Spectra CT Leuchtdichte-Standard

Die einheitliche Lichtquelle Spectra CT-1000 dient als Leuchtdichtenormal, mit dem Sie sowohl die Leuchtdichte als auch die korrelierte Farbtemperatur (CCT), den Farbton des weißen Lichts, einstellen können. Durch die Kombination von separaten warmweißen und kaltweißen LEDs kann die CCT stufenlos zwischen 2800 und 7500 Kelvin eingestellt werden. Dies ermöglicht die Korrektur des flachen Feldes und die Kalibrierung von Kamerasystemen, wodurch Farbmessfehler aufgrund der Anpassung der Kalibrierungs-CCT an die Ziellichtart, die von der Kamera gemessen werden soll, reduziert werden.

Das CT-1000 ist in drei Kugelgrößen von 20, 30 und 50 cm Kugeldurchmesser und mit entsprechenden Austrittsöffnungen von 5, 10 und 20 cm erhältlich. Die Leuchtdichte des CT-1000-S (20-cm-Kugel) kann von 1-50.000 cd/m2 eingestellt werden, während die des CT-1000-M (30-cm-Kugel) den Bereich von 0,5-25.000 cd/m2 abdeckt. Der Leuchtdichtebereich des CT-1000-L (50-cm-Kugel) liegt bei 0,1-5.000 cd/m2. Die Einstellung der Leuchtdichte erfolgt über programmierbare LED-Ansteuerströme.

Ein integriertes Leuchtdichtephotometer zeigt die Ausgangshelligkeit der Kugel in Echtzeit an. Das CT-1000 wird über eine USB-Schnittstelle von einem vom Benutzer bereitgestellten PC aus gesteuert, auf dem die LSS-PT-Software von Labsphere läuft. Der Bediener kann über die Software sowohl eine Zielleuchtdichte als auch eine CCT einstellen.

Die Theorie der homogenen Lichtquelle

Eine intern beleuchtete Ulbrichtkugel vereinfacht die ansonsten komplexen Verfahren zur Kalibrierung und Verzerrungskorrektur von Kameras und Bildsensoren. Die Erzeugung eines Feldes mit gleichmäßiger Bestrahlungsstärke oder Strahlungsintensität ist nicht einfach – es sei denn, Sie verwenden eine intern beleuchtete Ulbrichtkugel. Jegliches in die Kugel eintretende Licht wird von der diffus reflektierenden (lambertischen) Kugelwandbeschichtung mit gleicher Strahlungsintensität in alle Richtungen reflektiert. Die hochreflektierende Beschichtung (typischerweise 96–99 %) sorgt für eine hohe Anzahl von Reflexionen, was zu einer nahezu perfekt gleichmäßigen Strahlungsintensität an allen Punkten der Kugelwand führt. Die offene Austrittsöffnung einer intern beleuchteten Ulbrichtkugel ist die „gleichmäßige Lichtquelle”. Die Kugel kann durch Lampen oder LEDs beleuchtet werden, die sich im Inneren der Kugel befinden oder außerhalb an einer Kugelöffnung angebracht sind.

Eine Integrationskugel mit gleichmäßiger Lichtquelle fungiert sowohl als Quelle für gleichmäßige Strahlungsintensität als auch für gleichmäßige Bestrahlungsstärke. Eine Kamera, deren Objektiv auf die Ebene des Austrittsports der Kugel fokussiert ist, sammelt unscharfes Licht von der gegenüberliegenden Kugelwand. Die Bestrahlungsstärke ist an allen Punkten der Kugelwand gleichmäßig, und die Wand reflektiert Licht mit konstanter Strahlungsintensität in allen Winkeln. Daher sieht die Kamera ein Feld mit gleichmäßiger Strahlungsintensität oder Leuchtdichte. Ohne Abbildungsoptik würde die Integrationskugel ein Feld mit gleichmäßiger Bestrahlungsstärke direkt auf einen Bildsensor liefern. Ein Bildsensor, der direkt in der Ebene der Austrittsöffnung der Kugel platziert ist, empfängt eine gleichmäßige (aber diffuse) Bestrahlungsstärke. Beachten Sie, dass die Gleichmäßigkeit der Bestrahlungsstärke im Nahfeld abnimmt, sich aber im Fernfeld wieder erholt.

Die Notwendigkeit einer gleichmäßigen Strahlung/Bestrahlungsstärke bei Bildsensoren und Kameras

Bildsensoren mit Focal Plane Array (FPA) (PDA, CMOS, CCD usw.) leiden unter pixelbezogenen Unterschieden in der Empfindlichkeit (Photo Response Non-Uniformity, PRNU) sowie unter Photonenrauschen (Shot Noise), Dunkelrauschen (Thermal Noise), Ausleserauschen und Nichtlinearität. Durch Platzierung des Sensors am Austrittsport einer gleichmäßigen Lichtquelle beleuchten wir jedes Pixel auf dem Array gleichmäßig und können eine Pixelverstärkungs- und Offset-Normalisierung durchführen. Ein Bildgebungssystem (reflektierend oder refraktiv) führt zu zusätzlichen Verzerrungen mit dem Winkel: Vignettierung und cos4-Intensitätsabfall. Eine integrierende Kugel als gleichmäßige Lichtquelle sorgt für eine räumlich und winkelmäßig gleichmäßige Strahlungsintensität und ermöglicht eine Flat-Field-Korrektur der Kamera (Sensor mit Objektiv).