을 쉽게 보정 할 수 있습니다. 캘리브레이션에 사용 된 Hg-Ar 램프는 약 8 달러의 비용이 들었지만 지금은 더 비쌀 것으로 예상합니다.
5. 강도 교정은 비싸다. NIST 표준에 따라 추적 할 수있는 표준 램프가 필요하며 100 시간 사용 후 다시 교정해야합니다. 그들은 교정되지 않은 싼 전구입니다. 그러나 교정 프로세스에는 실제 비용이 발생합니다. 그런 다음 적절한 광학 배열도 설정해야합니다. 그러나 이것은 각 픽셀이 각각의 파장에 반응하는 방식을 알아내는 유일한 방법입니다. 솔직히, 나는 이것을 피하려고 노력하고 그것을 필요로하지 않았거나 표준 램프의 기본 템플릿 근사치를 적용하고 실제 보정에 돈을 낭비하지 않기를 바랍니다. 내가 얻은 것이 충분하기를 바랍니다. 또는 전혀 신경 쓰지 않고 조작 된 방정식과 그림 "오, 잘"을 사용하여 어떻게 진행되는지보십시오. 당신이 신중하게 생각한다면이 단계를 벗어날 수 있고 여전히 유용한 결과를 얻을 수 있습니다.
6. 450nm에서 750nm로 진행하는 것을 고려할 수 있지만 단일 격자로 한 옥타브를 초과 할 수는 없습니다. 동일한 픽셀에서 스펙트럼 에너지가 혼동되지 않도록 일종의 필터가 필요할 수 있습니다. 또는 걱정하지 말고 실험 해보십시오.
7. 원하지 않는 곳에서 불필요한 빛을 피하기 위해 광학적 인 당황 현상이 필요합니다.
8. 토니는 방금 나에게 상기시켜 주었다. 당신이 할 수있는만큼 좁은 슬릿이 필요하다. 조정할 수있는 2 개의 구식 면도날을 선호합니다. 하나는 고정되고 하나는 움직일 수 있습니다. 그러나 카드 용지 박스의 경우, 나는 단지 엄밀한 날을 사용하여 좁고 균일하게 좁은 슬릿을 만들었습니다.

인쇄 한 다음 잘라낸 탭을 접고 Elmer의 접착제를 사용하고 본질적으로 종이로 만든 배플이있는 상자를 만드는 종이 (카드 스톡)를 사용하여이 모든 작업을 수행했습니다. 당황은 특별한 어두운 무리를 사용하여 빛을 흡수하고 차단합니다. DVD가 올바른 각도로 미끄러 져 들어가면 작은 카메라가 출구에 놓입니다. 나는 이것을 내 눈으로 사용하여 집안의 다른 조명을 관찰했으며 내 의견으로는 완벽하게 작동합니다. 백열등, 형광등 및 LED 광원을 구별하는 데 어려움이 없습니다. 그리고 그 문제에 대한 태양. DVD-R을 사용해 보니 붉은 색의 큰 밴드가 사라진 것을 보았 기 때문에 해당 지역에 관심이 있다면 DVD-RW가 필요하다고 말하고 있습니다.

나는이 모든 것에 대한 몇 가지 계획을 발표 할 수 있다고 생각합니다. 슬릿의 위치, DVD의 각도 등. 내 박스 디자인이 전체 DVD-RW를 사용하는 동안 (다른 DVD 미디어 및 / 또는 CD를 다른 각도로 떨어 뜨릴 수 있기를 원했기 때문에 두 가지를 DVD-RW 표면의 아주 작은 부분 만 실제로 관련되어 있습니다 (정확하게 당황한 경우). 따라서 DVD를 여러 조각으로 자르기 때문에 DVD-RW 전체를 사용하는 것도 좋았습니다. 그것을 강조하고 나도 그것을하고 싶지 않았습니다.

