CN102901714B - 采用光谱修正的逆反射系数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用光谱修正的逆反射系数测量方法，使用逆反射系数测量装置来测量，该方法包括：先调整测量装置，通过光谱测量仪（302）测试得到反射光的相对辐射强度光谱分布，使用软件对人眼明视觉函数V（λ）修正，获得反射光在一定几何测试角度下的相对发光强度光谱分布，将所述光谱测量仪（302）的标定系数输入到控制/处理模块（5），将待测试样品放在样品载台（201）上的指定位置，按照不同的测试几何条件进行测试并通过标定系数修正，得到待测材料的逆反射系数，本发明通过通过标准反射板对光谱修正，大大地减少了系统不确定度分量，提高了逆反射材料逆反射系数测量的精确度和稳定性。

Description

采用光谱修正的逆反射系数测量方法

技术领域

本发明涉及公路交通工程设备的应用领域，特别涉及一种采用光谱修正的逆反射系数测量方法，该光谱标定方法减少系统不确定度分量，提高逆反射材料的逆反射系数测量精确度和稳定性。

背景技术

逆反射材料广泛应用于公路交通领域，其利用车辆自身灯光的照明效果，通过控制反射光的角度范围及强度分布达到传递指示、警告等信息的作用，常见产品包括逆反射标志、突起路标和标线等，对于保障公路运输安全，提高通行效率有着重要的意义。

逆反射系数测量装置通过光路设计和机械系统的角度控制，应用光度传感器将人眼对逆反射光的视认效果进行采集量化，最终输出用于评价逆反射材料或设施逆反射性能的测量结果，其单位是cd·lx^-1·m^-2。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

为了满足对车辆灯光的模拟，逆反射系数测量装置一般选择的都是标准A光源作为测试光源，而在现代社会中，汽车前照灯光源的种类日趋多样化，常见的包括氙气灯、不同色温的白光LED灯等，现有测试仪器的光源已不完全满足要求，改造原有设备和为新设备配备便于更换的各类光源也很难实现；采用人眼明视觉函数V(λ)修正的光度传感器模拟人眼在一定几何条件下对反光材料逆反射发光强度的感知；利用机械系统调节入射角和观测角变化；最终通过显示系统输出测试结果。

在这一测试过程中，标准A光源和明视觉函数修正器件是两个重要的不确定度分量来源。其中，测试光源受到自身性能、电源波动、光衰等方面的影响，其发射光的光谱与标准A光源光谱存在一定的偏差；明视觉函数修正器件是通过一块或一系列光学镜片组合、叠加获得符合人眼特性的光谱响应效果，在技术上很难做到各个波长都完美拟合，而拟合程度和响应特性、成本也存在相互制约的问题。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种采用光谱修正的逆反射系数测量方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种采用光谱修正的逆反射系数测量方法，使用一种采用光谱修正的逆反射系数测量装置装置，所述方法包括：

S1，将标准反射板固定到样品载台上，开启测量装置，调整光路系统的几何条件符合所述标准反射板的赋值要求；

S2，在光源稳定输出预置发光强度的情况下，通过光谱测量仪测试得到所述标准反射板反射光的相对辐射强度光谱分布；

S3，使用软件对人眼明视觉函数V(λ)修正，获得所述标准反射板反射光在一定几何测试角度下的相对发光强度光谱分布；将所述光源预置输出发光强度和所述标准反射板反射率之积代入归一化发光强度光谱分布，得到所述标准反射板反射光发光强度光谱的绝对强度，所述标准反射板绝对强度与相对强度的反射光谱波长积分之比为所述光谱测量仪的标定系数；

S4，将所述光谱测量仪的标定系数输入到控制/处理模块，将待测试样品放在所述样品载台上的指定位置，按照不同的测试几何条件进行测试并通过标定系数修正，按照光阑限定的立体角度计算得到反射光的发光强度，代入公式(1)得到相应几何条件下的逆反射系数，

$R_A=\frac{{I/E}_{\⊥}}{A}---\left(1\right),$

其中，R_A：样品的逆反射系数，cd·lx^-1·m^-2；I：样品反射到光探测器的发光强度，cd；E_⊥：光源投射到样品中心的垂直照度，lx；A：样品有效受光面积，m²。

