FUENTES LUMINOSAS CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un

procedimiento y dispositivo de medición y cálculo de parámetros colorimétricos de cualquier objeto iluminado y fuente luminosa.

El procedimiento es dinámico y mide la

iluminación ambiente, una zona total o parcial del objeto iluminado o fuente luminosa y calcula los

parámetros colorimétricos en dicha zona total o parcial para cualquier tipo de iluminación deseada eliminando la contribución de la iluminación ambiente.

El dispositivo es un sistema móvil que incluye al menos un sensor de luz con respuesta espectral a diferentes longitudes de onda del espectro

electromagnético visible, y, opcionalmente, como ayuda cuenta con un sistema de posicionamiento global, uno de navegación inercial y sistemas informáticos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los objetos iluminados y las fuentes luminosas, de cualquier tipo, pueden encontrarse en la vía en forma de paneles, señales, "ojos de gato", marcas viales, en paredes y asfalto de los túneles, etc.

Entendemos como objetos iluminados, tanto a los obj etos que pueden estar iluminados con un foco

especifico ubicado en su exterior (denominándose objetos externamente iluminados), como los iluminados desde su interior (denominándose internamente iluminados), como los no iluminados ni exteriormente, en referencia al foco especifico, o interiormente. Cuando los objetos son no iluminados, pueden tener la superficie con

características retrorreflectantes (para aumentar su visibilidad) .

En cuanto a las fuentes luminosas, se entiende como tales la iluminación vial, los paneles luminosos de mensaje variable (PMV) o fijo (como los semáforos u otros), u otras señales luminosas que pueden encontrarse en la vía (como por ejemplo señales verticales de circulación -u otras- donde en su superficie tienen luces puntuales -led o similar- o continuas -tiras luminosas-) .

Tanto en las fuentes luminosas como en los objetos iluminados, de cualquier tipo, es necesario realizar tareas de mantenimiento periódicas para

asegurar un nivel mínimo de prestaciones fotométricas a lo largo del tiempo, especialmente en los requisitos de luminancia, intensidad luminosa, coeficiente de

retrorreflexión, parámetros de color, etc.

Para ello, se hace necesario medir un conjunto de estos parámetros de color, también llamados

colorimétricos o cromáticos, que permitan la evaluación del objeto iluminado o fuente luminosa, con vistas a identificar el momento adecuado de la sustitución de sus componentes o su reemplazo completo, y por tanto, optimizar los costes de revisión o mantenimiento y los costes de sustitución. Las magnitudes sobre las que se establecen los indicadores del buen funcionamiento de los objetos iluminados y las fuentes luminosas suelen estar

normalizadas o sujetas a ciertos criterios de mínimas prestaciones de comportamiento. En la mayoría de los productos existen unas normativas que evalúan los parámetros fotométricos , en especial el color, limitando por ejemplo las coordenadas cromáticas válidas

recomendadas para cada color. Estas medidas se realizan en escenarios controlados, típicamente un laboratorio.

Sin embargo, para la evaluación de estos parámetros en servicio es necesaria su medida in situ, donde las condiciones de medida no son las mismas que en un laboratorio, pudiendo ser muy variables y no

controlables.

Una fuente luminosa está caracterizada por un espectro electromagnético. A partir de él se calculan múltiples parámetros, como la temperatura de color, que es la temperatura a la que un cuerpo negro tendría un color similar a la muestra. El sol se asemeja a un cuerpo negro con una temperatura de 5700K en su

superficie. El espectro electromagnético depende de muchos aspectos, principalmente de la temperatura de la fuente emisora (filamentos en el caso de una bombilla) y de la naturaleza de los materiales (gases, halogenuros, etc . ) .

Desde la tierra la radiación solar depende del filtro de la atmósfera, por lo que la radiación varía dependiendo de la nubosidad, es como si la temperatura de la superficie del sol cambiara.

Cuando el cielo comienza a nublarse, el espectro cambia, asemejándose a un cuerpo negro con una temperatura mayor, alcanzando incluso los 7500K de temperatura de color correlada. Cuanto más nublado está el día más azul son los objetos. Cuanto más despejado, más rojo parecen.