$\frac{\textrm{lines}}{\textrm{mm}}$$\frac{\textrm{lines}}{\textrm{mm}}$

RGB에서 :

당신이 언급 한 RGB 센서는 예상대로, 세 센서 각각의 파장을 매우 광범위하게 수용합니다. LED는 매우 넓은 응답 범위를 갖는 경향이 있습니다 (광범위한 파장에서 방출 및 수신).이 센서는 반응이 약간 겹칩니다. 당신에게 도움이 될 모든 것이 실험의 문제라고 생각합니다. 대신 커브와 센서의 응답 기능을 사용하여 일부 컴퓨터 코드를 적용하여 서비스 가능한지 확인할 수 있습니다. 그러나 나는 당신을 위해 그것을 쓰려고 노력하지 않을 것입니다. 아마도 가장 좋은 방법은 센서를 뭉개 서 구입하고 몇 가지 테스트를 수행하는 것입니다. 그것은 당신의 요구에 잘 맞을 수도 있습니다. 그러나 나는 빠른 스캔으로 당신에게 예 또는 아니오를 말할 수 없습니다. 나는 또한 RGB로 이것을 시도하지 않았으므로 이것이 내가 할 수있는 또 다른 이유입니다.

주파수 에 대한 Eugene의 의견이 마음에 들었습니다.. 백열 전구 (그리고 나는 매우 민감한 기기를 사용하여 이것을 테스트했습니다-수십 마이크로 켈빈 분해능과 NIST 표준으로 추적 가능한 수백 마이크로 켈빈 정확도는 AC 사이클 동안 진폭의 약 3 %가 될 것입니다) 60Hz에서. (50Hz와 다를 수 있습니다.) 형광등은 주 주파수와 고주파에서도 작동합니다 (둘 다 제조 및 사용됩니다). 그러나 방출은 반응 시간이 빠른 형광체를 통해 발생합니다. (일부 형광체는 금지 된 삼중 항에서 일 중항으로의 전이에 따라 밀리 초 정도의 속도가 느립니다. 그러나 이들 중 다수는 매우 빠릅니다. 마이크로 초 타 우스입니다.) 여기서 약간의 실험을 수행해야 할 수도 있습니다. 그러나 원하는 경우 매우 좁은 대역의 전자 회로를 설계 할 수 있기 때문에 이것이 유익 할 수 있다고 생각합니다. 당신' d 앰프 체인을 포화시키지 않도록 신호 컨디셔닝에 대해 걱정해야합니다. 그러나 그것은 가능합니다. 그러나 현대 LED 전구에 사용되는 주파수를 보지 못했습니다. 자세한 내용은 Google에 알려 드리겠습니다. 그러나 유진의 요점은 조사 할 가치가 있다고 생각합니다.

몸소? DVD-RW에 대한 경험이 많고 쉽고 빠르며 저렴하게 할 수 있다는 것을 알고 있기 때문에 DVD-RW와 함께 갈 것입니다. 가기. 카메라는 먼지가 싸고 정기적으로 파장 교정을위한 Hg-Ar 램프도 있습니다. 거의 작동하지 않습니다. 또한 전자 제품이없는 핸드 헬드 카드 스톡 박스로 다양한 광원을 확인하면서 집안을 돌아 다니며 다양한 광원의 차이를 눈으로 완벽하게 볼 수있었습니다. 그래서 내가 여기서 갈 수 있다는 것을 알고 있습니다.

편집 : 오래된 형광 전구의 몇 가지 이미지. 그중 하나는 스펙트럼을 가로 질러 다른 하나는 약간 확대되었습니다. 거기에 수은의 이중 분리가 멋지다!

몇 년 전 계약자로서 Siemen의 OSRAM 사업부에서 LED 비닝을 전문으로했습니다. 이런 것들이 그 경험에서 비롯된 것입니다. 우리는 먼저 고가의 분광 광도계를 사용했지만 얼마 후 해양 광학으로 전환했습니다 (훨씬 더 저렴합니다). 그러나 그 동안 나는 DVD와 CD에 대해 많은 즐거움을 얻었습니다. (위에서 언급하지 않은 필라멘트 교정기 사라짐 포함) CIE 1931 표준 이전 및 이후 1960 년대 이후의 인간 반응 보고서를 연구하면서 많은 시간을 보냈습니다. 또한 1970 년대 후반과 1980 년대 초반 에드윈 랜드의 작품을 정말 즐겼습니다.

jonk에 동의하지만 소스를 식별하는 더 간단한 방법을 제안합니다.

DVD 또는 기타 회절 격자를 사용하여 카메라로 분광계를 만듭니다. 카메라, 격자 및 화면이 서로 관련되어 움직이지 않도록 기계적으로 견고하게 만드십시오.