进一步地，所述方法在步骤S4之后还包括标准A光源修正和逆反射系数测量的步骤：

S5，将测试得到的所述标准反射板反射光发光强度光谱的波长除以所述标准反射板的反射率，得到所述光源输出光的发光强度光谱，在可见光范围内，将标准A光源和所述光源的归一化发光强度光谱分别按照波长进行发光强度积分，积分结果的比值a就是标准A光源在逆反射系数测试中的修正系数：

S6，将所述光谱测量仪得到的反射光发光强度光谱比上所述光源输出的发光强度光谱得到被测样品在不同测试几何条件下的波长反射率；将步骤S4中不同的测试几何条件下的待测样品波长反射率分别与所述光源和所述标准A光源的归一化发光强度光谱进行积分，所述标准A光源的计算结果乘以修正系数a，即得到标准A光源的逆反射系数。

对于其它待分析的光源，在具有归一化发光强度光谱的情况下，参照步骤S5和步骤S6的运算即可得到相应的逆反射系数。

另一方面，本发明提供了一种采用光谱修正的逆反射系数测量装置，所述装置包括：光源模块、载台模块、测试模块、标准反射板和控制/处理模块；所述光源模块与所述载台模块间距地正对设置，所述标准反射板设置在所述载台模块上，所述测试模块和所述光源模块设置在所述载台模块的同一侧；所述控制/处理模块与所述载台模块和所述测试模块数据连接。光源模块发射光谱并照射到标准反射板上，标准反射板将光源模块发射的该光谱反射到测试模块，测试模块测试该反射光的相对辐射强度光谱分布。测试模块得到该反射光的相对辐射强度光谱分布后将其传输到控制/处理模块，控制/处理模块对该反射光的相对辐射强度光谱分布进行分析处理，并得出逆反射系数。载台模块用于承载标准反射板并且调整该标准反射板的角度，使得光源模块发射的光谱在该标准反射板上有合适的入射角。

进一步地，所述光源模块包括光源、驱动电源、光度探测器和反馈控制系统，所述光源、所述光度探测器、所述反馈控制系统和所述驱动电源依次电路连接。其中，光源通常为标准A光源，光源的发射光谱在可见光范围内需涵盖拟研究、测试的光源光谱范围。驱动电源用以向光源提供稳定的电流驱动。光度探测器实时监控光源输出，当其测试指标与设置值出现偏差时，可通过反馈控制系统调节驱动电源的输出电流，从而实现保证光源输出稳定在设置参数的目的。

进一步地，所述载台模块包括样品载台和双轴转台，所述双轴转台驱动所述样品载台在水平方向和竖直方向旋转，所述标准反射板固定于所述样品载台上。样品载台用于放置被测试的逆反射材料或标准反射板，可搭配相应的用于夹持或者固定标准反射板的夹具，双轴转台的作用是使样品载台可沿其转动轴做俯仰或水平转动，模拟不同的入射角条件。

进一步地，所述测试模块包括观测角调节装置、光谱测量仪和光阑，所述观测角调节装置和所述光谱测量仪分别与所述控制/处理模块电路连接。其中，光谱测量仪测试波长不小于可见光范围，安装在观测角调节装置上，观测角调节装置可按照测试需要调节光源、光谱测量仪和标准反射板之间的夹角。

其中，标准反射板还用于标定光源发射光谱的发光强度分布，宜采用反射性能稳定，随时间、环境条件变化较小的材料制成，标准反射板在一定测试几何条件下对装置光源发射光的辐照强度反射率及发光强度反射率已预先测试得到。

控制/处理模块主要用于控制双轴转台和观测角调节装置使逆反射系数测量装置处于一定的几何测试条件下，同时对光源光谱和逆反射材料反射光谱进行明视觉函数修正，通过分析运算得到指定光源条件下的逆反射系数指标并显示。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过标准反射板对光谱修正，大大地减少了系统不确定度分量，提高了逆反射材料逆反射系数测量的精确度和稳定性。

