CN101858781B - 基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，有设置在检测车上的升降机构，旋转云台安装在旋转云台上的图像采集单元内，设置在检测车前端的车载前端运行状况采集单元，设置在检测车上的车载控制单元和车载天线，以及远程控制计算机单元和控制天线，车载控制单元通过车载天线和控制天线接收远程控制计算机单元所发出的控制信号分别控制：检测车实现各项运动；升降机构自动升降高度；旋转云台实现自由旋转；图像采集单元将图像数据传输到远程计算机；车载前端运行状况采集单元实时连续采集近地面照度传输到计算机。本发明能够精确快速测量照度、亮度、色度、眩光等多个检测指标，实现远距离遥控测量，避免因夜间光线较暗，道路车辆对人员造成的安全威胁。

Description

基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统

技术领域

本发明涉及一种夜间光环境检测装置，特别是涉及一种全电脑控制的高效、精确、能同时检测照度、亮度、色度、眩光多个参数的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统。

背景技术

随着我国经济建设的发展，城市化进程的加速，居住区建设方兴未艾，城市照明得到了长足进步，城市居民的生活也随之发生了变化。居民晚间户外的活动内容增多、时间增长。这对居住区及其中边的夜间光环境的设计提出了新的要求：首先，良好的居住区夜间光环境是居民生活环境的重要组成部分之一，是满足居民生活的切实需要；其次，良好的居住区夜间光环境塑造高品质的城市夜间形象重要手段；最后，居住区照明在带给人们舒适、丰富、安全的夜间生活的同时，如有不当的照明方式也会造成光污染等负面影响。居住区光环境如何设计才能取得最好的效果，这一直是建筑光学领域内主要的研究内容。为了实现研究目的必须对其进行量化，使居住区光环境的设计和评价有科学依据和数据支持。

国外有关居住区照明测量技术的研究多是在相关政策法规的制定上，极少涉及具体测试技术，而且都是针对国外分散式小规模的居住区形式，不适合我国的集中式大规模居住区使用。

我国目前在居住区照明检测方法上，都是在测试区域内布置测量点，然后由人员手持测量仪器徒步逐点逐项测量，再人工记录数据，最后录入电脑进行分析。在城市道路检测方面有以汽车作为平台的检测研究，但这套系统不适合居住区的光环境测量。

目前与本申请最接近的现有技术如下：

1.“高精度自动量程照度计”(专利号92200050.6)，属于一种用于测量光照强度的照度计。该照度计主要由电源开关、液晶显示器、机壳、光度头与电子线路连接的插座、屏蔽电缆、光度头和照度测量电路构成。具有设计方法新颖、测量精度高、结构简单、功能齐全、操作方便、外形美观等特点，适用于建筑照明测量，农业、林业、摄影、灯具检验等领域。

该实用新型专利存在以下问题：只能测量照度一项指标；而且必须由检测人员以徒步手持形式进行逐点测量，为间断取样，无法实现数据的连续采集，测量位置、测量角度、仪器稳定性等指标无法保持一致；测量所得数据需要人员手工记录，记录完毕后还要人工进行计算机数据录入存储分析。

2.“道路照明检测车”(专利号200620007874.0)，是一种用于对路灯照明系统的工作质量进行检测评估的道路照明检测车，它由汽车、数字式照度计、数字式摄像机及其配套的旋转云台、卫星定位仪、计算机及打印机组成。其中，数字式照度计和数字式摄像机及其配套的旋转云台均安装在汽车的顶部。卫星定位仪和计算机及打印机均安置在汽车的内部。检测时，该车以正常速度沿待测道路行驶，汽车内的计算机即可记录下沿途由数字照度计数字摄像机所获得的所有照明信息进行处理、分析、显示，并可经打印机将数据结果打印输出。同时，由卫星定位仪实时测出汽车的准确位置，引导驾驶人员接电子地图的标定路线行驶、检测。

该实用新型专利是针对路灯照明系统的工作质量进行检测，不适合在居住区使用，原因如下：首先，由于居住区内部人员多为徒步行走且流线复杂，机动车会对居民安全造成威胁；其次，目前很多居住区都实行人车分流管理，人行道路该检测车无法进行测量；第三，居住区内有些区域(如居民休闲广场、区内步行街、居民楼附近等)机动车无法驶入，这些位置便不能进行检测；第四，该技术造价较高，不适宜大规模普及应用；最后，汽车尾气会对环境造成污染。

3.“机场助航灯光检测车”(专利号200620150126.8)，是一种机场助航灯光检测车。其包括作为测量平台的车辆、安装在车辆前端且其上设有多个传感器的传感带、设置在车辆一侧中部下端的光源测距传感器和安装在车辆内部且与上述传感器通过总线相连的计算机系统。本实用新型提供的机场助航灯光检测车使机场工作人员能够根据机场助航灯光光强检测和在线测量的要求，一次完成助航灯光的照度、颜色及位置等信息的现场检测，计算出机场助航灯光的光强，并且准确率高。因此能够大幅度减少灯光检测的占场时间和机场工作人员的工作强度，而且能够尽时发现助航灯的故障，从而减少由此而引起的飞机起降安全事故。

该实用新型专利是针对机场助航灯光进行检测，不适合在居住区使用，原因同3.

