CN107677365B - 一种公路隧道照明亮度快速检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种公路隧道照明亮度快速检测装置及方法，包括汽车本体，汽车本体顶部前端设置有车载支架，车载支架上横向设置有三个线扫描视觉传感器，三个线扫描视觉传感器分别用于以线扫描成像方式采集隧道路面、左侧墙和右侧墙的灰度图像；汽车本体的前挡风玻璃上设置有面扫描视觉传感器，面扫描视觉传感器用于采集驾驶员行车视场图像；三个线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器分别与工控机相连接。在隧道行车过程中连续快速采集图像数据，进而准确测量路面亮度、侧墙亮度和驾驶员行车视场亮度，避免了隧道封闭或半封闭带来的交通阻塞和安全问题，降低了照明检测的时间成本和人力成本。
Description
技术领域
本发明涉及公路隧道照明亮度检测技术领域，具体涉及一种公路隧道照明亮度快速检测装置及方法。
背景技术
公路隧道属于公路运营的特殊路段，交通事故发生率及事故后果严重程度显著高于普通路段。由于隧道照明对隧道交通安全运行具有重要作用，因此越来越受到人们的重视。路面亮度作为隧道照明亮度检测的主要指标，检测方法一般分为照明测试算法和直接测试亮度法两类。
照明测试换算法是对各照明路断面的抽样区间划方格布点，人工逐点放置照度计测量照度，根据照度与亮度的经验换算系数，换算获得被测照明段的路面亮度。这种方法在技术层面上与行业需求的差距，主要表现在：
第一，隧道交通封闭或半封闭下进行长时间测量，社会和人力成本高，通行安全风险大；
第二，仅能得到抽样区间的检测结果，未能覆盖整个照明段以及整座隧道的照明情况；
第三，从照度换算到亮度，不同状况路面取统一的经验换算系数，造成实际误差较大。
直接测试亮度法一般是在距离路面1.5米高位置架设亮度计，人工逐点测量各照明段路面抽样区间内多个位置的亮度值，检测过程繁琐、数据离散性大，且需要封闭交通，实际检测中较少使用该方法。
叶荣南于2009年申请的授权公告号为CN 102103015B的一种LED道路照明现场动态测量方法，将车载道路照明现场测量系统作为测试设备，选择同一列两个灯具之间的路段作为测量区域，车载道路照明现场测量系统的车辆在距离测量区域第一路灯86米的位置开始测量路线，其中车载多通道高度检测系统以1.5米高度、与路面平行向下成1°交角测量前方路面亮度值，能够在不封闭交通前提下进行照明亮度检测。由于检测车行驶过程中亮度检测系统在竖直方向上必然存在轻微振动，亮度检测系统与路面平行向下的交角每偏差0.1°就会导致测点位置偏差几米，因此亮度测量的准确性难以保证。
复旦大学于2016年申请的申请号为201610136789.2的一种道路照明质量现场测量方法，涉及互相连接并安装于汽车内的照亮计、亮度计设备、计算机及快速成像设备，利用快速成像设备对道路前方进行连续成像，根据图像中标志物的大小判断汽车与标志物的距离从而实现汽车定位，并在指定的测量位置进行照度和亮度测量。北京工业大学于2014年申请的公告号为：CN 204630714U的一种隧道运行照明质量成套检测系统，以检测车辆为载体，通过各类照明质量检测仪器进行统一性检测，检测驾驶员在隧道不同照明光源下照明光源质量值，得到完整的隧道运行照明质量评价指标检测数据。
上述现有技术在提高路面亮度测点密度、减小检测数据离散性的同时，也存在以下局限：
第一，都采用面阵成像技术，前方距离检测车越远的路面在亮度图像中的宽度越小，即沿行车方向不同位置处的亮度测点密度差异较大；
第二，面阵成像方式下连续拍摄的图像间如何无缝拼接，以获得路面亮度沿行车方向的分布情况，是尚未解决的难题；
第三，隧道照明亮度检测的重要指标“隧道内侧墙亮度”未能检测；
第四，描述驾驶员在隧道内行车时对照明亮度的直观感受的重要指标是驾驶员行车视场亮度，未涉及驾驶员行车视场亮度的相关检测技术。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种公路隧道照明亮度快速检测装置及方法，能够准确测量路面亮度、侧墙亮度和驾驶员行车视场亮度。
本发明提供的一种公路隧道照明亮度快速检测装置，包括汽车本体，汽车本体顶部前端设置有车载支架，车载支架上横向设置有三个线扫描视觉传感器，三个线扫描视觉传感器分别用于以线扫描成像方式采集隧道路面、左侧墙和右侧墙的灰度图像；汽车本体的前挡风玻璃上设置有面扫描视觉传感器，面扫描视觉传感器用于采集驾驶员行车视场图像；三个线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器分别与工控机相连接。
