專利名稱：基于數碼相機的圖像亮度計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種圖像亮度計，特別是一種基于數碼相機的圖像亮度計。
背景技術：
通過利用照相進行光度學測量并不是一種新方法，早在二十世紀三十年代人們就 已經開展了關于通過照相進行光度學測試相關研究工作，這種測試方法通過攝影底片乳膠 層光密度或透射率推斷被測光的強度。由于它能夠在較短的時間內獲得非常豐富的信息， 從而使它在天文觀測等領域得到廣泛應用。在1941年Meyers. G. I通過這種方法開展了道 路亮度測試工作。然而由于這種測試方法需要通過專門的光密度計或特殊的光學儀器如反 射式干涉顯微鏡進行量化，且分辨率和精度都相對較低而導致未能得到進一步推廣。CCD (Charge coupled Device電荷耦合元件)是20世紀70年底發展起來的新 型半導體器件，是在1970年由貝爾實驗室的W. S. Boyle和G.E. Smith發明，并于次年發 表。由于它具有體積小、質量輕、靈敏度高、壽命長、低功耗、動態范圍大等優點，而在許多領 域得到廣泛的應用。通過利用CCD相機迅速的捕捉圖像，并將其轉化為數字化電子圖像， 并進行亮度、色度學測試進一步得到廣泛關注，近年來國內外開展了大量相關的研究其中 特別是宇宙觀測等領域中，包括哈勃望遠鏡在內的眾多天文望遠鏡都裝備了 CCD成像測量 系統，這一方面推動了 CCD技術的高速發展，另一方面也使得在天文學領域很多研究人員 很早的開展了利用相機進行觀測夜晚天空光污染等方面的研究，更由于專業領域對于CCD 研究的深入，因此其對于CCD噪聲等方面研究十分深入，都取得了十分好的觀測效果。然 而由于天文觀測往往關注的是圖片中的某些要素，而與天文觀測相比，建筑光環境的亮度 變化范圍更大，背景更為復雜，測試條件也更加多樣，因此如何在現場測試中獲得精確的測 試結果成為了研究的重要課題。雖然當前市場上也出現了一些商業化的圖像式亮度及，如 由Photoresearch公司研制開發的PR920，然而由于它的高昂的價格而很難得到廣泛應用， 因此當前很多研究人員都試圖使用市場上銷售的相機進行標定，從而用來測試環境亮度分 布。這方面研究得到了廣泛的關注和重視，國內的陳仲林教授、詹慶旋教授、顧冰先生都在 這個領域內作出諸多探索工作，而目前近年來主要的研究成果見下表
3研究人員研究單位研究成 果發表 日期研究內容Georg ZottiVi e η η a University of Technology2007. 10measuring light pollution with a calibrated high dynamic range all-sky image acquisition system:利用高動態范圍成像技術測試天空亮度，使用RAW文件格式，從而減少了 由于相機白平衡、Y轉化等過程帶來的誤差分析。Helke GabeleUniversity of Applied Sciences Cologne2006. 2The usage of digital cameras as luminance meters 按照 IS014524 關于光電轉化函數 (OECF)的測量要求,利用普通數碼相機進行亮度測量,其中特別是分析了如光圏、曝光時間、數 模轉化、噪聲、漸暈以及雜散光等在測量過程中影響測試精度要素。Pietro FiorentinUniversita degli Studi di Padova2005. 2Char act er i zat i on and calibration of a CCD detector for light engineering 應、雜散光、像素間的相應不均勻性、暗流噪聲、對焦不準等影響測量精度的因素進行了分析。Mehlika Inanici 等Lawrence Berkeley National Laboratory2004. 12Evaluation of High Dynamic Range Photography as a Luminance、analysis of visual comfort using high-dynamic range luminance images 多次曝光形成高云力態范圍圖像精度 分析、光譜對于測試精度分析、漸暈效應的影響分析以及提出了點擴散函數對于測試精度影響的 分析。沈天行天津大學2002數碼相機在光環境亮度和顏色測試中的應用通過測試以及數據分析,從而獲得某一光源照明 下的某相機的校正函數，并考慮了鏡頭的漸暈效應。上谷芳昭福山大學2001. 5Measurement of CIE Tristimulus Values XYZ by Color Video Images 通過測試以及數據 分析,從而獲得某一光源照明下的某相機的校正函數，并考慮了鏡頭的漸暈效應。這些研究中的一般方法都是通過在實驗室中進行大量繁雜的物理測試以及數據 分析，從而獲得某一光源照明下的某相機的校正函數。