При проектировании систем освещения — особенно светодиодных ламп для освещения растений или LED ламп для бытового или промышленного освещения — инженеры или DIY-энтузиасты часто сталкиваются с проблемой: производители компонентов публикуют в даташитах спектрограммы на одном графике сразу для всей линейки белых светодиодов, например от 2700 K до 6500 K.

Ниже приведён пример спектрограмм для светодиодов компании Bridgelux серии Thrive с высоким индексом цветопередачи и линейным спектром (конкурент светодиодов SunLike). Скриншот части 6-й страницы официального документа:

Нередко возникает потребность сделать анализ спектра конкретно для одного светодиода из линейки или даже сравнить спектр двух разных светодиодов от разных производителей. Для этого и существует наш инструмент. Если нужен анализ спектра для одного светодиода, больше не нужно «ломать» глаза или прокладывать линии от пиков на спектре к оси X с длиной волны.

Также наш инструмент позволяет узнать параметры светодиода или лампы по спектру в том случае, если у вас есть спектр источника света, но нет других характеристик, например индекса цветопередачи по CQS или TM-30.

Инструмент для оцифровки спектра позволяет сделать базовый спектральный анализ светодиода, особенно касательно вопросов эффективности применения тех или иных светодиодов белого свечения для освещения растений.

Теперь вы можете взять любой PDF-документ от производителя, сделать скриншот спектрограммы и за пару минут получить готовый отчёт с долями спектра в диапазоне ePAR, оценкой диапазона 650–670 нм и измерением пика 660 нм. Расчёт CCT, CQS, TM-30.

Также инструмент позволяет скачать числовой массив (спектр) для дальнейших инженерных оценок.

Созданный нами инструмент позволяет оценить спектр источника света с достаточно высокой точностью, но не лабораторной. В большинстве случаев этого достаточно для инженерной оценки и анализа. Для получения всех возможных параметров источников света с лабораторной точностью используют откалиброванную интегрирующую сферу^↗.

Как использовать инструмент для оцифровки спектра: пошаговая инструкция

Интерфейс нашего виджета спроектирован так, чтобы оцифровка занимала минимум времени.

Во избежание DDoS-атак инструмент может использовать только авторизованный пользователь. Пожалуйста, зарегистрируйтесь или войдите, используя свой аккаунт Google.

По той же причине есть 15-секундная задержка для команд оцифровки и автоматической калибровки.

Для получения точного результата следуйте этой инструкции:

Шаг 1. Скриншот спектрограммы из даташита

Скачайте даташит для нужного светодиода или лампы, найдите в документе страницу со спектрограммой. Сделайте чёткий скриншот спектрограммы. Ниже представлен скриншот графика спектрограмм для светодиодов серии SunLike от Seoul Semiconductor с температурами свечения 3000, 4000 и 5000 K.

Шаг 2. Загрузка скриншота в инструмент

Выберите сделанный скриншот спектрограммы и загрузите в наш инструмент:

Шаг 3. Калибровка осей графика

После выполнения шага два инструмент отобразит загруженный график внутри своего рабочего окна.

Для оцифровки загруженного графика и получения точных цифр нужно задать с максимальной точностью начальные координаты графика по шкале X, Y. Наш инструмент имеет автоматизированную функцию калибровки, для старта просто нажмите на кнопку «Авто-калибровка», которая расположена справа над загруженной спектрограммой.

После окончания автокалибровки в начале и конце осей X, Y появятся цветные метки:

Убедитесь, что метки нулевой точки чётко совпадают с началом координат графика, а точки максимума строго стоят в конце разметки оси графика.

Убедитесь, что в поле Макс. Y указано число, совпадающее с меткой Max Y: метка равна максимальному пику спектрограммы. Обычно это 1 или 100 %.

Для случая, когда нужно сравнить графики с двух разных картинок, приведите значение к единому формату вручную — это может быть как 1, так и 100.

