[发明专利]基于数码相机的图像亮度计及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像亮度计及其测量方法，特别是一种基于数码相机的图像亮度计及其测量方法。

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：

研究人员研究单位研究成果发表日期研究内容Georg ZottiVienna   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、γ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ISO14524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圈、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   FiorentinUniversità   degli Studi di Padova2005.2Characterization   and calibration of a CCD detector for light engineering：渐晕效应、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:多次曝光形成高动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。