Bajo este abanico de iluminación, la medida de color es complicada ya que, dependiendo de la emisión espectral del sol, la medida del color puede variar. La colorimetria se calcula, según la normativa, para una iluminación de un cuerpo negro a 2856 K, justamente la emisión de una lámpara de filamento de tungsteno clásica. Otros sistemas de medida de color, por ejemplo para señales de tráfico verticales, se basan en iluminantes D65, temperatura de un cuerpo negro a 6500K.

Por otro lado, el color depende mucho del iluminante. Un objeto de color blanco puede verse del color que se quiera, iluminándolo con una fuente

luminosa del color deseado. Además, las coordenadas cromáticas con diferentes iluminantes, pueden no ser aditivas por lo que deben convertirse a un único sistema de iluminación. Las coordenadas cromáticas no dependen de la cantidad de luz que emitan, pero en nuestro caso, al estar iluminadas, debemos conocer cuánto contribuye al color la fuente externa (cantidad de luz) . Esta cantidad de luz debe medirse con un luxómetro. El comité de iluminación internacional, CIE, conocedor de este problema, ha desarrollado diversas herramientas matemáticas para trasladar las coordenadas cromáticas de un iluminante a otro. Estas herramientas suelen ser sistemas lineales (matrices) . Sin embargo, el escenario controlado de un laboratorio no permite que la evaluación del estado de los objetos iluminados y las fuentes luminosas se realice en base a magnitudes medidas en condiciones de servicio, es decir, en dinámico y en ambientes donde la iluminación externa no es controlable.

Por lo tanto, existe la desventaja de la imposibilidad de desmontar el objeto iluminado o la fuente luminosa para realizar las medidas en el

laboratorio o del diseño de un experimento en ambientes nocturnos con iluminación artificial.

En la patente con número de publicación EP1486799 las marcas viales se identifican por la diferencia de luminancia en una imagen, que es más brillante que el asfalto que le rodea. Cuando se mide el centro de la marca se mide su color, identificado si es amarillo o blanco, dependiendo de la relación de azul o rojo. Asi, los parámetros colorimétricos se calculan de color dominante y dichos parámetros se comparan empíricamente con unos valores límite. Esta comparación determina el color. En la patente con número de publicación

US6674878 se utilizan imágenes en color en un sistema para determinar la retrorreflectividad de superficies reflectantes dispuestas a lo largo una vía para

automóviles. Para ello, un área de dicha vía se ilumina con diferentes valores de intensidad, un sistema de procesado identifica un tramo de los valores de

intensidad asociados con la superficie reflectante y analiza dicho tramo para determinar la

retrorreflectividad de la superficie. Se capturan varias imágenes de color con una cámara de color, preferiblemente dos cámaras para generar imágenes estereoscópicas. El rango de colores de la

caracterización de la fuente luminosa y las imágenes de color se utilizan para determinar la

retrorreflectividad . Para cada objeto, se mide la intensidad del mismo, en primer plano, y la del fondo, usando un algoritmo de intensidad se determinan las luminancias. Con éstas, la caracterización de la fuente luminosa y la carta de colores del objeto y el fondo se obtiene la retrorreflectividad del objeto y del fondo.

En la patente con número de publicación US7995796 un sistema clasifica diferentes tipos de materiales laminados para señales viarias, mediante un video. Una vez que la señal se ha identificado en el video, diferentes porciones asociadas a la señal se añalizan para determinar cada uno de los colores

presentes en la señal, con lo que se estima su

refetrorreflectividad . Comparando ésta con unos valores mínimos se consigue una clasificación los materiales laminados. Con el mismo fin, se establece la

retrorreflectividad de los colores en primer plano y de fondo de una señal. Para solventar las desventajas citadas se propone en la presente solicitud un procedimiento dinámico de medición de parámetros colorimétricos de cualquier objeto iluminado y fuente luminosa y el dispositivo utilizado para llevar a cabo dicho

procedimiento.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un procedimiento de medida y cálculo de parámetros colorimétricos de

cualquier objeto iluminado y fuente luminosa y un dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento. La invención tiene el objetivo de medir y calcular indicadores de buen funcionamiento,

especialmente fotométricos , en modo dinámico en un ambiente de luz natural controlada o no, sin alterar el tráfico rodado, con el fin de establecer labores de verificación, calibración y mantenimiento, entre otros. Es decir, el objetivo de la invención es conocer los parámetros colorimétricos de un objeto iluminado o fuente luminosa bajo otro iluminante diferente del ambiental, y hacerlo de una forma dinámica.

