本課程介紹了照明系統中的探測器，并起著信息中心的作用。本文是照明系統基礎學習路徑第二課的一部分。在本課中，我們將介紹照明系統中各種各樣的探測器以及這些探測器的使用方法。探測器是照明系統的終點，可以說是獲取之前所做的所有工作成果的地方。

作者 Katsumoto Ikeda

引言：探測器的功能是什么

OpticStudio中有六種不同類型的探測器。所有的探測器都可以顯示輻射度學單位--瓦(Watts)，或者光度學單位--流明(Lumens)，這與在照明設計的性能目標一文中對單位的討論非常相似。探測器可以用來評價我們正在構建的照明系統，就像人眼觀察那樣去測量平面的均勻性、表面的顏色屬性、光源的角譜強度。

對來自光源的非序列光線追跡以產生任意分析結果。探測器在創建時是空的，即每個像素/體像素中的初始數據是0。然后，探測器基于追跡分析的光線積累能量，直到探測器被清除。此外，探測器上獲得的數據可以用于優化，我們可以基于單個像素的數據進行優化，或者基于探測器上的平均數據進行優化。

正如光源是照明設計的開始，探測器是將設計過程整合為可量化的結果，這些結果對于設計的分析和改進都是有用的。

不同的探測器

• 顏色探測器(Detector Color)：擁有任意數量像素的平面矩形探測器。此探測器可以記錄并顯示由三刺激值定義的非相干照明數據。此外，該探測器還可以準確地記錄和顯示照明的顏色。這種探測器是知識庫示例和應用中比較常用的探測器類型之一。

• 極探測器(Detector Polar)：球面的一部分或完整的球面，用來收集角分布（遠場）強度數據。可以將通過此檢測器收集的數據導出到光源數據文件，如IESNA和EULUMDAT。文章如何使用極探測器和 IESNA/EULUMDAT光源數據 解釋了這種探測器的用法。

• 矩形探測器(Detector Rectangle)：擁有任意數量像素的平面矩形探測器。此探測器可以記錄并顯示非相干、相干、點擴散函數、偏振和其它數據。從所提供的分析功能來看，這是一類最強大的探測器，但它僅限于平面矩形形狀。這種探測器是知識庫示例和應用中比較常用的探測器類型之一。

• 面探測器(Detector Surface)：在徑向和角方向上具有任意數量像素的圓形或環形探測器。表面可以遵循平面、球面、圓錐非球面或非球面形狀。面探測器只能記錄非相干照度數據。

• 體探測器(Detector Volume)：在局部的x、y和z方向上具有任意數量體像素的矩形體。可以將體探測器嵌套在任何其它對象內部或跨越任何其它物體。此外，還可以疊加多個體探測器，光線穿過各個體像素照射到所有體探測器上。

在文章如何三維顯示體探測器數據中有一個關于體探測器分析的例子。

• 物體為探測器(Objects as detectors)：可以將任意形狀的大多數物體作為探測器來記錄非相干照度數據。

（探測器的完整功能列表可以通過點擊設置(Setup)選項卡>編輯器組(Editors Group)(設置選項卡(Setup Tab))>非序列元件編輯器(Non-sequential Detectors)打開幫助文件中的非序列探測器）。

關于分辨率和噪聲的說明

在空間分辨率和能量分辨率之間存在權衡。常見的問題是：“一個固定大小的矩形上應該使用多少像素? ”如果我們假設探測器被均勻地照亮，并假設每一束照射到探測器上的光線都有相同的光通量：

• 探測器上的信號以每個像素上的光線數量表示

• 統計噪聲是每個像素上的光線數量的平方根

對于一個擁有10 x 10個像素的探測器，總共有100個像素，分辨率和噪聲的關系如下：

 

	探測10000條光線 （每個像素上有100條光線）	探測1000000條光線（每個像素上有1000條光線）
信號	100	1000
噪聲	SQRT(100) = 10	SQRT(1000) = 31.6
信噪比%	10%	3.16%

從上表可以看出，對于10 x 10的探測器來說，追跡10000條光線是不夠的，而1000000條光線是一個更合理的追跡數目。信噪比2%是你在實驗室能做到的最好的結果。一般來說，試圖強迫模擬結果比這好得多是不明智的。

當我們把分辨率增加到100 x 100會發生什么：

	探測100000條光線 （每個像素上有10條光線）	探測1000000條光線 （每個像素上有100條光線）	探測10000000條光線（每個像素上有1000條光線）
信號	10	100	1000
噪聲	SQRT(10) = 3.16	SQRT(100) = 10	SQRT(1000) = 31.6
信噪比%	31.6%	10%	3.16%

此結果表明，對于擁有100 x 100個像素的探測器，要獲得與10 x 10的探測器相同的噪聲水平，需要100倍的光線數量。這個簡單的計算可以用來估計在一定的信噪比下所需要模擬的光線數量。在迭代設計時，最好花“剛好足夠”的時間進行模擬，以便求得更低的光線總數。也可以使用其它方法，如在中間階段使用探測器的平滑參數以得到平均數量的光線。由于平滑能夠有效地減少像素數量，如果您不愿意長時間進行光線追跡，那么最好減少像素的數量，而不是使用帶有平滑參數的高分辨率探測器。

關于探測器的實用文章

在現有的知識庫文章中有一些探測器的使用示例。

如何使用極探測器和 IESNA/EULUMDAT光源數據

雖然本文主要演示了如何創建IESNA/EULUMDAT格式的光源文件，但介紹性部分也介紹了如何使用極探測器生成光源文件。這篇文章對于想要使用極探測器來創建光源的用戶來說是很好的資源。

用于創建光源的極探測器是一種通過光線追跡創建固定光線數據集的方法。當光源比較復雜時，例如建立的光源模型，光源模型的光線追跡可能需要很長時間。通過創建單獨的光源，我們可以將極探測器的追跡結果作為光源文件使用，并在建立光源模型之后對光學組件使用更多的處理器資源。

如何三維顯示體探測器數據

本文展示了如何創建CAD模型來三維顯示體探測器的數據。雖然本文使用了ZPL宏來創建數據，但是詳細說明了體探測器的使用。OpticStudio中的體探測器物體是探測物體內部光線的便捷工具。它使用體像元或體像素來探測光線。然而，OpticStudio接口目前只允許在二維平面上查看這些體像素。本文將向您展示如何使用OpticStudio在體探測器中創建復雜的體素CAD模型，并給出示例ZPL宏用于自動創建這些CAD模型。

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