本發(fā)明涉及亮度檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)及檢測方法。

背景技術(shù)：

洞外亮度是指在接近段起點處距地面1.5m正對洞口方向20°視場角實測得到的平均亮度。一般傳統(tǒng)亮度儀是瞄點式亮度儀，測量過程中待測目標的光束進入前端物鏡，經(jīng)過帶孔反射鏡和濾光片，照在光電探測器上，測量視場角由帶孔反射鏡上不同直徑的圓孔決定，可通過轉(zhuǎn)動帶孔反射鏡來選擇不同的孔徑，可見視場角的確定需要較高的測量經(jīng)驗和操作水平，測量的誤差較大；而且傳統(tǒng)亮度儀在工程安裝時方向性和角度不能很好控制，很難達到20°視場角的標準要求，通常檢測的亮度值不能真正代表洞外亮度值，存在不可預(yù)估的測量偏差；并且傳統(tǒng)洞外亮度測定方法主要采用查表計算法、黑度測試法和環(huán)境簡圖法，以上方法存在測量時間長、數(shù)據(jù)處理繁瑣和測量誤差大等缺點；另外傳統(tǒng)亮度儀不具備遠程監(jiān)控功能，故障排查必須親臨現(xiàn)場才能實施，升級更新必須返廠才能實現(xiàn)，不利于維護和升級更新；同時為了實現(xiàn)調(diào)光控制系統(tǒng)的閉環(huán)回路控制，傳統(tǒng)實現(xiàn)方法需要在隧道外安裝洞外亮度儀和隧道內(nèi)安裝照度儀來獲取洞內(nèi)外亮度，而傳統(tǒng)照度儀只能測量路面點的亮度，而點極易受路面平整度和單燈明亮狀態(tài)的影響，不僅導(dǎo)致所測的洞內(nèi)亮度值誤差較大，而且大大增加設(shè)備成本，施工成本，維護成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)及檢測方法，具體技術(shù)方案如下：

一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)包括開關(guān)電源、攝像機、上位機、標準亮度儀、嵌入式處理器；所述攝像機設(shè)置焦距、光圈、曝光時間可調(diào)的鏡頭，用于根據(jù)需要調(diào)節(jié)焦距、光圈和曝光時間；所述上位機用于實時顯示視頻畫面，根據(jù)視頻畫面調(diào)整安裝角度、選取符合20°視場角的圖像區(qū)域和發(fā)送攝像機的焦距調(diào)節(jié)指令；所述標準亮度儀是測量值的精準度得到國際認可的亮度測量設(shè)備；所述嵌入式處理器包括BT.1120接口、RS485接口、RJ45接口；所述開關(guān)電源與嵌入式處理器和攝像機相連；所述攝像機與嵌入式處理器相連；所述標準亮度儀與上位機相連；所述上位機與嵌入式處理器相連。

進一步，所述嵌入式處理器的RS485接口與485光端機相連；所述485光端機與調(diào)光控制系統(tǒng)相連；所述嵌入式處理器與網(wǎng)絡(luò)光端機相連；所述網(wǎng)絡(luò)光端機與視頻監(jiān)控平臺相連。

一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)的檢測方法包括以下步驟：

(1)攝像機將隧道洞口的視頻流傳輸至嵌入式處理器；

(2)嵌入式處理器將接收到的視頻流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機，根據(jù)上位機顯示的畫面調(diào)整安裝角度；

(3)上位機通過網(wǎng)絡(luò)將攝像機的焦距調(diào)節(jié)指令發(fā)送至嵌入式處理器，由嵌入式處理器控制攝像機調(diào)節(jié)焦距直至畫面大部分區(qū)域?qū)儆诙赐鉃橹梗涗洿藭r的焦距參數(shù)J1；

