суббота, 27 февраля 2016 г.

Приложения для измерения освещенности VS Люксметр: можно ли смартфоном измерять освещенность?

Данная статья является переводом статьи Luxmeter App versus measuring device: 
Are smartphones suitable for measuring illuminance?

Для смартфонов существует множество приложений, облегчающих нашу жизнь.  Есть множество приложений для светотехников. Но значит ли это что можно использовать смартфон для измерения освещенности?


         Мы задаемся этим вопросом все чаще и чаще, потому что выгода очевидна. Ведь такие приложения бесплатны или стоят не очень дорого. Было бы замечательно заменить люксметр, который, в зависимости от производителя и точности, стоит от 100 до 2000 евро (алиэкспресс не согласен и показывает суммы даже меньше 10 евро), на приложение для смартфона, который и так есть почти у каждого. 
        Как аккредитованная светотехническая лаборатория мы можем только улыбаться идеи измерения освещенности с помощью смартфона. Тем не менее, нам показалась эта идея весьма любопытной, что и побудило нас провести эксперимент. Таким образом, мы начали искать различные приложения для различных операционных систем. Нам хотелось выяснить, насколько точно они измеряют по сравнению с люксметром из нашей лаборатории. 
Аппаратное обеспечение 
           Для этого теста мы использовали различные модели iPhone, а также: Sony, Samsung и Nokia.



производитель
Операционная система
iPhone 5
Ios
iPhone 5с
Ios
iPhone 6
Ios
Sony Xperia Z 1
Android
Sony Xperia Z 2
Android
Samsung Galaxy S 5
Android
Nokia Lumia 925
Windows Phone

Программное обеспечение
         Мы установили следующие приложения, большинство из которых бесплатны:

Программа
Разработчик
Операционная система
Возможность калибровки
Цена
Galactica Luxmeter
Flint Soft Ltd.
Ios
нет
бесплатно
LightMeter by whitegoods
Whitegoods
Ios
да
бесплатно
LuxMeterPro Advanced
AM PowerSoftware
Ios
да
7,99 €
Luxmeter
KHTSXR
Android
да
бесплатно
Light Meter Pro
Mannoun.Net
Android
да
бесплатно
Lux Light Meter
Geogreenapps
Android
да
бесплатно
Sensor List
Ryder Donahue
Windows Phone
да
бесплатно

Эталонный прибор

        Мы провели контрольные измерения с помощью люксметра
PRC Krochmann (Model 106e, special model, class A) И, конечно же, прибор был откалиброван.

Используемые источники света

       Для этого теста мы выбрали три различных источника света:
·         низковольтная галогеновая лампа
·         компактная люминесцентная лампа (цветовая температура: 2700 K)
·         LED (цветовая температура: 3000 K)
Что бы не усложнять статью мы оставили только LED источник.

Наша тестовая установка

         Тест проходил в темном помещении без источников искусственного и естественно света. Для применяемых источников света мы устанавливали освещенность поочередно на 100 лк, 500 лк и 1000 лк (наверно всё же 2000) на горизонтальной поверхности. Для этого фотометрическая головка люксметра была расположена перпендикулярно оси светильника. 
          Затем, так же помешались смартфоны с различными приложениями так что бы фронтальная камера и датчик яркости находились под светильником. Датчик или фронтальная камера была расположены точно в той точки где ранее была расположена фотометрическая головка люксметра. 
           Так были расположены все устройства, за исключением iPhone с платным приложением «Luxmeter Pro Advanced» так как это приложение для измерения освещённости предполагает замер света, отраженного от поверхности. В этом приложении достаточно много настроек включая типы источников света, расстояние до источника света и т.д. 
            Так же при использовании некоторых приложений возможна калибровка. Калибровка была проведена в соответствии с инструкциями, а именно 100ЛК.