进一步的，还包括距离传感器，距离传感器设置在汽车本体的顶部横向中心位置，用于采集汽车本体到侧墙的水平距离，距离传感器与工控机相连接。
进一步的，还包括车速传感器，车速传感器设置在汽车本体的车身下部，车速传感器用于采集汽车本体的行驶速度，车速传感器与工控机相连接。
进一步的，面扫描视觉传感器的光轴距离路面1.5米高且与路面平行。
一种公路隧道照明亮度快速检测方法，包括以下步骤：
S1、检测前对线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器分别建立图像灰度到实际亮度的映射函数；
S2、汽车本体驶入隧道前，利用工控机启动三个线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器进行数据采集，确定隧道路面、左侧墙和右侧墙灰度图像采集的有效时间；
S3、对有效时间内的路面灰度图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数以及车速传感器采集的数据，计算隧道内沿行车方向不同位置处的路面平均亮度，绘制路面亮度分布曲线；
S4、分别对有效时间内的左侧灰度图像、右侧灰度图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数以及车速传感器采集的数据，计算隧道内沿行车方向不同位置的侧墙平均亮度，绘制侧墙亮度分布曲线；
S5、对驾驶员行车视场图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数计算隧道内沿行车方向不同位置处圆锥视场内景物的平均亮度，绘制驾驶员行车视场亮度分布曲线。
进一步的，S2中，工控机同时启动距离传感器和车速传感器。
进一步的，S2中，数据采集过程中汽车本体沿车道或路面中线匀速行驶。
进一步的，在S3中，根据获取的路面平均亮度求解各照明段路面的平均亮度、亮度总均匀度和亮度纵向均匀度。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
1、本发明提供一种公路隧道照明亮度快速检测装置及方法，包括汽车本体，汽车本体顶部前端设置有车载支架，车载支架上横向设置有三个线扫描视觉传感器，三个线扫描视觉传感器分别用于以线扫描成像方式采集隧道路面、左侧墙和右侧墙的灰度图像；汽车本体的前挡风玻璃上设置有面扫描视觉传感器，面扫描视觉传感器用于采集驾驶员行车视场图像；三个线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器分别与工控机相连接。在隧道行车过程中连续快速采集图像数据，进而准确测量路面亮度、侧墙亮度和驾驶员行车视场亮度，避免了隧道封闭或半封闭带来的交通阻塞和安全问题，降低了照明检测的时间成不和人力成本。
2、本发明提供一种公路隧道照明亮度快速检测装置及方法，能通过计算出的路面亮度、侧墙亮度和驾驶员行车视场亮度指标，获得这些指标取值沿行车方向的分布曲线，有助于隧道运营单位获取整座隧道的照明情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一种公路隧道照明亮度快速检测装置的结构示意图。
图2为一种公路隧道照明亮度快速检测装置的控制原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
请参阅图1至图2，本实施例提供的一种公路隧道照明亮度快速检测装置，由三个高密度线扫描视觉传感器1、高密度面扫描视觉传感器2、车载支架3、距离传感器4、车速传感器5、工控机6、供电设备7和汽车本体8组成；汽车本体顶部前端设置有车载支架，车载支架上横向设置有三个高密度线扫描视觉传感器，三个高密度线扫描视觉传感器分别用于以线扫描成像方式采集隧道路面、左侧墙和右侧墙的灰度图像；高密度面扫描视觉传感器配备多款高清镜头使视场角能够在40°～120°范围内选取，安装在汽车本体的前挡风玻璃上，安装后光轴距离路面1.5米高且与路面平行，用于采集驾驶员行车视场图像；
距离传感器可选用带串口输出的激光测距传感器，安装在小型汽车的顶部横向中心位置，且测量光轴与隧道侧墙垂直，用于采集汽车本体到侧墙的水平距离；
车速传感器安装在汽车本体的车身下部，用于采集汽车本体行驶的速度和位置信息；