由于克服了现有测量装置采用一系列的光学镜片组合、叠加的方式，本发明的光源稳定性可自主控制，使得本测量装置能够实现各个波长的完美拟合，同时实现了拟合程度、响应特性和成本的最优组合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的逆反射系数测量装置结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的逆反射系数测量装置测试几何条件示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种采用光谱修正的逆反射系数测量装置，参见图1，该装置包括：光源模块1、载台模块2、测试模块3、标准反射板4和控制/处理模块5，光源模块1用于发射稳定的可见光谱，并且光源模块1发射的光谱在可见光范围内需涵盖拟研究、测试的光谱范围。

光源模块1与载台模块2间距地正对设置，标准反射板4设置在载台模块2上，测试模块3和光源模块1设置在载台模块2的同一侧，优选地，测试模块3设置在光源模块1的上方，并且载台模块2可调节角度。这样，光源模块1发射的光谱能够平直地照射到标准反射板4上，经过标准反射板修正和反射的光谱照射到测试模块3。

控制/处理模块5与载台模块2和测试模块3数据连接。控制/处理模块5用于分析处理测试模块3传输的数据，得出逆反射材料的逆反射系数；还用于向载台模块2发出调整角度的指令。

实施例二

本实施例提供了一种采用光谱修正的逆反射系数测量装置，参见图1和图2，该装置包括：光源模块1、载台模块2、测试模块3、标准反射板4和控制/处理模块5，光源模块1用于发射稳定的可见光谱，并且光源模块1发射的光谱在可见光范围内需涵盖拟研究、测试的光谱范围。光源模块1与载台模块2间距地正对设置，标准反射板4设置在载台模块2上，测试模块3和光源模块1设置在载台模块2的同一侧，优选地，测试模块3设置在光源模块1的上方，并且载台模块2可调节角度。这样，光源模块1发射的光谱能够平直地照射到标准反射板4上，经过标准反射板修正和反射的光谱照射到测试模块3。控制/处理模块5与载台模块2和测试模块3数据连接。控制/处理模块5用于分析处理测试模块3传输的数据，得出逆反射材料的逆反射系数；还用于向载台模块2发出调整角度的指令。

优选地，光源模块1包括光源101、驱动电源102、光度探测器103和反馈控制系统104，光源101、光度探测器103、反馈控制系统104和驱动电源102依次电路连接。光源101通常为标准A光源，光源101的发射光谱在可见光范围内需涵盖拟研究、测试的光源光谱范围。驱动电源102用以向光源101提供稳定的电流驱动，光度探测器103实时监控光源101输出，当其测试指标与设置值出现偏差时，可通过反馈控制系统104调节驱动电源102的输出电流，从而实现保证光源101输出稳定在设置参数的目的。

优选地，载台模块2包括样品载台201和双轴转台202，双轴转台202驱动样品载台201在水平方向和竖直方向旋转，标准反射板4固定于样品载台201上。样品载台201用于放置被测试的逆反射材料或标准反射板4，可搭配相应的用于夹持或者固定标准反射板4的夹具，双轴转台202的作用是使样品载台201可沿其转动轴做俯仰(竖向)或水平转动，模拟不同的入射角条件。

优选地，测试模块3包括观测角调节装置301、光谱测量仪302和光阑303，观测角调节装置301和光谱测量仪302分别与控制/处理模块5使用数据线电路连接。光谱测量仪302测试波长不小于可见光范围，安装在观测角调节装置301上，观测角调节装置301可按照测试需要调节光源101、光谱测量仪302和标准反射板4之间的夹角。

实施例三

本发明提供了一种采用光谱修正的逆反射系数测量方法，使用上述实施例提供的装置，该测量方法包括：

S1，将标准反射板4固定到样品载台201上，开启测量装置，调整光路系统的几何条件符合标准反射板4的赋值要求；

S2，在光源101稳定输出预置发光强度的情况下，通过光谱测量仪302测试得到标准反射板4反射光的相对辐射强度光谱分布；

S3，使用软件对人眼明视觉函数V(λ)修正，获得标准反射板4反射光在一定几何测试角度下的相对发光强度光谱分布；

将光源101预置输出发光强度和标准反射板4反射率之积代入归一化发光强度光谱分布，得到标准反射板4反射光发光强度光谱的绝对强度，标准反射板4绝对强度与相对强度的反射光谱波长积分之比为光谱测量仪302的标定系数；