Оценка

           Во время нашего теста мы выяснили, что, хотя калибровка в некоторых приложений и была возможна до определенного значения, не удалось установить значение достаточно точно. Это произошло из-за того что шаг с которым устанавливалось значение был большим, либо значение в 100лк вообще не устанавливалось, так например в приложении LightMeter by whitegoods для iPhone 5 значение для калибровки удалось установить максимум на 34лк. 
         Отклонения от эталонных значений порой были весьма высоки (доходило до 113% у Samsung Galaxy S5 с приложением «Lux Light Meter» от Geogreenapps). При установки эталонного значения в 500 лк на дисплее смартфона отображалось значение в 1,063 лк. Самое низкое отклонение в процентах (3%) было зафиксировано при использовании iPhone 5 и приложения «LightMeter by whitegoods». При установки эталонного значения в 500 лк, этот смартфон показал 484 лк. Однако мы не можем сделать из этого вывод что именно данный смартфон с конкретной программой всегда будет показывать верное значение. При установки освещенности на 100лк и при использовали это же приложения на том же смартфоне отклонение достигало 89% и устройство показывало 11 лк. 
         Нам удалось выявить тенденцию, что отображаемые значения на устройствах от Sony, Samsung и Nokia были значительно выше эталонных значений, в то время, как правило, на iPhone отображаемые значения значительно ниже эталонных значений. Среднее отклонение от эталонного значения, измеренного во всех приложений на Android-смартфонах и на телефонах с Windows Phone, были в среднем на 60% выше эталонных значений. 
         Среднее отклонение всех значений, измеренных различными iPhone было на 60% ниже эталонных значений. Мы также заметили, что различные приложения, установленные на смартфонах от Samsung и Sony, показывали близкие значения. По всей видимости, что в этих моделях для измерения используется датчик яркости, а не камера. 
        В некоторых моделях Samsung можно переключиться в режим инженерного меню -  с помощью набора с клавиатуры комбинации *#0*#. Выбрав пункт меню «Датчик света», вы можете узнать предполагаемую освещенностью без установки приложения. Так что установка приложений в данном случае будет лишним. Тем не менее, все отображаемые этими устройствами значения также отклонилась от 37% до 113% от эталонного значения.



Будут ли значения в одних и тех же приложениях и аналогичных смартфонах сходится?

           Мы спросили себя, а будут ли смартфоны одной модели с одними и теме же установленными приложениями показывать схожие результаты. Чтобы проверить это, мы использовали 4 идентичных «iPhone 5» с установленными на них приложениями «Galactica Luxmeter» и «LightMeter by whitegoods». К сожалению, и здесь нас ждало разочарование. Диаграмма показывает, что четыре смартфона которые мы тестировали, показали в некоторых случаях совершенно разные результаты измерений.


          Мы подозреваем, что причиной этих колебаний является использование отличных друг от друга компонентов, что пользователь не замечает при повседневном использовании, но что становится заметным при непосредственном сравнении. 
Сохраняется ли динамика процентного отклонений от эталонного значения? 
Если вы всегда используете смартфон с одним и тем же приложением, вы можете предположить, что можно достаточно точно производить замеры, если вы уже знаете, процентное отклонение от эталонного значения. 
Но всегда ли одинаковый процент на которое отклоняется значение? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, мы провели измерения освещённости на 10 лк, 100 лк, 1000 лк и 10000 лк с помощью iPhone 5 расположенным на оптической скамье в нашей черной комнате. Приращение яркости можно очень точно задавать путем регулировки расстояния между источником света и приемником. В качестве источника излучения снова использовался светодиодный источник света с цветовой температурой 3000 K. 
В этом тесте мы рассмотрели показания двух различных приложений. Как показывает опыт, значения приложений отклоняются друг от друга - в некоторых случаях до 358% (значения составляют от 12 лк до 55 лк при эталоном значении 100 лк), если мы посмотрим на процентное значение отклонений от эталонных значений, то никакой закономерности мы не увидим.






           При использовании приложения «
Galactica Luxmeter» значения были выше 180% эталонных при 10 лк и на 50% ниже эталонных значений при 10 000 лк. 
При использовании приложения «LightMeter by whitegoods» откалиброванным на 10 лк. При эталонном значении 100 отклонение составила 88% в меньшую сторону, а при 10 000 лк  59%. Значения всех остальных приложенный были так же значительно ниже. При всех остальных значениях показания были так же ниже. 
Совершенно случайно мы обнаружили, что измерения проведенные с помощью передний и задней камеры показывают различные значения. В дополнение к этому, некоторые приложения никогда не показывают 0 лк, даже если на камеру не попадает никакой свет, и она закрыта «заглушкой». 
Заключение 
Результаты доказывают, что серьезные измерения освещенности возможны только с помощью профессионального оборудования. Оно оснащено откалиброванным датчиком, который гарантирует, что оценка освещенности будет проведена в соответствии с чувствительность человеческого глаза. 
Кроме того, приборы позволяют провести оценку освещенности в зависимости от угла падения луча. Смартфоны не могут сделать ни того, ни другого, так как в противном случае они не смогут выполнять свои функции. 
Несмотря на то что разработчики утверждают, что они могут заменить профессиональные приборы, поскольку в их приложениях есть различные умные функции типа калибровки, но колибровка не позволяет установить точные значения. А если это и возможно, то все равно возникают отклонения при измерениях. Даже при использовании одного и того же приложения и идентичных смартфонов получаются разные результаты измерений. 
Поэтому, к сожалению , приложения на самом деле бесполезны – даже  просто для того что бы получить общее представление о освещенности. 

from Thomas Pittner and Jaqueline Goldschmidtabout
the topic Light



1 комментарий: