一种利用3D深度测量的亮度分布测量系统及方法技术方案

本发明专利技术属于照明质量检测技术领域，公开了一种利用3D深度测量的亮度分布测量系统及方法，设置有：标定物、亮度分布测量装置、后台处理设备、云台、数据传输线；被测物上安装有标定块，测量装置通过数据传输线连接后台处理设备，测量装置上安装有云台。本发明专利技术采用3D深度测量单元获得被测物体的深度信息，利用面阵图像传感器成像设备获取亮度信息，通过软件处理对虚光效应加以修正，获得景物亮度分布，从而降低测量难度和成本；且较现有的成像式亮度分布测量方法相比，通过利用景物深度信息对虚光效应加以校正，极大的提高了测量准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种利用3D深度测量的亮度分布测量系统及方法
本专利技术属于照明质量检测
，尤其涉及一种利用3D深度测量的亮度分布测量系统及方法。
技术介绍
对于LED灯具配光曲线特性测试、显示屏色度亮度均匀性测试、天空亮度光环境测量、驾驶舱眩光检测、道路交通和体育场馆等大场景的照明质量检测等应用领域，都需要获得场景内的亮度分布。但传统的瞄点式亮度只能测得小面积发光区域的亮度均值，使用点式亮度测量获取亮度分布不仅费时费力、效率极低，而且测量误差偏大。亮度计焦平面曝光量H(相面照度E与曝光时间乘积)与物体亮度Ls之间满足如下公式：式中：A为镜头F数(镜头焦距/光圈直径)；E为焦平面照度(lx)；F为镜头焦距(m)；H为焦平面总曝光量(lx·s)；i为像距(m)；Ls为景物亮度(cd/m2)；t为曝光时间(s)；T为镜头透过率；u为物距(m)；υ为渐晕系数；θ为物体与透镜法线夹角；q＝νcos4(θ)；实际测量时物距u＞＞F，此外在亮度计中通常设计有孔径光阑，可通过调节光阑使光探测器对透镜的立体角保持一定，因此在可接受的误差范围内可近似认为(1-F/u)≈1。公式中：q＝νcos4θ，θ为被测面法向量与透镜光轴的夹角。当θ～0时可认为cos4θ≈1；但当被测物偏轴角度较大时，cos4θ不能被忽略，因此传统亮度计测量的是光轴附件的微小发光面的亮度平均值。这种“瞄点式”测量在低亮度场景中无法观察到目标，且对于面积微小而亮度均匀性很差的发光面测量的误差较大。由分析可知，面阵成像单元四周的相面照度按光轴中心偏轴角度的余弦四次方衰减，这一固有现象称之为“虚光效应”。为避免虚光效应和物距等对于测量的影响，传统光度计所测量的是微小发光面的亮度平均值，因此在进行道路照明、隧道照明、体育场馆等大视野范围内的亮度分布测量时，只能采取逐点测量的方式，不仅费时费力，而且误差较大。而且由于测量时间过长会使得容易在测量过程中光照环境发生变化，从而导致测试结果不准确。为解决大场景下的亮度分布测量效率问题，有研究利用(CCD/CMOS)面阵成像单元一次性得到视野中景物的亮度值，作为大视野下的成像式亮度测量设备(LuminanceMeasurementDevices，LMDs)。如CN201731940U公开了一种图像亮度计及其测量方法，利用事先标定的消费级数码相机获得环境亮度分布，简化了亮度测量工作量，降低了测量成本。但上述方法在设备标定过程中，作为标定物的标准白板(灰板)几何尺寸较小，此时成像后仍可认为cos4θ≈1；但成像亮度测量设备标定阶段得到被测物亮度Ls与由CCD成像单元对应的RGB值经色度空间转换得到的相面照度值E(或Y刺激值)的比值K，在实际大场景下的亮度分布测量时，偏离光轴角度较大的像素点所对应的被测面cos4θ不能被忽视。此外，未再发现有对上述不足进行改进的资料报道和实物相面面世。综上所述，现有技术存在的问题在于：瞄点式亮度计在测量亮度分布时需要逐点测量，效率低误差大；而现有的利用面阵成像单元进行大场景亮度测量技术，没有考虑虚光效应对于设备标定以及由此引起的测量误差的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于3D深度测量的亮度分布测量系统及方法，利用景物深度信息对亮度分布虚光效应加以修正的测量系统与方法，提升亮度分布测量精度、降低测量误差。本专利技术是这样实现的，一种利用3D深度测量的亮度分布测量系统，设置有：亮度测量单元，采用面阵图像传感器成像单元，用于根据景物图像像素点相面照度并根据事先标定的成像设备特性参数获取对应的与亮度值成比例的测量值，记为Y(i，j)，其中x，y为像素点位置坐标；3D深度测量单元，用于利用激光测距扫描或双目视觉成像获取景物3D深度信息U(i，j)以及成像亮度测量单元光轴对应的景物深度U0；数据处理与通信单元，用于根据测得的景物深度U(i，j)与计算亮度Y(i，j)计算得到经虚光效应校正后的亮度分布结果L(i，j)并将结果显示与后台终端设备；后台终端设备，用于通过数据传输线或wifi与测量设备连接；控制终端，包括设定测量区域ROI，用于设置测量参数以及显示和存储测量结果；标定物，用于发光亮度和配光曲线均为预设值的LED光源。在亮度分布测量系统中，所述处理单元评估测量场景的亮度动态范围，当亮度动态范围不高(<104)采用直接成像测量，如亮度动态范围较大(>104)或希望测量精度更高时，采用时间曝光序列后台合成高动态范围图像的方法进行测量。进一步，所述后台终端设备为智能手机、手持式设备或笔记本电脑。本专利技术的另一目的在于提供一种所述利用3D深度测量的亮度分布测量系统的利用3D深度测量的亮度分布测量方法，所述利用3D深度测量的亮度分布测量方法包括以下步骤：步骤一、布置测量设备并将后台终端设备与系统联机，根据测量任务的需要，在后台终端设备上选取感兴趣的测量区域ROI。步骤二、在感兴趣的亮度测量区域内安放4个以上的标定物；标定物的位置应考虑均布于ROI区域，并优先考虑外围位置。步骤三、亮度成像测量，从亮度测量单元导出经过校准的图像数据；处理单元提取测量区域ROI对应的图像计算测量数据Y(i，j)，其中i，j为图像像素点坐标值，Y值由读取的面阵传感器成像单元输出电平反算得到的未考虑虚光效应的计算亮度值。根据成像原理，在传感器单元动态范围内，其输出电平应与相面曝光量H成正比。在先不考虑虚光效应影响的前提下，由此可根据前述成像原理公式求得计算亮度值Y。步骤四、景物深度测量，并将3D深度测量单元测量数据中提取对应的测量区域ROI的景物深度U(i，j)以及成像亮度测量单元光轴对应的景物深度U0；根据景物深度测量数据获得ROI区域内，各图像像素点所对应景物测量位置的偏轴角度θ(i，j)，并计算对应的虚光效应校正系数cos4θ(i，j)。步骤五、从亮度图像测量数据与深度测量数据中提取标定物光源对应的亮度测量结果Yn，其中n为标定物编号；利用标定物的位置参数以及已知的发光亮度与配光曲线，计算其亮度理论值Ln。当不考虑其它因素引起的渐晕时，可将Ln与Yn数据序列视为线性相关，此时可利用最小二乘法计算亮度测量校准系数K；当考虑成像设备透镜组等其它因素引起的渐晕时，将Ln与Yn数据序列之比视为幂函数，而后根据相应的曲线拟合计算求得校准系数K。步骤六、计算亮度测量结果L(i，j)＝K*Y(i，j)/cos4θ(i，j)。步骤七、数据后处理。包括根据测量任务将测量区域进行梯形变换(透视关系转为几何线性关系)、生成梯形变换处理后的ROI测量区域亮度等高线，计算平均亮度Lav，亮度均匀度(Lmin/Lav)，保存亮度校准系数值、保存并分享测量结果等功能。本专利技术的优点及积极效果为：传统的瞄点式亮度计在测量大场景的亮度分布时只能逐点测量，费时费力。而现有的成像亮度分布测量技术未考虑实测时的虚光效应校正。在成像角度不大、虚光效应不明显的小尺度范围下获得的标定系数，直接在大场景尺度下进行亮度测量时，由于成像角度远大于实验室标定条件，忽略景物偏轴角度所导致的虚光效应会导致很大的误差。采用本专利技术的对亮度分布进行测量，可快速获得大视野场景的亮度分布，降低了测量难度和成本；且较现有的成像式亮度分布测量方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用3D深度测量的亮度分布测量方法，其特征在于，所述利用3D深度测量的亮度分布测量方法导出经过校准的图像数据；提取测量区域对应的图像计算测量数据；测量数据提取对应的测量区域的景物深度以及成像亮度测量单元光轴对应的景物深度，计算对应的虚光效应校正系数；从亮度图像测量数据与深度测量数据中提取标定物光源对应的亮度测量结果，根据相应的曲线拟合计算求得校准系数。

