图像亮度测量技术在道路照明测试中的应用

　　前言

　　道路照明的目的就是为各种车辆驾驶员以及行人创造良好的视觉环境，保障交通安全，提高交通运输效率;方便人民生活，降低犯罪率和美化环境。长期以来，道路照明设计一直是基于路面“照度标准”进行的。伴随着关于人生理研究的进步，发现路面亮度和因道路照明灯具在眼睛处的杂散光所引起的光幕亮度能够更好的评估、预测道路及道路两侧的物体的可见度。特别1977年《机动车交通道路照明的建议》CIE No.12.2出版以来，路面亮度的概念在道路照明设计标准中逐步得到人们的认可和接受，并于20世纪80年代开始逐步作为道路道明的设计标准。我国的《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006也根据道路使用功能及车流量对道路照明的路面平均亮度、路面亮度总均匀度和纵向均匀度、眩光限制等进行了规定。

　　1 道路路面亮度检测方法及仪器要求

　　《照明测量方法》GB/T5700-2008对道路路面亮度测量方法及技术做出了相应的规定。

　　1.1 亮度计

　　在道路照明测量中，当需要测量亮度总均匀度和亮度纵向均匀度时，宜采用带望远镜头的光亮度计，其在垂直方向的视角应小于或等于2′，在水平方向的视角应为2′～20′。

　　1.2 亮度测量方法

　　亮度计的观测点的高度，应距路面1.5 m。亮度计的观测点的纵向位置：应距第一排测量点为60m，纵向测量长度为100m(图1)。

　　在道路纵向，当同一侧两灯杆间距小于或等于50m时，通常应在两灯杆间按等间距布置10个测点;当两灯杆间距大于50 m时，应按两测点间距小于或等于5 m的原则确定测点数。在道路横向，在每条车道横向应布置5个测点，其中间一点应位于车道的中心线上，两侧最外面的两个点应分别位于距每条车道两侧边界线的1/10车道宽处;当亮度均匀度较好或对测量的准确度要求较低时，在每条车道横向可布置3个点，其中间一点应位于每条车道中心线上，两侧的两个点应分别位于距每条车道两侧边界线的1/6车道宽处。按照上述测量方法,测量耗时长，效率低，而且需要道路上没有车辆的干扰，但事实上目前道路上的机动车辆越来越多，有时车速又很快,因此存在很大的安全隐患。

　　CCD相机以其所具有的良好线性和精确性，而在需要同时获得一个阵列的数字辐射值的研究领域得到广泛应用。通过使用CCD的相机能够迅速的捕捉图像，并将其转化为数字化电子图像。图像测量特别适用于待测点密集的目标，适用于目标环境不甚稳定乃至剧烈变化的目标。如果利用合理的控制方式，通过确定相机CCD阵列任一像素数值，就可以确定其映射的环境中的该点的亮度值，从而经过相关计算分析获得场景均匀性、对比度等指标。

　　中国建筑科学研究院早在2009年就完成了课题“基于数码相机的图像亮度测量技术研究”，就系统的对影响相机测量亮度和色度参数的三大因素(光学系统、电子系统和图像处理算法)进行了认真的研究。通过实验研究及计算机模拟分析，对光学系统误差模拟试验分析，CCD特性实验，得到了相机的亮度测量的测量范围。其中特别是通过对佳能相机RAW文件的解码技术的研究，避免了利用jpeg压缩文件作为测量结果载体带来的精度、数据线性度等方面的损失，进一步提高了测试精度和单幅图片可测试亮度范围。这些工作对最终开发出价格更为低廉、具有良好的市场推广价值的图像式亮度计具有重要的指导意义。通过本技术的研究，对传统图像亮度测量技术有了重大改进，见下表：

　　通过比较可见，本课题的研究成果的主要性能指标优于同期国内外主要的研究成果，在研究成果鉴定会上鉴定评审专家们一致认为本研究成果达到了国际先进水平。

　　2.1图像亮度测量技术在道路照明测试中的应用

　　在课题鉴定完成后，我院对图像亮度测量技术在道路照明测试中的应用情况进行了相应的验证工作。先后在四川省、贵州省等道路照明项目测试中(如图2)，对传统测量方法与图像亮度测量技术进行了比对。测试结果证明，图像测量技术测试结果与传统测量方法基本吻合(最大测试误差为7%)，并大大提高了测试效率，进一步证实本技术在道路照明测试实践中的应用价值。

　　2.2目前开展的工作

　　目前的图像亮度计仅能记录视野内的亮度信息，然而由于镜头自身存在着畸变，从而导致无法准确反映发光物体的大小及方位。而目前我院正在开展的“图像亮度测量的几何校正技术研究”将综合考虑相机镜头的径向畸变、偏心畸变以及薄透镜畸变等因素的影响，建立摄像机畸变数学模型，从而能够准确获得测量视野中的不同几何信息。目前本课题已经初步完成了主要研究工作将于近期完成课题鉴定验收工作。相信随着本项目研究的开展，从而可以使图像亮度测量技术更好的应用在我国的道路照明实践中。

　　3 小结

　　本文对利用数码相机进行图像亮度测量技术在道路照明测试中的应用进行了介绍，通过相关项目中与传统亮度测试方法的结果比对，进一步验证了本技术在道路照明测试实践中的应用潜力。相信随着相关技术研究的深入开展，图像亮度测量技术必将大大推动我国道路照明检测工作的发展和技术提升，从而为我国道路照明的发展提供技术支撑。