4.赵建平林若慈.《体育照明标准及工程检测》.智能建筑与城市信息.2007.该文章中就体育场馆照明工程的检测进行看分析和研究，指出了检测的必要性、检测项目与检测标准。

该文章是针对体育场馆照明工程的检测，与本申请研究领域不同，而且文章中没有涉及具体的检测方法。

5.刘锡成《用数码相机测量道路照明失能眩光参数方法研究》.灯与照明.2007.该文针对失能眩光参数浏量的特点，提出了通过在高亮度条件下标定数码相机来测量失能眩光参数的便利性和方法，并且通过对相机感光材料曲线和“区域曝光理论”的研究，求出了实验用数码相机的宽容度和最佳测量光圈快门组合，最后得到了拟合效果非常好的亮度与数码照片灰度值关系公式。

文章是针对道路照明的测量，而且只检测失能眩光这一项参数，且检测方法为人员手持徒步测量。

6.陈仲林翁季胡英奎《道路照明测量方法研究》灯与照明.2005.该文介绍了一种用数码相机快速测量道路照明的亮度分布方法，该方法是一种简便迅速的亮度分布的新颖测试方法。

文章是针对道路照明的测量，而且只检测亮度分布这一项参数，检测方法为人员手持徒步测量。

由上所述可知：目前在夜间居住区光环境检测领域存在如下问题：

1、由检测人员人工进行现场逐点测量，逐项测量，每人每次只能在某一个点进行一项指标的测定，检测效率较低；

2、只能间断地逐点测量，无法实现数据的连续采集；

3、动用多名测量人员和记录人员，携带多种检测仪器，造成人力物力的浪费；

4、由于人员在测量过程中为徒步手持仪器式检测，测量位置、测量角度、仪器稳定性等指标无法保持一致，造成测量过程中出现误差，致使测量数据的不精确；

5、记录人员在大量数据的记录过程中难免出现纰漏，而且记录完毕后还要人工进行计算机数据录入存储分析；

6、夜间光线较暗，来往车辆对测试人员的人身安全造成威胁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种造价低、使用携带方便，高效，能够精确快速测量照度、亮度、色度、眩光等多个检测指标的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统。

本发明所采用的技术方案是：一种基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，包括有检测车，设置在检测车上的升降机构，设置在升降机构顶端的旋转云台安装在旋转云台上的图像采集单元，设置在检测车前端的车载前端运行状况采集单元，设置在检测车上的车载控制单元和车载天线，以及远程控制计算机单元和控制天线，其中，所述的车载控制单元通过车载天线和控制天线接收远程控制计算机单元所发出的控制信号分别控制：

所述的检测车实现前进、后退、转向、加速、减速、定速巡航和爬坡各项运动；

所述的升降机构自动调节升降高度；

所述的旋转云台实现俯仰角180°和水平角360°自由旋转；

所述的图像采集单元采集图像数据，再由车载控制单元将视频图像无线传输到远程控制计算机单元，并将视频图像实时存储到计算机；

所述的车载前端运行状况采集单元实时连续采集近地面照度，由车载控制单元将数据无线传输到远程控制计算机单元，并将照度数据实时存储到计算机；

所述的图像采集单元包括有安装在旋转云台上的用于采集图像的相机和半柱面照度计探头。

所述的车载前端运行状况采集单元包括有：安装在检测车前端上的道路监控摄像机和车载前端照度计探头。

所述的车载控制单元包括有：车载主控MCU电路，分别与车载主控MCU电路相连的图像采集控制电路、车体运动电机驱动电路、云台升降电机驱动电路、云台运动控制模块、车载电源管理电路、照度数据采集模块以及用于与远程控制计算机单元通信的双向数据传输模块，所述的图像采集控制电路分别连接相机及道路监控摄像机，并将从相机及道路监控摄像机采集的数据通过无线视频发送模块发送到远程控制计算机单元。

所述的远程控制计算机单元包括有：计算机，与计算机相连用于与车载控制单元进行双向通信的双向无线数据传输模块，与计算机相连并通过无线视频接收模块接收车载控制单元所发送的视频信号的USB视频采集模块。

