Использование камеры в качестве люкс-метра

Question

Для проекта я хочу использовать USB-камеру (https://www.e -consystems.com / ar0330-lowlight-usb-cameraboard.asp ) в качестве люкс-метра. Я управляю камерой с помощью v4l2 на Linux. У меня под рукой настоящий люксметр (https://gossen -photo.de / en / mavo-spot-2-usb ), чтобы я мог получить «реальные» показания и подтвердить / проверить их, сделанные моими Люксметр DYI.

Я следовал руководству по выполнению именно этого, найденного в http://www.conservationphysics.org/lightmtr/luxmtr1.php, которое гласит:

Люкс = 50х квадратное число / (время экспозиции в секундах x скорость пленки ISO)

Нет настройки ISO, поэтому я думаю, что ISO зафиксирован. Поэтому я использую настоящий люксметр, чтобы получить люкс определенного места и изменить формулу на

ISO = 50х квадратное число / (Люкс x время экспозиции в секундах)

, чтобы получить «фиксированный» ISO, и я получаю число примерно 450.

Из камеры я получаю 8-битное изображение в градациях серого. Итак, я беру значение пикселя, которое я хочу измерить в люксах, и сопоставляю его с числом от 0,0 до 1,0 и умножаю его на люкс из основной формулы:

Люкс = пиксель x 50 x число в квадрате / (время экспозиции в секундах x скорость пленки ISO)

Но показания не соответствуют реальным значениям в люкс-метрах. Они кажутся правильными для значений низкого люкса, но ошибка увеличивается экспоненциально с измерением более ярких пятен.

Кто-нибудь когда-нибудь делал что-то подобное? Я что-то пропустил?

Спасибо за любой совет.

РЕДАКТИРОВАТЬ обновление после ответа ниже

Благодаря помощи Майкла и информации, найденной в https://en.wikipedia.org/wiki/Exposure_value#EV_as_a_measure_of_luminance_and_illuminance Я сейчас нахожусь в следующих формулах:

EV расчет, 2.17 - компенсация по ISO 450

float ev = log2 (pow (fNumber, 2.0) / expTimeSeconds) + 2,17;

LUX расчет, pixelBrightness - значение от 0,0 (черный) до 1,0 (белый)

float lux = 2.5 * pow (2, ev) * pixelBrightness;

Странно, но в настоящее время я добираюсь до высоких значений Lux, в диапазоне от 1200 Lux для офисного освещения в помещении?

2-е обновление EDIT

Так что я ошибался в Lux и кд / м2 соответственно. Освещение и освещение постоянно - Mavo-Spot 2, который я считал люксметром, действительно является «высокоточным измерителем освещенности», который «измеряет воспринимаемую яркость подсветки поверхностей в канделах на квадратный метр (кд / м²) или фут-ламберты (fL) с учетом окружающего освещения ".

Итак, я пытался измерить Люкс с помощью своей камеры, но сравнивал значения со значениями, которые я получил от Mavo Spot 2, кд / м2.

Я сейчас использую формулы, изначально найденные в старой статье (http://www.conservationphysics.org/lightmtr/luxmtr1.php):

float luminance = 12.4 * pow(fNumber, 2) / (expTimeSeconds * isoValue);
float lux = 50 * pow(fNumber, 2) / (expTimeSeconds * isoValue);

Конечно, значения сильно упрощены, поскольку они не учитывают материал объекта и отражательную способность.

Answer 1

Я что-то пропустил?

1. Да. Статья , на которую вы ссылаетесь и на которой, по-видимому, основан весь ваш проект, не требует фотографирования и измерения. Эта статья написана в эпоху кино до того, как цифровое изображение стало чем-то вроде лабораторного упражнения для кого угодно, кроме НАСА и его зондов для глубокого космоса. Это даже не требует, чтобы пленка была в камере. Он полностью основан на показаниях, полученных с помощью экспонометра камеры для измерения отраженного света от объекта.

