Digitálna kamera ako revolúcia v oblasti merania svetla

Digitálna kamera vybavená obrazovým snímačom, vyrobeným technológiou CCD, predstavuje revolúciu v oblasti merania svetla. Vo všeobecnosti to, čo vnímame pri pohľade na kritický detail a okolie, zachytí aj digitálna kamera s vysokým rozlíšením série LMK firmy TechnoTeam Bildverarbeitung Ilmenau.

Digitálna kamera s nainštalovaným softvérom LMK LabSoft

Snímací čip typu CCD prevádza jas snímaného objektu na elektrický signál, ktorý sa spracováva elektronikou na dátový obrazový súbor. V tomto prípade sa získa rozloženie jasu v rôznych bodoch snímaného objektu:

• vyhotovením digitálneho obrazu v súlade so zákonmi optiky a osvetľovania snímacieho čipu,
• prenesením digitálneho obrazu z kamery do počítača na nasledujúce spracovanie alebo uloženie,
• spracovaním digitálneho obrazu s nainštalovaným softvérom LMK LabSoft na dátový obrazový súbor.

Pri prvom úkone je rozhodujúci objektív (ohnisková vzdialenosť a clonové číslo), zaostrenie na snímaný objekt (rozsah zaostrenia a zaostrovacie pole), expozičný čas a počet efektívnych megapixlov (Mpix) obrazového senzora (pozn.: pixel je jeden obrazový bod).

Pri druhom úkone je rozhodujúce rozhranie počítača (USB port či FireWire), fond ukladacieho priestoru a formáty súborov (formát RAW a komprimovaný formát JPEG). Pri treťom úkone nastúpi operačný systém počítača (Windows 7 alebo novší), softvér LMK LabSoft a utility (napr. doplnkový softvér Straßen und Tunnel na spracovanie snímaného objektu).

Objektívy na meranie

Na meranie osvetlenia cestných komunikácií a tunelov sa používajú objektívy s pevnou ohniskovou vzdialenosťou 18 a 50 mm. Treba zdôrazniť, že čím je ohnisková vzdialenosť objektívu menšia, tým je širší snímací uhol a naopak.

Širokouhlý objektív slúži na meranie jasu približovacieho pásma L20, mierny teleobjektív sa používa na meranie jasu vnútorného pásma tunela. Tieto objektívy nemajú optický zoom, lebo pri zdanlivom približovaní objektu býva snímka menej kvalitná.

Chvenie kamery pri dynamickom systéme merania vyrovnáva optický stabilizátor. Široký záber snímaného objektu, ako aj rapídne rozdiely jasov medzného a prechodového pásma tunela môžu vyvolať problémy, ktoré však pracovník s vyššou kvalifikáciou zvládne nástrojmi softvéru LMK LabSoft (SinglePic, MultiPic a HighDyn).

Ďalším údajom uvedeným v technických parametroch objektívu je svetelnosť. Pod svetelnosťou sa chápe to, ako veľa svetla dopadne na obrazový snímač pri zábere snímaného objektu. Svetelnosť udáva medzinárodný rad clonových čísiel F.

Číslo F je normalizované tak, že každé najbližšie vyššie clonové číslo vyžaduje dvojnásobné predĺženie expozičného času. Čiže čím sú tieto čísla vyššie, tým menej svetla ide na obrazový snímač. Ak treba hĺbku ostrosti skrátiť, je potrebné clonu čo najviac otvoriť.

Naopak, aby bolo ostré všetko blízko aj ďaleko, žiada sa clonu viac privrieť. Prirodzene, objektív s vyššou svetelnosťou má lepšie optické vlastnosti a nedáva obrazovému snímaču príležitosť vytvárať elektronický šum. Takisto záleží aj na počte segmentov clony.

Čím má clona viac segmentov, tým viac sa tvar otvoru približuje kruhu. Má to vplyv na rozmazanie objektov, ktoré sa nachádzajú mimo roviny ostrosti. Digitálna kamera je extrémne citlivá na presnú expozíciu. Aby nebola snímka príliš tmavá (podexpozícia) alebo veľmi svetlá (preexpozícia), treba správne určiť expozíciu.

