CN101813518A - 一种中间视觉光度值的测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中间视觉光度值的测量方法及其装置。在本发明的测量方法中，用光谱仪和明视觉光度探头分别测量被测光的相对光谱功率分布和明视觉光度量，通过二者计算出被测光的绝对光谱功率分布，并进而根据中间视觉模型，计算出被测光的中间视觉光度值。该方法能够适用于任一中间视觉计算模型，具有较高的测量精度。本发明的中间视觉光度计将光谱仪和明视觉光度探头相结合成为一台测量设备，使得中间视觉的测量操作方便，且适用于任何光源的测量。

Description

一种中间视觉光度值的测量方法及其装置

【技术领域】

本发明属于光辐射测量领域，具体涉及一种中间视觉光度值的测量方法及其测量装置。

【背景技术】

当人眼光刺激的亮度在约3cd/m²以上时，主要由人眼锥体细胞获得的视觉称明视觉或锥体细胞视觉，CIE规定的明视觉光视效率函数V(λ)是目前光度学计算、测量和照明设计的基础和依据。光刺激的亮度约在0.001cd/m²以下，即在暗适应情况下主要由杆体细胞获得的视觉称暗视觉或杆体细胞视觉，CIE也于1951年规定了暗视觉光视效率函数V′(λ)，暗视觉光视效率函数曲线相对于明视觉光视效率函数曲线向短波方向移动。当照明亮度在明视觉和暗视觉之间时，即亮度在0.001cd/m²～3cd/m²之间时，比如夜间道路照明和交通照明等，属于中间视觉状态，在这种状态下人眼的锥体细胞和杆体细胞同时活动并相互作用。中间视觉的光视效率函数V_m(λ)与具体照明水平相关，在夜间照明等中间视觉条件下，光视效率函数相对于明视觉光视效率函数的偏移，如均使用明视觉光度学标准，则会在光度测量计算以及照明设计中产生不恰当的甚至是错误的结果。

【发明内容】

为了克服现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种使用方便且测量精度较高的测量中间视觉光度量的方法。

本发明的另一个目的是旨在提供一种精度较高的中间视觉光度量测量装置。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种中间视觉光度值的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)用光谱仪测量被测光的相对光谱功率分布P_t(λ)，用光谱灵敏度与CIE规定的明视觉光视效率函数V(λ)相匹配的明视觉光度探头测量被测光的明视觉光度量G；

(2)由明视觉光度量G和被测光的相对光谱功率分布P_t(λ)，计算被测光的绝对光谱功率分布P(λ)：

$P\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{G\·P_t\left(\mathrm{\λ}\right)}{683\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(1\right)$

(3)根据被测光的绝对光谱功率分布P(λ)，由中间视觉光度学模型计算中间视觉光度量。

在本发明中，利用对被测光的明视觉光度量和相对光谱的测量和计算，得到被测光的绝对光谱功率，通过该量值，能够保证在使用任意模型的条件下准确得到中间视觉光度量值。本发明的中间视觉光度值的测量方法适用于任意光源。

与本发明所述方法类似的还可以使用光谱灵敏度与暗视觉光度探头测量被测光的暗视觉光度值，通过同样方法计算出中间视觉光度值，但与明视觉光度探头相比，市场上的暗视觉的光度探头很少，技术相对不成熟，因此该方法虽然可行，但实际应用存在困难。

本发明还可以作进一步的改进和完善：

由光谱仪测得的P_t(λ)，明视觉光视效率函数V(λ)以及所述明视觉光度探头的相对光谱灵敏度S_rel(λ)，计算光谱修正系数K，并用来修正明视觉光度量G得到更为精确的明视觉光度量G_c，光谱解析修系数K可按下式进行：

$K=\frac{\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_s\left(\mathrm{\λ}\right)s_{\mathrm{rel}}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)s_{\mathrm{rel}}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_s\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(2\right)$

式中P_t(λ)为所述光谱分析***测得的被测光的相对光谱功率分布，S_rel(λ)，s′_rel(λ)分别为所述明视觉光度探头和暗视觉光度探头的相对光谱灵敏度，P_s(λ)为用于定标所述光度探头的标准光源的已知光谱功率分布，V(λ)为CIE推荐的明视觉光视效率函数。

用修正后的明视觉光度量G_c替代式(1)中的G，计算被测光的绝对光谱功率分布，以得到更高的绝对值精度，计算公式如下：

$P\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{G_c{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)}{683\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(3\right)$