Dicho procedimiento es de medida y cálculo de parámetros colorimétricos, como coordenadas cromáticas en diferentes espacios de color, temperatura de color, Color Rendering Index o CRI, etc.

Dicho procedimiento se lleva a cabo sobre cualquier objeto iluminado y fuente luminosa.

Asimismo, se lleva a cabo en presencia de iluminación ambiente de cualquier tipo, natural, como el sol, o artificial, pudiendo ser, en algunos casos, despreciable el valor de dicha iluminación ambiente.

Se hace posible entonces, medir y trasladar las medidas realizadas sobre el objeto iluminado o fuente luminosa en un ambiente, a otro ambiente con un nivel de iluminación deseado, mientras se avanza hacia el objeto o fuente luminosa.

El procedimiento se caracteriza por que es dinámico y comprende las siguientes etapas:

a) medida de una colección de datos de iluminación externa E _r , relativas al espectro de la iluminación F _r ( ) y parámetros colorimétricos en cualquier tipo de sistema de medida de color, como por ejemplo el C IE ( Xer _í Yer ) _Í desde un sistema móvil acercándose o alejándose al objeto o fuente luminosa y mediante un sistema de medición de la iluminación externa; b) medida de un conjunto de parámetros colorimétricos en una zona total o parcial del objeto iluminado o fuente luminosa (dichos parámetros pueden ser el espectro F ₀ - _f {X), las coordenadas cromáticas en cualquier tipo de sistema de medida de color, como por ejemplo el C IE (x ₀ -f, y ₀ - _f ) , la temperatura de color, el color rendering Índex CRI , etc.) mediante al menos un sensor de luz (5) con respuesta a diferentes longitudes de onda del espectro

electromagnético visible, dirigido hacia el campo de visión del sistema móvil;

c) cálculo de los parámetros colorimétricos en dicha zona total o parcial del objeto iluminado o fuente luminosa, para cualquier tipo de iluminación deseada E _n y con un iluminante con espectro F _n {X) , mediante la eliminación de la contribución del iluminante ambiente inicial E _r y con espectro de iluminación F _r (X) .

El dispositivo para la medida y cálculo de parámetros colorimétricos de cualquier objeto iluminado y fuente luminosa, según el procedimiento expuesto, incluye un sistema móvil caracterizado por que comprende un sistema de medición de la iluminación externa y un sensor de luz con respuesta a diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético visible, dirigido hacia el campo de visión del sistema móvil, y, opcionalmente, como ayuda cuenta con un sistema de posicionamiento global, uno de navegación inercial y sistemas informáticos.

Una ventaja de la invención es que permite medir y calcular los parámetros necesarios para la revisión o evaluación de los objetos iluminados y las fuentes luminosas de una forma directa, midiendo directamente el parámetro físico. Así como que se puede realizar de forma automática, sin intervención por el usuario una vez puesta en marcha, o también es posible manualmente, interviniendo el usuario en las distintas etapas, para todos los objetos iluminados y fuentes luminosas que aparezcan en una escena y en servicio.

Otra ventaja es que es aplicable

independientemente del tipo de objeto iluminado o fuente luminosa, y de la tecnología como elemento visualizador empleada. Así como independientemente de la luz ambiente emitida, es decir en condiciones diurnas o nocturnas y en espacios interiores o exteriores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, y nunca limitativas de la invención.

La figura 1 representa una vista de un vehículo como sistema móvil, equipado para llevar a cabo el procedimiento descrito sobre un objeto iluminado o fuente luminosa, circulando y acercándose al mismo.

EXPOSICIÓN DE TALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA

INVENCIÓN La presente invención trata de un procedimiento y un dispositivo de medida y cálculo de parámetros colorimétricos de cualquier objeto iluminado y fuente luminosa ( 1 ) .

