漫反射亮度系数的基准定值方法和装置与流程

本发明属于道路交通领域。

背景技术：

1、漫反射亮度系数：在漫射照明条件下，指定道路交通标线在给定方向、规定区域处的亮度与规定区域处的垂直照度之比，反映了道路交通标线在白天的反光性能，单位是毫坎德拉每平方米每勒克斯mcd/m2/lx。

2、逆反射亮度系数：逆反射是指反射光从接近入射光的反方向返回的反射，计算逆反射亮度系数时以观测方向的光亮度除以垂直照度。

3、道路交通标线具有渠化交通、诱导线形、保障道路交通安全等重要作用，标线的可视性直接影响机动车驾驶人行车安全。国内标准制定机构拟将漫反射亮度系数作为评价道路交通标线白天即昼间可视性的一个重要量化指标。漫反射亮度系数是指在漫射照明条件下，指定道路交通标线在给定方向、规定区域处的亮度与规定区域处的垂直照度之比。然而，目前对于漫反射亮度系数，只有基本定义，缺少有效的基准定值方法和基准定值装置，迟迟难以将漫反射亮度系数应用于道路交通标线的可视性评价，目前在国内相关研究和应用极少。

4、目前对漫反射亮度系数的基准定值缺少相应的技术。而针对同样评价道路交通标线夜间可视性的指标：逆反射亮度系数，则采用逆反射测量系统进行基准定值。逆反射亮度系数基准定值时，一般在一个大型暗室内进行，光路都是开放的，采用照度计测量逆反射体表面的法向照度，采用遥测光度计或亮度计测量逆反射体的亮度。

5、现在技术存在以下缺点：

6、1)逆反射亮度系数和漫反射亮度系数虽然都是评价道路交通标线可视性的指标，且单位的表示方法相同，但是逆反射亮度系数的概念和定义同漫反射亮度系数完全不同，无法使用逆反射测量系统进行基准定值。逆反射亮度系数和漫反射亮度系数之间不存在经典理论模型，无法进行数学推导、换算。

技术实现思路

1、本发明实现了漫反射亮度系数的基准定值，将漫反射亮度系数的概念用具体的方法和装置复现出来。方法和装置具有较好的复现性，能够用于传递漫反射亮度系数量值。方法和装置的漫反射亮度系数的基准定值精度达到0.01mcd/m2/lx。

2、本发明所述漫反射亮度系数的基准定值装置主要由漫射照度测量器、漫射照度测量探头和数据线、积分球、光纤、积分球光纤开孔、光纤开口挡板、漫射照度测量开孔、照度开口挡板、灯泡、漫射半球、漫射半球光纤微孔、光纤微孔匀光片、基座、支撑台、托板、右侧光陷、左侧光陷、反射光测量器、反射光孔、定位孔、反射光测量孔、反射光测量模块、定位光源、梯形镜头、计算模块、漫射照度数据线、反射光数据线等部分组成，硬件连接图如图1所示。

3、图1中，1为漫射照度测量器，101为漫射照度测量探头和数据线，2为积分球，201为光纤，202为积分球光纤开孔，203为光纤开口挡板，204为漫射照度测量开孔，205为照度开口挡板，206为灯泡，3为漫射半球，301为漫射半球光纤微孔，302为光纤微孔匀光片，4为基座，401为支撑台，402为托板，403为右侧光陷，404为左侧光陷，5为反射光测量器，501为反射光孔，502为定位孔，503为反射光测量孔，504为反射光测量模块，505为定位光源，506为梯形探头，6为计算模块，601为漫射照度数据线，602为反射光数据线。

4、基座里，长方形的托板平置于支撑台上。托板上涂满吸光涂料或贴满吸光绒布，使得其反射比低于1％。左侧光陷和右侧光陷分别在托板两侧，左侧光陷和右侧光陷用来吸收射入其中的光，以使得梯形探头不会被托板以外位置的杂散光干扰。漫射半球罩在托板、左侧光陷和右侧光陷上，左侧光陷左边接着漫射半球罩内壁、右边接着托板，右侧光陷右边接着漫射半球罩内壁、左边接着托板。左侧光陷和右侧光陷的边长和托板的短边一样长。

5、漫射半球的半径为r。漫射半球上，均匀分布着漫射半球光纤微孔。每1个漫射半球光纤微孔后面都放置了1个正方形的光纤微孔匀光片，光纤微孔匀光片的照度修正系数为pi。光纤微孔匀光片的照度修正系数为pi，计算方法是，使用一个积分球光源，连接同一根光纤，用照度计测量光纤出光孔处的照度，将光纤连接到不同的光纤微孔匀光片上，测量光纤微孔匀光片表面发光强度，计算得到pi为光纤微孔匀光片表面发光强度和光纤出光孔处的照度的比值。漫射半球光纤微孔和光纤的数量均为1.8πr2/s，s为光纤微孔匀光片的面积，漫射半球光纤微孔间的距离为漫射半球光纤微孔的孔径不大于光纤穿过漫射半球光纤微孔后接到光纤微孔匀光片中心，光纤的照度修正系数为zi。光纤的照度修正系数为zi，计算方法是，使用一个已知发光处发光强度的积分球光源，连接不同的光纤，用照度计测量光纤出光孔处的照度，计算得到zi为光纤出光孔处的照度和发光处发光强度的比值。漫射半球的右下方有1个反射光孔。反射光孔的轴线指向漫射半球的球心，反射光孔中心点和漫射半球球心连成的线同垂直穿过漫射半球球心的垂直轴线之间夹角为α，可参照逆反射亮度系数测量时的几何条件将α取87.71°。梯形探头穿过反射光孔固定在漫射半球上，梯形探头和反射光孔之间存有空隙作为观察口，梯形探头一端为探头光纤，另一端为梯形镜头，透过梯形镜头可以看到托板恰好充满了整个视野，此时梯形镜头上边和下边的延长面分别与托板的左短边和右短边相交，梯形镜头垂直纸面向内和垂直纸面向外的两斜边延长面分别与托板垂直纸面向内和垂直纸面向外的两长边相交。

