Тема: Как измерить отражающую способность зеркала? (Прочитано 4369 раз)

SP · « : 16 Листопада 2014, 08:59:51 »

Может подскажет кто, как сделать в домашних условиях прибор для измерения отражающей способности зеркал?
Как-то Лёня Ткачук описывал методу измерений по цифровому фото зеркала, но описание затерялось в недрах форума...
Главное условие - относительная дешевизна, стабильность и воспроизводимость результата, точность +/- два-три процента.

LifeIsGood

Чисто теоретически.
Фотографируем луч от лазера, который работает не в жежиме свтодиода (на пониженном напряжении), деллаем корректировку кадра по bias и замеряем суммарную яркость всех пикселов.
Теперь снимаем отражение лазера от зеркала и делаем туже процедурку.

M_M

С лазером в связи с расходимостью пучка работать сложно.

Одним из условий успешного измерения - обеспечить стабильную яркость источника. Даже лампа накаливания светит слегка меняя яркость с частотой 100 гц. Дневное освещение имеет тенденцию плавать в связи с переменной облачностью. Неплохо работает автомобильная лампа накаливания или светодиодная от источника постоянного тока. Проверить стабильность не мешает серией снимков. Стандартные источники для светодиодных ламп часто имеют плохую фильтрацию. Довольно стабильно светят многие дисплеи при максимальной яркости.

Простейший но вполне рабочий вариант:
Фотографируем стенку и ее отражение при одинаковых значениях экспозиции. После чего сравнить в какой-нибудь фотометрической программе. Поскольку однотонная и равномерно освещенная стенка нынче в дефиците, на стенку вешаем кусочек бумаги, на котором рисуем вспомогательную окружность, яркость которой будем сравнивать.

mak

боюсь, что эти методы крайне сомнительны.
цель, как я понимаю, померять коэффициент отражения зеркала. по опыту могу сказать, что 85%, 95% и 99% просто на глаз выглядят почти одинаково - зеркало и зеркало. разве что "цвет" зеркала отличается.
пару лет назад студенты на диплом городили схему на двух простых фотометрах. первый меряет поток от источника, второй - тоже, но уже отраженный от зеркала. потом это все обсчитывалось микроконтроллером и показывался результат. основная конструкция была собрана из какого-то набора наглядных пособий. из того, что помню, использовались диафрагмы по 0.5мм, источник был сначала из галогенки, но из-за того, что лампа сильно нагревалась, потом заменили на светодиод. фотометры даже незнаю какие. помню, что в металле, и диаметр что-то 15-20мм.
относительное значение в попугаях получалось легко, а вот реальные цифры смогли получить, когда нарыли эталоны. только эталоны были не на отражение, а на просвет - нейтральные фильтры калиброванной плотности. Чего-то они там даже пересчитывали по ним и вводили коррекцию. Но в целом, когда кто-то притащил китайский рефлектометр (не знаю, где взяли), цифры по прибору совпали даже в десятых.
если такое решение нужно, могу попытаться узнать насчет схем прибора.

SP

Цитувати

После чего сравнить в какой-нибудь фотометрической программе.

Сравнить что и как, можно подробнее? Как итоги сравнения перевести в % ?

Цитувати

Фотографируем стенку и ее отражение при одинаковых значениях экспозиции.

Зеркало вогнутое. На каком расстоянии располагать фотоаппарат?

Цитувати

Но в целом, когда кто-то притащил китайский рефлектометр (не знаю, где взяли), цифры по прибору совпали даже в десятых. если такое решение нужно, могу попытаться узнать насчет схем прибора.

Китайский рефлектометр - наиболее оптимальное решение

Только, я так понимаю, ни названия, ни кто тащил - неизвестно. Схемы были бы интересны.

M_M

Современный фотоаппарат - отличный и стабильный фотометр. В наше время проблема в источнике а не в фотометре.

mak

Цитувати

Цитувати
Но в целом, когда кто-то притащил китайский рефлектометр (не знаю, где взяли), цифры по прибору совпали даже в десятых. если такое решение нужно, могу попытаться узнать насчет схем прибора.
Китайский рефлектометр - наиболее оптимальное решение Только, я так понимаю, ни названия, ни кто тащил - неизвестно. Схемы были бы интересны.

