Capteur d'images et vision numérique

Le capteur d'images est un composant essentiel pour le prototype de démonstration, mais il ne fait pas partie intégrante du boîtier. C'est pour cette raison que le capteur d'images ne fait pas partie du schéma de conception 4.2. Le capteur d'images a un rebord sur le haut du boîtier pour s'accrocher. Cette bordure est bien en évidence dans le haut de la gure 4.8. Cette particularité permet de changer facilement de capteur d'images sans avoir à ouvrir le prototype de démonstration. Le capteur d'images peut être une caméra visible ou une caméra infrarouge. Le choix dépend de l'application d'éclairage intelligent que souhaite développer le programmeur.

La caméra utilisée pour les tests est une caméra visible de type Webcam. La caméra utilisée est la même que celle utiliser lors de la caractérisation du modulateur lumineux aux cristaux liquides. Il s'agit de la C170 de Logitech® [39]. Il y a principalement deux raisons qui justient ce choix. D'abord, le faible coût de ce type de caméra est intéressant. De deux, la exibilité d'une telle caméra avec sa connectique USB permet une utilisation simple et facile de ce composant. La caméra se branche directement dans l'ordinateur. Il y a donc deux câbles USB nécessaires, un pour la caméra et un pour le pont de communication USB-UART.

Chapitre 5

Résultats expérimentaux du prototype

de démonstration

Le chapitre présente les résultats expérimentaux obtenus avec le prototype de démonstration. Tout d'abord, voici une image 5.1 du prototype de démonstration réalisé selon les spécica- tions de la conception du chapitre4. Sur l'image, il manque cependant le modulateur lumineux aux cristaux liquides. Les résultats permettent d'avoir une idée des performances atteignables pour des applications d'éclairage intelligent. Les premières performances évaluées sont les ca- ractéristiques photométriques obtenues avec la source lumineuse à la DEL, le réecteur et le modulateur lumineux aux cristaux liquides. Les performances de dynamique sont particuliè- rement importantes pour des applications en boucle fermée. Les caractéristiques mesurables sur l'alimentation à découpage sont aussi quantiées. Bien que ces dernières n'inuencent que très peu les applications d'éclairage intelligent, elles demeurent intéressantes pour valider la conception et elles donnent des indices pour l'amélioration de la prochaine version du prototype de démonstration.

5.1 Mesures photométriques de la source

Les mesures photométriques du prototype de démonstration sont réalisées à l'aide d'un mon- tage goniométrique. Toutes les caractéristiques sont donc mesurées sur un graphique en fonc- tion de l'angle en degré. Les paramètres photométriques mesurés sont l'intensité lumineuse, la température de couleur et l'indice de rendu des couleurs en fonction de l'angle. Le mon- tage goniométrique comporte trois éléments, une table rotative contrôlée par ordinateur, un spectromètre dans le visible et le prototype de démonstration. Le prototype de démonstration est monté sur la table rotative et le spectromètre est xe. La distance est de 1 mètre entre le spectromètre et le prototype de démonstration. Les données du spectromètre peuvent ensuite être intégrées de diérente façon pour produire une mesure de l'intensité lumineuse, de la température de couleur et de l'indice de rendue des couleurs. L'intégration des données du

Figure 5.1  Prototype de démonstration

spectromètre a été réalisée à l'aide de la fonction Matlab pspectro [5]. Le montage a été pris en photo en laboratoire an d'en avoir une représentation physique 5.2.

Mesure de l'intensité lumineuse

L'intensité lumineuse en fonction de l'angle permet de mesurer l'angle FWHM de la source lumineuse du prototype de démonstration. Il est important de mesurer cet angle quand le modulateur lumineux est fermé et le mesurer une deuxième fois quand le modulateur lumi- neux est au maximum de déviation. De cette façon, le programmeur d'application d'éclairage intelligent a une bonne idée de la plage angulaire qu'il dispose. La gure de l'intensité lumi- neuse se mesure en mesurant l'éclairement lumineux que donne le spectromètre. Puisque le détecteur est à 1 mètre de distance du prototype de démonstration, l'éclairement lumineux devient le l'intensité lumineuse (lm/m2 _{en lm/sr ou cd). Le graphique prend souvent le nom}

de Candela Chart dans la littérature. La gure5.3présente les résultats obtenus. La courbe en bleu est l'intensité lumineuse sans le modulateur lumineux et la courbe en rouge est l'intensité lumineuse quand le modulateur lumineux est au maximum de l'ouverture qu'il peut produire.

Figure 5.3  Intensité lumineuse en fonction de l'angle

L'analyse de la gure 5.3 démontre deux caractéristiques. Premièrement, la plage d'angle FWHM est environ le double de l'angle FWHM initial causé par le réecteur. La courbe en bleu montre que l'angle FWHM initial est d'environ 24° et la courbe en rouge donne un angle FWHM d'environ 48°. Deuxièmement, le modulateur lumineux aux cristaux liquides garde un aspect assez uniforme pour le patron d'éclairage parce que la courbe en rouge n'a pas de variation de pente très intense.

