CN116718267B - 一种移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法，包括以下步骤：步骤1.搭载采集装置的车辆行驶通过频闪补光灯下方,获取采样点的时间和照度；将所有相邻采样点连线得到采样波形；步骤2.选取采样波形中的峰值部分；步骤3.设置照度阈值，将采样点的照度逐一与照度阈值比较；步骤4.计算补光灯的闪烁频率，有效光照度和平均光照度。本发明相较于传统检测方法，检测效率高，只需要装有设备的车辆正常驶过频闪补光灯即可完成测量；照度值分布曲线完整且详尽；不用封路进行检测，不影响正常的交通运行。

Description

一种移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法。
背景技术
交通监控中需要利用频闪补光灯在车辆驶过下方时进行频闪补光操作，更清晰的采集车辆车牌、车内人员状态等信息，例如常见的违法抓拍摄像头需要设置补光灯，又例如ETC门架系统，其中ETC门架系统是在门架上安装可以识别车辆信息的装置，通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在ETC门架上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机互联网技术与银行后台进行结算。同时在ETC门架上装有摄像头、补光灯以及信号接收装置，摄像头可以获取车辆的相关信息。补光灯是ETC门架系统的一个重要组成部分，其用于对摄像头进行补光，以使得摄像头拍摄到清晰的车辆照片，补光灯在阴雨天、夜间等光线环境较差的环境中发挥着重要的作用，对于提高车牌识别率有着重要的意义。
此外，根据《交通技术监控成像补光装置通用技术条件》（GA/T 1202-2022），要求基准轴上的有效光照度小于等于200lx，平均光照度小于等于40lx，补光区域边缘的光照度应大于等于基准轴上光照度的50%，频闪方式补光装置的闪烁频率应大于等于75Hz。在车辆距补光灯由远及近的行驶过程中，当基准轴的光线照射到驾驶员时，对驾驶员的影响最大。因此需要关注补光灯基准轴处的有效光照度和平均光照度参数，若在基准轴处的光照度（有效光照度和平均光照度）满足规范要求，补光灯的补光区域的光照度也满足要求。同时，在闪烁频率低于50Hz时，人眼会明显感觉到补光灯的闪烁，所以还需要关注补光灯的闪烁频率。
当前高速公路ETC门架、市政道路系统中补光灯大部分采用频闪补光灯，而频闪补光灯的频率、照度等将对其补光效果造成重要的影响，为保证补光灯能够正常发挥作用，避免产生眩光，需要补光灯进行检测，检测的参数主要包括频闪频率、有效照度、平均照度等，当前传统的光照度测量方法是使用手持式照度计进行检测，存在以下缺陷：1、手持式照度计用于检测频闪型补光灯时，只能测得平均光照度，无法测量闪烁频率和有效光照度，检测指标不完整。2、对于运营通车路段，需要封路检测，检测效率低，检测成本高。3、夜间人工检测作业，测量效率低、耗时长、占用人力资源多，且极易发生交通安全事故，存在重大交通安全隐患。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明公开了一种移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法。
本发明所述移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法，包括以下步骤：
步骤1.搭载采集装置的车辆行驶通过频闪补光灯下方,补光灯正常工作频闪,采集装置采集补光灯的频闪信号，获取采样点的时间和照度,其中采集装置的采样频率为补光灯闪烁频率的10倍以上；
将所有相邻采样点连线得到采样波形；
采样时,实际获取的为照度和序列号,在车辆驶过的短时间内,可以视为匀速,序列号即标志了一系列相等时间间隔的采样点。
将所有相邻采样点连线得到采样波形；
步骤2.选取采样波形中的峰值部分，所述峰值部分应包括采样波形中照度最大点及前后附近区域的部分点；
步骤3.设置照度阈值ST，将采样点的照度逐一与照度阈值比较，并得到上升沿采样点集合R=（r0,r1…rm）和下降沿采样点集合D=（d0,d1…dm）； ri和di均为采样点的序列号,i=0,1…m； m为峰值部分上升沿和下降沿采样点的个数；
步骤4.计算补光灯的闪烁频率，有效光照度和平均光照度。
优选的，所述步骤1中采集装置包括与数据处理模块连接的光电传感器和余弦修正器，所述数据处理模块与上位机服务器连接。
优选的，所述闪烁频率F的计算具体为：T1为采样装置的采样周期，T为闪烁周期。
优选的，所述有效光照度Ieff,具体计算方法为:其中MAX表示最大值, Sj表示第j个采样点对应的照度,ri,di分别表示第i个上升沿采样点和下降沿采样点。