S4，将光谱测量仪302的标定系数输入到控制/处理模块5，将待测试样品放在样品载台201上的指定位置，按照不同的测试几何条件进行测试并通过标定系数修正，按照光阑限定的立体角度计算得到反射光的发光强度，代入公式(1)得到相应几何条件下的逆反射系数，

$R_A=\frac{{I/E}_{\⊥}}{A}---\left(1\right),$

其中，R_A：样品的逆反射系数，cd·lx^-1·m^-2；I：样品反射到光探测器的发光强度，cd；E_⊥：光源投射到样品中心的垂直照度，lx；A：样品有效受光面积，m²。

实施例四

本发明提供了一种采用光谱修正的逆反射系数测量方法，使用上述实施例提供的装置，该测量方法在实施例三的基础上还包括标准A光源修正和逆反射系数测量的步骤：

S5，将测试得到的标准反射板4反射光发光强度光谱的波长除以标准反射板4的反射率，得到光源101输出光的发光强度光谱，在可见光范围内，将标准A光源和光源101的归一化发光强度光谱分别按照波长进行发光强度积分，积分结果的比值a就是标准A光源在逆反射系数测试中的修正系数：

S6，将光谱测量仪302得到的反射光发光强度光谱比上光源101输出的发光强度光谱得到被测样品在不同测试几何条件下的波长反射率；将步骤S4中不同的测试几何条件下的待测样品波长反射率分别与光源101和标准A光源的归一化发光强度光谱进行积分，标准A光源的计算结果乘以修正系数a，两者比值与逆反射系数成正比，通过步骤S4计算得到的光源101逆反射系数即可得到标准A光源的逆反射系数。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域的技术人员能够实现或者使用本发明。而对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来讲是显而易见的，本发明所定义和公开的一般原理可以在不脱离本发明的精神或者范围的条件下，在其他实施例中实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种采用光谱修正的逆反射系数测量方法，使用逆反射系数测量装置，其特征在于，所述方法包括：

S1，将一标准反射板(4)固定到样品载台(201)上，开启测量装置，调整光路系统的几何条件符合所述标准反射板(4)的赋值要求；

S2，在光源(101)稳定输出预置发光强度的情况下，通过光谱测量仪(302)测试得到所述标准反射板(4)反射光的相对辐射强度光谱分布；

S3，使用软件对人眼明视觉函数V(λ)修正，获得所述标准反射板(4)反射光在一定几何测试角度下的相对发光强度光谱分布；

将所述光源(101)预置输出发光强度和所述标准反射板(4)反射率之积代入归一化发光强度光谱分布，得到所述标准反射板(4)反射光发光强度光谱的绝对强度，所述标准反射板(4)绝对强度与相对强度的反射光谱波长积分之比为所述光谱测量仪(302)的标定系数；

S4，将所述光谱测量仪(302)的标定系数输入到控制/处理模块(5)，将待测试样品放在所述样品载台(201)上的指定位置，按照不同的测试几何条件进行测试并通过标定系数修正，按照光阑限定的立体角度计算得到反射光的发光强度，代入公式(1)得到相应几何条件下的逆反射系数，

$R_A=\frac{{I/E}_{\⊥}}{A}---\left(1\right),$

其中，R_A：样品的逆反射系数，cd·lx^-1·m^-2；I：样品反射到光探测器的发光强度，cd；E_⊥：光源投射到样品中心的垂直照度，lx；A：样品有效受光面积，m²。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤S4之后还包括标准A光源修正和逆反射系数测量的步骤：

S5，将测试得到的所述标准反射板(4)反射光发光强度光谱的波长除以所述标准反射板(4)的反射率，得到所述光源(101)输出光的发光强度光谱，在可见光范围内，将标准A光源和所述光源(101)的归一化发光强度光谱分别按照波长进行发光强度积分，积分结果的比值a就是标准A光源在逆反射系数测试中的修正系数：

S6，将所述光谱测量仪(302)得到的反射光发光强度光谱比上所述光源(101)输出的发光强度光谱得到被测样品在不同测试几何条件下的波长反射率；

将步骤S4中不同的测试几何条件下的待测样品波长反射率分别与所述光源(101)和所述标准A光源的归一化发光强度光谱进行积分，所述标准A光源的计算结果乘以修正系数a，即得到标准A光源的逆反射系数。