2. Тот факт, что камера преобразует линейный отклик датчика в логарифмический отклик, который мы наблюдаем у людей. Для того, что вы пытаетесь сделать для работы, вам нужно использовать камеру, которая будет выводить фактические линейные значения выходного сигнала датчика до кривых гамма-коррекции (это не то же самое, что гамма-коррекция для мониторов - это намного дальше по конвейеру визуализации). ) были применены.

Вероятно, было бы намного проще преобразовать измеренное значение экспозиции (EV) в люкс.

Подробнее о том, как это сделать, см .:
Как рассчитать Люкс из EV?
Пересчет люкс или лм из EV

и выше при переполнении стека: Как конвертировать значение в люкс в значение экспозиции?

Разве мне не понадобятся необработанные данные изображения для расчета люкса по EV?

Нет, если камера выдает эти данные независимо от информации об изображении. Например, в информации EXIF ​​файла JPEG.

Если вы знаете, что используются ISO, Tv и Av, вычисление EV из этих трех чисел является тривиальным. Если поле зрения камеры одинаково по яркости, например, когда тестовая карта заполняет кадр, это довольно простое решение. Обратите внимание, что, поскольку принятый ответ на первый связанный вопрос, приведенный выше, говорит о том, что он работает только в том случае, если вы всегда используете мишень с одинаковой отражательной способностью для сравнения отраженного света (который измеряет ваша камера в EV ) с падающим светом (яркость света, падающего на объект, измеряется в Люкс ). Вы также предполагаете, что профиль замера камеры настроен на 18% серого, но все это можно откалибровать с использованием вашего фактического измерителя Люкс.

Подробнее о том, что на самом деле является EV (это независимый от света набор эквивалентных комбинаций Tv / Av, которые дают одинаковую экспозицию и указывают конкретный уровень освещенности, только если мы также предполагаем определенную чувствительность, обычно ISO 100 и правильной экспозиции 18% серого объекта), этот ответ может оказаться полезным.

Из глубины статья в Википедии для EV :

Строго говоря, EV не является мерой яркости или освещенности; скорее, EV соответствует яркости (или освещенности), для которой камера с заданной скоростью ISO будет использовать указанный EV для получения номинально правильной экспозиции. Тем не менее, среди производителей фотооборудования распространена практика выражать яркость в EV для скорости ISO 100, например, при указании диапазона измерения (Ray 2000, 318) или чувствительности автофокуса. И практика давно установлена; Ray (2002), 592) цитирует Ulffers (1968) в качестве раннего примера. Правильно следует указывать постоянную калибровки измерителя, а также скорость ISO, но это делается редко.

Из комментариев:

Я могу прочитать абсолютное время экспозиции и узнать число f объектива. Согласно Википедии, EV вычисляется как log2 (квадрат f-числа / время затвора в секундах). Так что мне нужно только адаптировать его к ISO 450?

Да. Не забывайте, что ISO также является логарифмической шкалой. ISO 450 - это не 4,5 EV смещения от ISO 100. Это больше похоже на разницу 2,17 EV (потому что 2 ^2,17 = 4,5).

Я не понимаю, как адаптироваться к ISO 450 ... как мне получить от EV, которое я получаю для ISO 100, до значения для ISO 450?

Вы не получаете значение от ISO 100 до значения для ISO 400. Вы делаете обратное.

Камера выдает вам Tv (значение времени = время экспозиции) и Av (значение диафрагмы) на основе ISO 450. Вам необходимо преобразовать это значение в ISO 100. Если Tv и Av, используемые камерой, это EV ₄₅₀ 10, затем вам нужно добавить 2,17, чтобы получить EV ₁₀₀ 12,17. Поскольку шкала EV уже является логарифмической, вам нужно только добавить / вычесть разницу в количестве остановок, чтобы преобразовать EV из одного ISO в другой.