Mesure de la température de couleur

La deuxième mesure photométrique intéressante est la mesure de la variation de la température de couleur de la source en fonction de l'angle. La mesure est répétée deux fois. Une sans

modulateur lumineux et une autre fois avec le modulateur lumineux activé à son maximum. La variation de la colorimétrie est importante à mesurer pour savoir si la couleur du patron lumineux émis par le prototype de démonstration est uniforme. La gure 5.4 présente ces résultats. La courbe en bleu est la mesure sans modulateur lumineux et celle en rouge est avec le modulateur lumineux. Pour eectuer la mesure de la température de couleur, on a utilisé un spectromètre qui quantie l'intensité lumineuse pour chaque longueur d'onde du spectre visible. Par la suite, il sut d'envoyer ces données dans un algorithme qui permet de pondérer les valeurs d'intensité lumineuse pour chaque longueur d'onde en fonction de la sensibilité typique de l'oeil humain. Finalement, les données sont intégrées par chacun des spectres x, y et z, décrit à section 1.1.3 pour extraire les coordonnées colorimétriques et en déterminer la température de couleur. Cette mesure de température de couleur est ensuite répétée pour chaque valeur d'angle an de suivre l'évolution de la température de couleur.

Figure 5.4  Variation de la température de couleur en fonction de l'angle

Le graphique 5.4 permet de voir que la température de couleur varie signicativement sans modulateur lumineux. La température de couleur passe de 3200K à 2500K sur la courbe en bleu. Avec le modulateur lumineux, la température de couleur est plus basse et plus uniforme, elle varie de 2300K à 2600K dans les extrêmes. L'utilisation du modulateur lumineux produit donc un eet positif sur l'uniformité de la couleur de la source.

Mesure de l'indice de rendu des couleurs

La troisième mesure photométrique intéressante est l'évolution de l'indice de rendu des cou- leurs en fonction de l'angle. Encore une fois, la mesure de l'indice de rendu des couleurs est répétée pour un fonctionnement sans modulateur lumineux et pour un fonctionnement avec

le modulateur lumineux. Les mesures sont sur la gure 5.5. La courbe en bleu est la mesure sans modulateur lumineux et la courbe en rouge avec ce dernier.

Figure 5.5  Indice de rendu des couleurs en fonction de l'angle

La courbe en bleu de la gure 5.5 présente une forme inattendue. À l'angle initial, l'indice de rendu des couleurs est plus faible que pour un angle légèrement décentré. Habituellement, l'angle initial est celui qui présente la plus grande quantité de lumière alors le l'indice devrait être plus élevé à cet endroit. Somme toute, la variation peut sembler impressionnante sur le graphique relativement aux points rapprochés, mais, en valeur absolue, les valeurs des points de la courbe ne varient pas beaucoup. On observe une variation de 7 points, soit de 93 à 86 d'indice de rendu des couleurs. Cela correspond à une variation relative de seulement 7 %. Cela peut sembler élevé si l'on compare à une ampoule incandescente où la couleur est identique pour chaque angle solide, mais, si la comparaison se fait avec d'autres lampes DELs du même type, une variation de 7 points est faible. Lors de la fabrication des DELs, le manufacturier classe les DELs en fonction de la température de couleur et du CRI, une variation de plus de 10 points pour le CRI est commune. Le manufacturier reclasse ensuite les DELs produites en fonction de leur colorimétrie respective. Cette technique de production s'appelle le Binning. Un article de la compagnie Micrographics explique bien cette problématique [49]. La courbe en rouge présente un indice de rendu des couleurs légèrement plus faible que la courbe en bleu. Le modulateur lumineux réduit donc légèrement le rendu des couleurs. Cepedant, il augmente beaucoup l'uniformité des couleurs sur tout le patron qu'il projette. Cette caractéristique est particulièrement intéressante pour des applications d'éclairage où le rendu des couleurs doit être essentiellement uniforme sur toute la plage angulaire comme pour l'éclairage d'oeuvres d'art.

Pe Pth Tj théorique Tba théorique Tba mesurée

6,40 W 5,744 W 41,26 °C 33,69 °C 30,8 ± 2,9 °C 12,8 W 12,8 W 60,21 °C 45,27 °C 42,1 ± 3,0 °C 19,2 W 17,23 W 79,17 °C 56,76 °C 54,3 ± 3,1 °C 25,6 W 22,98 W 98,12 °C 68,25 °C 65,1 ± 3,3 °C

Table 5.1  Mesures thermiques pour l'échauement du dissipateur de chaleur Conclusion des mesures photométriques

Les mesures photométriques du prototype de démonstration permettent de conclure que l'uti- lisation du modulateur lumineux pour varier l'angle FWHM est possible pour des applications d'éclairage intelligent. Les données photométriques de l'intensité lumineuse, de la température de couleur et du CRI prouvent que le modulateur lumineux n'a que peu d'inuence sur la qualité de la lumière émise, peu importe l'angle imposé. Pour les mesures colorimétriques, le modulateur lumineux à même permis d'aller chercher des gains pour l'uniformité du patron d'éclairage. Avec les performances photométriques obtenues, le prototype de démonstration peut rivaliser dans les applications d'éclairage où les projecteurs halogènes d'une puissance de 50 W à 75 W règnent en maître.