캘리브레이션을 전혀 신경 쓰지 마십시오. 또한 카메라에서 자동 화이트 밸런스를 비활성화하고 고정 화이트 밸런스를 사용하려고합니다.

탐지하려는 다양한 광원의 예에 탐지기를 노출시키고 이미지를 기록하십시오.

이제 선택한 신호 처리 방법을 사용하여 저장된 스펙트로 그램 중 현재 스펙트로 그램과 가장 일치하는 것을 탐지 할 수 있습니다.

OpenCV, Gnu Octave 또는 SciPy는 모두 유사성을 탐지하는 실행 가능한 방법을 제시합니다.

여기에 많은 훌륭한 답변이 있지만 최종 질문에 대한 구체적인 의견을 제공합니다.

첫 번째 솔루션에 단점이 있습니까?

단점은 색상을 판단하기 위해 3 개의 데이터 포인트 (r, g, b) 만 있고 구별하려는 다른 광원에 따라 구별 할 수 없다는 것입니다. 이것은 화이트 밸런스를 설정하려고 할 때 디지털 카메라에서 발생하는 것과 동일한 문제이며 때로는 카메라가 잘못 추측하여 사진의 색상이 왜곡됩니다. 그러나 디지털 카메라가 동일한 흰색 종이와 같은 알려진 물체를 이미징 할 수 있도록 허용하면 대부분의 경우 광원을 구별 할 수 있습니다.

발광을 분석하고 선택된 파장 범위에서 강도 값을 제공 할 수있는 센서가 있습니까?

격자 (또는 프리즘) 기반 분광계는 정확히 그렇게합니다. 파장의 함수로 빛의 세기를 제공합니다.

또는 센서를 몇 개만 원하는 경우 실리콘 광 검출기를 간단히 가져 와서 해당 파장 범위 만 필터에 통과시킬 수 있도록 적절한 광학 필터 (컬러 글래스)를 앞에 배치 할 수 있습니다. 이 방법의 장점은 단일 광 검출기가 어레이 검출기보다 더 빠르게 작동 할 수 있으며 전구의 60Hz 변동과 같은 빛의 시간적 구조와 스폿 특성 패턴을 볼 수 있다는 것입니다. 불꽃이 빠르게 깜박 거립니다.

Hamamatsu의 초소형 C12666MA 와 같이 자체 분광계를 구축 할 필요가 없으며 장치를 이미 선반에서 사용할 수 있습니다 .

15 nm의 스펙트럼 분해능은이 작업에 적합 할 수 있습니다.

DC와 50 / 60Hz를 별도의 센서로 구분하는 것도 좋은 생각입니다.

카메라는 RGB 센서를 표시하는 방식과 어느 정도 작동합니다. 고밀도 조명에서 포화 된 색상의 LED를 캡처 한 경험이 있다면, 그 한계를 이해할 수있을 것입니다. 그러나 우리가 잘 알고있는 넓은 범위의 사진에는 적합합니다.

측정하려는 대상에 따라 다릅니다.

예를 들어, 백색광은 우리 눈에 RGB 센서에 대한 우리의 인식이며 입사광은 일광 백색은 청색과 황색-적색 인광체 변환 된 빛의 균형으로 생각하여 피크가 동일하도록합니다 (CIE 눈 교정으로 변환 할 때) 레벨)

그러나 넓은 반사 색상 팔레트에서 할로겐 소스를 비교하고 일광 4500-5000'K 81 % CRI 백색 LED와 비교할 때 현실은 상당히 다릅니다. 이제 소스에서 스펙트럼이 누락되어 색상이 다르게 보입니다.

정확성을 위해 교정 된 회절 분석법 도구 만 있으면됩니다. 풀 컬러 영역이있는 그라디언트 스케일 용지에 반사 된 거친 안구 입사 색상의 경우 RGB 카메라가 작동합니다. 보정 된 RGB 센서 / 검출기 장치 및 소프트웨어로 충분히 닫습니다. 그러나 이것이 업계에서 수행되는 방식은 아니지만 스캔이 시작되기 전에 용지 스캐너가 내부 RGB + B / W 보정으로 작동하는 방식입니다.

전문적인 광 스펙트럼 분석기는 x, y, u, v 및 백색광의 다른 많은 매개 변수를 측정합니다.