Нулевая точка графика должна быть установлена корректно в начале координат. Поле Макс. длина волны (X) должно соответствовать разметке спектрограммы: ошибочные значения приведут к смещению спектрограммы.

Ниже показан скриншот с корректной калибровкой спектрограммы:

В случае, когда автокалибровка даёт сбой или нужно выставить иной максимум по оси Y, нажмите на кнопку «Сбросить калибровку» и установите маркеры вручную: ручной режим калибровки будет запущен автоматически сразу после нажатия на кнопку «Сбросить калибровку». При наведении курсора на график будет активирована линза для точной установки маркеров.

Порядок установки маркеров калибровки вручную: нулевая точка, Max X, Max Y.

Шаг 4. Выбор цвета кривой инструментом «Пипетка»

Нажмите на стандартный инструмент «Пипетка» для выбора цвета графика на спектрограмме, оцифровку которого нужно выполнить. После активации инструмента «Пипетка» будет активирован зум для упрощённого попадания в тонкую линию графика.

Поле «Допуск цвета 10–250» отвечает за разброс вокруг оттенка выбранного цвета. В случае возникновения ошибок оцифровки вы можете попробовать установить значение более жёстко, уменьшив до 10–20, или наоборот разрешить машинному зрению делать больший разброс вокруг оттенков выбранного спектра, увеличив значение до 75–100 или больше.

Шаг 5. Оцифровка графика

После выбора цвета с помощью инструмента «Пипетка» кнопка «Оцифровать график» станет автоматически активна.

Для получения оцифрованного графика нажмите на кнопку «Оцифровать график».

После запуска оцифровки вы тут же получите оцифрованный график в таком же точно цвете, как в оригинальном скриншоте.

Под оцифрованным спектром сразу выводится отчёт с базовыми расчётными данными:

На скриншоте показан результат анализа спектра светодиода SunLike 5000 K.

Шаг 6. Экспорт спектральных данных

После оцифровки спектрограммы инструмент позволяет скачать массив спектральных данных в формате JSON или CSV, сохранить скриншот спектрограммы в формате PNG в виде контура или с цветной заливкой.

Шаг 7. Сравнение спектров из двух даташитов

Что делать, если нужно сравнить спектры из двух разных даташитов?

1. Не перезагружая страницу, нажмите на кнопку «Выбрать график» и выберите скриншот второй спектрограммы.
2. Выполните шаги 3–5 из инструкции. Важно указать для двух спектрограмм одинаковый максимум по оси Y.
3. Теперь две спектрограммы отображаются в поле одного графика для удобного сравнения.

В окошках над графиком по умолчанию отображается цвет спектра и подпись «Спектр 1»; для удобства вы можете присваивать названия спектров. На примере синий спектр принадлежит светодиоду SunLike 5000 K, а спектрограмма жёлтого цвета принадлежит светодиоду Thrive 5000 K.

Техническое примечание

В одном окне можно оцифровать до десяти графиков для сравнения. Других общих лимитов на оцифровку графиков инструмент не имеет.

Оцифровка графика работает, используя машинное зрение на базе связки двух библиотек Python: за машинное зрение отвечает OpenCV, за математическое ядро — NumPy. Инструмент имеет встроенный фильтр для очистки графика от его собственной разметки, это позволяет оцифровывать спектрограммы чёрного цвета.

ВАЖНО! Наш инструмент для оцифровки спектра не является прецизионно точным и предназначен для общего анализа спектра. Если вам необходимо получить данные с лабораторной точностью, воспользуйтесь профессиональным лабораторным оборудованием.

Точность оцифровки: сравнение с паспортными данными

Ниже приведена сравнительная таблица полученных данных после оцифровки спектра с данными из официальной документации для светодиода SunLike 5000 K:

Откуда берётся погрешность оцифровки

Источников ошибки три, и ни один из них не связан с работой самого инструмента.