Los objetos y fuentes luminosas (1) pueden estar dispuestos a lo largo de una vía (2), la cual puede ser de cualquier tipo, como una calle, carretera o túnel, o incluso de ferrocarril. Asimismo, pueden ser de cualquier tipo, como paneles luminosos de mensaje variable, señales interna o externamente iluminadas, iluminación vial de cualquier tipo, como de calles, carreteras y túneles, semáforos, señalización vertical y balizamiento, etc.

Se parte de que se tiene un objeto iluminado o una fuente luminosa (1) dentro del ambiente con una luz controlable o no, por ejemplo, el sol, cuyo espectro o temperatura de color puede variar en cualquier momento, debido principalmente, entre otros factores, a que la interacción con la atmósfera hace que su temperatura de color cambie. El objetivo de la invención es conocer los parámetros colorimétricos de dicho objeto iluminado o fuente luminosa (1) bajo otro iluminante diferente, por ejemplo un iluminante estándar normalizado, y hacerlo de una forma dinámica.

Para ello, en primer lugar debemos eliminar la "contribución" a los parámetros colorimétricos del iluminante presente en el ambiente, por ejemplo el sol Asi, debemos medir los parámetros colorimétricos (por ejemplo las coordenadas cromáticas), en cualquier tipo de sistema de medida de color, como por ejemplo el CIE (x,y), de los elementos que constituyen el objeto iluminado o la fuente luminosa (1) bajo las condiciones de iluminación ambiente, pues las coordenadas cromáticas no pueden ser sumadas directamente, tienen que estar todas medidas con el mismo iluminante.

Por ejemplo, un material de color blanco con coordenadas de color x=0.333, y=0.321 medidas con un faro de Xenón, tendrá otras, por ejemplo: x=0.422, y=0.345, medidas con un faro halógeno. Por su parte, un material azul iluminado con un láser de color rojo, no tendrá color azul sino se verá negro, pero si se ilumina con luz "blanca" se verá de color azul.

Asi, en la primera etapa del procedimiento se mide una colección de datos de iluminación ambiente E _r , relativas al espectro de la iluminación F _r ( ) y

parámetros colorimétricos en cualquier tipo de sistema de medida de color, desde un sistema móvil (3)

acercándose o alejándose al objeto o fuente luminosa (1) y mediante un sistema de medición de la iluminación externa (7) . Posteriormente, en una segunda etapa, se mide un conjunto de parámetros colorimétricos en una zona total o parcial del objeto iluminado o fuente luminosa (1.1) mediante al menos un sensor de luz (5) con respuesta a diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético visible, dirigido hacia el campo de visión del sistema móvil (3) .

Una vez conocidos los parámetros colorimétricos (por ejemplo las coordenadas cromáticas), en cualquier tipo de sistema de medida de color, como por ejemplo el CIE (x,y), bajo la iluminación ambiente, hay que

trasladarlas al iluminante deseado, es decir, el

iluminante normalizado o prefijado. A modo de ejemplo, citar que la manera de conocer dichas coordenadas cromáticas se lleva a cabo mediante cálculo con la expresión matemática Μ _εη (λ) para la traslación, y suele ser una matriz 3x3, expresión conocida en el campo de la técnica aunque particular para cada caso. Por ejemplo, según la norma ASTM E308-01 para pasar de un iluminante A a un iluminante C la matriz es la siguiente, siendo nii _j los elementos de la misma: m ₂ i=0, m ₂₂ =l, m ₂₃ =0,

m ₃₂ =0, m ₃₃ =3.3225235. A partir de los triestimulos Χ,Υ,Ζ obtenidos, gracias a dicha matriz de cambio entre espacios diferentes, se calculan las coordenadas

cromáticas mediante las expresiones: x=X/(X+Y+Z), y=Y/ (X+Y+Z) .

Al final se obtienen los parámetros

colorimétricos de los elementos del objeto o de la fuente luminosa, para un nivel de intensidad luminosa del iluminante normalizado o prefijado, es decir, en una tercera etapa se calculan los parámetros colorimétricos en la zona total o parcial del objeto iluminado o fuente luminosa (1.1), para cualquier tipo de iluminación deseada E _n y con un iluminante con espectro F _n {X) ,

mediante la eliminación de la contribución del

iluminante ambiente inicial E _r y con espectro de

iluminación F _r ( ) .

Es posible que la iluminación ambiente, E _r , sea despreciable, siendo igual de válidas las etapas

expuestas.

