Определение освещенности. Освещение помещений: методы расчета, нормы и особенности

Как правильно рассчитать освещенность помещения. Какие нормы освещенности существуют для разных типов помещений. Какие факторы влияют на освещенность. Какие методы и приборы используются для измерения освещенности.

Основные понятия и единицы измерения освещенности

Освещенность — это поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность. Измеряется в люксах (лк). 1 люкс равен освещенности поверхности площадью 1 м², на которую падает равномерно распределенный световой поток в 1 люмен.

Основные световые величины, используемые при расчетах освещенности:

• Световой поток — мощность светового излучения, оцениваемая по световому ощущению, которое оно производит на человеческий глаз. Единица измерения — люмен (лм).
• Сила света — пространственная плотность светового потока. Единица измерения — кандела (кд).
• Яркость — отношение силы света, излучаемого поверхностью в данном направлении, к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению. Единица измерения — кд/м².

Нормы освещенности для различных типов помещений

Нормы освещенности регламентируются СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» и СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Основные нормативные значения:

• Офисные помещения, учебные классы: 400-500 лк
• Торговые залы магазинов: 300-400 лк
• Жилые комнаты, кухни: 150 лк
• Коридоры, лифтовые холлы: 75 лк

При этом важно учитывать, что для ламп накаливания комфортная освещенность достигается при ~75 лк, а для люминесцентных ламп — при более 150 лк. Современные нормы ориентированы в основном на люминесцентное освещение.

Факторы, влияющие на освещенность помещения

На фактическую освещенность помещения влияет множество факторов:

• Тип и мощность источников света
• Количество и расположение светильников
• Коэффициенты отражения поверхностей (стен, потолка, пола)
• Геометрические размеры помещения
• Наличие затеняющих объектов (мебели, оборудования)
• Загрязнение светильников и поверхностей

Особенно сильное влияние оказывают коэффициенты отражения поверхностей. Например, покраска светлых стен в темный цвет может снизить освещенность в 1.5-2.5 раза в зависимости от размеров помещения.

Методы расчета освещенности помещений

Существует несколько основных методов расчета освещенности:

1. Метод коэффициента использования светового потока
2. Точечный метод
3. Метод удельной мощности

Наиболее распространен метод коэффициента использования. Средняя освещенность помещения рассчитывается по формуле:

E = (Ф * N * n * η) / (S * K * z)

где:

• E — освещенность, лк
• Ф — световой поток одной лампы, лм
• N — количество светильников
• n — количество ламп в светильнике
• η — коэффициент использования светового потока
• S — площадь помещения, м²
• K — коэффициент запаса
• z — коэффициент неравномерности освещения

Приборы и методы измерения освещенности

Для измерения освещенности используются специальные приборы — люксметры. Они бывают двух основных типов:

• Визуальные — основаны на сравнении яркости двух поверхностей глазом наблюдателя
• Объективные — используют фотоэлементы для измерения освещенности

Наиболее распространены объективные люксметры, например Ю-116. Порядок измерения освещенности:

1. Фотоэлемент устанавливают горизонтально в контрольных точках помещения
2. Замеры проводят на разной высоте (пол, рабочая поверхность, 1.5 м)
3. Измерения выполняют 3 раза в день (утро, день, вечер)
4. Освещенность вне помещения измеряют одновременно с внутренней

По результатам замеров рассчитывается коэффициент естественной освещенности (КЕО) — отношение внутренней освещенности к наружной, выраженное в процентах.

Особенности расчета освещенности для разных типов помещений

При расчете освещенности необходимо учитывать специфику различных типов помещений:

Офисные помещения

• Высокие требования к равномерности освещения
• Необходимость снижения блескости и отраженной блескости
• Учет расположения рабочих мест и компьютерных мониторов

Производственные помещения

• Повышенные требования к освещенности рабочих зон
• Учет характера выполняемых работ (точность, контраст объектов)
• Необходимость локального освещения рабочих мест

Торговые залы

• Акцентное освещение товаров
• Высокие требования к цветопередаче
• Учет расположения торгового оборудования

Энергоэффективность систем освещения

При проектировании систем освещения важно учитывать их энергоэффективность. Основные способы повышения энергоэффективности:

• Использование современных энергосберегающих источников света (LED-лампы)
• Применение систем управления освещением (датчики движения, диммирование)
• Оптимизация расположения светильников
• Использование отражающих поверхностей для усиления освещенности

Важный показатель — удельная мощность освещения (Вт/м²). Для современных систем освещения офисных помещений этот показатель обычно находится в диапазоне 6-12 Вт/м².

Современные тенденции в проектировании освещения

Основные тренды в области проектирования систем освещения:

• Человекоориентированное освещение (учет биоритмов, настроение)
• Интеграция систем освещения с системами «умного дома»
• Использование светодиодных источников света
• Применение систем динамического освещения
• Повышенное внимание к качеству света (спектр, цветопередача)

Правильно спроектированная система освещения не только обеспечивает нормативную освещенность, но и создает комфортную световую среду, повышает производительность труда и улучшает самочувствие людей.

Определение освещенности помещений

Свет обладает высоким биологическим действием и оказывает положительное влияние на регуляцию жизненных функций организма. Основной путь, по которому свет воздействует на организм животных: глаз – кора головного мозга – эпифиз – гипоталамус – эндокринные железы. В основе всего лежит сложная цепь нервно-рефлекторных и гуморальных реакций.

Достаточное освещение животноводческих и птицеводческих помещений является важным фактором профилактики ряда болезней животных и птицы и способствует сохранению их здоровья и продуктивности.

Световые величины и единицы освещенности.

Международным соглашением установлена по отношению к видимым глазу излучениям следующая физическая система световых величин и единиц.

Световой поток – часть потока лучистой энергии, которая воспринимается глазом как световое ощущение. За единицу светового потока принята условная единица люмен (лм), которая испускается полным излучателем (абсолютно черным телом) при температуре затвердения платины с площади 5305 десятимиллиардных квадратных метров.

Освещенность – поверхностная плотность падающего светового потока, или отношение светового потока к площади освещаемой им поверхности. За единицу освещенности принимают люкс (лк) – освещенность поверхности, которая получает равномерно распределенный световой поток в 1 лм на пло- щади 1 м².

Коэффициент отражения – отношение светового потока, отраженного от поверхности, к световому потоку, падающему на эту поверхность.

Коэффициент поглощения – отношение светового потока, поглощенного средой, к световому потоку, падающему на эту среду.

Расчет естественной освещенности. В проектной и строительной практике животноводческих и подсобных помещений применяют два способа нормирования естественной освещенности – геометрический и светотехнический.

Геометрический способ нормирования естественной освещенности основан на вычислении светового коэффициента (СК), т. е. отношения остекленной площади окон к площади пола, принимая первую величину за единицу. Способ прост, но недостаточно точен, т. к. при одном и том же световом коэффициенте не обеспечивается равномерная освещенность площади здания. Световой коэффициент имеет значение в строительной практике, но не может в достаточной степени характеризовать освещенность помещений естественным светом, т. к. он зависит не только от соотношения между световой поверхностью окон и площадью пола помещения, но и от метеорологических условий, соотношения между размерами помещения, затеняющего влияния противостоящих помещений и света, формы и конструкции световых проемов, от их расположения над полом. Нормы светового коэффициента внутри помещения для животных и птицы приведены в прил. 8.

Например, если площадь пола равна 180 м², а остекленная площадь окон 15 м², то .

Светотехнический способ нормирования естественной освещенности выражается коэффициентом естественной освещенности (КЕО, %). Коэффициент естественной освещенности – это отношение горизонтальной освещенности в люксах в данной точке внутри помещения к одновременной горизонтальной освещенности вне помещения, выраженное в процентах:

,

где освещенность внутри помещения, лк;

освещенность в горизонтальной плоскости под открытым небом, лк.

Например, освещенность внутри коровника равна 60 лк, под открытым небом 6000 лк. Таким образом:

.

Следовательно, освещенность внутри помещения составляет 1% наружной освещенности.

В различных точках помещения освещенность бывает неодинаковой, поэтому необходимо производить одновременно несколько параллельных замеров в различных зонах помещения (вдоль каждого ряда стойл, клеток, станков в наиболее светлой и темной их части). При обработке замеров для каждой точки выводят КЕО, берут средние арифметические показатели каждого ряда стойл, клеток, станков.

Этот показатель будет характеризовать среднюю освещенность зоны помещения.

Для расчета КЕО_ср (%) помещений пользуются формулой

,

где средний арифметический КЕО зоны размещения животных в рядах, %;

КЕО на полу в центре помещения, %;

КЕО на высоте 1 м от пола в центре здания, %;

КЕО на высоте 1,6 м в центре помещения, %;

количество рядов стойл или клеток размещения в здании;

количество замеров КЕО в центре помещения.

Замеряют освещенность в любой сезон года в полдень при рассеянном свете и диффузной освещенности небосвода, соот­ветствующей не менее 5000 лк. Для суждения об освещенности помещения в разное время дня и сезона года из этих величин выводят среднее арифметическое число, характеризующее КЕО помещения.

Коэффициент естественной освещенности дает более правильное представление о естественном освещении животновод­ческих помещений (см. прил. 8).

Определение искусственной освещенности. Для этой цели подсчитывают число ламп в помещении и определяют их общую мощность, выраженную в ваттах (Вт). Полученную величину делят на площадь пола и получают удельную мощность в Вт/м².

,

где искусственная освещенность, Вт/м²;

количество электроламп в помещении;

мощность одной электролампы, Вт;

площадь пола помещения, м².

Для перевода освещенности, выраженной в Вт/м², в люксы (лк) умножают количество Вт/м² на коэффициенты пересчета в зависимости от мощности и типа ламп (прил. 9).

При освещенности помещения лампами накаливания искус­ственное нормирование при низких уровнях освещенности в какой-то степени приемлемо. Однако в связи с использованием других источников света, более совершенных по световой отдаче и спектральным характеристикам, установление освещенности по удельной мощности не дает представления ни о величине освещенности, ни о качестве освещения, и приводит к нерациональному размещению светильников. Поэтому все же правильнее нормировать искусственное освещение в абсолютных единицах – люксах в расчете на 1 м² площади помещения (прил. 8).

Фотометрия и приборы для определения освещенности. Фотометрия – это отдел оптики, включающий измерение силы света, естественной и искусственной освещенности и яркости. Приборы, применяемые для этой цели, называются фотометрами или люксметрами.

Промышленность выпускает люксметры визуальные и объективные.

Визуальные люксметры основаны на сравнении (глазом) яркости освещения двух белых поверхностей, одна из которых освещается исследуемым светом, а другая – стандартным источником. Точность измерения зависит от субъективных ощущений исследователя. Поэтому в санитарно-гигиенической практике применяют только объективные люксметры (Ю16, Ю116).

Объективный люксметр типа Ю116 (рис. 18). Прибор предназначен для измерения искусственной и естественной освещенности при температурах воздуха от –10 до 35°С и относительной влажности до 80%. Он применяется для контроля освещенности в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства, в исследовательских работах.

Прибор состоит из измерителя и селенового фотоэлемента с четырьмя насадками М, Р, Т, К (рис. 19). На передней панели измерителя расположены кнопки переключателя и табличка со схемой, связывающей действие кнопок и используемых насадок с диапазонами измерений.

Прибор имеет две шкалы: 0–100, имеющая 100 делений, и 0–30, имеющая 30 делений. На каждой шкале точками отмечено начало диапазона измерений: на шкале 0–100 точка находится над отметкой 20, на шкале 0–30 – над отметкой 5. На боковой стенке корпуса люксметра расположена вилка для присоединения фотоэлемента.

Насадка К, состоящая из белой светорассеивающей пластмассовой полусферы и непрозрачного пластмассового кольца, служит для уменьшения косинусной погрешности люксметра. Она применяется не самостоятельно, а совместно с одной из трех насадок, имеющих обозначения М, Р и Т, каждая из которых соответственно с насадкой К образует три поглотителя света 10, 100, 1000 соответственно и применяется для расширения диапазона измерений. Показания прибора на соответствующей шкале умножают на коэффициент ослабления, зависящий от применяемых насадок и указанный на этих насадках.

Правила измерения. При определении освещенности фотоэлемент устанавливают горизонтально вверх селеновым слоем. Освещенность в коровниках замеряют в местах, охватывающих зону размещения животных (в каждом ряду стойл, клеток) и в центре здания. В коровниках в каждой точке замеры делают на полу и на высоте 1 и 1,6 м от пола; в свинарниках – на полу и на высоте 0,5 и 1,6 м от пола; в птичниках при напольном содержании – в торцах и в середине помещения на по-

Рис. 18. Люксметр типа Ю116:

1 – измеритель; 2 – селеновый фотоэлемент

Рис. 19. Насадки к люксметру типа Ю116

лу и на высоте 1,6 м от подстилки, а при клеточном содержании – в кормушках на уровне ярусов батарей. Уровень освещенности определяют не ближе, чем 1,2 м от окон, на уровне простенка. Освещенность вне помещения измеряют при рассеянном свете небосвода на расстоянии не ближе 10 м от здания.

Степень освещенности определяют 3 раза в сутки (10, 13 и 16 ч) на улице и в помещении одновременно. Измерения необходимо проводить так, чтобы на поверхность фотоэлемента не попадали прямые солнечные лучи, грязь, брызги жидкости. Светоприемник нельзя мыть водой.

Задание 1. При помощи объективного люксметра Ю-116 или Ю-117 определить освещенность в помещении и снаружи согласно всем правилам приведенным выше. Рассчитать коэффициент естественной освещенности.

Задание 2. Пользуясь рулеткой измерить площадь пола и окон, определить тип электроламп и мощность, подсчитать их количество в помещении лаборатории. Рассчитать световой коэффициент и искусственную освещенность.