优选的，所述平均光照度Iavg,具体计算方法为:其中MAX表示最大值, Sj表示第j个采样点对应的照度, ri,di分别表示第i个上升沿采样点和下降沿采样点。
本发明相较于传统检测方法，本方法检测效率更高，检测一条车道对应的频闪补光灯时，只需要装有设备的车辆正常驶过补光灯即可完成测量；照度值分布曲线完整且详尽；不用封路进行检测，不影响正常的交通运行。 通过本方法检测的参数主要包括频闪频率、有效照度、平均照度等，采集频率≥2500Hz，采样间距小，光照度值分布曲线完整且详尽；更加节约人工，只需要一个人开车，一个人操作软件，且通过软件能够进行数据存储、数据波形查看、快速分析处理。
相对于传统的矩阵式测量方法不能找到补光灯的基准轴，本方法可直接得到补光灯基准轴处的光照度数据（即整个测试数据波形的峰值部分）。故在步骤2中选取采样波形中的峰值部分，所述峰值部分应包括采样波形中照度最大点及前后附近区域的部分点；步骤3的操作则是为了在补光灯基准轴中得到闪烁频率、有效光照度以及平均光照度参数。在车辆距补光灯由远及近的行驶过程中，当基准轴的光线照射到驾驶员时，对驾驶员的影响最大。故对于频闪补光灯，我们最关注的是补光灯基准轴处的有效光照度和平均光照度参数，即如果在基准轴处的光照度（有效光照度和平均光照度）满足规范要求，补光灯的补光区域中也满足要求。但采用传统的矩阵式测量方法不能找到频闪补光灯的基准轴，本方法相较于传统方法，可直接得到补光灯基准轴处的光照度数据（即整个测试数据波形的峰值部分）。
在相关标准中，对频闪补光灯的有效光照度以及平均光照度均有时域的公式，但在高频采样下得到的是一列离散的点，这一系列离散点组合则得到数据波形。采样波形为多个周期相等的方波组成，方波的峰值照度会先上升再下降，在该波形数据中，找到整个数据波形的峰值部分，需找到每一个独立的闪烁周期，才能得到每一个周期的平均光照度，需找到每一个独立周期的波峰部分，才能得到该周期内的有效光照度。本方法采用步骤三、四，设置阈值，找到每个周期内的上升沿和下降沿，进而可以计算出对应的光照度有效值和平均值。
附图说明
图1为本发明所述采集装置的一种具体实施方式示意图；
图2为本发明所述采样波形的一个具体实例；
图3为利用照度阈值进行上升沿采样点和下降沿采样点标记的一个具体实施方式示意图；图中A1至A5表示不同的采样点；图2和图3中横坐标为时间，纵坐标为照度。
实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地阐述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所述动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法，包括以下步骤:
步骤1.搭载采集装置的车辆行驶通过频闪补光灯下方,补光灯正常工作频闪,采集装置采集补光灯的频闪信号，获取采样点的时间和照度,其中采集装置的采样频率远大于补光灯闪烁频率；
所谓远大于是至少在10倍以上，一个典型设置为，对于闪烁频率100赫兹的补光灯，采样频率为2500赫兹；
将所有相邻采样点连线得到采样波形；
获得采样波形后，后续步骤2至5可以在车载设备上处理，也可以发送到上位机服务器进行处理。其中采集模块可设置在车顶，车内是数据处理模块和电脑，所有操作都在电脑上进行。三部分之间是通过通信线缆进行连接。
本发明采集装置的一个具体实施方式如图1所示，硬件部分包括采集模块和数据处理模块，采集模块包括与数据处理模块连接的光电传感器和余弦修正器，所述数据处理模块与上位机服务器连接，余弦修正器用于保证光电传感器采集到的光是均匀的。一个典型处理方式为：
电脑存储的上位机软件进行数据采集操作并进行处理。设备硬件部分包括一个采集模块和数据处理模块，数据处理模块的功能是：将采集模块采集到的数据进行转换加工、并接收来自上位机软件的指令和向上位机软件发数据。
上位机服务器预先利用标准光源标定照度和数值对应表，通过标定得到的数值信号与光照度转换关系换算到对应的照度值。每一个数据对应一个位置的光照度值，所有的数据组合成为该段测试的数据波形。为测得频闪灯的基准轴的照度，在数据波形中选取峰值部分作为基准轴处的数据。
步骤2.选取采样波形中的峰值部分，所述峰值部分应包括采样波形中照度最大点及前后附近区域（共10-15个频闪周期）的部分点；
采样波形为多个周期相等的方波组成，方波的峰值照度会先上升再下降，如图2所示给出上升段的一个示意图，所述峰值部分包括上升段和下降段以及照度最大点。
例如一个典型的峰值部分为： P1,P2…PG…Pn；共n个点，其中PG为照度最大点；
步骤3.设置照度阈值ST，将采样点的照度逐一与照度阈值比较，并得到上升沿采样点集合R=（r0,r1…rm）和下降沿采样点集合D=（d0,d1…dm）；