El procedimiento es dinámico porque se aplica en movimiento, por ejemplo en la propia vía cuando es un vehículo, y sin alterar el tráfico rodado, es decir, no se requiere cerrar la vía durante la aplicación del procedimiento dinámico.

De manera opcional, los parámetros

colorimétricos se adquieren a través de imágenes, las cuales se obtienen mediante múltiples sensores de luz

(5) que configuran una placa fotosensible, calculándose dichos parámetros en la zona de la imagen que contenga el objeto iluminado o fuente luminosa. De esta manera, se pueden utilizar cámaras de color (o blanco y negro con filtros de color) apropiadas a tal efecto, siendo asi instrumentos conocidos, las cámaras, y de relativa fácil adquisición en el mercado.

Preferiblemente, el dispositivo empleado para medir iluminación externa desde el sistema móvil (3) es un luxómetro (7), aunque pudiera ser cualquier otro. El valor medido de E _r se supondrá similar al que recibe el ob eto o fuente luminosa (1) . Dicha medición se puede realizar a distancias o a intervalos de tiempo conocidos, lo cual, aun no siendo necesario, es beneficioso para obtener los valores medidos con mayor exactitud. A su vez, desde el propio sistema móvil (3), se pueden ir adquiriendo datos de otros sensores (6), como son: GPS, odómetro, temperatura, humedad u otros. Los datos de posición se adquirirán preferiblemente por un sistema de posicionamiento global (8) y de navegación inercial ( 9) .

Estos datos pueden estar adquiridos a distancias o a intervalos conocidos de tiempo, sincronizados o no, con una frecuencia o tasa de datos suficientemente alta. De manera opcional, el control del apagado y encendido de los elementos de la fuente luminosa u objeto iluminado (1) puede hacerse manualmente o bien aprovechándose del parpadeo de dichas fuentes. Por ejemplo, una lámpara de 50 Hz europea se apaga y se enciende 100 veces por segundo. Una normativa de paneles LEDs, aunque pudiera ser cualquier otra, indica que la frecuencia de apagado y encendido debe ser mayor de 90 Hz . Por tanto, bastaría con utilizar una toma de datos superior a esta frecuencia o técnicas de tomas de datos separadas convenientemente unas de otras de tal manera que sea suficiente para el propósito.

Así, este procedimiento es válido también para cualquier frecuencia de encendido (excesivamente alta e incluso nula) que puedan tener las fuentes luminosas, y la iluminación existente del ambiente y del sistema de iluminación empleado para los objetos iluminados. Con los valores calculados se podrá revisar o evaluar los indicadores de buen funcionamiento de los objetos iluminados y fuentes luminosas (1) de una forma directa, es decir, midiendo dinámicamente el parámetro físico en el ambiente de luz natural no controlada, sin tener que trasladarse a un laboratorio. Así como, realizarlo de forma automática, sin la intervención de un usuario, para todos los objetos iluminados y fuentes luminosas (1) que aparezcan en una escena y/o en

servicio .

Los objetos iluminados y fuentes luminosas (1) pueden disponerse, al igual que el sistema móvil (3), a lo largo de cualquier infraestructura lineal de

transporte terrestre (2) : ferrocarril, carretera o vía de cualquier tipo. El dispositivo para la medida y cálculo de parámetros colorimétricos de cualquier objeto iluminado y fuente luminosa (1), tal y como se ha expuesto, incluye un sistema móvil (3) que como mínimo comprende un sistema de medición de la iluminación externa (7) y un sensor de luz (5) con respuesta a diferentes

longitudes de onda del espectro electromagnético visible, dirigido hacia el campo de visión del sistema móvil (3) .

Opcionalmente, en dicho sistema móvil (3) se puede incluir uno o varios de los siguientes elementos: un sistema de posicionamiento global (8), un sistema de navegación inercial (9), sistemas informáticos (10) .

Como sistema de medición de la iluminación externa (7) la opción más habitual es que sea un luxómetro .

También, además del sensor de luz (5) se puede incluir otro sensor (6), como un odómetro, un sensor de temperatura y/o un sensor de humedad.

En particular, el sensor de luz (5) puede ser una cámara digital de color o cámara de blanco y negro con filtros adecuados.