通過這些校正公式，將圖片中的RGB 數值被轉化為CIE三原色刺激值，當前這一方法已經得到了廣泛認可，這些研究成果也在 得到了一定的應用和推廣。在這些研究中雖然多進行了鏡頭像場不均勻性方面的校正，也 有研究提出了噪聲、光圈、數模轉化等因素對測試精度的影響，但仍有以下幾個方面的問題 仍需進一步解決，從而能夠使得該方法能夠真正滿足照明實踐的要求當前這些研究雖然也對測量誤差進行了初步的定量化分析，但是由于未全面考慮 噪聲、光圈、數模轉化等因素的影響，因此仍需開展深入工作，完善圖像亮度測量方法的誤 差分析方法。當前該研究多使用目前解碼技術成熟的jpeg圖像文件，這一方面使得圖像數據 經過了白平衡、Y轉化等諸多非線性轉化，既增加了不必要的誤差，同時大大降低了相機的 線性范圍(一般為90 1甚至更低)，從而使得CCD動態范圍大等優點不能得到充分發揮。基于數碼相機的圖像亮度測量方法利用的三原色理論，由于現實中三原色不能匹 配出自然界中所有的顏色，而此前的研究中均未確定該測量方法在顏色空間中的能夠精確 測量的范圍。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種基于數碼相機的圖像亮度計，要解決在降低產品成 本的同時提高測量精度、降低測量誤差和擴大亮度測量范圍的技術問題。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種基于數碼相機的圖像亮度 計，其特征在于由C⑶相機和亮度測量控制分析系統通過數據線連接而成；所述亮度測量 控制分析系統包括一個用于接收圖像數據的輸入/輸出模塊，輸入/輸出模塊的輸出接口 與CPU的輸入接口連接；CPU中包括用于圖像解碼的圖像解碼模塊、用于像場均勻性校正的 數據校正模塊；用于判斷所拍攝的擬測量場景圖片各被測點的RGB通道數值是否均處于精 確測量的區間內并將其轉化為亮度數值的亮度計算分析模塊；上述CPU的一個信號輸入輸
4出接口連接用于存儲操作系統、分析軟件、測試精度與噪聲變化曲線、測量圖片、測量結果 的存儲模塊；上述CPU的一個信號輸出接口與用于顯示分析結果的顯示模塊連接。與現有技術相比本實用新型具有以下特點和有益效果1、完成確定C⑶暗流 噪聲校正，對于測試精度影響的分析方法；由于完成確定CCD暗流噪聲校正，平場校正 (flat-field correction)等技術方法，合理研究鏡頭衍射對于測試結果的影響，從而進一 步提高測試技術，特別是在背景中明暗對比強烈的環境下的測試精度。2、完成對于鏡頭像場均勻性校正方法研究，克服了各單反數碼相機RAW格式圖片 文檔，沒有統一的存儲格式的缺點，解決了對于RAW格式文檔的讀取工作的技術問題；并解 決在背景中明暗對比強烈的環境下測試精度的問題。本方法基于佳能數碼相機CR2圖像文 件開發了圖像亮度測量方法，與傳統亮度測試方法相比，不僅能有效地提高亮度測試效率， 而且可操作性強。一次即可獲取視場內各部分的亮度數據；較原基于JPEG文件格式的測試 技術，提高了測試精度，擴大利用相機測試的線性范圍和在顏色空間中確定其測量范圍等 (具體指標見下表)。這些為光環境及全天空亮度測量提供了有力的技術支撐，對建筑光學 測試技術發展具有重要的技術價值。
權利要求一種基于數碼相機的圖像亮度計，其特征在于由CCD相機和亮度測量控制分析系統通過數據線連接而成；所述亮度測量控制分析系統包括一個用于接收圖像數據的輸入/輸出模塊，輸入/輸出模塊的輸出接口與CPU的輸入接口連接；CPU中包括用于圖像解碼的圖像解碼模塊、用于像場均勻性校正的數據校正模塊；用于判斷所拍攝的擬測量場景圖片各被測點的RGB通道數值是否均處于精確測量的區間內并將其轉化為亮度數值的亮度計算分析模塊；上述CPU的一個信號輸入輸出接口連接用于存儲操作系統、分析軟件、測試精度與噪聲變化曲線、測量圖片、測量結果的存儲模塊；上述CPU的一個信號輸出接口與用于顯示分析結果的顯示模塊連接。
專利摘要一種基于數碼相機的圖像亮度計，由CCD相機和亮度測量控制分析系統通過數據線連接而成；亮度測量控制分析系統的輸入/輸出模塊與CPU連接；CPU中包括圖像解碼模塊、用于像場均勻性校正的數據校正模塊和用于判斷所拍攝的擬測量場景圖片各被測點的RGB通道數值是否均處于精確測量的區間內并將其轉化為亮度數值的亮度計算分析模塊；CPU與用于存儲操作系統、分析軟件、測試精度與噪聲變化曲線、測量圖片、測量結果的存儲模塊連接；CPU還與顯示模塊連接。可提高亮度測試效率和在背景中明暗對比強烈的環境下的測試精度，具有一次獲取視場內各部分的亮度數據的優點，解決了對于RAW格式文檔的讀取，擴大了相機測試的線性范圍。
文檔編號G01J1/42GK201731940SQ20102027343
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月28日 優先權日2010年7月28日
發明者林若慈, 王書曉, 羅濤 申請人:中國建筑科學研究院