если я ничего не путаю, то рефлектометр взяли в конторе, которая занималась прокладкой оптоволоконного кабеля. с какой целью он там применяется - хз. насчет схемы нагороженного студентами попробую на неделе узнать.

LifeIsGood

Для вогнутого зеркала нельзя применять метода типа "снять стенку". Поэтому я и предложил суммирование всех пикселей, что-то типа звездной фотометрии.

M_M

Цитата: SP від 16 Листопада 2014, 15:40:58

Сравнить что и как, можно подробнее? Как итоги сравнения перевести в % ?

Сравниваем яркости изображения источника после/до отражения.
Перевод в % - это отношение вышеуказанных яркостей * 100.

Расстояния не критичны. Важно только чтобы апертура зеркала не резала апертуру фотоаппарата. Поверхностная яркость от расстояния и оптической схемы не зависит (при сохранении относительной апертуры, которая в нашем случае задается фотоаппаратом). Для пущей уверенности можно задиафрагмировать объектив.

tlgleonid

to М_М: Так не пойдет. Поверхностная яркость с объективом, имеющим, скажем, относительное отверстие 1:4 и 1:5 будет отличаться. Неплоское зеркало вместе с объективом будет представлять из себя более сложный объектив, относительное отверстие которого будет отличаться от просто объектива. Насколько - зависит от типа поверхности и кривизны зеркала, характеристик объектива и расстояния до зеркала.
Способ, который предложил LifeIsGood, выглядит наиболее разумно, особенно если использовать в качестве приемника что-то типа QHY6.

M_M

Цитувати

Неплоское зеркало вместе с объективом будет представлять из себя более сложный объектив, относительное отверстие которого будет отличаться от просто объектива.

Предлагаю задуматься о том, почему для объективов 10 мм, 100 мм и 1000 мм экспопары для нормальной экспозиции совпадают (с точностью до потерь на стекле) , независимо от оптической системы и расстояния до объекта. Видимая яркость от расстояния не зависит. Наблюдение за источником через выпуклое/вогнутое/прямое/кривое зеркало не меняет этого факта. Если зеркало не режет относительную апертуру.

tlgleonid

Цитата: M_M від 18 Листопада 2014, 13:09:51

Предлагаю задуматься о том, почему для объективов 10 мм, 100 мм и 1000 мм экспопары для нормальной экспозиции совпадают (с точностью до потерь на стекле) , независимо от оптической системы и расстояния до объекта. Видимая яркость от расстояния не зависит. Наблюдение за источником через выпуклое/вогнутое/прямое/кривое зеркало не меняет этого факта. Если зеркало не режет относительную апертуру.

Поясню более подробно. Яркость фона на матрице I=k*t*d^2/(f^2). k - коэффициент пропорциональности, t - время накопления (у фотографов- выдержка), d - диаметр объектива (у фотообъективов - диаметр диафрагмы), f - величина фокусного расстояния объектива. Пока f/d=const, яркость фона остается неизменной. Но если мы снимаем фон стены через зеркало, то у нас уже не исходный объектив с фокусным расстоянием f, а более сложный объектив, у которого роль передней линзы будет играть неплоское зеркало и эквивалентное фокусное расстояние объектива станет другим. Если зеркало - ввогнутая сфера c фокусом F на расстоянии H от объектива, то новое фокусное расстояние будет f1=f*F/(f-H+F) при том же d, следовательно и яркость уже будет другая. Кстати, даже с одним и тем же объективом одна и та же стена будет немного разной яркости в зависимости от расстояния. Да и яркость по полю будет непостоянной (виньетирование). Когда нужно выяснить, отражается 96% или 98% света - это уже играет весьма важную роль.

M_M

Предлагаю провести несложный эксперимент.