所述的计算机上设置有：

相机图像监控模块：对车载上的用于采集图像的相机的镜头画面进行实时显示；

路况图像监控模块：对车载前的道路监控摄像机的采集画面进行实时显示；

系统参数设置模块：对系统通信参数、采集图像显示参数进行调整；

照度数据双路波形图显示模块：将两路照度数据进行实时显示，横坐标为时间，纵坐标为对应照度监测值；

车载端运行参数显示模块：对检测车端工作状况、电量供应状况进行显示；

图像采集控制模块：通过点击界面按键对云台升降高度、相机开机、焦距调整、图像采集进行实时控制；

车载端运行控制模块：通过点击界面按键对检测车起停、运行速度、方向进行实时控制。

所述的计算机上还设置有SM光环境检测系统，用于对车载前端道路监控摄像机、车载前端照度计探头、相机、半柱面照度计探头拍摄到的图像进行数据分析，得到亮度、色度、眩光、照度数据。

本发明的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，能够精确快速测量照度、亮度、色度、眩光等多个检测指标，提高检测效率；能够在行进中进行连续无间断测量，保证数据的连续性；能够将检测过程中的车辆控制、目标测量、数据传输、数据记录与存储、参数分析全流程操作全部集成与一台计算机中，只使用一名测试人员完成所有测试工作；能够实现智能化控制，通过计算机程序化控制检测车的测试目标、测试速度、仪器位置以及行进线路等指标，提高测量数据精确性；能够实现远距离遥控测量，避免因夜间光线较暗，道路车辆对人员造成的安全威胁。

本发明的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，在对现有相关领域的资料收集和前期现场实际调研的基础上，结合居住区夜间光环境特点，研制出一套适应我国实际情况的居住区夜间光环境检测系统。在理论上，该系统能为今后居住区光环境国家规范的制定和相关技术导则的编写提供支持，并能为相关领域的研究提供数据和资料；在实际应用上，该系统具有精确、高效、造价低、使用携带方便等特点，并能适用于我国各类型居住区，具有广泛的应用前景，利于进行推广。

本发明的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统具有如下特点：

1、精确快速测量照度、亮度、色度、眩光等多个检测指标，提高检测效率；

2、系统能够在行进中进行连续无间断测量，保证数据的连续性；

3、系统实现软硬件的高效整合，不仅体积小而且便于操作，把检测过程中的车辆控制、目标测量、数据传输、数据记录与存储、参数分析全流程操作全部集成与一台计算机中，只使用一名测试人员完成所有测试工作；

4、系统实现智能化控制，通过计算机程序化控制检测车的测试目标、测试速度、仪器位置以及行进线路等指标，提高测量数据精确性；

5、实现数据的实时传输和自动记录存储，避免人为操作所产生的问题；

6、远距离遥控测量，避免因夜间光线较暗，道路车辆对人员造成的安全威胁。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图；

图2是本发明整体构成框图；

图3是本发明计算机软件构成框图；

图4是本发明车载主控MCU电路原理图；

图5是本发明图像采集控制电路；

图6是本发明云台升降电机驱动电路；

图7是本发明车载电源管理电路。

其中：

1：检测车                         2：升降机构

3：旋转云台                       4：图像采集单元

4.1：相机                         4.2：柱面照度计探头

5：车载前端运行状况采集单元       5.1：道路监控摄像机

5.2：车载前端照度计探头           6：车载天线

7：远程控制计算机单元             8：控制天线

9：车载主控MCU电路                10：图像采集控制电路

11：车体运动电机驱动电路          12：云台升降电机驱动电路

13：云台运动控制模块              14：车载电源管理电路

15：照度数据采集模块              16：双向数据传输模块

17：无线视频发送模块              18：计算机

19：双向无线数据传输模块          20：USB视频采集模块

21：无线视频接收模块              22：相机图像监控模块

23：路况图像监控模块              24：系统参数设置模块

25：照度数据双路波形图显示模块    26：车载端运行参数显示模块

27：图像采集控制模块              28：车载端运行控制模块

具体实施方式

下面，结合附图详细说明本发明的

如图1所示，本发明的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，包括有检测车1，设置在检测车1上的升降机构2，设置在升降机构2顶端的旋转云台3，安装在旋转云台3上的图像采集单元4，设置在检测车1前端的车载前端运行状况采集单元5，设置在检测车1上的车载控制单元和车载天线6，以及远程控制计算机单元7和控制天线8，其中，所述的车载控制单元通过车载天线6和控制天线8接收远程控制计算机单元7所发出的控制信号分别对如一的部分进行控制：

