康品春，阮育嬌

0 引言

隨著成像檢測技術(shù)的發(fā)展，成像亮度計(jì)越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)場照明環(huán)境眩光的評價(jià)。目前國內(nèi)對于眩光評價(jià)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。由于現(xiàn)場照明環(huán)境具有較高的亮度差異，比如路燈亮度可達(dá)50kcd/m^2,而路面亮度大于在0.5-5cd/m^2的范圍內(nèi)。而受限于CCD數(shù)字精度的影響，目前單幅畫面（16位）的數(shù)字信號強(qiáng)度只有65536，而單反亮度計(jì)（14位）的數(shù)字信號強(qiáng)度只有16384。因此目前的眩光評價(jià)多采用高動態(tài)的測量方法[1]。通過采用不同的曝光時間拍攝多幅亮度畫面分別實(shí)現(xiàn)對光源和背景曝光，采用高動態(tài)算法完成整個照明場景的測量。對于F4光圈的單反眩光亮度計(jì)而言，1/640s的曝光時間可以測量10000cd/m^2的光源亮度。因此在實(shí)際測量中多采用1/640s-1/4000s范圍內(nèi)的曝光時間對光源進(jìn)行測量。

國內(nèi)電光源的閃爍周期一般為100Hz左右[2]。由于供電電壓的波動，光源的光輸出會呈現(xiàn)周期性的波動。因此當(dāng)單反眩光亮度計(jì)的曝光時間小于1/100的情況下。光源的閃爍將會對眩光評價(jià)的結(jié)果產(chǎn)生極大的影響，而光源閃爍對眩光評價(jià)的影響目前國內(nèi)還沒有相關(guān)的研究。本文將道路眩光評價(jià)為例研究光源閃爍對眩光評價(jià)的影響。

表1 常用電光源的頻閃深度列表

1 眩光的評價(jià)

眩光的評價(jià)可分為室內(nèi)眩光和室外眩光，室內(nèi)眩光的評價(jià)主要依據(jù)國標(biāo)GB50033[3]和GB0034[4]，室外道路照明檢測多依據(jù)GB5700-2008[5]和CJJ45-2015[6]。室外眩光以閾值增量TI眩光評價(jià)指標(biāo)，EN13201定義的閾值增量的計(jì)算公式如下[7]：

因此閾值增量的評價(jià)需要識別每個光源并給出每個光源的垂直面照度和空間角度，并且如果某個光源光幕亮度大于前面光源光幕亮度之和的2%時則計(jì)入總光源光幕亮度。

而路面亮度信息需要給出整個路面的平均亮度、縱向均勻性和整體均勻性。由于二維成像亮度計(jì)拍攝的矩形路面經(jīng)過鏡頭成像會顯示為梯形，因此對路面亮度分析時，需要將梯形路面做空間變換為矩形。

圖2

2 眩光測量方案和流程

本文采用的眩光亮度計(jì)為國內(nèi)科涅邇光電的Kernel-70D眩光亮度計(jì)。

儀器參數(shù)：光圈F4、ISO100、鏡頭焦距為17mm、調(diào)焦模式為手動調(diào)、圖像格式CR2原始圖像；

眩光檢測模式：高動態(tài)模式和閃爍光源檢測模式；

檢測路段：江蘇鹽城世紀(jì)大道路段；

路燈類型：高壓鈉燈；

測量高度：1.5m；

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：為了考察光源閃爍對眩光評價(jià)的結(jié)果的影響，我們對光源圖像采用的曝光時間分別為1/4000s，1/200s，1/50s和1//10s。每個曝光時間分別拍攝5次。針對路面的曝光時間為3.2s，中間曝光時間為1/5s。

圖3

3 結(jié)果與分析

因?yàn)槁访媪炼鹊膱D像采用的曝光時間為3.2s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出光源的閃爍周期，因此閃爍對路面亮度的影響微乎其微。

圖4

3.1 高動態(tài)模式眩光分析結(jié)果

圖5

表2 路面亮度的分析結(jié)果

五次測量的閾值增量的結(jié)果分別為2.5884、4.6623、4.7259、4.02和4，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7692。重復(fù)性為19.42%。

表3 分析第一個光源的平均亮度和閾值增量的變化

可以看到第一個光源的平均亮度存在著很大的變化，這是由于眩光測試時，1/4000s的曝光時間遠(yuǎn)小于鈉燈的閃爍周期。因此其測量結(jié)果存在很大的隨機(jī)性，當(dāng)測量時處于鈉燈閃爍周期的波谷時，光源的亮度較低，而當(dāng)眩光亮度計(jì)測量時處于鈉燈閃爍周期的波峰時，光源亮度較高。