【技术特征摘要】
1.一种利用3D深度测量的亮度分布测量方法，其特征在于，所述利用3D深度测量的亮度分布测量方法导出经过校准的图像数据；提取测量区域对应的图像计算测量数据；测量数据提取对应的测量区域的景物深度以及成像亮度测量单元光轴对应的景物深度，计算对应的虚光效应校正系数；从亮度图像测量数据与深度测量数据中提取标定物光源对应的亮度测量结果，根据相应的曲线拟合计算求得校准系数。2.如权利要求1所述的利用3D深度测量的亮度分布测量方法，其特征在于，所述利用3D深度测量的亮度分布测量方法包括以下步骤：步骤一、布置测量设备并将后台终端设备与系统联机，根据测量任务的需要，在后台终端设备上选取感兴趣的测量区域ROI；步骤二、在感兴趣的亮度测量区域内安放4个以上的标定物；标定物的位置应考虑均布于ROI区域，并优先考虑外围位置；步骤三、亮度成像测量，从亮度测量单元导出经过校准的图像数据；处理单元提取测量区域ROI对应的图像计算测量数据Y(i，j)，其中i，j为图像像素点坐标值，Y值是由读取的面阵传感器成像单元输出电平反算得到的未考虑虚光效应的计算亮度值；根据成像原理，在成像传感器单元动态范围内，其输出电平应与相面曝光量H成正比；步骤四、景物深度测量，并将3D深度测量单元测量数据中提取对应的测量区域ROI的景物深度U(i，j)以及成像亮度测量单元光轴对应的景物深度U0；根据景物深度测量数据获得ROI区域内，各图像像素点所对应景物测量位置的偏轴角度θ(i，j)，并计算对应的虚光效应校正系数cos4θ(i，j)；步骤五、从亮度图像测量数据与深度测量数据中提取标定物光源对应的亮度测量结果Yn，其中n为标定物编号；利用标定物的位置参数以及已知的发光亮度与配光曲线，计算其亮度理论值Ln；当不考虑其它因...

【专利技术属性】
技术研发人员：易斌，甄江龙，袁韬，杨静，叶盛，毛龙波，米红菊，王海龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军后勤工程学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50