控制所述的检测车1实现前进、后退、转向、加速、减速、定速巡航和爬坡各项运动；

控制所述的升降机构2自动调节高度；检测车配备高1.0米的升降系统，并且能够使用远程控制计算机单元远程控制该系统高度来调整检测仪器的数据采集位置。

控制所述的旋转云台3实现俯仰角180°和水平角180°自由旋转；

控制所述的图像采集单元4采集图像数据，再由车载控制单元将视频图像数据无线传输到远程控制计算机单元，并将数据实时存储到计算机；所述的图像采集单元4包括有安装在旋转云台3上的用于采集图像的相机4.1和关柱面照度计探头4.2。将相机、照度计探头安装于旋转云台上并保持三者测量角度一致。使用相机采集图像数据，并将视频图像数据无线传输到远程控制计算机单元，通过电脑显示器分窗口可以看到发回的视频图像数据，工作人员能够实时监测当前仪器所检测的目标及角度，进而通过计算机发出的无线信号操控照度计和相机进行检测。

控制所述的车载前端运行状况采集单元5实时连续采集近地面照度，并将数据实时存储到计算机数据库；所述的车载前端运行状况采集单元5包括有：安装在检测车1前端上的道路监控摄像机5.1和车载前端照度计探头5.2。使用车载前端道路监控摄像机5.1采集图像数据，由车载控制单元将视频图像数据无线传输到远程控制计算机单元，通过电脑显示器分窗口可以看到发回的视频图像数据，工作人员能够实时监测当前检测车的行驶状态和行驶环境，进而通过远程控制计算机单元发出的无线信号对车体进行控制和调整。

如图2所示，所述的车载控制单元包括有：车载主控MCU电路9，分别与车载主控MCU电路9相连的图像采集控制电路10、车体运动电机驱动电路11、云台升降电机驱动电路12、云台运动控制模块13、车载电源管理电路14、照度数据采集模块15以及用于与远程控制计算机单元7通信的双向数据传输模块16，所述的图像采集控制电路10分别连接相机4.1及道路监控摄像机5.1，并将从相机4.1及道路监控摄像机5.1采集的数据通过无线视频发送模块17发送到远程控制计算机单元7。

所述的远程控制计算机单元7包括有：计算机18，与计算机18相连用于与车载控制单元进行双向通信的双向无线数据传输模块19，与计算机18相连并通过无线视频接收模块21接收车载控制单元所发送的视频信号的USB视频采集模块20。

如图3所示，所述的计算机18上设置有：

相机图像监控模块22：对车载的用于采集图像的相机4.1的镜头画面进行实时显示；

路况图像监控模块23：对车载前的道路监控摄像机5.1的采集画面进行实时显示；

系统参数设置模块24：对系统通信参数、采集图像显示参数进行调整；

照度数据双路波形图显示模块25：将两路照度数据进行实时显示，横坐标为时间，纵坐标为对应照度监测值；

车载端运行参数显示模块26：对检测车端工作状况、电量供应状况进行显示；

图像采集控制模块27：通过点击界面按键对云台升降高度、相机开机、焦距调整、图像采集进行实时控制；

车载端运行控制模块28：通过点击界面按键对检测车起停、运行速度、方向进行实时控制。

所述的计算机18上还设置有SM光环境检测系统，用于对车载前端道路监控摄像机、车载前端照度计、相机、半柱面照度计拍摄到的图像进行数据分析，得到亮度、眩光、照度数据。本发明所述的SM光环境检测系统采用专利号为ZL01143482.1的SM光环境检测系统。

在本发明中，对于采集到的光环境信息采用SM光环境测试系统软件来进行数据分析处理。该软件是采用图像处理技术进行光环境信息处理的软件，将相机拍摄到的光环境信息照片录入该软件系统，系统能马上得到光环境的亮度、色度以及眩光参数。

1)亮度及色度

将相机拍摄到的光环境照片录入系统，软件根据定标公式对此照片进行逐点逐幅检测，可取得：图像中任一点的亮度(分辨率0.01cd/m2)；色座标(x，y)(u，v)(分辨率0.0001)；任一范围内亮度的平均值、最大值及最小值；整个图像上各点的亮度分布图。

本测试系统主要的特点是可测细小部位的亮度，尤其是远距离测试，由于受采光张角的限制，且普通亮度计是测试所有被摄取范围内的亮度的平均值，所以无法准确反映某一点微小区域的亮度。本系统以像素为测试值的提取面积单位，估不受相邻区域和背景的影响，这一特点在研究城市夜景照明时，更显其实用性、可用性、科学性；测点的位置容易把握；测试空间中各点的光信息同时采集，且采集角度一致，因此所测的亮度分布不受光变化的影响；数据便于储存、提取。

2)眩光

首先按亮度计算程序确定眩光源及其背景亮度，然后输入成像规律公式，划定视线方向，根据此公式确定眩光源相对于视线的位置，将眩光源在图像上所占据的区域选定后进行立体角的计算，选定出合适的眩光指标进行眩光计算，可得出眩光源的亮度、立体角、背景亮度以及眩光源与视线的夹角。