Для него нужна какая-то гибкая отражающая поверхность. Например, металлическая линейка, свои глаза и, например, относительно равномерное небо.

Смотрим на отражение неба в линейке. Потом изгибаем линейку, делая поверхность вогнутой или выпуклой. И пытаемся обнаружить изменение яркости.

Упомянутое в предыдущем сообщении виньетирование можно обнаружить в некоторых случаях. Лечится диафрагмированием. Есть еще одна зависимость яркости от расстояния, известная любителям макросъемки. Но у нас задача не столько искать отклонения от высказанного тезиса, сколько решать конкретную задачу. Источник эталонной яркости стоит размещать подальше. Но даже в случае ограниченного пространства, исходя из известных фокусных расстояний можем посчитать поправку.

tlgleonid

Цитата: M_M від 18 Листопада 2014, 23:58:22

Предлагаю провести несложный эксперимент.
Для него нужна какая-то гибкая отражающая поверхность. Например, металлическая линейка, свои глаза и, например, относительно равномерное небо.

Это очень сложный эксперимент, поскольку человеческий глаз - плохой измеритель яркости, а степень отражения света сильно зависит от углов наклона. Да и изгиб цилиндрический.
В наш век намного проще взять зеркало телескопа (если нет зеркала, можно взять положительную линзу, скажем объектив рефрактора, результат будет тот же) и пофоткать отражение неба (для линзы небо на просвет) при разных расстояниях зеркала от фотоаппарата, но одинаковых параметрах съемки в том же Ирисе померять яркость.
В свое время изрядно провозился с этим, когда полировал зеркало 415 мм телескопа. Мне нужно было знать количественно, как идет полировка по зонам, а значит знать отношение количества света, отражающегося от центра к количеству света, отражающегося около средней зоны, например. А еще проблема в том, что объектив у меня многолинзовый и характеристики (радиусы кривизны линз, коэффициенты преломления этих линз и рабочие отрезки) были мне неизвестны. Да и наклон обеспечить правильный - задача не из легких. В общем, все полученные путем съемки отраженного зеркалом фона и опубликованные в теме по постройке Алиота графики имели погрешность до 20%. Для количественной задачи SP это очень много, но для моей качественной задачи обнаружить участок недополировки и оценить его размеры мне хватало.

То, что у SP лазерная указка была, я знаю точно. Если сепараты ее не отобрали, то степень отражения он измерит.

M_M

Дело не в цилиндричности, но в произвольности формы отражающей поверхности. Кроме того, человеческий глаз с одной стороны имеет бешеный диапазон адаптации, но с другой - отлично видит перепады яркости. На этом эффекте работают самые разнообразные приборы. Но если глаз не устраивает - можно попробовать заменить глаз фотоаппаратом. А в фотоаппарате зумом поиграться. А линейку заменить листом жести. Или попробовать сравнить видимую яркость неба с отраженной от исследуемого зеркала. Можно даже усложнить оптическую систему глаза, посмотрев на то же самое через очки или через бинокль. Можно и на 180° бинокль развернуть...

IMHO cложности в случае 415мм связаны в основном с тем, что перемещать тяжелое зеркало затруднительно. А без этого обеспечить одинаковую эталонную яркость источника довольно проблематично.

С лазерным лучом тоже вполне возможны измерения, если весь лазерный пучок заглотить, с использованием калибровки (флеты). Ну и запитать лазер от стабилизированного источника тока. При запитывании от батареек яркость лазера довольно заметно меняется от времени и температуры.

Для равномерно освещенного поля флеты не нужны, эталон сам по себе флет.

tlgleonid

Цитата: M_M від 19 Листопада 2014, 10:21:33

Кроме того, человеческий глаз с одной стороны имеет бешеный диапазон адаптации, но с другой - отлично видит перепады яркости.

Но при этом глаз не способен к количественным измерениям и склонен к ошибкам:

Клетки А и В имеют одинаковую яркость, но на глаз этого не скажешь.
Да и у линейки свойства отражения и рассеивания света совершенно отличаются от зеркала. У линейки есть вполне конкретная освещенность поверхности.
Попробуйте представить зеркало, как обычный оптический элемент, а объектив фотоаппарата замените одиночной линзой, постройте чертеж и все поймете.