这里r0,r1…rm和 d0,d1…dm均为采样点的序列号，其中每一个采样点都包含时间信息和照度信息，而时间信息由采样点的序列号决定，对于连续排列的采样点，采样点序列号的差值表示了两个采样点之间的采样周期个数。
m为峰值部分上升沿和下降沿采样点的个数，实际表征了峰值部分内的完整方波数量；
照度阈值ST对连续两个采样点的照度进行比较，
如果前一个采样点照度小于照度阈值，而后一个采样点照度大于照度阈值，则标记前一个采样点为上升沿采样点；
如果前一个采样点照度大于照度阈值，而后一个采样点照度小于照度阈值，则标记前一个采样点为下降沿采样点；
照度阈值一般明显大于零但显著小于补光灯闪烁时的峰值照度，其如图3所示，采样点A1的照度小于照度阈值，相邻采样点A2的照度大于照度阈值，则A1标记为上升沿采样点；采样点A3的照度大于照度阈值，相邻采样点A4的照度大于照度阈值，则A3标记为下降沿采样点；
如果连续两个采样点照度均大于或小于照度阈值，则不标记。
通过这种方式，对于连续方波的照度采样，上升沿和下降沿采样点数量相等，且都等于方波的个数，一对上升沿采样点和下降沿采样点对应补光灯的一次闪烁,仅通过对照度数值的分析，即可以得出方波数量即闪烁次数，无需通过计数器计数识别,且在后续计算频率、有效光照度和平均光照度时，均能直接使用上升沿和下降沿采样点进行周期长度、峰值部分的定义。
而且每一个方波仅对应一个上升沿采样点和下降沿采样点，可利用相邻上升沿或下降沿采样点的时间差值，计算得到方波的时间周期长度。
步骤4.计算补光灯的闪烁频率，有效光照度和平均光照度。
步骤41.对峰值部分求取补光灯的闪烁频率F，具体为：其中，T1为采样周期，T为闪烁周期；
步骤42.对每个补光灯闪烁周期,计算照度,取其中的最大值,作为峰值部分的有效光照度Ieff,具体为:
其中MAX表示最大值, Sj表示第j个采样点对应的照度, ri,di分别表示第i个上升沿采样点和下降沿采样点；
di-ri表示该闪烁周期由上升沿和下降沿定义的峰值长度,如图3所示，采样点A1和A3之间的时间长度，实际表征了方波的峰值长度，通过求和积分的形式,得到每个补光灯闪烁周期内的照度。
步骤43.计算峰值部分的平均光照度Iavg,具体为其中乘号右边分母部分ri+1-ri实际表征了一个完整方波周期的长度，如图3所示，相邻两个上升沿采样点A1和A5之间的时间长度，实际表征了完整方波周期的长度，而 di-ri实际表征了一个完整方波周期中的方波峰值长度，二者的比例表现出方波中的峰值占比，乘号左边与步骤42类似，以积分形式表示了单个闪烁周期的有效光照度。
约去分子分母都存在的di-ri，最后可得平均光照度本发明所述照度测量方法，利用采样点的上升沿和下降沿判断，只需要采集照度数值和时间信息，可以直接计算得出闪烁频率、有效光照度、平均光照度等信息，传输存储数据量小，算法简单。
本发明在使用时，通过选择合适的采样频率和车辆行驶速度，可以在一定行驶路径即可得到补光灯闪烁频率。
例如采集模块的采样频率为≥2500Hz，在车辆行驶时速100km/h的情况下，本设备的采集间隔为11.11mm，即在路面上行驶，每当车辆行驶速度小于等于≤11.1mm，就能采集到一个照度值，来代表当前间距区域内的照度值。以此类推，车速为50km/h时，采样间距为5.55mm。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤1.搭载采集装置的车辆行驶通过频闪补光灯下方,所述频闪补光灯正常工作频闪,所述采集装置采集补光灯的频闪信号，获取采样点的时间和照度,其中采集装置的采样频率为补光灯闪烁频率的10倍以上；将所有相邻采样点连线得到采样波形图；
步骤2.选取所述采样波形图中的峰值部分，所述峰值部分包括采样波形图中照度最大点及前后附近区域的部分点；
步骤3.设置照度阈值ST，将采样点的照度逐一与照度阈值比较，并得到上升沿采样点集合R＝(r0,r1…rm)和下降沿采样点集合D＝(d0,d1…dm)；ri,di分别表示第i个上升沿采样点和下降沿采样点,i＝0,1…m；m为峰值部分上升沿和下降沿采样点的个数；
步骤4.计算补光灯的闪烁频率，有效光照度和平均光照度；
所述闪烁频率F的计算具体为：
F＝1/T.
T1为采样装置的采样周期，T为闪烁周期，ri为采样点的序列号,i＝0,1…m；m为峰值部分上升沿和下降沿采样点的个数；
所述有效光照度Ieff,具体计算方法为:
所述平均光照度Iavg,具体计算方法为:
其中MAX表示最大值,Sj表示第j个采样点对应的照度,ri,di分别表示第i个上升沿采样点和下降沿采样点。
2.如权利要求1所述移动式交通技术监控成像频闪补光灯照度测量方法，其特征在于，所述步骤1中采集装置包括与数据处理模块连接的光电传感器和余弦修正器，所述数据处理模块与上位机服务器连接。
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