따라서 오래된 질문이며 해결책이 무엇인지 궁금하지만 대답을 살펴보면 다소 명백한 해결책을 보지 못하는 것에 놀랐습니다.

먼저 전체 스펙트럼을 분석 할 필요가 없습니다. 소스 분리를 ​​극대화하는 방식으로 샘플링하십시오. 상대적으로 소스가 적다는 점을 감안할 때 눈으로이를 수행하거나 실제로 예상 스펙트럼의 개별 버전에서 PCA 또는 ICA 분석을 실행할 수 있습니다. 소수의 스펙트럼 영역을 선택하면 계속 진행할 수 있습니다.

둘째, 적외선 영역을 진지하게 고려할 것입니다. 주로 화재로 인해 많은 양의 방출이 발생하기 때문에이 지역의 센서가 매우 일반적이기 때문에 가장 중요합니다.

셋째, 원하는 첫 번째 대역에서 충분한 스펙트럼 응답을 제공하는 개별 센서 또는 센서 / 필터 조합을 선택하십시오. 파장으로 선택할 수있는 저렴한 필터, 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 및 PIR 장치가 많이 있습니다 (단색 LED도 핀치로 작동 할 수 있음).

넷째, 수학적으로이 작업을 수행하는 경우 예상 응답을 센서 / 필터의 응답에 투영하고 빼면 다음 유효 대역으로 절차를 반복 할 수 있습니다. 그렇지 않다면, 다음에 어떤 지역이 겹치는 지 추정하십시오.

필터를 사용하여 밴드를 제거 할 수도 있습니다. 두 개의 센서가 완벽한 영역을 커버하지만 응답이 너무 겹치는 경우 겹치는 대역을 빼면 차별성이 높아집니다. .

이것을 두세 번 반복하면 사용할 수있는 저렴한 센서 세트가 생깁니다. 주변에 회로를 배치하고 알려진 소스를 사용하여 응답을 교정하십시오. 올바르게 분리 한 경우 필터 / 센서 / 회로 설계의 감도에 대한 대략적인 보정 만 필요합니다.

이것은 기본적으로 RGB 센서 아이디어이지만 임의의 파장대 대신 올바르게 조정 된 파장대를 사용합니다.

매우 높은 방사선 감도가 필요하지 않은 경우 시준하고 격자를 통해 실행 한 다음 선형 센서 어레이에 이미지를 덤프합니다. 마이크로 프로세서가 있으면 스펙트럼 분석이 쉽습니다. 소비자 조명 시스템은 깜박임 주파수가 매우 다양하기 때문에 시간 변화만으로는 잘 작동하지 않을 수 있습니다. 스펙트럼과 구별하기 어려운 유일한 것은 백열등과 불꽃입니다. 불꽃이 거의 임의적이고 백열등에 60Hz의 구성 요소가 있어야한다는 가정하에 시간 변동을 사용할 수 있습니다. 전자 장치는 60Hz의 표류를 포착하는 경향이 있으므로 60Hz의 노이즈가 아닌 60Hz의 빛이 보이도록해야합니다. 리니어 센서는 저렴하고 간단한 부품입니다. 인터페이스에 문제가 없습니다. 내가 3 개의 채널로 작업하는 것을 볼 수있는 유일한 방법은 불꽃을 분류하려고 할 때 다른 모든 광원을 "무관심"파일로 덤프 할 수있는 것입니다. 이 경우, 청색 방출보다 더 많은 NIR로 백열등이나 불꽃이 될 수 있습니다. MWIR 감지기로 작업 할 계획이라면 시간 변동을 건너 뛰고 CO2 배출 피크를 찾을 수 있습니다. 백열등에는 없어야합니다. 그것이 많은 상용 센서가 사용하는 것입니다. 청색 방출보다 더 많은 NIR이 백열 또는 화염입니다. MWIR 감지기로 작업 할 계획이라면 시간 변동을 건너 뛰고 CO2 배출 피크를 찾을 수 있습니다. 백열등에는 없어야합니다. 그것이 많은 상용 센서가 사용하는 것입니다. 청색 방출보다 더 많은 NIR이 백열 또는 화염입니다. MWIR 감지기로 작업 할 계획이라면 시간 변동을 건너 뛰고 CO2 배출 피크를 찾을 수 있습니다. 백열등에는 없어야합니다. 그것이 많은 상용 센서가 사용하는 것입니다.