Čím viac skrátime expozičný čas, tým menej bude snímač osvetlený. Digitálna kamera s vysokým rozlíšením série LMK umožňuje exponovať až 15 s. Najkratší čas sa pohybuje okolo 100 µs, čo sa hodí pri cestných komuniká­ciách a tuneloch.

Záznamové médium

Funkciu záznamového média predstavuje snímač typu CCD. Rozlíšenie obrazového snímača sa charakterizuje v megapixloch (Mpix). Uvádzaný počet efektívnych megapixlov znamená, že snímací čip nie je využitý po celej ploche. Čím je viac megapixlov, tým je digitál lepší. Treba spomenúť, že snímací čip ukladá čiernobiely snímok.

K farebnej informácii sa dopracujeme, ak sa pred každou bunkou snímača umiestnia farebné filtre RGB. V tomto prípade si každý pixel uchováva informáciu buď R (pre červený kanál), G (pre zelený kanál) alebo B (pre modrý kanál). Jas a farba sa pritom vo vnútri pixlov nemôžu meniť.

Digitálna kamera s vysokým rozlíšením série LMK umožňuje prenos digitálneho obrazu do počítača cez USB port. Rozhranie FireWire sa stáva čoraz populárnejším z dôvodu vyšších prenosových rýchlostí ako USB. Digitálna kamera s vysokým rozlíšením série LMK má podporu súčasných operačných systémov (Windows 7 alebo novších), preto nevzniká žiadny problém.

Dátový formát

Ďalším parametrom kvality digitálneho obrazu je dátový formát. Digitálna kamera s vysokým rozlíšením série LMK má k dispozícii formát RAW, do ktorého sa ukladá záznam z obrazového snímača bez spracovania snímky a všetky nastavenia snímanej scény.

Snímka vo formáte RAW sa nedá prehliadať priamo, treba ju najskôr vytvoriť v počítači. Formát RAW možno spracovať tak, ako sa hodí. Preto poskytuje možnosť zmeniť digitálnu kameru na jasomer. V kamere s vysokým rozlíšením série LMK je k dispozícii aj formát JPEG. Pri malých kompresiách je kvalita dostatočná.

Digitálna kamera s vysokým rozlíšením série LMK spĺňa požiadavky uvedené v STN EN 13032-1 Svetlo a osvetlenie. Meranie a vyhodnotenie fotometrických údajov svetelných zdrojov a svietidiel. Časť 1: Meranie a formulár súborov a STN EN 13201-4 Osvetlenie pozemných komunikácií. Časť 4: Metódy merania svetelnotechnických vlastností.

Softvér LMK LabSoft

Úlohou užívateľov digitálnej kamery s vysokým rozlíšením série LMK je bezchybne ovládať softvér LMK LabSoft. Medzi jeho utility (jednoúčelové malé programy), ktoré sa dajú obstarať zvlášť, patrí aj doplnkový softvér na meranie a vyhodnotenie osvetlenia cestných komunikácií a tunelov, ktorého súčasťou je aj stanovenie jasu približovacieho pásma L20.

Po nainštalovaní na počítači sa tento soft­vér nachádza v menu Štart. Po jeho spustení sa objaví obrazovka, kde:

• Pod hlavnou lištou je menu (ponuka) programu, obsahujúce príkazy: (Protokol), (Kamera), (Záznam), (Vyhodnotenie výsledkov), (Makrá), (Obraz), (Oblasť), (Súradnicový systém), (Zobraziť), (Tabuľky), (Grafika), (Diagram), (Zobrazenie programu), (Pomoc), späté s obrázkom načítanej scény v strede zobrazovanej plochy.
• Pod menu je jeden riadok ikon panelu nástrojov; tvorcovia softvéru vychádzali z toho, že užívateľ programu tohto typu robí niekoľko úkonov, ktoré neustále opakuje, takže väčšinu najčastejších úkonov možno zadať jedným tlačidlom, bez nutnosti vyberať z menu a ďalších panelov.
• Pod panelom nástrojov je riadok, ktorý umožňuje otvárať snímané scény (Skutočný obraz z kamery), (Jasová mapa) so stupnicou rôzne tmavých sivých tónov alebo pseudofarebných tónov, zodpovedajúcich jednotlivým jasom načítanej scény.
• Najväčšiu časť v strede zobrazovanej plochy zaberá priestor pre čiastkové obrázky.
• Pod oknom načítanej scény sa nachádza (Inšpektor); tu sa zobrazujú rôzne súbory zahrnuté do záznamu o svetelnotechnickom meraní.

