CN104697629B - 基于图像分析的照明环境测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种针对照明系统对环境影响的基于图像分析的照明环境测量方法，采用彩色成像设备对经过系统校准的，表面局部涂覆有标准色带的标准反射板进行成像，通过与彩色成像设备连接的计算机及安装在计算机内的系统分析处理平台对成像设备所采集到的标准反射板的图像信息进行处理分析，得到标准反射板所处环境的照度、照度均匀度、色温、显色指数，本发明所提供的基于图像分析的照明环境测量方法能够简化环境照明测试时现场评估过程、能够对照明效果进行多点连续测试、能够对照明效果进行长时间远程监测。

Description

基于图像分析的照明环境测量方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种针对照明系统对环境影响的基于图像分析的照明环境测量方法。

背景技术

现有技术在对环境照度、照度均匀度、色温、显色指数检测时，通常需要配置照度计、色温表、测光表等各种不同的专用测试仪器，在设定点逐点测量，现有的这种测量方法，存在着需要的现场测试设备庞杂，连续多点测量耗时长，实时监控难度大，均匀度描述时测试点太少不准确，测试点多工作量大，无法长时间远程监测的缺陷，特别是对道路的照明检测，还存在着测试人员安全的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术在对环境照度、照度均匀度、色温、显色指数检测时所存在的现场测试设备庞杂，连续多点测量耗时长，无法实时监控，无法进行多点连续测试，无法长时间远程监测的问题，而提供一种能够简化环境照明测试时现场评估过程、能够对照明效果进行多点连续测试、能够对照明效果进行长时间远程监测的基于图像分析的照明环境测量方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于图像分析的照明环境测量方法，是采用彩色成像设备对经过系统校准的，表面局部涂覆有标准色带的标准反射板进行成像，通过与彩色成像设备连接的计算机及安装在计算机内的系统分析处理平台对彩色成像设备所采集到的标准反射板的图像信息进行处理分析，得到标准反射板所处环境的照度、照度均匀度、色温、显色指数，具体包括如下步骤：

步骤1）、设置标准反射板与彩色数字摄像机，调整标准反射板与彩色数字摄像机之间的距离，及数字摄像机镜头中轴线与标准反射板之间的夹角，通过传输系统连接彩色数字摄像机与计算机，使得彩色数字摄像机接收到的图像信号能够通过传输系统传输到安装在计算机上的系统分析处理平台；

步骤2）、将设置后的标准反射板、彩色数字摄像机放置到照度、显色指数、色温光源已知的标准环境中对彩色数字摄像机进行系统校准；

其中，在已知基准亮度的灯光下，根据L=R*E，测试若干基准亮度时的照度，计算得到系统反射系数，公式中L为图像亮度、R 为反射系数、E为照度；

使用显色性为分别为100%的光源照射标准反射板，进行显色指数校准；

使用3000K-7000K各级已知固定色温光源照射标准反射板，进行色温校准；

步骤3）、将校准后的标准反射板及彩色数字摄像机转移至待测场所，启动彩色数字摄像机对待测场所进行图像测试，并将彩色数字摄像机得到的图像信号传输至系统分析处理平台，经分析处理平台进行图像分析后得出待测现场的环境照度、色温、显色指数的信息；

步骤4）、连续测试多个待测点的照度信息后，通过系统分析处理平台将各测试点信息进行均匀度描述、显示。

进一步的所述步骤1）中的标准反射板为漫反射板，且在漫反射板的顶面表面局部涂覆有标准色带，所述标准色带包含以下各基准色：红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色；所述标准反射板水平放置，彩色数字摄像机镜头中轴线与标准反射板之间的夹角为不小于30°。

进一步的所述步骤1）中的彩色数字摄像机是镜头为固定光圈的彩色网络数字摄像机，且彩色数字摄像机的镜头聚焦于标准反射板，确保标准反射板成像清晰。

进一步所述步骤1）中的系统分析处理平台包括照度分析模块、显色指数分析模块、色温分析模块、照度均匀度模块。

进一步所述步骤1）中标准反射板上设置有与系统分析处理平台连接的GPS定位模块或北斗卫星定位模块中的一种，采用GPS或北斗卫星定位系统进行定位，同时将标准反射板的地理位置信息传输到系统分析处理平台。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的基于图像分析的照明环境测量方法，操作时只需一次调整标准反射板与数字摄像机的相对位置，进行一次标准校准即可，大幅简化了环境照明的现场评估、测试程序，能够降低操作人员工作量；