Задание 3. Площадь пола в коровнике 1050 м². Остекленная площадь окон 105 м². Количество электрических ламп в коровнике 105 штук мощностью 100 Вт каждая. Освещенность вне помещения 2500 лк. Рассчитать: СК (световой коэффициент), КЕО (коэффициент естественной освещенности), ИО (искусственную освещенность) помещения. Сравнить полученные данные с нормативными показателями и сделать заключение.

Задание 4. Площадь пола в помещении для свиноматок с поросятами 1100 м². Остекленная площадь окон 100 м². Количество электрических ламп 44 штук мощностью 100 Вт каждая. Освещенность вне помещения 3000 лк. Рассчитать: СК (световой коэффициент), КЕО (коэффициент естественной освещенности), ИО (искусственную освещенность) помещения. Сравнить полученные данные с нормативными показателями и сделать заключение.

Задание 5. Площадь пола в овчарне 1255 м². Остекленная площадь окон 60 м². Количество электрических ламп 50 мощностью 100 Вт каждая. Освещенность вне помещения 2000 лк. Рассчитать: СК (световой коэффициент), КЕО (коэффициент естественной освещенности), ИО (искусственную освещенность) помещения. Сравнить полученные данные с нормативными показателями и сделать заключение.

Расчет освещенности

    При проектировании освещения расчет освещенности является основополагающим расчетом. В настоящее время имеется большое количество программ для компьютеров, например DIALux, позволяющих автоматизировать процесс вычислений. Для программы DIALux практически все производители светильников выпускают базу данных своих осветительных приборов, позволяющих выполнить все расчеты освещенности для использования конкретного светильника, что повышает точность и достоверность расчетов. Но уметь выполнить все расчеты вручную все равно должен уметь каждый, кто, так или иначе, связан с освещением.

    Автоматизация расчетов не означает, что после выполнения монтажа и включения светильников освещенность в помещении окажется точно соответствующей расчетной. Как правильно нормировать и измерять освещенность после монтажа осветительной установки, подробно изложено в статье «Нормирование освещенности при расчетах». Все расчеты освещенности очень приблизительны. Особенно это касается помещений, имеющих площадь менее 50 м². На результаты расчетов очень большое влияние оказывают коэффициенты отражения стен и потолка. Достаточно в помещении со светлыми стенами покрасить их темной краской, что бы уменьшить освещенность в 2 – 2,5 раза при площади помещения 20 – 30 м²и в 1,5 раза при площади более 100 м². А если учесть, что все расчеты выполняются до строительства или реконструкции здания, то точные значения коэффициентов отражения не всегда известны. Поэтому крайне важно предусмотреть возможность включения светильников частями, либо иметь возможность плавной регулировки освещенности. При использовании светильников с лампами накаливания  при необходимости можно применить лампы другой мощности.

     Нормы освещенности зависят от вида освещаемого помещения. Требуемые уровни освещенности помещений можно найти в СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение (актуализированная редакция СНиП 23-05-95*)», в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03, и в своде правил по проектированию и строительству СП 31-110-2003.

Например, освещенность офисных помещений и классных комнат учебных заведений должна быть в пределах 400 – 500 люкс, торговых залов магазинов 300 – 400 люкс, жилых комнат и кухонь – 150 люкс, коридоров и лифтовых холлов – 75 люкс.

     При этом следует учитывать, что при использовании ламп накаливания ощущение комфортности освещения возникает примерно при 75 люксах, а при использовании люминесцентных ламп при освещенности более 150 люкс. Ранее освещенность нормировали раздельно для ламп накаливания и люминесцентных ламп, например в СНиП II-В.6  (действовал с 1955 по 1971 год). Сейчас нормы освещенности ориентированы на люминесцентные лампы

Освещенность определяется как отношение светового потока, падающего на освещаемую поверхность, к площади этой поверхности. Если бы весь световой поток всех источников света беспрепятственно достигал освещаемой поверхности, то расчет освещенности сводился бы к простой операции деления суммы светового потока всех ламп на площадь освещаемой поверхности. Но, часть светового потока теряется в конструктивных элементах светильников, часть поглощается стенами и потолком. Так же необходимо принимать во внимание неравномерность освещенности в разных точках освещаемой поверхности. Поэтому введен коэффициент использования светильника (обозначаемый буквой U), который показывает, какая часть от полного светового потока источников света достигает освещаемой поверхности. Очевидно, что в помещении с небольшой площадью и очень высоким потолком весьма большая часть светового потока попадает на стены. При низком коэффициенте отражения стен (стены покрашены очень темной краской, либо на них поклеены темные обои) световой поток не отразится от стен и, в значительной степени, поглотится ими, что вызовет уменьшение коэффициента использования. Светлые стены отражают свет и способствуют увеличению освещенности. При больших площадях помещений доля светового потока, падающего на стены, не велика, и влияние коэффициента отражения стен уменьшается. В помещениях с большим отношением длины к ширине (протяженные коридоры) коэффициент использования светильников меньше, чем в квадратных помещениях аналогичной площади, так как в коридорах увеличивается площадь освещаемых стен. Исходя из этого коэффициент использования светильника зависит от коэффициентов отражения потолка ρ_п, стен ρ_с, пола ρ_пола и геометрических размеров освещаемого помещения.

    Среднюю освещенность помещения Е_ср можно выразить соотношением:

Е_ср=Ф_л n N U/S k   (1),

где: Ф_л – световой поток лампы,  единица измерения люмен (лм), является паспортной характеристикой ламп;

n – количество ламп в светильнике, шт.;

N – количество светильников в освещаемом помещении, шт. ;

S – площадь освещаемого помещения, м²;

U – коэффициент использования;

k – коэффициент запаса, принимается 1,4 для сухих чистых помещений и 1,7 для пыльных и сырых помещений.

    Для определения коэффициента использования U необходимо знать коэффициенты отражения от потолка, стен и пола и так называемый индекс помещения φ, который определяется выражением:

φ=ab/H_р(a+b)   (2),

где a,b – длина и ширина помещения;

H_р – высота установки светильников над расчетной плоскостью. За расчетную плоскость (h₂) обычно принимают высоту письменного стола (0,8 метра). Если к примеру высота установки светильника над уровнем пола (h₁ равна 3 метра, то H_р= h₁ — h₂= 3 — 0,8=2,4 м.

    Коэффициенты отражения можно принять: 70 — 80% для белых поверхностей, 50 — 60% для светлых. Поверхности серого цвета имеют коэффициент отражения 20 – 30%, а темные, например стена, оштукатуренная цементным раствором только 10%  и черные поверхностей – 0%.

    Вычисление коэффициента использования светильника заключается в решении системы линейных алгебраических уравнений, составленных для всех отражающих поверхностей. Решения этих уравнений позволяют определить величины световых потоков, установившихся на всех поверхностях. Обычно эти вычисления проводят при конструировании светильника для разных коэффициентов отражения и индексов помещения. Производители светильников приводят эти значения в виде таблиц или графиков в каталогах своей продукции. Например, большое количество подобных таблиц для различных светильников можно найти в каталоге компании «Световые технологии» (http://www.ltcompany.com).

     Рассмотрим три наиболее часто используемые осветительные системы с люминесцентными лампами.