Первый — качество исходной картинки. Спектрограмма в PDF почти всегда сжата с потерями, а при скриншоте добавляется ещё и растеризация: там, где производитель провёл одну линию, в файле оказывается полоса из нескольких пикселей с размытыми краями. Машинное зрение берёт её центр, но на крутых склонах пика сдвиг даже на два пикселя по вертикали превращается в заметную разницу по интенсивности.

Второй источник — калибровка осей. Если метка нулевой точки поставлена мимо начала координат хотя бы на пиксель, вся шкала длин волн смещается целиком, и пик 450 нм превращается, скажем, в 452 нм. Поэтому калибровке стоит уделить больше внимания, чем всему остальному процессу: остальные шаги инструмент делает сам, а точность отсчёта задаёте вы.

Третий источник — самый важный, и он лежит за пределами оцифровки. В даташите нарисован типовой спектр, а не измеренный экземпляр. Производитель публикует усреднённую кривую для семейства, тогда как реальные светодиоды расходятся по бинам цветности: два диода из одной партии с одинаковой маркировкой 5000 K могут отличаться по координатам цветности в пределах эллипса Макадама, и их спектры не совпадут. Насколько именно — зависит от бина, о чём подробно в статье про эллипс Макадама и SDCM^↗. Отсюда практический вывод: оцифрованный спектр корректно использовать для сравнения светодиодов между собой, для оценки долей диапазонов и для проектных прикидок, но он не заменяет измерение конкретного образца. Если нужны параметры именно вашей партии, спектр снимают спектрофотометром, а полный световой поток — калиброванной интегрирующей сферой.

Что такое SPD светодиода и зачем нужны эти данные

SPD светодиода (Spectral Power Distribution, или спектральное распределение мощности) — это фундаментальная характеристика любого источника света. Она показывает мощность оптического излучения в зависимости от длины волны в видимом диапазоне.

Имея на руках оцифрованный спектр светодиода, вы получаете возможность анализировать конкретные диапазоны. В нашем виджете есть блок «Анализ диапазона спектра» с удобными ползунками (от 400 до 700 нм). Вы можете мгновенно узнать пик спектра (например, 472,6 нм).

Инструмент оцифровки спектра отлично подходит для оценки спектра белых светодиодов с точки зрения их применения в светодиодных лампах для освещения растений. При проектировании освещения для растений важно понимать распределение мощности в диапазоне ePAR.

Цветопередача светодиодов и расчёт современных метрик: TM-30 и CQS

При проектировании бытового или промышленного освещения кроме CCT всегда важно знать индекс цветопередачи. Иногда производители указывают индекс цветопередачи по старому стандарту CRI, который плохо подходит для оценки качества света современных светодиодных устройств. Если у вас есть спектрограмма, вы можете сделать оцифровку и получить отчёт и график для современного стандарта TM-30 и CQS. Читайте подробно про индекс цветопередачи CRI, CQS и стандарт TM-30^↗.

Используя полученный массив спектральных данных, алгоритм автоматически вычисляет базовые фотометрические параметры и современные колориметрические метрики, включая метрику отклонения от кривой локуса (Duv)^↗ но с значительной погрешностью.

Инструмент оцифровки спектра будет особенно полезен DIY-энтузиастам, студентам и проектировщикам светодиодных осветительных приборов и фитоламп.

Параметры спектрального анализа, которые позволяет получить инструмент оцифровки спектрограмм

Ниже представлены основные метрики и данные, которые вы получаете автоматически после оцифровки кривой в инструменте:

Заключение

Наш дигитайзер превращает неточные маркетинговые картинки в цифры, которые можно обработать математически. Глубокий спектральный анализ светодиода больше не требует сложного программного обеспечения или ручного переноса точек с графиков. Инструмент экономит время разработчиков, позволяя быстро сравнивать реальные характеристики светодиодов на этапе проектирования светильника и выбирать светодиоды с идеальным спектральным распределением под конкретные задачи.

Дополнительно хочу отметить, что основным преимуществом нашего инструмента является простота его использования и наличие встроенного математического ядра для базового вычисления основных параметров. Плюс базовый анализ спектра для применения светодиодов в области агрокультуры.