如图4所示，本发明所述的车载主控MCU电路9，是整个移动车载平台的核心，完成整个系统的协调、控制与监测。采用Freescale MC9S12XDP512单片机系统，其参数如下：

主核心运行频率：32MHz S12X

辅核心运行频率：64MHz XGATE

片内RAM 32KB片内FLASH 512KB片内E2PROM 4KB

典型功耗58mw

片内集成UART，SPI，CAN，I2C等丰富的外设资源

系统板：

供电5V

集成按键4只，LED 8只。

如图5所示，本发明所述的图像采集控制电路10采用LANC^TM，全称是局部应用控制母线系统，主要应用在Sony和Canon两大公司生产的摄像机上，一般用于传送控制信号。通过这个接口传送的串行信号，我们可以控制绝大多数摄像机的功能操作，比如录像、放像、快进、快退，变焦等。LANC^TM是单线双向串行开集电极通讯端口，2个设备可以相互通讯。摄像机或照相机可以接收命令及发送它的状态(SONY相机的LANC^TM插头称之为ACC)。

综合考虑，本发明所述的图像采集控制电路10适用于SONY和Canon公司生产的数码相机/摄像机，LANC控制器功能齐全，对于数码相机可以实现开关机，自动对焦，多速度等级变焦和快门释放等功能。同时为了与SM软件系统相匹配，对每一测量点所拍摄的照片要求有三档不同的曝光量。针对以上要求，方案选用SONY公司的消费型数码相机DSC-V1作为控制对象，通过自己改造升级后可满很好足实际要求。

本发明所述的车体运动电机驱动电路11，采用HBGD直流电机驱动器，其技术参数如下：

●工作电压：15-24V

●平均电流：10A

●极限电流：15A/2分钟

●峰值电流：150A

●温度保护：75度

●单路电机驱动

外形尺寸：长68mm，宽43mm，高20mm。

如图6所示，本发明所述的云台升降电机驱动电路12，采用驱动芯片为L298N，其技术参数：

●两个全桥，完善的逻辑保护机制，每桥集成MOS管

●最大通过电流2A

●驱动模块直接连接升降平台电机

●电池为11.1V锂电池

即，本发明所述的云台升降电机驱动电路，采用集成双全桥电机驱动芯片L298N作为电机驱动的解决方案，另提供8个快恢复二极管作为优化电机急停性能的手段。

本发明所述的云台运动控制模块13，采用多路舵机控制器，其技术参数：

●控制部分端子供电范围：+7V-+12V

●控制部分DC插头供电范围：USB取电或DC直流5V电源

●伺服电机端子供电范围：+4-+6V

●控制通道：32路

●通讯输入：RS232(串口)或TTL

●伺服电机驱动分辨率：大约1us，约0.09度

●波特率设置：2400、9600、38.4k、115.2k可以转换

●支持的伺服电机：Futaba or Hitec以及国产品牌如辉盛等

●PC接口：DB9F

●尺寸：65mm×60mm×1.5mm

●控制方式：串口接受命令方式

●其他：提供外扩上位机系统供电接口

本发明所述的云台升降电机驱动电路，采用SSC32伺服电机控制系统，该模块可对32路伺服电机进行控制，具有位置控制以及速度控制功能，既可以用PC机做上位机通过软件控制，也可以添加其他模块脱机工作。只需给控制器传递控制指令信号，即可实现多路伺服电机单独控制或同时控制，指令精简，控制转角精度高，波特率可以实时更改。

本发明所述的照度数据采集模块15，采用TES1336A照度计，技术参数：

●显示31/2位液晶显示器

●测量档位20，200，2000，20000Lux/Fc

●(1Fc＝10.76Lux)

●过载显示显示“OL”

●分辨率0.01Lux(0.01fc)

●准确度±(3％rdg+5dgts)

●重复测试±2％

●温度特性±0.1％/℃

●取样率2.5次/秒

●感光体光二极管

●记录组数最多255组

●记录笔数16000笔

●RS-232传输速率9600bps

●操作温湿度0℃～40℃(32°F～104°F)，

●10～80％RH

●储存温湿度10℃～60℃(14°F～140°F)，

●10～70％RH

●电源单个9V电池，型式006P或IEC6F22

●或NEDA 1604

●电池寿命连续使用约50小时(碱性电池)

●光检测器引线长度150cm

●光检测器尺寸87.5(L)×60(W)×29(H)mm

●电表尺寸146(L)×70(W)×39(H)mm

●重量300克

本发明的照度数据采集模块中共使用了2个照度计。一个位于车体前端为车载前端照度计，用以连续采集“近地面照度”数据；另一个安装于车载升降系统上为柱面照度计，用以连续采集不同位置高度的照度数据。两个照度计均采用TES-1336A型照度计。