工控机和供电设备放置于汽车本体内，工业控制计算机采用通信线缆与一组高密度线扫描视觉传感器、一组高密度面扫描视觉传感器、距离传感器、车速传感器分别连接，且配备有液晶显示屏、鼠标和键盘等外设，用于现场数据的采集控制、实时存储和后期处理，供电设备选用大容量锂电池组逆变装置，为除汽车本体外的整套检测装置提供电能。
一种公路隧道照明亮度快速检测方法，包括以下步骤：
第一步，检测前对线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器分别建立图像灰度到实际亮度的映射函数；
第二步，在汽车本体驶入隧道前300米外，利用工控机同时启动三个高密度线扫描视觉传感器、高密度面扫描视觉传感器、距离传感器、车速传感器连续采集数据，对所获数据及有效时间进行实时存储，直至汽车本体驶出隧道后停止现场数据采集工作；现场数据采集时汽车本体保持匀速行驶；
第三步，对有效时间内的路面灰度图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数以及车速传感器采集的数据，计算隧道内沿行车方向不同位置处的路面平均亮度，绘制路面亮度分布曲线，并求解各照明段路面的平均亮度、亮度总均匀度和亮度纵向均匀度；
第四步，分别对有效时间内的左侧墙灰度图像、右侧墙灰度图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数以及车速传感器采集的数据，计算隧道内沿行车方向不同位置处距离路面2米高范围内的侧墙平均亮度，绘制侧墙亮度分布曲线；
第五步，对驾驶员行车视场图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数、隧道设计速度决定的圆锥视场顶角以及车速传感器采集的数据，计算隧道内沿行车方向不同位置处圆锥视场内景物的平均亮度，绘制驾驶员行车视场亮度分布曲线。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (4)
1.一种公路隧道照明亮度快速检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、检测前对线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器分别建立图像灰度到实际亮度的映射函数；
S2、汽车本体驶入隧道前，利用工控机启动三个线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器进行数据采集，确定隧道路面、左侧墙和右侧墙灰度图像采集的有效时间；
所述汽车本体顶部前端设置有车载支架，所述车载支架上横向设置有三个线扫描视觉传感器，所述三个线扫描视觉传感器分别用于以线扫描成像方式采集隧道路面、左侧墙和右侧墙的灰度图像；所述汽车本体的前挡风玻璃上设置有面扫描视觉传感器，所述面扫描视觉传感器用于采集驾驶员行车视场图像；所述三个线扫描视觉传感器和面扫描视觉传感器分别与工控机相连接；还包括距离传感器，所述距离传感器设置在汽车本体的顶部横向中心位置，用于采集汽车本体到侧墙的水平距离，所述距离传感器与工控机相连接；还包括车速传感器，所述车速传感器设置在汽车本体的车身下部，所述车速传感器用于采集汽车本体的行驶速度，所述车速传感器与工控机相连接；
S3、对有效时间内的路面灰度图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数以及车速传感器采集的数据，计算隧道内沿行车方向不同位置处的路面平均亮度，绘制路面亮度分布曲线；
S4、分别对有效时间内的左侧灰度图像、右侧灰度图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数以及车速传感器采集的数据，计算隧道内沿行车方向不同位置的侧墙平均亮度，绘制侧墙亮度分布曲线；
S5、对驾驶员行车视场图像，根据图像灰度到实际亮度的映射函数计算隧道内沿行车方向不同位置处圆锥视场内景物的平均亮度，绘制驾驶员行车视场亮度分布曲线。
2.根据权利要求1所述的一种公路隧道照明亮度快速检测方法，其特征在于：所述S2中，工控机同时启动距离传感器和车速传感器。
3.根据权利要求1所述的一种公路隧道照明亮度快速检测方法，其特征在于：所述S2中，数据采集过程中汽车本体沿车道或路面中线匀速行驶。
4.根据权利要求1所述的一种公路隧道照明亮度快速检测方法，其特征在于：在S3中，根据获取的路面平均亮度求解各照明段路面的平均亮度、亮度总均匀度和亮度纵向均匀度。
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