(4)上位機選取符合20°視場角要求的隧道洞外圖像區(qū)域R1，并將該區(qū)域的原點坐標與半徑數(shù)據(jù)回傳至嵌入式處理器；

(5)上位機通過網(wǎng)絡(luò)將攝像機的焦距調(diào)節(jié)指令發(fā)送至嵌入式處理器，由嵌入式處理器控制攝像機調(diào)節(jié)焦距直至畫面大部分區(qū)域?qū)儆诙磧?nèi)為止，記錄此時的焦距參數(shù)J2；

(6)上位機選取符合20°視場角要求的隧道洞內(nèi)圖像區(qū)域R2，并將該區(qū)域的位置坐標回傳至嵌入式處理器；

(7)使用標準亮度儀和上位機對攝像機的參數(shù)v、m進行標定，上位機根據(jù)公式D＝vlgH+m對lgH、D的數(shù)值進行線性擬合，其中D為所選圖像區(qū)域Y分量的平均亮度值，v為反差系數(shù)；m為截距，代表直線與y軸交點的縱坐標。

(8)嵌入式處理器根據(jù)公式其中，T為攝像機曝光時間，F(xiàn)為攝像機光圈，D為所選圖像區(qū)域Y分量的平均亮度值，v、m為步驟(7)參數(shù)標定的參數(shù)，則可實時計算出亮度值B。

(9)嵌入式處理器通過RS485接口將洞外亮度值實時傳輸至調(diào)光控制系統(tǒng)，并每隔10分鐘將焦距切換至J2狀態(tài)，計算此時洞內(nèi)亮度并通過RS485接口傳輸至調(diào)光控制系統(tǒng)，然后再將焦距切換至J1狀態(tài)對洞外亮度進行監(jiān)控；

(10)嵌入式處理器通過網(wǎng)絡(luò)光端機將視頻流傳輸至視頻監(jiān)控平臺，方便實現(xiàn)遠程監(jiān)控、維護、程序升級更新。

進一步，所述步驟(1)中的視頻流是YUV視頻流；所述YUV是一種圖像格式，由3個分量組成，其中Y是亮度分量，U、V為色差分量，亮度分量、色差分量都由8位二進制數(shù)表示，其取值范圍為00000000～11111111，即0～255。

進一步，所述步驟(7)包括以下步驟：

1)嵌入式處理器根據(jù)設(shè)定的閾值調(diào)節(jié)攝像機的曝光時間T和光圈F；

2)上位機接收并記錄標準亮度儀在不同時間段的亮度值B，同時嵌入式處理器計算所選圖像區(qū)域Y分量在不同時間段的平均亮度值D并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機保存；

3)上位機根據(jù)公式求取lgH數(shù)值并做好記錄，其中T為攝像機曝光時間，F(xiàn)為攝像機光圈，B為標準亮度儀測出的亮度值，T、F、B均為已知參數(shù)；

4)上位機根據(jù)公式D＝vlgH+m，其中，v為反差系數(shù)，lgH已由步驟(3)求取，D為所選圖像區(qū)域Y分量的平均亮度值，lgH、D均為一一對應(yīng)已知數(shù)值，則可以對lgH、D的數(shù)值進行線性擬合，根據(jù)擬合結(jié)果即可求出參數(shù)v和m，并通過網(wǎng)絡(luò)將參數(shù)v、m發(fā)送至嵌入式處理器。

進一步，所述步驟1)中設(shè)定的閾值為閾值T_H＝80％Y_max、T_L＝20％Y_max；其中Y分量的取值范圍為0～255。

本發(fā)明的有益效果為：

一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用可視化圖像的方式實現(xiàn)亮度檢測，可根據(jù)顯示畫面實時調(diào)整視場角，具備直觀、簡易、快捷、準確等優(yōu)點，確定的視場角能與標準高度吻合，測量結(jié)果能準確體現(xiàn)洞外亮度值，測量誤差?。?/p>