本发明所述的用于采集图像的相机4.1采用SONY-V1数码照相机，技术参数：

●基本规格

感光元件：CCD

感光元件尺寸：(1/1.8)英寸；有效像素500万；SuperHAD

总像素数：520万

最高分辨率：2592*1944

外形尺寸：99x65x57mm

产品重量：298g

●镜头特点

光学变焦：4倍

数码变焦：4倍

镜头结构：相当于35mm相机34-136mm

光圈范围：F2.8-F4.0/F8.0

快门速度：30-1/2000秒

●曝光控制

曝光模式：光圈优先，快门优先

曝光补偿：+/-2.0EV，1/3EV调节

测光方式：Multi-Segment，Center weighted，Spot

白平衡：Auto，Daylight，Cloudy，Fluorescent，Incandescent，One-push Manual

感光度：Auto，100，200，400，800

拍摄模式：连拍：MPEG VX(VGA，16fps，unlimited)；自拍延时10秒

●接口性能

数据接口：USB 2.0

视频接口：Video out

本发明中，数码相机是采集居住区夜间光环境图片信息的最主要器材。本发明选择SONYV1型相机。在安装到检测车平台前首先要对该相机进行标定。首先将采集好的标准色板图像调入到标定系统中，并将每幅图像的拍摄参数输入，接着提取标准色板图像中各个色卡的图像R、G、B值。根据所得的R、G、B值，系统计算出相应颜色的图像R、G、B值与色坐标(x、y、z)的关系式。色度标定结束后，系统接着对图像的亮度值进行标定，利用亮度计测出各色卡的亮度，同时拍摄各色卡图像输入计算机，接着提取色卡在图像中的灰度值，拟合出灰度值和亮度、曝光量之间的关系曲线，其直线段的公式为定标公式，直线段的范围为量程。将拟合和定标出来的所有公式(亮度计算和色坐标计算)按标准格式存储到系统指定的计算机存储器中以供计算过程调用。

本发明所述的道路监控摄像机5.1采用巴士夜视防水CCD摄像头，技术参数：

●感光芯片：1/3夏普CCD高清

●视频制式：NTSC or PAL

●有效像素：NTSC：510(H)*492(V)  PAL：510(H)*582(V)

●感光面积：4.08mmx3.12mm

●清晰度：420TV lines

●最低照度0Lux(18颗红外灯开启)

●视频输出：1.0vp-p，75Ohm

●功率消耗：5W

●白平衡：自动

●信噪比：大于48dB

●电子快门(N)1/60-1/100000(P)1/50-1/100000

●工作电压：DC12V

●工作温度：-40to+80RH95％Max

●可视角度：120°

本发明所述的道路监控摄像机，用以采集图像数据，并将视频图像通过无线视频发送模块传输到计算机，在计算机显示器上可以看到发回的视频图像数据，工作人员能够实时监测当前检测车的行驶状态和行驶环境。然后用计算机发出对车体进行控制和调整的信号，检测车通过车载无线通信模块接收由计算机发出的控制信号，进而将此信号指令传输到车载电机运动控制模块和转向伺服模块，从而实现检测车远程计算机控制。

该摄像头经过防水，防雾，防震处理，并可在夜间低照度条件下自动打开红外照射功能，配合无线影音传输模块，可为上位机操控提供清晰车载前瞻视频信号。

本发明所述的车载电源管理电路14，如图7所示，技术参数：三路电源分配器，输入分别为12V Pb，11.1V LiPo x 2；三路电源电压检测输出，输入正常指示。

本发明所述的的无线视频发送模块17和无线视频接收模块21，均采用BADA微波无线视频传送器，其技术参数：

●2.4G工作频段：2.331G-2.391GHz

●使用频道：4个

●可传输视频信号：PAL/NTSC

●传输距离200-300米(空旷条件下)

●视频输入阻抗：75Ω

在检测车通信方面，该模块负责车载前端摄像头采集图像数据，并将视频图像通过车载无线通信模块传输到计算机，在计算机显示器上可以看到发回的视频图像数据，工作人员能够实时监测当前检测车的行驶状态和行驶环境；在检测数据传输方面，该模块负责旋转云台上数码相机所拍摄的照片以及车载前端摄像头采集的连续光环境视频信号，通过无线数据传输模块传输到计算机，从而实现亮度、色度、眩光等数据参数和连续光环境视频信号的无线数据传输。

此模块可将车载视频监控信号通过无线方式传回PC端，供视频采集单元进行采集，为车体定位和相机对焦提供参考。主要是拍摄命令的传输以及三个曝光量的控制。

本发明所述的双向数据传输模块16和双向数据传输模块19，采用SI4432无线数传模块，其技术参数：

●完整的FSK收发器

●工作频率范围430.24～439.75MHz；发射功率最大17dBm，接收灵敏度-115dBm(波特率9.6Kbps)；空旷通讯距离800米以上(波特率9.6Kbps)