1). Светильники с отражателями и экранирующей решеткой из анодированного алюминия. Оптическая схема светильника показана на Рис. 1. Световой поток нижней полусферы ламп непосредственно направлен на освещаемую поверхность, а для направления светового потока верхней полусферы ламп используется отражатель. Это наиболее распространенная конструкция светильников для офисных помещений, встраиваемых в подвесные потолки.

 Оптическая схема светильника с отражателем

Рис.1 Оптическая схема светильника с отражателем

    Графики зависимостей коэффициентов использования светового потока светильника от индекса помещения при разных коэффициентах отражения показаны на Рис.2.

 Коэффициенты использования светильника с отражателем

Рис. 2 Коэффициенты использования светильника с отражателем

2). Светильники отраженного света, в которых световой поток как нижней, так и верхней полусфер ламп попадает на освещаемую поверхность после отражения от отражателей светильника. Оптическая схема светильника показана на Рис. 3. Данный светильник так же предназначен для подвесных потолков. Они имеют низкие значения коэффициентов использования за счет потерь светового потока в конструктивных элементах светильника, но по показателям ослепленности они значительно превосходят другие типы осветительных приборов.

 Оптическая схема светильника отраженного света

Рис. 3 Оптическая схема светильника отраженного света

    Графики коэффициентов использования для таких светильников показаны на Рис. 4

 Коэффициенты использования светильника отраженного света

Рис. 4 Коэффициенты использования светильника отраженного света

3). Светильники прямого и отраженного света, в которых световой поток нижней полусферы ламп направлен на освещаемую поверхность, а верхней полусферы – на потолок. В таких светильниках можно добиться коэффициентов использования светового потока, близких к 1, при большой отражающей способности потолка. Оптическая схема светильника показана на Рис. 5. Данный осветительный прибор относится к классу подвесных светильников.

 Оптическая схема светильника прямого и отраженного света

Рис. 5 Оптическая схема светильника прямого и отраженного света

Графики коэффициентов использования представлены на Рис. 6.

Коэффициенты использования светильника прямого и отраженного света

Рис. 6 Коэффициенты использования светильника прямого и отраженного света

   

    Чаще задача заключается в нахождении количества светильников N, обеспечивающих требуемую освещенность. Для этого выражение (1) представим в виде:

N= E_ср S k/U n Ф_л    (3),

    В выражении (3) использована средняя освещенность, но нормируется минимальная освещенность E_н в помещении, поэтому в выражение (3) добавим коэффициент z=E_ср/E_min, который можно принять равным 1,1 при количестве светильников более 4 в помещениях с отношением длины к ширине менее 3; 1,2 при количестве светильников 2 – 4 и 1,4 при использовании одного светильника в помещении, либо в помещениях с большим отношением длины к ширине (в длинных коридорах).

N= E_н S k z/U n Ф_л       (4),

При проектировании освещения всегда необходимо контролировать суммарную мощность использованных источников света и удельную мощность, измеряемую как отношение суммы мощностей всех ламп к площади освещаемого помещения:

Р_уд=Р_сумм/S, Вт/м²        (5),

    Для однотипных помещений иногда расчет освещенности выполняют по величине удельной мощности, хотя точность такого расчета, как правило, не высока.

    При использовании светильников с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА), мощность, потребляемая светильниками от электрической сети, всегда будет больше, чем суммарная мощность ламп вследствие потерь в ПРА.

    При проведении вычислений удобно пользоваться электронными таблицами Excel. Для расчетов необходимо использовать формулы 2, 4 и 5. Применение электронных таблиц позволяет оперативно выполнить расчеты при использовании различных светильников.

    В приложенном к статье файле «Примеры расчета освещенности» представлены результаты вычислений освещенности при использовании светильников, содержащих четыре люминесцентных лампы с улучшенной цветопередачей мощностью 18 Вт, которые имеют длину 600 мм, диаметр 26 мм, цоколь G13 и световой поток 1350 лм. Расчеты выполнены для помещений площадью 24 м², 40 м², 80 м², 150 м² и 300 м². Рассмотрен вариант помещений со светлыми поверхностями (коэффициенты отражения потолка, стен и пола 80, 50 и 30 %) и темными (коэффициенты отражения потолка, стен и пола 30, 30 и 10 %). Результаты вычислений показаны на рисунках 7, 8 и 9. Данный файл можно скачать и пользоваться им для своих расчетов, вводя в его поля свои данные. Что бы файл случайно не «испортить», его желательно хранить в отдельной папке, а для выполнения расчетов копировать в другую папку.

 Результаты вычисления освещенности – светильники с отражателем

Рис. 7 Результаты вычисления освещенности – светильники с отражателем

 

 

Рис. 8 Результаты вычисления освещенности – светильники отраженного света

 

 

Рис. 9 Результаты вычисления освещенности – светильники прямого и отраженного света

 

    Как видно из представленных результатов вычислений, по энергоэффективности светильники прямого и отраженного света превосходят светильники с отражателями только в помещениях со светлыми поверхностями, имеющих площадь не менее 50 – 80 м². Хотя их часто используют для освещения небольших кабинетов ввиду их оригинального дизайна.

    Светильники отраженного света чаще используют для освещения помещений с нормированной освещенностью не более 300 лк.

    При проектировании освещения иногда необходимо учитывать устанавливаемую в помещениях мебель, так как она коренным образом может повлиять на отражающую способность стен, и, как правило, снизить освещенность в помещении.

    В больших помещениях светильники необходимо располагать максимально равномерно по потолку, если нет необходимости осуществлять их привязку к проходам и оборудованию. В каждом конкретном случае индивидуально выбирают места установки осветительных приборов.

17 июля  2013 г.

    К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта)

    К разделу  СВЕТИЛЬНИКИ 

Нанофотоника для технологии обнаружения света и измерения дальности

Смуллин, Л. Д. и Фиокко, Г. Оптическое эхо с Луны. Природа 194 , 1267 (1962).

Артикул Google Scholar

«>

Кристиан Дж. А. и Крайан А. Обзор технологии LiDAR и ее использования в относительной навигации космических аппаратов. В проц. Конференция AIAA по руководству, навигации и управлению. 1–7 (Американский институт аэронавтики и астронавтики, 2013 г.).

Ройо, С. и Бальеста-Гарсия, М. Обзор лидарных систем визуализации для автономных транспортных средств. Заяв. науч. 9 , 4093 (2019).

Артикул Google Scholar

Каул, Л., Злот, Р. и Боссе, М. Непрерывное трехмерное картографирование микролетательных аппаратов с пассивно активируемым вращающимся лазерным сканером. Дж. Полевой робот. 33 , 103–132 (2016).

Артикул Google Scholar

Хам, Ю., Хан, К.К., Лин, Дж.Дж. и Гопарвар-Фард, М. Визуальный мониторинг систем гражданской инфраструктуры с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с камерами: обзор связанных работ. Визуальный. англ. 4 , 1 (2016).

Артикул Google Scholar

LiDAR едет вперед. Нац. Фотон. 12 , 441 (2018).