從表3可以看到第一個光源在閾值增量的結(jié)果中所占比例最大，下面我們分析第一個光源在不同曝光時間下的面積、亮度和閾值增量的變化。

3.2 閃爍光源分析模式眩光分析結(jié)果

由于路燈亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于10000cd/m^2,因此在采用較短曝光時間的時候會產(chǎn)生光源過曝的現(xiàn)象，影響亮度測量結(jié)果。因此在考察短曝光時間下光源閃爍的影響時，需要采用閃爍光源測試模式，在短曝光的情況下降低進(jìn)入鏡頭的光通量。

下圖為光源曝光時間采用1/200s、1/50s和1/10s時五次測量的閾值增量的變化圖?？梢钥吹狡毓鈺r間在1/200s的情況下，閾值增量結(jié)果波動較大，而曝光時間在1/50s和1/10s則有明顯的改善。

圖6

分析不同曝光時間下測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差和重復(fù)性如下圖所示，當(dāng)光源的曝光時間小于燈具的閃爍周期時，測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，重復(fù)性較差，而當(dāng)曝光時間為1/50s（光源閃爍周期的2倍）和1/10s（光源閃爍周期的10倍）時，測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，測量結(jié)果的重復(fù)性分別達(dá)到0.8961%和0.6259%，而Kernel-70D眩光亮度計(jì)本身的亮度測量結(jié)果重復(fù)性為0.5%，因此當(dāng)曝光時間超過光源閃爍周期的10倍時，光源閃爍本身對測量結(jié)果的重復(fù)性的影響不再占主導(dǎo)地位。

4 結(jié)論

通過采用眩光亮度計(jì)分析道路鈉燈閃爍對眩光測量結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)目前針對光源亮度部分采用較低曝光時間的測量方法，雖然可以避免光源過曝對亮度測量結(jié)果帶來的誤差。但是由于光源閃爍的影響，眩光亮度計(jì)在測量光源時的曝光時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈉燈的閃爍周期，因此導(dǎo)致測量結(jié)果的重復(fù)性較差，無法滿足現(xiàn)場照明環(huán)境眩光評價(jià)的要求。本文我們分別分析了眩光亮度計(jì)在1/4000s、1/200s、1/50s和1/10s曝光時間下眩光結(jié)果。1/4000s的圖像采用了高動態(tài)的分析方法，雖然光源亮度沒有產(chǎn)生過曝的情況，但是由于鈉燈閃爍的影響，導(dǎo)致了測量結(jié)果的重復(fù)性較差。因此在1/200s、1/50s和1/10s曝光時間測試中采用了軟件中的閃爍光源測量模式避免了光源過曝的影響，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)隨著曝光時間的降低，眩光測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差和重復(fù)性越好。當(dāng)眩光亮度計(jì)的曝光時間超過光源的閃爍周期時，眩光測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差和重復(fù)性有明顯的降低。當(dāng)眩光亮度計(jì)的曝光時間達(dá)到光源閃爍周期的10倍左右時，光源閃爍對眩光測量結(jié)果的重復(fù)性幾乎沒有明顯的影響。

圖7

本文僅僅分析了道路鈉燈閃爍對眩光測量結(jié)果的影響，而LED路燈和室內(nèi)LED照明燈具的閃爍效應(yīng)更加復(fù)雜[8,9]，因此還需要進(jìn)一步對不同燈具的閃爍對不同眩光測量場景分析結(jié)果的影響。對進(jìn)一步完善眩光分析理論和推動眩光測量技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。

[1]Tobias Porsch, Measurement of the Unified Glare Rating (UGR) based on using ILMD,CIE International Conference,2015.

[2]林梅芬.電光源的頻閃問題[Z].福建省第十二屆水利水電青年學(xué)術(shù)交流會.2008.

[3]GB50033-2013,建筑采光照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

[4]GB50034-2013,建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

[5]GB5700-2008,照明測量方法.

[6]CJJ45-2015,城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

[7]EN13201-2015,Road Lighting.

[8]潘旭輝,牟同升.光源閃爍效應(yīng)及閃爍的測量方法[Z].中國照明學(xué)會學(xué)術(shù)年會.2005.

[9]余希湖,蔣涌潮.光源閃爍對視覺影響的研究[J].照明工程學(xué)報(bào).1996.2(22-26).