●工作频率范围900.72～929.27MHz；发射功率最大17dBm；接收灵敏度-115dBm(波特率9.6Kbp)；空旷通讯距离800米以上(波特率9.6Kbps)

●传输速率最大128Kbps

●FSK频偏可编程(15～240KHz)

●接收带宽可编程(67～400KHz)

●SPI兼容的控制接口，低功耗任务周期模式，自带唤醒定时器

●+17dB，低的接收电流(18.5mA)，最大发射功率的电流(73mA)

本发明所述的的无线视频发送模块，在检测车通信方面，该模块负责计算机发出对车体进行控制和调整的信号，检测车接收由计算机发出的控制信号，进而将此信号指令传输到车载电机运动控制模块和转向伺服模块，从而实现检测车远程计算机控制；在检测数据传输方面，该模块负责计算机向检测设备发出检测命令、相机对焦、三个曝光量设置以及将车载前端照度计探头连续采集“近地面照度”数据和车载升降系统上照度计探头所采集的不同位置高度的照度数据向计算机的回传，从而获得照度数据参数。

本发明远程控制计算机单元中所述的USB视频采集模块，采用：EASYCAP DC60+USB视频采集卡，其技术参数：

●输入类型：BNC

●视频输入：RCA×4

●音频输入：1路输入，1路输出

●图像输出：1路VGA主显示器输出

●现场帧率：25帧/秒(PAL制)、30帧/秒(NTSC制)

●录像帧率：25帧/秒(PAL制)、30帧/秒(NTSC制)

●压缩格式：MPEG4

●分辨率：640x480/352x240(NTSC)；704x576/352x288(PAL)

●传输端口：USB2.0

本发明所述的USB视频采集模块，采用USB2.0标准，峰值传输速率480Mbps，完全可以满足标清视频信号的采集与传输，支持DirectShow视频信号采集。

本发明检测车车体的技术参数：

●长：90cm

●宽：50cm

●高：20cm

●负载：2.5kg；

●最大行进速度：5km/h；

●动力：车体由380电机驱动，带减震系统；

●电池：使用14.4V、3200mA电瓶供电，可以最大速度连续运行30min。

本发明升降机构的技术参数：

●三角支撑结构，最大承重2.0kg

●云台最大高度100mm

●云台垂直升降范围80-100mm

●升降高度可通过上位机调控。

本发明相机云台的技术参数：

●上下180°和左右360°自由旋转

●20组任意固定角度预先设定功能

可通过上位机调节转动速度及时间

本发明的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，具有如下的特点：

1)在车体平台方面，检测车体具有0-10km/h的行进速度且运行平稳；并具有较大的扭矩，在搭载所有机械设备、操控设备、传输设备和检测设备的情况下能够顺利启动和运行；能够实现前进、后退、转向、加速、减速、定速巡航和30°角爬坡功能；具有避震功能，能够在不十分平坦的道路上平稳运行并进行检测。

2)在车体运行远程实施监控方面，使用车载前端摄像头采集图像数据，并将视频图像通过车载无线通信模块传输到计算机，在计算机显示器上可以看到发回的视频图像数据，工作人员能够实时监测当前检测车的行驶状态和行驶环境。然后用计算机发出对车体进行控制和调整的信号，检测车通过车载无线通信模块接收由计算机发出的控制信号，进而将此信号指令传输到车载电机运动控制模块和转向伺服模块，从而实现检测车远程计算机控制。

3)在升降旋转系统控制方面，检测车配备高1.0m的升降系统，同时在升降系统顶端设置一套旋转云台，该云台可实现俯仰角180°和水平角360°自由旋转，并且能够使用计算机远程控制整套系统来调整其位置。

4)在亮度、色度、眩光参数检测方面，将经过标定后的照相机安装于升降系统顶端的旋转云台上。使用相机镜头采集视频图像数据并将该数据无线传输到计算机，通过计算机显示器可以看到发回的实时图像，即此刻照相机的拍摄角度。检测人员能够根据显示器上的图像，通过计算机发出的无线信号实时对相机拍摄位置进行调整并发出指令进行拍摄。最终将相机所拍摄的图像画面传回计算机并可录入SM系统进行分析，得到亮度、色度、眩光等参数指标。

5)在照度参数检测方面，通过车载前端照度计探头连续采集“近地面照度”数据，并将数据通过无线信号传输到计算机数据库；通过车载升降系统上安装的照度计探头连续采集不同位置高度的“半柱面照度”数据，并将数据通过无线信号传输到计算机数据库。

