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Charakterisierung von Leuchtdichtekameras

05.03.2017

Zur Bestimmung der Leuchtdichteverteilung beleuchteter oder selbstleuchtender Oberflächen kommen zunehmend Leuchtdichtemesskameras (LDMK) zum Einsatz. Die Pixel des digitalen Bildsensors dieser Kameras bilden ein Photometerarray auf welches das Licht des betrachteten Objektes nach Durchlaufen eines V(λ)-Filters abgebildet wird. Die effektive Geometrie des Lichteinfalls ist hierbei über alle Pixel variabel und nicht direkt bestimmbar. Aus diesem Grund sind LDMK nur relativ zu einem bekannten Normal kalibrierbar. Bisher erfolgt dieses unter der vereinfachenden Annahme eines ideal homogenen Lambertschen Abstrahlungsverhaltens des Normals. Diese Vereinfachung an Stelle der Berücksichtigung der komplexen Überlagerung von orts- und richtungsabhängigen Eigenschaften von Normal und Kamera führt dazu, dass derzeit LDMK nicht rückführbar mit Angabe einer Messunsicherheit kalibrierbar sind.

Im Fachbereich „Photometrie und angewandte Radiometrie“ der PTB werden Strategien zur Kalibrierung von LDMK erarbeitet. Der erste Schritt hierbei ist die Charakterisierung der orts- und richtungsabhängigen Eigenschaften des verwendeten Leuchtdichtenormals und die Unterscheidung von Eigenschaftsvariationen des Normals von denen der zur Charakterisierung eingesetzten Kamera. Die Grundlage hierfür ist eine Serie von Kameraaufnahmen des Normals bei gleichzeitiger Kenntnis der genauen Zuordnung von Kamerapixel und dem zugehörigen Ort und Abstrahlrichtung des Normals. Hierfür wurde ein Messplatz aufgebaut, der eine freie Positionierung der Kamera in fünf Freiheitsgraden erlaubt und eine Einmessstrategie auf Basis der Nahbereichsphotogrammetrie entworfen und realisiert, mit der die jeweiligen Abbildungseigenschaften der Kamera und die Geometrieparameter des Messstandes flexibel für verschiedene Kameras, Objektive und Leuchtdichtenormale hochgenau bestimmt werden können [1].

Bild.1 Korrekturbild zur Berücksichtigung der richtungsabhängigen Abstrahlcharakteristik des Leuchtdichtenormals für die individuelle Blickrichtung jedes Pixels an einer gegebenen Aufnahmeposition.

In mehrstufigen Messungen lassen sich anschließend gezielt einzelne Eigenschaften der Aufnahmegeometrie konstant halten. Aus den sich dabei ergebenden Änderungen des gemessenen Signals werden anschließend die Inhomogenitäten der beteiligten Komponenten berechnet. Bild. 1 zeigt ein so gewonnenes Korrekturbild, welches für eine gegebene Aufnahmeposition die relative Leuchtdichteänderung des Normals beschreibt, die dadurch verursacht wird, dass die Emissionsrichtung des Normals für jedes Pixel unterschiedlich ist. In nachfolgenden Messungen kann dieser Einfluss dann berücksichtigt werden.

Literatur:

[1]       Schrader, Christian; Sperling, Armin: Photogrammetrische Verfahren in der bildgebenden Photometrie. Sensoren und Messsysteme 2016 (2016), 343-350, dx.doi.org/10.5162/sensoren2016/5.1.4, Wunstorf: AMA Service GmbH. ISBN 978-3-9816876-0-6

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