Цзян, Ю., Карпф, С. и Джалали, Б. Лидар с растяжением во времени как времяпролетная дальномерная камера со спектральным сканированием. Нац. Фотон. 14 , 14–18 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Махджубфар, А. и др. Растяжение времени и его приложения. Нац. Фотон. 11 , 3451–351 (2017).

Артикул Google Scholar

Na, Y. et al. Сверхбыстрое, субнанометровое и многофункциональное времяпролетное обнаружение. Нац. Фотон. 14 , 355–360 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Trocha, P. et al. Сверхбыстрая оптическая дальность с использованием микрорезонаторных солитонных частотных гребенок. Наука 359 , 887–891 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Сух, М.-Г. и Вахала, К. Дж. Измерение дальности действия солитонных микрогребней. Наука 359 , 884–887 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Riemensberger, J. et al. Массивно-параллельная когерентная лазерная дальнометрия с использованием солитонной микрогребенки. Природа 581 , 164–170 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Shuttleworth, J. AE Standards News: обновление графики автоматизированного вождения J3016. SAE Inernational https://www.sae.org/news/2019/01/sae-updates-j3016-automated-driving-graphic (2019).

Hecht, J. Лазеры для LiDAR: лидар FMCW: альтернатива беспилотным автомобилям. LaserFocusWorld https://www.laserfocusworld.com/home/article/16556322/lasers-for-lidar-fmcw-lidar-an-alternative-for-self-driving-cars (2019).

LiDAR для автомобильного и промышленного применения 2019: Отчет о рынке и технологиях (Yole Développement, 2019).

Шпунт А. и Эрлих Р. Двигатель сканирования глубины. Патент США 10 261 578 (2019 г.).

Кинси Н., ДеВолт К., Болтасева А. и Шалаев В. М. Материалы с близким к нулю показателем преломления для фотоники. Нац. Преподобный Матер. 4 , 742–760 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Хуан Ю.-В. и другие. Перестраиваемые затвором проводящие оксидные метаповерхности. Нано Летт. 16 , 5319–5325 (2016).

Артикул КАС Google Scholar

Кафайе Ширманеш, Г., Сохоян, Р., Пала, Р. А. и Этуотер, Х. А. Активные метаповерхности с двойным затвором на 1550 нм с широкой (> 300 °) фазовой устойчивостью. Нано Летт. 18 , 2957–2963 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Парк, Дж., Канг, Дж.-Х., Ким, С.Дж., Лю, X. и Бронгерсма, М.Л. Динамическая фаза отражения и контроль поляризации в метаповерхностях. Нано Летт. 17 , 407–413 (2017).

Артикул КАС Google Scholar

Лесина А.С., Гудвилл Д., Бернье Э., Рамунно Л. и Берини П. Настраиваемые плазмонные метаповерхности для оптических фазированных решеток. IEEE J. Сел. Вершина. Квантовый электрон. 27 , 4700116 (2020).

Google Scholar

«>

Либерал И., Ли Ю. и Энгета Н. Реконфигурируемые эпсилон-близкие к нулю метаповерхности с помощью фотонного легирования. Нанофотоника 7 , 1117–1127 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Brière, G. et al. Подход без травления к крупномасштабным светоизлучающим метаповерхностям. Доп. Опц. Матер. 7 , 1801271 (2019).

Артикул Google Scholar

Chen, B.H. et al. Металлическая линза GaN для полноцветной маршрутизации на уровне пикселей при видимом свете. Нано Летт. 17 , 6345–6352 (2017).

Артикул КАС Google Scholar

Lee, J. et al. Сверхбыстрые электрически перестраиваемые поляритонные метавспышки. Доп. Опц. Матер. 2 , 1057–1063 (2014).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Wu, P. C. et al. Динамическое управление лучом с полностью диэлектрическими электрооптическими метаповерхностями III-V с несколькими квантовыми ямами. Нац. коммун. 10 , 3654 (2019).

Артикул Google Scholar

Арбаби, Э. и др. МЭМС-перестраиваемая диэлектрическая метаповерхностная линза. Нац. коммун. 9 , 812 (2018).

Артикул Google Scholar

Холстин А.Л., Джихан А.Ф. и Бронгерсма М.Л. Временное смешивание цветов и динамическое формирование луча с помощью кремниевых метаповерхностей. Наука 365 , 257–260 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Прайс, И. М., Айдин, К., Келаита, Ю. А., Бриггс, Р. М. и Этуотер, Х. А. Оптические метаматериалы, податливые высоким напряжениям, с устойчивостью к большим частотам. Нано Летт. 10 , 4222–4227 (2010).

Артикул КАС Google Scholar

Цуй Ю., Чжоу Дж., Тамма В. А. и Парк В. Динамическая настройка и снижение симметрии резонанса Фано в плазмонной наноструктуре. ACS Nano 6 , 2385–2393 (2012).

Артикул КАС Google Scholar

Гутруф, П. и др. Механически перестраиваемые метаповерхности диэлектрического резонатора на видимых частотах. ACS Nano 10 , 133–141 (2016).

Артикул КАС Google Scholar

Ривз, Дж. Б. и др. Настраиваемая инфракрасная метаповерхность на мягком полимерном каркасе. Нано Летт. 18 , 2802–2806 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Малек, С. К., Ээ, Х.-С. и Агарвал, Р. Штамм мультиплексированных метаповерхностных голограмм на растяжимой подложке. Нано Летт. 17 , 3641–3645 (2017).

Артикул КАС Google Scholar

Ээ, Х.-С. и Агарвал, Р. Настраиваемая метаповерхность и плоский объектив с оптическим зумом на растягиваемой подложке. Нано Летт. 16 , 2818–2823 (2016).

Артикул КАС Google Scholar

Ше А., Чжан С., Шиан С., Кларк Д. Р. и Капассо Ф. Адаптивные металинзы с одновременным электрическим управлением фокусным расстоянием, астигматизмом и сдвигом. Науч. Доп. 4 , eaap9957 (2018).

Артикул Google Scholar

Ван Дж., Чжан Г. и Ю З. Правила проектирования для плотного и быстрого сканирования Лиссажу. Микросист. Наноенг. 6 , 101 (2020).

Артикул Google Scholar

Ошита, М., Такахаши, Х., Аджики, Ю. и Кан, Т. Реконфигурируемый фотодетектор поверхностного плазмонного резонанса с деформируемой консолью МЭМС. СКД Фотон. 7 , 673–679 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Ли, С.-К. и другие. Однофазный пропускающий SLM на основе настраиваемых диэлектрических метаповерхностей. Наука 364 , 1087–1090 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Вуттиг, М., Бхаскаран, Х. и Таубнер, Т. Материалы с фазовым переходом для энергонезависимых фотонных приложений. Нац. Фотон. 11 , 465–276 (2017).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Голипур, Б., Чжан, Дж., Макдональд, К.Ф., Хевак, Д.В. и Желудев, Н.И. Полностью оптический, энергонезависимый, двунаправленный метапереключатель с изменением фазы. Доп. Матер. 25 , 3050–3054 (2013).