2、本發(fā)明采用線性擬合法實現(xiàn)亮度檢測，所述嵌入式處理器同時獲取圖像區(qū)域的Y分量的平均值D和標準亮度儀的洞外亮度值B，并根據(jù)公式D＝vlgH+m進行線性擬合，標定出參數(shù)v、m，整個過程均由嵌入式處理器自動控制，無需人工參與，具備速度快、效率高、數(shù)據(jù)處理簡單、誤差小等特點；

3、本發(fā)明將視頻流實時傳輸至視頻監(jiān)控平臺進行監(jiān)控，鏡頭角度變化、圖像質(zhì)量變化、設(shè)備運行狀態(tài)等信息都可一目了然，并且可通過網(wǎng)絡(luò)對嵌入式處理器的程序進行遠程升級更新，具備故障排查簡單快捷、便于維護和升級更新等特點；

4、本發(fā)明通過切換鏡頭的焦距來獲取洞內(nèi)圓形區(qū)域面的平均亮度代替?zhèn)鹘y(tǒng)照度儀點的亮度，大大提高洞內(nèi)亮度準確度，一套系統(tǒng)就可完成傳統(tǒng)亮度儀兩套系統(tǒng)的任務(wù)，具備降低設(shè)備成本、施工成本、維護成本，提高經(jīng)濟效益等特點；

5、本發(fā)明提供了一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)及檢測方法，使得洞內(nèi)外亮度在測量過程中能精準確定方向和視場角、測量時間短、數(shù)據(jù)處理簡單、測量精度高，具備遠程監(jiān)控功能，方便維護和升級更新，同時節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的隧道洞外圖像區(qū)域示意圖；

圖3是本發(fā)明的隧道洞內(nèi)圖像區(qū)域示意圖；

圖4是感光材料的特性曲線；

圖5是亮度回歸曲線。

具體實施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明：

如圖1所示，一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)包括開關(guān)電源、攝像機、上位機、標準亮度儀、嵌入式處理器；所述攝像機設(shè)置焦距、光圈、曝光時間可調(diào)的鏡頭，用于根據(jù)需要調(diào)節(jié)焦距、光圈和曝光時間；所述上位機用于實時顯示視頻畫面，根據(jù)視頻畫面調(diào)整安裝角度、選取符合20°視場角的圖像區(qū)域和發(fā)送攝像機的焦距調(diào)節(jié)指令；所述標準亮度儀是測量值的精準度得到國際認可的亮度測量設(shè)備；所述嵌入式處理器包括BT.1120接口、RS485接口、RJ45接口；所述開關(guān)電源與嵌入式處理器和攝像機相連；所述攝像機與嵌入式處理器相連；所述標準亮度儀與上位機相連；所述上位機與嵌入式處理器相連；所述嵌入式處理器的RS485接口與485光端機相連；所述485光端機與調(diào)光控制系統(tǒng)相連；所述嵌入式處理器與網(wǎng)絡(luò)光端機相連；所述網(wǎng)絡(luò)光端機與視頻監(jiān)控平臺相連。

進一步，開關(guān)電源與嵌入式處理器和攝像機相連，開關(guān)電源給攝像機提供電壓為12V的電源，給嵌入式處理器提供電壓為5V的電源。

進一步，嵌入式處理器包括兩個RJ45接口，上位機與嵌入式處理器通過其中一個RJ45接口相連，嵌入式處理器與網(wǎng)絡(luò)光端機相連通過另一個RJ45接口相連。

一種基于圖像的隧道洞內(nèi)外亮度檢測系統(tǒng)的檢測方法包括以下步驟：

(1)攝像機通過BT.1120接口將隧道洞口的YUV視頻流傳輸至嵌入式處理器；

(2)嵌入式處理器將接收到的視頻流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機，根據(jù)上位機顯示的畫面調(diào)整安裝角度；

(3)上位機通過網(wǎng)絡(luò)將攝像機的焦距調(diào)節(jié)指令發(fā)送至嵌入式處理器，由嵌入式處理器控制攝像機調(diào)節(jié)焦距直至畫面大部分區(qū)域?qū)儆诙赐鉃橹?，記錄此時的焦距參數(shù)J1；