Podmienkou získania čiastkového obrázku na vyhodnocovanie svetelnotechnických meraní snímanej scény je správne nastavenie digitálnej kamery. Na to slúžia príkazy v submenu (Kamera), pričom treba kliknúť na submenu (Záznam).

Tu sa ponúkajú nástroje (SinglePic) – jeden záber s určitou expozíciou –, (MultiPic) – viac záberov v rýchlom slede s rovnakou expozíciou a ich prepočet na vyhotovenie jedného čiastkového obrázku – a (HighDyn) – viac záberov v rýchlom slede s rôznou expozíciou a ich prepočet na vyhotovenie jedného čiastkového obrázku.

Tlačidlo (Zobraziť) ponúka nástroje na stanovenie siete kontrolných bodov načítanej scény. Pri stlačení tlačidla (Zobrazenie programu) sa v strede zobrazovanej plochy objaví jedno alebo dve okná, pričom v danom okamžiku možno pracovať len v jednom okne.

Premenlivá veľkosť okien v horizontálnom a vertikálnom smere sa udáva v pixloch. Tlačidlo (Makrá) uvádza doplnkový softvér Straßen und Tunnel. Ak sa stlačí tlačidlo (Zobraziť), vysunie sa ponuka príkazov na ovládanie načítanej scény.

Sú tu možnosti zobrazenia načítanej scény v rôznom stupni zväčšenia (Zväčšenie); stupnica jasov načítanej scény je daná lineárnou alebo logaritmickou funkciou (Určenie mierky), znázorňuje sa čiernobielo alebo pseudofarebne (Farebné zobrazenie) a dôležité sú najmä rôzne podoby (Kurzora) na výber kontrolných bodov do záznamu o svetelnotechnickom meraní a ešte tlačidlá s mnohými inými príkazmi.

Záver

Kalibrovaná digitálna kamera s vysokým rozlíšením série LMK firmy TechnoTeam Bildverarbeitung Ilmenau v mobilnej aplikácii sa použila na Slovensku prvýkrát v bratislavskom diaľničnom tuneli Sitina v júni 2007 počas záverečnej skúšky svetelnotechnických vlastností obidvoch tunelových rúr a jasu približovacieho pásma L20 obidvoch portálov.

V súčasnosti jej posledná verzia z roku 2018 slúži na Transeurópskej magistrále na meranie osvetľovacích zariadení tunelov v priebehu ich života podľa vopred stanovených intervalov s cieľom zistiť pokles výkonu a definovať požiadavku údržby alebo indikovať zhodu parametrov osvetľovacích zariadení so štandardnými požiadavkami a/alebo s vypočítanými hodnotami, ktoré určujú cyklus údržby a obslužné predpisy.

Mohlo by vás zaujímať: Bezdrátové komunikační systémy pro lokalizaci osob a předmětů v tunelech a rozsáhlých stavbách

Na účely správneho dynamického merania osvetlenia cestných komunikácií a tunelov zaviedla firma TechnoTeam Bildverarbeitung Ilmenau certifikované a rekvalifikačné školenia. Pre podrobné štúdium je k dispozícii príručka Bedienhandbuch LMK LabSoft (Posch­mann, R. – Krüger, U. – Porsh, T. – Ruggaber, B.: TechnoTeam Bildverarbeitung GmbH, Ilmenau, SRN, Jún 2018) v rozsahu 322 strán.

Pavol Horňák sa venuje osvetleniu pozemných komunikácií, projektovaniu osvetlenia cestných tunelov, osvetleniu športovísk a meraniu svetelnotechnických vlastností osvetľovacích zariadení vo všetkých aplikáciách.