Артикул КАС Google Scholar

Rensberg, J. et al. Активные оптические метаповерхности на основе дефектно-инженерных материалов с фазовым переходом. Нано Летт. 16 , 1050–1055 (2016).

Артикул КАС Google Scholar

De Galarreta, C.R. et al. Реконфигурируемое многоуровневое управление гибридными полностью диэлектрическими метаповерхностями с фазовым переходом. Оптика 7 , 476–484 (2020).

Артикул Google Scholar

Инь, X. и др. Переключение луча и бифокальное зум-линзирование с использованием активных плазмонных метаповерхностей. Легкие науки. заявл. 6 , e17016 (2017).

Артикул КАС Google Scholar

Лей Д.Ю., Аппаву К., Зоннефрауд Ю., Хаглунд Р.Ф. и Майер С.А. Одночастичная плазмонно-резонансная спектроскопия фазового перехода в диоксиде ванадия. Опц. Экспресс 35 , 3988–3990 (2010 г.).

КАС Google Scholar

Каплан Г., Айдин К. и Шойер Дж. Динамически управляемая фазовая решетка плазмонной наноантенны с использованием диоксида ванадия. Опц. Матер. Эксп. 5 , 2513–2524 (2015).

Артикул КАС Google Scholar

Бутаков Н.А. и др. Переключаемые плазмонно-диэлектрические резонаторы с переходами металл-диэлектрик. САУ Фотон. 5 , 371–377 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Чжу З., Эванс П. Г., Хаглунд Р. Ф. и Валентайн Дж. Г. Динамически реконфигурируемое метаустройство с использованием наноструктурированных материалов с фазовым переходом. Нано Летт. 17 , 4881–4885 (2017).

Артикул КАС Google Scholar

Ким, С.-Дж. и другие. Реконфигурируемые полностью диэлектрические метаповерхности Фано для мощной полномасштабной модуляции интенсивности видимого света. Наномасштаб Гориз. 5 , 1088–1095 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Савалия, П. Б., Гупта, Н. и Дхаван, А. Управляемые плазмонные наноантенны: активное управление лучом диаграмм направленности с использованием материалов с фазовым переходом. Опц. Экспресс 27 , 31567–31586 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Gnecchi, S. & Jackson, C. Матрица SiPM 1 × 16 для автомобильных систем трехмерного изображения LiDAR. В Международный семинар по датчикам изображения (IISW) 133–136 (Международное общество датчиков изображения, 2017 г.).

Ni, Y. et al. Метаповерхность для проецирования структурированного света с углом обзора 120°. Нано Летт. 20 , 6719–6724 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Li, Z. et al. Облако случайных точек полного пространства с карабкающейся метаповерхностью. Свет. науч. заявл. 7 , 63 (2018).

Артикул Google Scholar

Чен, К. и др. Метаповерхности с равномерным обратным рассеянием в 2π-пространстве с геометрическим фазовым и магнитным резонансом в видимом свете. Опц. Экспресс 28 , 12331–12341 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Ли, Н. и др. Дефлектор луча с пиксельной метаповерхностью большой площади на 12-дюймовой стеклянной пластине для генерации случайных точек. Нанофотоника 8 , 1855–1861 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Джин, К. и др. Диэлектрические метаповерхности для измерения расстояний и трехмерного изображения. Доп. Фотон. 1 , 036001 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Guo, Q. et al. Компактные одноразовые датчики глубины с металлическими линзами, вдохновленные глазами прыгающих пауков. Проц. Натл акад. науч. США 116 , 22959–22965 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Девлин, Р. К., Амброзио, А., Рубин, Н. А., Мюллер, Дж. П. Б. и Капассо, Ф. Произвольное преобразование углового момента света из спина в орбитальный. Наука 17 , 896–901 (2017).

Артикул Google Scholar

Махмуд, Н. и др. Закрученные недифрагирующие лучи через весь диэлектрический метааксикон. Nanoscale 11 , 20571–20578 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Лавери, М. П. Дж., Спейритс, Ф. К., Барнетт, С. М. и Пэджетт, М. Дж. Обнаружение вращающегося объекта с использованием орбитального углового момента света. Наука 341 , 537–540 (2013).

Артикул КАС Google Scholar

Cvijetic, N., Milione, G., Ip, E. & Wang, T. Обнаружение бокового движения с использованием орбитального углового момента света. Науч. Респ. 5 , 15422 (2015).

Артикул КАС Google Scholar

Дорра А. Х., Замбони-Рачед М. и Моджахеди М. Экспериментальная демонстрация настраиваемого рефрактометра на основе орбитального углового момента продольно структурированного света. Легкие науки. заявл. 7 , 40 (2018).

Артикул Google Scholar

Гэн, Дж. Трехмерное изображение поверхности со структурированным светом: учебное пособие. Доп. Опц. Фотон. 3 , 128–160 (2011).

Артикул КАС Google Scholar

Хайдаров Э. и др. Управление излучением светодиодов с помощью функциональных диэлектрических метаповерхностей. Лазер Фотон. Ред. 14 , 15 (2020 г.).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Айер, П. П. и др. Однонаправленная люминесценция от метаповерхностей InGaN/GaN с квантовыми ямами. Нац. Фотон. 14 , 543–548 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Се Ю.-Ю. и другие. Лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором, интегрированным в метаповерхность, для программируемого направленного лазерного излучения. Нац. нанотехнологии. 15 , 125–130 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Ван, К.-Х. и другие. Генерация структурированного света на кристалле с помощью лазеров с вертикальным резонатором на метаповерхности. Лазер Фотон. Ред. 15 , 2000385 (2021 г.).

Артикул КАС Google Scholar

Мартин А. и др. Когерентный лидар FMCW на основе фотонных интегральных схем. J. Lightwave Technol. 36 , 4640–4645 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Миношима, К. и Мацумото, Х. Высокоточное измерение расстояния 240 м в оптическом туннеле с использованием компактного фемтосекундного лазера. Заяв. Опц. 39 , 5512–5517 (2000).

Артикул КАС Google Scholar

Шулер, Н., Сальваде, Ю., Левек, С., Дандликер, Р. и Хольцварт, Р. Источник двух длин волн с частотным гребенчатым привязкой для измерения абсолютного расстояния. Опц. лат. 31 , 3101–3103 (2006 г.).

Артикул Google Scholar

Коддингтон И., Суонн В. К., Ненадович Л. и Ньюбери Н. Р. Быстрое и точное измерение абсолютного расстояния на большом расстоянии. Нац. Фотон. 3 , 351–356 (2009).

Артикул КАС Google Scholar

Yang, K.Y. et al. Маршрутизатор невзаимных импульсов обратной конструкции для LiDAR на основе чипа. Нац. Фотон. 14 , 369–374 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Давоян А. и Этуотер Х. Архитектура управления периметром для оптических фазированных решеток и метаповерхностей. Физ. Преподобный заявл. 14 , 024038 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Достарт Н. и др. Змеевидные оптические фазированные решетки для масштабируемого интегрированного управления лучом фотонного лидара. Optica 7 , 726–733 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Hutchison, D. N. et al. Управление оптическим лучом с высоким разрешением без наложения спектров. Optica 3 , 887–890 (2016).