(4)上位機選取符合20°視場角要求的隧道洞外圖像區(qū)域R1,如圖2所示，R1為包含隧道洞口、部分路面、部分植被的區(qū)域，并將該區(qū)域的原點坐標與半徑數(shù)據(jù)回傳至嵌入式處理器；

(5)上位機通過網(wǎng)絡(luò)將攝像機的焦距調(diào)節(jié)指令發(fā)送至嵌入式處理器，由嵌入式處理器控制攝像機調(diào)節(jié)焦距直至畫面大部分區(qū)域?qū)儆诙磧?nèi)為止，記錄此時的焦距參數(shù)J2；

(6)上位機選取符合20°視場角要求的隧道洞內(nèi)圖像區(qū)域R2,如圖3所示,R2為入口加強照明段路面區(qū)域，并將該區(qū)域的位置坐標回傳至嵌入式處理器；

(7)使用標準亮度儀和上位機對攝像機的參數(shù)v、m進行標定，上位機根據(jù)公式D＝vlgH+m對lgH、D的數(shù)值進行線性擬合，其中D為所選圖像區(qū)域Y分量的平均亮度值，v為反差系數(shù)；具體步驟如下：

1)嵌入式處理器根據(jù)設(shè)定的閾值調(diào)節(jié)攝像機的曝光時間T和光圈F；保證亮度值處于圖2的BC段內(nèi)；優(yōu)選地，由于Y分量的取值范圍為0～255，根據(jù)圖4可設(shè)上限閾值T_H＝80％Y_max、T_L＝20％Y_max；嵌入式處理器根據(jù)設(shè)定的閾值適當(dāng)調(diào)節(jié)曝光時間和光圈，即D＞T_H時，適當(dāng)減小曝光時間和減小光圈，當(dāng)D＜T_L時，適當(dāng)增大曝光時間和增大光圈，直至D值處于線性范圍內(nèi)；

2)上位機接收并記錄標準亮度儀在不同時間段的亮度值B，同時嵌入式處理器計算所選圖像區(qū)域Y分量在不同時間段的平均亮度值D并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機保存；

3)上位機根據(jù)公式求取lgH數(shù)值并做好記錄，其中T為攝像機曝光時間，F(xiàn)為攝像機光圈，B為標準亮度儀測出的亮度值，T、F、B均為已知參數(shù)；

4)上位機根據(jù)公式D＝vlgH+m，其中，v為反差系數(shù)(圖4BC段的斜率)，lgH已由步驟3)求取，D為所選圖像區(qū)域Y分量的平均亮度值，lgH、D均為一一對應(yīng)已知數(shù)值，則可以對lgH、D的數(shù)值進行線性擬合，根據(jù)擬合結(jié)果即可求出參數(shù)v和m，并通過網(wǎng)絡(luò)將參數(shù)v、m發(fā)送至嵌入式處理器；擬合結(jié)果如圖5所示；

(8)嵌入式處理器根據(jù)公式其中，T為攝像機曝光時間，F(xiàn)為攝像機光圈，D為所選圖像區(qū)域Y分量的平均亮度值(可實時獲取)，v、m為步驟(7)參數(shù)標定的參數(shù)，則可實時計算出亮度值B；

(9)嵌入式處理器通過RS485接口將洞外亮度值實時傳輸至調(diào)光控制系統(tǒng)，并每隔10分鐘將焦距切換至J2狀態(tài)，計算此時洞內(nèi)亮度并通過RS485接口傳輸至調(diào)光控制系統(tǒng)，然后再將焦距切換至J1狀態(tài)對洞外亮度進行監(jiān)控；

(10)嵌入式處理器通過網(wǎng)絡(luò)光端機將視頻流傳輸至視頻監(jiān)控平臺，方便實現(xiàn)遠程監(jiān)控、維護、程序升級更新。

本發(fā)明不局限于以上所述的具體實施方式，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。