2、一次调整标准反射板与数字摄像机的相对位置，进行一次标准校准后，能够多次、连续移动标准反射板与数字摄像机，实现不间断测试，有利于对照明效果的多点连续测试；

3、由于采用彩色网络数字摄像机，可以通过网络传输模式将图像信息传输到远离测试区域设置的系统分析处理平台，有利于对照明效果的长时间远程监测。

附图说明

图1是本发明提供的基于图像分析的照明环境测量方法的具体实施时各组件的相对位置关系示意图；

图2是本发明提供的基于图像分析的照明环境测量方法中使用的标准反射板的结构示意图。

其中：1、标准反射板；2、彩色数字摄像机；3、计算机；4、光源；101、漫反射板；102、标准色带。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于图像分析的照明环境测量方法。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图对本发明所提供的基于图像分析的照明环境测量方法做进一步的描述。

如图1、2所示，一种基于图像分析的照明环境测量方法，是采用彩色成像设备对经过系统校准的，表面局部涂覆有标准色带102的标准反射板1进行成像，通过与彩色成像设备连接的计算机3及安装在计算机3内的系统分析处理平台对彩色成像设备所采集到的标准反射板1的图像信息进行处理分析，得到标准反射板1所处环境的照度、照度均匀度、色温、显色指数，具体包括如下步骤：

步骤1）、设置标准反射板1与彩色数字摄像机2，其中，标准反射板1为漫反射板101，且在漫反射板101的顶面表面局部涂覆有标准色带102，该标准色带102用于显色指数测量，颜色可包含红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各基准色，大小以成像清晰、便于系统计算分析即可，彩色数字摄像机2为镜头为固定光圈的彩色网络数字摄像机；使彩色数字摄像机2的镜头聚焦于标准反射板1，确保标准反射板1成像清晰，调整标准反射板1与彩色数字摄像机2之间的距离，及彩色数字摄像机2镜头中轴线与标准反射板1之间的夹角，将标准反射板1水平放置，彩色数字摄像机2在标准反射板1所在平面上的投影中心点至标准反射板1之间的距离以投射光从反射板反射后能在摄像机中的清晰成像为标准，彩色数字摄像机2镜头中轴线与标准反射板1之间的夹角不小于30°，以确保反射板成像面积；

通过传输系统连接彩色数字摄像机2与计算机3，使得彩色数字摄像机2接收到的图像信号能够通过传输系统传输到安装在计算机3上的系统分析处理平台，该系统分析处理平台包括照度分析模块、显示指数分析模块、色温分析模块、照度均匀度模块；另外，标准反射板1上设置有与系统分析处理平台连接的GPS定位模块或北斗卫星定位模块，相应的采用GPS或北斗卫星定位系统对标准反射板1进行定位，同时将标准反射板1的地理位置信息传输到系统分析处理平台；

步骤2）、将设置后的标准反射板1、彩色数字摄像机2放置到照度、显色指数、色温已知的标准环境中对彩色数字摄像机2进行系统校准；

其中，在已知基准亮度的灯光下，根据L=R*E，测试若干基准亮度时的照度，计算得到系统反射系数，公式中L为图像亮度、R 为反射系数、E为照度，反射系数校准点在需要的测量范围内选择若干典型亮度值下进行；

使用显色性为100%的光源4照射标准反射板1，进行显色指数校准；

使用3000K-7000K各级已知色温光源4照射标准反射板1，进行色温校准，色温校准在可测量色温范围内选择若干典型色温值灯光下进行，原则上，校准点越多，修正越准确，测量误差越小；

步骤3）、将校准后的标准反射板1及彩色数字摄像机2转移至待测场所，启动彩色数字摄像机2对待测场所进行图像测试，并将彩色数字摄像机2得到的图像信号传输至系统分析处理平台，经分析处理平台进行图像分析后得出待测现场的环境照度、色温、显色指数的信息；