Артикул КАС Google Scholar

Комленович Т., Хелки Р., Колдрен Л. и Бауэрс Дж. Э. Разреженные апериодические массивы для формирования оптического луча и лидар. Опц. Экспресс 25 , 2511–2528 (2017).

Артикул Google Scholar

Шалтоут, А. М. и др. Пространственно-временное управление светом с помощью частотно-градиентных метаповерхностей. Наука 365 , 374–377 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Шалтоут А. М., Шалаев В. М., Бронгерсма М. Л. Пространственно-временное управление светом с помощью активных метаповерхностей. Science 364 , eaat3100 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Лю, З. и др. Соединение метаатомов в метамолекулы с помощью гибридных методов искусственного интеллекта. Доп. Матер. 32 , 10 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Ma, W., Cheng, F., Xu, Y., Wen, Q. & Liu, Y. Вероятностное представление и обратное проектирование метаматериалов на основе глубокой генеративной модели со стратегией обучения с полуучителем. Доп. Матер. 31 , 11 (2019).

Артикул Google Scholar

Лю З., Чжу Д., Родригес С. П., Ли К.-Т. & Cai, W. Генеративная модель обратного проектирования метаповерхностей. Нано Летт. 18 , 6570–6576 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Малкиел, И. и др. Дизайн и характеристики плазмонных наноструктур с помощью глубокого обучения. Свет. науч. заявл. 7 , 60 (2018).

Артикул Google Scholar

Со, С., Бадло, Т., Но, Дж., Браво-Абад, Дж. и Ро, Дж. Глубокое обучение сделало возможным обратное проектирование в нанофотонике. Нанофотоника 9 , 1041–1057 (2020).

Артикул Google Scholar

So, S. & Rho, J. Проектирование нанофотонной структуры с использованием условно-глубоких сверточных генеративных состязательных сетей. Нанофотоника 8 , 1255–1261 (2019).

Артикул Google Scholar

Эльсави, М.М.Р., Лантери, С., Дювиньо, Р., Фан, Дж. А. и Женевет, П. Методы численной оптимизации метаповерхностей. Лазер Фотон. Ред. 14 , 1

5 (2020 г.).

Артикул КАС Google Scholar

Ше, А., Чжан, С., Шиан, С., Кларк, Д. Р. и Капассо, Ф. Металлические линзы большой площади: дизайн, характеристика и массовое производство. Опц. Экспресс 26 , 1573–1585 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Парк, Ж.-С. и другие. Полностью стеклянная, большая металинза в видимой области спектра с использованием проекционной литографии в глубоком ультрафиолете. Нано Летт. 19 , 8673–8682 (2019).

Артикул КАС Google Scholar

Ли, Н. и др. Метаповерхность большой площади на КМОП-совместимой производственной платформе: перенос плоской оптики из лаборатории в производство. Нанофотоника 9 , 3071–3087 (2020).

Артикул Google Scholar

Ким, К., Юн, Г., Бэк, С., Ро, Дж. и Ли, Х. Легкое нанолитье диэлектрических метаповерхностей с разрешением менее 100 нм. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 11 , 26109–26115 (2019 г.).

Артикул КАС Google Scholar

Юн, Г., Ким, К., Ха, Д., Ли, Х. и Ро, Дж. Одноэтапное производство иерархических диэлектрических металинз в видимом диапазоне. Нац. коммун. 11 , 2268 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Одом, Т. В., Лав, Дж. К., Вулф, Д. Б., Пол, К. Э. и Уайтсайдс, Г. М. Улучшенный перенос рисунка в мягкой литографии с использованием составных штампов. Ленгмюр 18 , 5314–5320 (2002).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Хензи Дж., Ли М. Х. и Одом Т. В. Многомасштабное формирование плазмонных метаматериалов. Нац. нанотехнологии. 2 , 549–554 (2007).

Артикул КАС Google Scholar

Chen, W. T. et al. Широкополосная ахроматическая металинза для фокусировки и визуализации в видимом диапазоне. Нац. нанотехнологии. 13 , 220–226 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Ван, С. и др. Широкополосная ахроматическая металинза в видимом диапазоне. Нац. нанотехнологии. 13 , 227–232 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Fadaly, E.M.T. et al. Прямозонная эмиссия из гексагональных сплавов Ge и SiGe. Природа 580 , 205–209 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

«>

Феррари, С., Карстен, С. и Вольфрам, П. Однофотонные детекторы со сверхпроводящими нанопроволоками, интегрированными в волновод. Нанофотоника 7 , 1725–1758 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Yang, Y. et al. Сегнетоэлектрические улучшенные характеристики двухнанопроводного фотодетектора GeSn/Ge. Нано Летт. 20 , 3872–3879 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Кузьменко К. и др. Трехмерное изображение LIDAR с использованием однофотонных лавинных диодных детекторов Ge-on-Si. Опц. Экспресс 28 , 13:30–13:44 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Катияр А.К., Тай К.Ю., Юн В.С., Ли Дж. и Ан Дж.-Х. Нарушение предела поглощения Si в диапазоне длин волн SWIR с помощью инженерии деформации. Науч. Доп. 6 , eabb0576 (2020).

Артикул КАС Google Scholar

Аксельрод, Г. М. Оптика для автомобильного лидара: управление лучом на метаповерхности позволяет создавать твердотельные высокопроизводительные лидары. LaserFocusWorld https://www.laserfocusworld.com/optics/article/14036818/metasurface-beam-steering-enables-solidstate-highperformance-lidar (2019).

Wallace, J. Lumotive и Himax совместно работают над метаповерхностным подходом к управлению лучом для лидара. LaserFocusWorld https://www.laserfocusworld.com/optics/article/14039216/lumotive-and-himax-collaborate-on-metasurface-approach-to-beam-steering-for-lidar (2019 г.).

Аксельрод Г. М., Ян Ю. и Боуэн П. Настраиваемые жидкокристаллические метаповерхности. Патент США 10 665 953 (2020 г.).

Парк, Дж. и др. Полностью твердотельный пространственный модулятор света с независимым управлением фазой и амплитудой для трехмерных приложений LiDAR. Нац. нанотехнологии. 16 , 69–75 (2021).

Артикул КАС Google Scholar

Yi, S. et al. Субволновые фотодетекторы, чувствительные к углу, вдохновлены направленным слухом у мелких животных. Нац. нанотехнологии. 13 , 1143–1147 (2018).

Артикул КАС Google Scholar

Ли, Дж., Ким, Ю.Дж., Ли, К., Ли, С. и Ким, С.В. Измерение времени пролета с помощью фемтосекундных световых импульсов. Нац. Фотон. 4 , 716–720 (2010).

Артикул КАС Google Scholar

Behroozpour, B., Sandborn, PAM, Wu, M.C. & Boser, B.E. Архитектура и схемы лидарных систем. Комм. IEEE. Маг. 55 , 135–142 (2017).