6)在连续光环境视频信号检测方面，通过使用车载前端摄像头和升降旋转云台，检测近地面和一定高度位置的连续光环境视频信号，并将信号进行储存。

基于以上所述，本发明的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，能够精确快速测量照度、亮度、色度、眩光等多个检测指标，提高检测效率；能够在行进中进行连续无间断测量，保证数据的连续性；能够将检测过程中的车辆控制、目标测量、数据传输、数据记录与存储、参数分析全流程操作全部集成与一台计算机中，只使用一名测试人员完成所有测试工作；能够实现智能化控制，通过计算机程序化控制检测车的测试目标、测试速度、仪器位置以及行进线路等，提高测量数据精确性；能够实现远距离遥控测量，避免因夜间光线较暗，道路车辆对人员造成的安全威胁。

本发明的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，在理论上，该系统能为今后居住区光环境国家规范的制定和相关技术导则的编写提供支持，并能为相关领域的研究提供数据和资料；在实际应用上，该系统具有精确、高效、造价低、使用携带方便等特点，并能适用于我国各类型居住区，具有广泛的应用前景，利于进行推广和技术转让，市场前景广阔。

Claims (5)

1.一种基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，其特征在于，包括有检测车(1)，设置在检测车(1)上的升降机构(2)，设置在升降机构(2)顶端的旋转云台(3)，安装在旋转云台(3)上的图像采集单元(4)，设置在检测车(1)前端的车载前端运行状况采集单元(5)，设置在检测车(1)上的车载控制单元和车载天线(6)，以及远程控制计算机单元(7)和控制天线(8)，其中，所述的车载控制单元通过车载天线(6)和控制天线(8)接收远程控制计算机单元(7)所发出的控制信号分别控制：

所述的检测车(1)实现前进、后退、转向、加速、减速、定速巡航和爬坡各项运动；

所述的升降机构(2)自动调节升降高度；

所述的旋转云台(3)实现俯仰角180°和水平角360°自由旋转；

所述的图像采集单元(4)采集图像数据，再由车载控制单元将视频图像无线传输到远程控制计算机单元，并将视频图像实时存储到计算机；

所述的车载前端运行状况采集单元(5)实时连续采集近地面照度，由车载控制单元将数据无线传输到远程控制计算机单元，并将照度数据实时存储到计算机；

所述的图像采集单元(4)包括有安装在旋转云台(3)上的用于采集图像的相机(4.1)和半柱面照度计探头(4.2)；

所述的车载前端运行状况采集单元(5)包括有：安装在检测车(1)前端上的道路监控摄像机(5.1)和车载前端照度计探头(5.2)。

2.根据权利要求1所述的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，其特征在于，所述的车载控制单元包括有：车载主控MCU电路(9)，分别与车载主控MCU电路(9)相连的图像采集控制电路(10)、车体运动电机驱动电路(11)、云台升降电机驱动电路(12)、云台运动控制模块(13)、车载电源管理电路(14)、照度数据采集模块(15)以及用于与远程控制计算机单元(7)通信的双向数据传输模块(16)，所述的图像采集控制电路(10)分别连接相机(4.1)及道路监控摄像机(5.1)，并将从相机(4.1)及道路监控摄像机(5.1)采集的数据通过无线视频发送模块(17)发送到远程控制计算机单元(7)。

3.根据权利要求1所述的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，其特征在于，所述的远程控制计算机单元(7)包括有：计算机(18)，与计算机(18)相连用于与车载控制单元进行双向通信的双向无线数据传输模块(19)，与计算机(18)相连并通过无线视频接收模块(21)接收车载控制单元所发送的视频信号的USB视频采集模块(20)。

4.根据权利要求1所述的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，其特征在于，所述的计算机(18)上设置有：

相机图像监控模块(22)：对车载上的用于采集图像的相机(4.1)的镜头画面进行实时显示；

路况图像监控模块(23)：对车载前的道路监控摄像机(5.1)的采集画面进行实时显示；

系统参数设置模块(24)：对系统通信参数、采集图像显示参数进行调整；

照度数据双路波形图显示模块(25)：将两路照度数据进行实时显示，横坐标为时间，纵坐标为对应照度监测值；

车载端运行参数显示模块(26)：对检测车端工作状况、电量供应状况进行显示；

图像采集控制模块(27)：通过点击界面按键对云台升降高度、相机开机、焦距调整、图像采集进行实时控制；

车载端运行控制模块(28)：通过点击界面按键对检测车起停、运行速度、方向进行实时控制。

5.根据权利要求1所述的基于遥控车载平台的居住区夜间光环境检测系统，其特征在于，所述的计算机(18)上还设置有SM光环境检测系统，用于对车载前端道路监控摄像机(5.1)、车载前端照度计探头(5.2)、相机(4.1)、半柱面照度计探头(4.2)拍摄到的图像进行数据分析，得到亮度、色度、眩光、照度数据。

Images