Цитата: M_M від 19 Листопада 2014, 10:21:33

IMHO cложности в случае 415мм связаны в основном с тем, что перемещать тяжелое зеркало затруднительно. А без этого обеспечить одинаковую эталонную яркость источника довольно проблематично.

Какие могут быть сложности, если я даже телескоп в сборе одной рукой переношу. А тогда стенд был, теневые испытания проводились.

mak

использование субъективного восприятия для получения объективного количественного значения - далеко не самый лучший метод.

вот обещанная схема прибора, как мне ее описали. получить схему компаратора сигналов не смог, но не думаю, что это сложно будет реализовать, принцип простой.

прибор работает следующим образом. светодиод освещает матированное стекло-экран внутри непрозрачной коробки. на стенках размещены две одинаковых диафрагмы. одна из них светит на фотометр напрямую, вторая - через отражение в исследуемом зеркале. все это под колпаком, проклеенном черным бархатом.
перед использованием прибор калибруется, второй фотометр устанавливается в позицию без зеркала. из-за небольших погрешностей в показаниях фотометров приняли, что показания фотометров равны, т.е. устанавливается оносительный "0". затем уменьшают свечение диода и снова делается замер. если все хорошо, значения совпадают. так делают 5 замеров, которые должны совпадать.
затем между 1 фотометром и источником вводят эталонные светофильтры с известным %пропускания. фильтров тоже было 5. по полученным значениям выводили график поправки (зачем, я так и не понял).
после калибровки проводят замер по зеркалу и вычисляют коэффициент отражения. вернее, это делает схема.
ну вот как-то так. фотометры выбрали из-за их высокой чувствительности.

M_M

Это спор ради спора? Приборы, основанные на отличной способности глаза улавливать перепады яркости, я держал в своих руках неоднократно. И множество картинок, иллюстрирующих свойства глаза, можно найти в свободном доступе. Ваша - демонстрация адаптации, а не чувствительности к перепадам. Изменение яркости в течении полусекунды (примерно столько надо для изгиба линейки) отлично регистрируется глазом. Именно эта способность реагировать на перепады - ключ к выживанию обладателей самых разнообразных глаз в природе. Но я же не настаивал, давайте заменим глаз фотоаппаратом. Что меняется? Независимость поверхностной яркости от оптической системы при одинаковой относительной апертуре - хорошо известный факт как с теоретической, так и с практической стороны. О чем спор?

О линейке. Она может быть как идеальным зеркалом, так и с (полу)матовой поверхностью. Суть одна. . Ключ - равномерный фон. С любого направления приходит один и тот же поток фотонов. Как зеркало ни поворачивай и/или выкручивай. Есть зависимости коэффициента отражения от угла, но они в конкретном эксперименте начинают работать только в случае неравномерного источника. Иначе яркость зависит только от угла зрения.

M_M

Цитувати

использование субъективного восприятия для получения объективного количественного значения - далеко не самый лучший метод

Метод сравнения, основанный на больше-меньше - основной инструмент измерения в физике вообще. Сравнение с эталоном.

Субъективное восприятие было предложено для субъективной оценки существования конкретного эффекта. Количественная оценка тут не играет никакой роли. Важно есть изменение яркости, или его нет. При сильном изменении параметров оптической системы. Эталоном в таком случае является предыдущее положение линейки (или чего-то другого).

SP

Цитувати

То, что у SP лазерная указка была, я знаю точно. Если сепараты ее не отобрали, то степень отражения он измерит.

У меня было 3 указки, две из них приказали долго жить по вине будущих сибирских сепаратов.
Спасибо всем высказавшимся, пока буду работать в двух направлениях - поиск рефлектометра для пробы, и лазерное отражение.

Новини:

Автор Тема: Как измерить отражающую способность зеркала? (Прочитано 4369 раз)