Артикул Google Scholar

Основы выбора освещения | Основы машинного зрения

Обработка изображений — это процесс обнаружения изменений в данных о плотности пикселей посредством вычислений. Таким образом, стабильное обнаружение требует проецирования четкого изображения. Выбор освещения играет важную роль в определении эффективности проверки на основе обработки изображений. В этом разделе представлены основные сведения, необходимые для выбора правильного освещения.

Три шага для выбора освещения

1. Определить тип освещения (зеркальное отражение/рассеянное отражение/проходящий свет).

   Подтвердить характеристики контроля (дефект, форма, наличие/отсутствие и т.д.).

   Проверьте, является ли поверхность плоской, изогнутой или неровной.

2. Определите форму и размер необходимого источника света.

   Проверьте размеры мишени и условия установки.
   Примеры: кольцевой, малоугловой, коаксиальный, купольный.

3. Определение цвета (длины волны) освещения

   Проверьте материал и цвет мишени и фона.
   Примеры: красный, белый, синий.

Типичные формы огней (светодиодное освещение)

• Коаксиальный вертикальный
  CA-DX
• 
  Низкий угол
  CA-DL
• 
  Кольцо прямое
  CA-DR
• 
  Подсветка
  CA-DS
• 
  Купол
  CA-DD
• 
  Бар
  ЦС-БД

Скачать

Выбор освещения: Шаг 1 (зеркальное отражение, диффузное отражение, проходящий свет)

Светодиодные фонари можно условно разделить на следующие три типа:

• Тип зеркального отражения:

  Свет подается на цель, и линза получает прямое отражение.

• Тип диффузного отражения:

  Свет подается на цель, и линза получает равномерный окружающий свет.

• Тип проходящего света:

  Свет подается из-за цели, и линза получает переданный силуэт.

(1) Образец изображения зеркального отражения

Проверка наличия или отсутствия надписей на металлических поверхностях

1. Надпись непонятная.
2. Надпись четкая.

Необходимо выделить контраст между плоской металлической поверхностью и углублениями надписи

Поскольку металлическая поверхность легко отражает свет, а надпись — нет, оптимальным методом является использование зеркального отражения для увеличения разницы между поверхностью и надписью.

(2)Пример изображения диффузного отражения

Проверка печати на чипе через прозрачную пленку

1. Освещение отражается на поверхности пленки.
2. Пленка не влияет на изображение.

Необходимо усилить контраст между поверхностью чипа и оттиском, устранив отражение от прозрачной пленки (ореол).

Оптимальным методом является использование диффузного отражения для предотвращения зеркального отражения на прозрачной ленте.

(3) Пример изображения в проходящем свете

Осмотр посторонних предметов на нетканом материале

1. Освещение отражается на поверхности пленки.
2. Силуэт инородного тела четко распознается.

Необходимо выявить контраст между поверхностью объекта и инородным телом, которое трудно распознать из-за тонкой разницы в цвете.

Даже если в отраженном свете невозможно обнаружить никаких различий, применение проходящего света из-за цели покажет посторонние предметы в виде черного силуэта.

ТОЧКА

Первым шагом выбора источника света является выбор метода освещения, зеркального отражения, диффузного отражения или задней подсветки в соответствии с формой объекта и целью проверки. Затем выберите размер и цвет света, чтобы получить оптимальное изображение для обработки.

Скачать

Выбор освещения: Шаг 2 (метод и форма освещения)

(1) Образец изображения зеркального освещения

Обнаружение сколов на краю стеклянной пластины

Простой отраженный свет

Отраженный свет случайным образом отражается на поверхности стекла.

【Выбор освещения в соответствии с характеристиками обрабатываемой детали и деталями обнаружения】

• Свет отражается от поверхности стекла.
• Необходимо усилить разницу между стеклянной пластиной и фоном.
• Лучше всего подавать освещение на заготовку вертикально.
• Над заготовкой может быть предусмотрено пространство.

Лучший выбор – коаксиально-вертикальное освещение.

коаксиально-вертикальное освещение
Равномерно освещается вся поверхность стекла.

(2) Пример обнаружения диффузного отражения

Проверка стружки в резиновой прокладке

Простой отраженный свет

Сколы на внешней окружности не распознаются.

【Выбор освещения в соответствии с характеристиками изделия и деталями обнаружения】

• Деталь изготовлена ​​из черной резины, не отражающей зеркальный свет.
• Сколы также черные и не отражают зеркальный свет.
• Освещение заготовки под углом для отражения зеркального света от области сколов оказывается эффективным.
• Фонарик можно установить близко к мишени.

Лучший выбор — свет под малым углом.

(3) Пример обнаружения проходящего света

Проверка форм выводов

Простой отраженный свет

Края мало контрастны.

【Выбор освещения в соответствии с характеристиками обрабатываемой детали и деталями обнаружения】

• Мишень представляет собой металлический предмет с выступами и углублениями, что приводит к неравномерному зеркальному отражению.
• Используя проходящий свет, можно обнаружить край цели без влияния выступов и углублений.
• За заготовкой можно установить фонарь.

Лучший выбор — подсветка.

С подсветкой
Сложный контур четко различим.

ТОЧКА

После выбора метода освещения выберите тип освещения в зависимости от цели обнаружения, фона и окружающей среды.
Основные варианты: коаксиальное освещение, кольцевое освещение или полосовые огни для зеркального отражения; низкоугольные огни, кольцевая подсветка или полосовые огни для диффузного отражения; и зональное освещение или барные огни для подсветки. Кольцевая подсветка и световые полосы обычно используются, в частности, потому, что их можно использовать для различных целей, регулируя расстояние установки.

Скачать

Выбор освещения: Шаг 3 (Цвет и длина волны освещения)

Последний шаг — определить цвет подсветки в зависимости от цели и фона. Когда используется цветная камера, нормальный выбор — белый. При использовании монохромной камеры требуются следующие знания.

Обнаружение с использованием дополнительных цветов

Красный фантик в картонной коробке. Ниже приведено сравнение контрастности при использовании светодиодной подсветки для обнаружения присутствия или отсутствия конфеты.

Заготовка

• С белым светодиодом

  Яркость одинаковая для всего изображения, контраст между заготовкой и фоном практически отсутствует.

• С красным светодиодом

  Красная заготовка отображается ярче, но контраста все еще недостаточно.

• С синим светодиодом

  Красная цель кажется черной, что обеспечивает стабильное обнаружение. Синий светодиод оптимален.

Артикул

Что такое дополнительный цвет?
Дополнительный цвет — это цвет, противоположный цвету в круге оттенков. Когда на объект падает свет дополнительного цвета, объект кажется почти черным.

Обнаружение с использованием длины волны

Ниже приведено сравнение изображений печати на чипе в несущей ленте, снятых через прозрачную пленку. Контраст выше при красном освещении, чем при синем, из-за его более высокого коэффициента пропускания (более низкой скорости рассеяния).

Света с разной длиной волны выглядят как разные цвета. Длина волны определяет характеристики конкретного цвета, такие как легкость передачи (красный свет — длинная длина волны) или легкость рассеяния (синий свет — короткая длина волны).