专利名称：基于数码相机的图像亮度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种图像亮度计，特别是一种基于数码相机的图像亮度计。
背景技术：
通过利用照相进行光度学测量并不是一种新方法，早在二十世纪三十年代人们就 已经开展了关于通过照相进行光度学测试相关研究工作，这种测试方法通过摄影底片乳胶 层光密度或透射率推断被测光的强度。由于它能够在较短的时间内获得非常丰富的信息， 从而使它在天文观测等领域得到广泛应用。在1941年Meyers. G. I通过这种方法开展了道 路亮度测试工作。然而由于这种测试方法需要通过专门的光密度计或特殊的光学仪器如反 射式干涉显微镜进行量化，且分辨率和精度都相对较低而导致未能得到进一步推广。CCD (Charge coupled Device电荷耦合元件)是20世纪70年底发展起来的新 型半导体器件，是在1970年由贝尔实验室的W. S. Boyle和G.E. Smith发明，并于次年发 表。由于它具有体积小、质量轻、灵敏度高、寿命长、低功耗、动态范围大等优点，而在许多领 域得到广泛的应用。通过利用CCD相机迅速的捕捉图像，并将其转化为数字化电子图像， 并进行亮度、色度学测试进一步得到广泛关注，近年来国内外开展了大量相关的研究其中 特别是宇宙观测等领域中，包括哈勃望远镜在内的众多天文望远镜都装备了 CCD成像测量 系统，这一方面推动了 CCD技术的高速发展，另一方面也使得在天文学领域很多研究人员 很早的开展了利用相机进行观测夜晚天空光污染等方面的研究，更由于专业领域对于CCD 研究的深入，因此其对于CCD噪声等方面研究十分深入，都取得了十分好的观测效果。然 而由于天文观测往往关注的是图片中的某些要素，而与天文观测相比，建筑光环境的亮度 变化范围更大，背景更为复杂，测试条件也更加多样，因此如何在现场测试中获得精确的测 试结果成为了研究的重要课题。虽然当前市场上也出现了一些商业化的图像式亮度及，如 由Photoresearch公司研制开发的PR920，然而由于它的高昂的价格而很难得到广泛应用， 因此当前很多研究人员都试图使用市场上销售的相机进行标定，从而用来测试环境亮度分 布。这方面研究得到了广泛的关注和重视，国内的陈仲林教授、詹庆旋教授、顾冰先生都在 这个领域内作出诸多探索工作，而目前近年来主要的研究成果见下表
3研究人员研究单位研究成 果发表 日期研究内容Georg ZottiVi e η η a University of Technology2007. 10measuring light pollution with a calibrated high dynamic range all-sky image acquisition system:利用高动态范围成像技术测试天空亮度，使用RAW文件格式，从而减少了 由于相机白平衡、Y转化等过程带来的误差分析。Helke GabeleUniversity of Applied Sciences Cologne2006. 2The usage of digital cameras as luminance meters 按照 IS014524 关于光电转化函数 (OECF)的测量要求,利用普通数码相机进行亮度测量,其中特别是分析了如光圏、曝光时间、数 模转化、噪声、渐晕以及杂散光等在测量过程中影响测试精度要素。Pietro FiorentinUniversita degli Studi di Padova2005. 2Char act er i zat i on and calibration of a CCD detector for light engineering 应、杂散光、像素间的相应不均匀性、暗流噪声、对焦不准等影响测量精度的因素进行了分析。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态范围图像精度 分析、光谱对于测试精度分析、渐晕效应的影响分析以及提出了点扩散函数对于测试精度影响的 分析。沈天行天津大学2002数码相机在光环境亮度和颜色测试中的应用通过测试以及数据分析,从而获得某一光源照明 下的某相机的校正函数，并考虑了镜头的渐晕效应。上谷芳昭福山大学2001. 5Measurement of CIE Tristimulus Values XYZ by Color Video Images 通过测试以及数据 分析,从而获得某一光源照明下的某相机的校正函数，并考虑了镜头的渐晕效应。这些研究中的一般方法都是通过在实验室中进行大量繁杂的物理测试以及数据 分析，从而获得某一光源照明下的某相机的校正函数。通过这些校正公式，将图片中的RGB 数值被转化为CIE三原色刺激值，当前这一方法已经得到了广泛认可，这些研究成果也在 得到了一定的应用和推广。