步骤4）、连续测试多个待测点的照度信息后，通过系统分析处理平台将各测试点信息进行均匀度描述、显示。

测试图像也可以存储后在必要时再作分析处理，测试图像与分析结果亦可同时存储，以便追溯。

本发明所提供的基于图像分析的照明环境测量方法的有益效果，可以通过以下理论分析和实验验证进一步说明：

一．理论分析

该系统优于传统测量方式的几个方面：

1、可同时测量亮度（即照度）、色温、显色指数及均匀度。

2、通过改变或增加反射面的方向可同时测量多个不同面的照度。

3、实现快速的连续多点测量，以每秒25帧的电视制式传输，按每秒10米的测量速度，则测量间隔为0.4米，均匀度描述更加准确。

4、采用远程传输方式，可实现现场测试，远程分析。

5、在某些固定的场景，可实现远程实时监测。

二．实验验证

实验1，为了测试本发明所提供的基于图像分析的照明环境测量方法的性能，以10km双侧20m间隔敷设路灯，四车道路面测量为例，总灯数为1000计算，照度测量以5米测量间隔，色温与显色指数按单灯测量，分别通过人工测量以及本方法提供的测量方案分别测量亮度、色温、显色指数等相关参数，并将耗时对比如下：

上述实验验证的结果，充分说明了本发明的有效性。

以上所述仅为本发明的验证实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明技术思想下所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于图像分析的照明环境测量方法，其特征在于，是采用彩色成像设备对经过系统校准的、表面局部涂覆有标准色带的标准反射板进行成像，通过与彩色成像设备连接的计算机及安装在计算机内的系统分析处理平台对彩色成像设备所采集到的标准反射板的图像信息进行处理分析，得到标准反射板所处环境的照度、照度均匀度、色温和显色指数，其中所述彩色成像设备为彩色数字摄像机，具体包括如下步骤：

步骤1）、设置标准反射板与彩色数字摄像机，调整标准反射板与彩色数字摄像机之间的距离，及数字摄像机镜头中轴线与标准反射板之间的夹角，通过传输系统连接彩色数字摄像机与计算机，使得彩色数字摄像机接收到的图像信号能够通过传输系统传输到安装在计算机上的系统分析处理平台；

步骤2）、将设置后的标准反射板和彩色数字摄像机放置到照度、显色指数和色温已知的标准环境中对彩色数字摄像机进行系统校准；

其中，在已知基准亮度的灯光下，根据L=R*E，测试若干基准亮度时的照度，计算得到标准反射板与彩色数字摄像机所组成系统的反射系数，公式中L为图像亮度、R 为反射系数、E为照度；

使用显色性为100%的光源照射标准反射板，进行显色指数校准；

使用3000K-7000K中各级色温已知的固定色温光源照射标准反射板，进行色温校准；

步骤3）、将校准后的标准反射板及彩色数字摄像机转移至待测点，启动彩色数字摄像机对待测点进行图像测试，并将彩色数字摄像机得到的图像信号传输至系统分析处理平台，经分析处理平台进行图像分析后得出待测点的环境照度、色温和显色指数的信息；

步骤4）、连续测试多个待测点的照度信息后，通过系统分析处理平台将各测试点的照度信息进行均匀度描述和显示。

2.根据权利要求1所述的基于图像分析的照明环境测量方法，其特征在于：所述步骤1）中的标准反射板为漫反射板，且在漫反射板的顶面表面局部涂覆有标准色带，所述标准色带包括以下各基准色：红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色；所述标准反射板水平放置，彩色数字摄像机镜头中轴线与标准反射板之间的夹角为不小于30°。

3.根据权利要求1所述的基于图像分析的照明环境测量方法，其特征在于：所述步骤1）中的彩色数字摄像机是镜头为固定光圈的彩色网络数字摄像机，且彩色数字摄像机的镜头聚焦于标准反射板，确保标准反射板成像清晰。

4.根据权利要求1所述的基于图像分析的照明环境测量方法，其特征在于：所述步骤1）中的系统分析处理平台包括照度分析模块、显色指数分析模块、色温分析模块和照度均匀度模块。

5.根据权利要求1所述的基于图像分析的照明环境测量方法，其特征在于：所述步骤1）中标准反射板上设置有与系统分析处理平台连接的GPS定位模块或北斗卫星定位模块中的一种，采用GPS或北斗卫星定位模块进行定位，同时将标准反射板的地理位置信息传输到系统分析处理平台。