6、为了实现不同光纤微孔匀光片上的亮度偏差小于1％，要求不同位置处光纤和光纤微孔匀光片的修正系数pi*zi的值偏差不小于1％，最便捷的选择是通过改变光纤的长度来实现，光纤的修正系数zi为光纤出光孔处的照度和发光处发光强度的比值，而光纤出光孔处的照度和光纤长度有关。也可以通过更换不同材料的光纤或光纤微孔匀光片。还可以通过更换不同组合的光纤和光纤微孔匀光片来实现。

7、反射光测量器上，左侧外壁有1个反射光测量孔，反射光测量孔后面是反射光测量模块。右侧外壁有1个定位孔，定位孔后面是定位光源。梯形探头一端的探头光纤既可安装到反射光测量孔上，还可以安装到定位孔上。

8、积分球内壁涂有漫反射涂料，积分球中，上面开了一个积分球光纤开孔，积分球光纤开孔里面安装了一个光纤开口挡板，侧面开了一个漫射照度测量开孔，漫射照度测量开孔里面安装了一个照度开口挡板，积分球中心安装了一个灯泡，这个灯泡可以为d65光源，也可以是a光源或其他光源。当灯泡不是d65光源时，漫射照度测量器和反射光测量器应是同一个光度计。漫射照度测量探头和数据线安装在漫射照度测量开孔处，连接到漫射照度测量器上。照度开口挡板和光纤开口挡板都涂有漫反射涂料。积分球内壁的漫反射涂料的反射率，和照度开口挡板和光纤开口挡板涂有的漫反射涂料的反射率相同。

9、漫射照度测量器通过漫射照度数据线将漫射照度数据传输到计算模块，反射光测量模块通过反射光数据线将反射光数据传输到计算模块，计算模块可以是计算机，也可以是单片机，也可以是fpga，也可以是其他具备数据计算的单元。漫射照度数据线和反射光数据线也可以是无线数据传输模块。

10、本发明所述所述漫反射亮度系数的基准定值装置主要由漫射照度测量器、漫射照度测量探头和数据线、积分球、光纤、积分球光纤开孔、光纤开口挡板、漫射照度测量开孔、照度开口挡板、灯泡、漫射半球、漫射半球光纤微孔、光纤微孔匀光片、基座、支撑台、托板、右侧光陷、左侧光陷、反射光测量器、反射光孔、定位孔、反射光测量孔、反射光测量模块、定位光源、梯形镜头、计算模块、漫射照度数据线、反射光数据线等部分组成。

11、总体技术方案实现过程如下：

12、(1)按硬件连接图连接好，断开光纤和积分球的连接，点亮积分球内的灯泡，按灯泡的说明书进行预热。

13、(2)如果是刚点亮灯泡，则需要进行自检，判断透过梯形镜头是否可以看到托板恰好充满了整个视野。

14、(3)自检第一步，将探头光纤安装到定位孔上。

15、(4)自检第二步，点亮定位光源，让光沿着探头光纤通过梯形镜头，射入漫射半球内。以梯形探头和反射光孔之间存在空隙作为观察口，观察射入漫射半球内的光是否直接照射在托板上，即光斑是否正好充满托板。

16、(5)自检第三步，如果托板没有被光斑完全充满，或者托板外光斑面积目测大于托板上光斑面积的10％，则应调整梯形镜头的焦距，使得光斑正好充满托板，或托板外光斑面积目测不大于托板上光斑面积的10％。

17、(6)完成自检后，关闭定位光源。

18、(7)将探头光纤安装到反射光测量孔上，将光纤连接到积分球上的积分球光纤开孔上。

19、(8)将试样放置在托板上，试样的面积一般和托板的面积相同，因此放置时试样要和托板重合。如果试样的面积小于托板，则试样的中心要和托板的中心重合，且试样的四条边和托板的四条边平行。

20、(9)启动测量。先启动漫射照度测量器，测量得到积分球内的光强i，计算得到漫射照度值e’＝i*pi*zi/r2，r为漫射半球的半径。再启动反射光测量模块，测量在观测角度为90°-α时被试样反射的光的亮度l。

21、(10)计算模块进行运算。根据漫射照度测量器传输的数据e’和反射光测量模块传输的数据l，计算漫反射亮度系数qd＝l/e’。

22、(11)qd即测量所需的结果，到此实现了漫反射亮度系数的基准定值。