在这些研究中虽然多进行了镜头像场不均勻性方面的校正，也 有研究提出了噪声、光圈、数模转化等因素对测试精度的影响，但仍有以下几个方面的问题 仍需进一步解决，从而能够使得该方法能够真正满足照明实践的要求当前这些研究虽然也对测量误差进行了初步的定量化分析，但是由于未全面考虑 噪声、光圈、数模转化等因素的影响，因此仍需开展深入工作，完善图像亮度测量方法的误 差分析方法。当前该研究多使用目前解码技术成熟的jpeg图像文件，这一方面使得图像数据 经过了白平衡、Y转化等诸多非线性转化，既增加了不必要的误差，同时大大降低了相机的 线性范围(一般为90 1甚至更低)，从而使得CCD动态范围大等优点不能得到充分发挥。基于数码相机的图像亮度测量方法利用的三原色理论，由于现实中三原色不能匹 配出自然界中所有的颜色，而此前的研究中均未确定该测量方法在颜色空间中的能够精确 测量的范围。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于数码相机的图像亮度计，要解决在降低产品成 本的同时提高测量精度、降低测量误差和扩大亮度测量范围的技术问题。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种基于数码相机的图像亮度 计，其特征在于由C⑶相机和亮度测量控制分析系统通过数据线连接而成；所述亮度测量 控制分析系统包括一个用于接收图像数据的输入/输出�？椋淙�/输出�？榈氖涑鼋涌� 与CPU的输入接口连接；CPU中包括用于图像解码的图像解码�？�、用于像场均勻性校正的 数据校正�？椋挥糜谂卸纤纳愕哪獠饬砍【巴计鞅徊獾愕腞GB通道数值是否均处于精 确测量的区间内并将其转化为亮度数值的亮度计算分析�？椋簧鲜鯟PU的一个信号输入输
4出接口连接用于存储操作系统、分析软件、测试精度与噪声变化曲线、测量图片、测量结果 的存储�？椋簧鲜鯟PU的一个信号输出接口与用于显示分析结果的显示�？榱�。与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果1、完成确定C⑶暗流 噪声校正，对于测试精度影响的分析方法；由于完成确定CCD暗流噪声校正，平场校正 (flat-field correction)等技术方法，合理研究镜头衍射对于测试结果的影响，从而进一 步提高测试技术，特别是在背景中明暗对比强烈的环境下的测试精度。2、完成对于镜头像场均勻性校正方法研究，克服了各单反数码相机RAW格式图片 文档，没有统一的存储格式的缺点，解决了对于RAW格式文档的读取工作的技术问题；并解 决在背景中明暗对比强烈的环境下测试精度的问题。本方法基于佳能数码相机CR2图像文 件开发了图像亮度测量方法，与传统亮度测试方法相比，不仅能有效地提高亮度测试效率， 而且可操作性强。一次即可获取视场内各部分的亮度数据；较原基于JPEG文件格式的测试 技术，提高了测试精度，扩大利用相机测试的线性范围和在颜色空间中确定其测量范围等 (具体指标见下表)。这些为光环境及全天空亮度测量提供了有力的技术支撑，对建筑光学 测试技术发展具有重要的技术价值。
权利要求一种基于数码相机的图像亮度计，其特征在于由CCD相机和亮度测量控制分析系统通过数据线连接而成；所述亮度测量控制分析系统包括一个用于接收图像数据的输入/输出模块，输入/输出�？榈氖涑鼋涌谟隒PU的输入接口连接；CPU中包括用于图像解码的图像解码�？椤⒂糜谙癯【刃孕Ｕ氖菪Ｕ？椋挥糜谂卸纤纳愕哪獠饬砍【巴计鞅徊獾愕腞GB通道数值是否均处于精确测量的区间内并将其转化为亮度数值的亮度计算分析模块；上述CPU的一个信号输入输出接口连接用于存储操作系统、分析软件、测试精度与噪声变化曲线、测量图片、测量结果的存储�？椋簧鲜鯟PU的一个信号输出接口与用于显示分析结果的显示�？榱�。
专利摘要一种基于数码相机的图像亮度计，由CCD相机和亮度测量控制分析系统通过数据线连接而成；亮度测量控制分析系统的输入/输出模块与CPU连接；CPU中包括图像解码�？�、用于像场均匀性校正的数据校正�？楹陀糜谂卸纤纳愕哪獠饬砍【巴计鞅徊獾愕腞GB通道数值是否均处于精确测量的区间内并将其转化为亮度数值的亮度计算分析�？椋籆PU与用于存储操作系统、分析软件、测试精度与噪声变化曲线、测量图片、测量结果的存储�？榱樱籆PU还与显示模块连接。可提高亮度测试效率和在背景中明暗对比强烈的环境下的测试精度，具有一次获取视场内各部分的亮度数据的优点，解决了对于RAW格式文档的读�。┐罅讼嗷馐缘南咝苑段�。
文档编号G01J1/42GK201731940SQ20102027343
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者林若慈, 王书晓, 罗涛 申请人:中国建筑科学研究院
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