式中P_t(λ)为所述光谱分析***测得的被测光的相对光谱功率分布。

上述方案中，中间视觉光度学模型为CIE规定的模型或者X摸型或者MOVE模型或者其他已知的中间视觉光度学模型。目前研究中间视觉光度学比较可靠的方法是视觉功能法，人们根据视觉功能法得到了中间视觉光视效率函数的各种不同的模型，例如X模型，MOVE模型等：

1).X模型

V_m(λ)＝XV(λ)+(1-X)V′(λ)   (5)

其中V_m(λ)表示中间视觉光谱视效函数。

$X=\frac{1}{0.599}{L}_m-\frac{0.001}{0.599}---\left(6\right)$

当明视觉亮度为0.001尼特以下时X＝0；明视觉亮度为0.6尼特以上时，X＝1。L_m为中间视觉亮度。由式(5)(6)并测得明视觉和暗视觉亮度L_p，L_s可以求得任意中间视觉照明条件下的V_m(λ)。

2).MOVE模型

M(x)V_m(λ)＝xV(λ)+(1-x)V′(λ)

$\frac{L_m}{K_{\mathrm{mm}}}=x\frac{L_p}{683}+(1-x)\frac{L_s}{1700}$

其中

x＝1.49+0.2821gI_m

$I_m=\frac{L_m\left(x\right)}{K_{\mathrm{mm}}\left(x\right)}=\frac{V_m({\mathrm{\λ}}_0,x)}{683}{L}_m\left(x\right)---\left(8\right)$

其中λ₀＝555nm，任意位置满足K_mm(x)V_m(λ₀，x)＝683。测得明视觉和暗视觉亮度L_p，L_s，由式(7)(8)可以求得任意中间视觉照明条件下的V_m(λ)。

其中λ₀＝555nm，λ′(λ₀)＝683/1700。

根据中间视觉光度学模型计算出中间视觉的光视效率函数Vm(λ)，将被测光的绝对光谱功率P(λ)分别与Vm(λ)加权积分求得被测光的中间视觉光度值。

或者，由被测光的绝对光谱功率P(λ)与CIE规定的暗视觉光视效率函数V’(λ)计算出被测光的暗视觉光度值，根据中间视觉光度学模型由明视觉光度值和暗视觉光度值计算出被测光的中间视觉光度值。

本发明还提供了一种测量中间视觉光度值的装置，即一种中间视觉光度计，包括一个用于测量光谱功率分布的光谱仪和一个光谱灵敏度与CIE规定的明视觉光视效率函数V(λ)相匹配的明视觉光度探头，所述光谱仪和明视觉光度探头与同一个微电子处理单元电连接。通过微电子处理单元与电脑电连接，有电脑软件直接计算出中间视觉光度量。

上述的光谱仪是由单色仪和光电探测器组成的机械扫描式光谱仪或者所述的光谱仪是由阵列探测器作为光电转换器件的快速光谱仪。

综上所述，本发明的中间视觉光度值的测量方法，能够使用任一中间视觉计算模型，方便、准确地测量出被测光的中间视觉光度值，适用于任何光源的测量。本发明的中间视觉光度计，结合了光谱仪和明视觉探头，操作方便，适用性强。

【附图说明】

附图1是CIE相对光谱光视效率曲线V(λ)(明视觉)和V′(λ)(暗视觉)。

附图2是本发明的中间视觉光度计结构示意图。

【具体实施方式】

如图2所示的本发明的中间视觉光度计，光谱仪1和明视觉光度探头2与同一个微电子处理单元3电连接，并连接到电脑。光谱仪是具有阵列探测器1-1的快速光谱仪，明视觉光度探头的光谱灵敏度拟合CIE规定的明视觉光视效率函数V(λ)。在电脑中存储已知的明视觉和暗视觉光谱视效函数V(λ)、V’(λ)、明视觉光度探头的相对光谱灵敏度S_rel(λ)、定标明视觉光度探头的标准灯的相对光谱功率P_S(λ)以及相对应的中间视觉光度计算程序。光谱仪的光信号采集装置1-2和光度探头同时测量被测光，得到被测光的相对光谱灵敏度P_t(λ)和明视觉光度量G。根据下式计算光谱修正系数，

$K=\frac{\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_s\left(\mathrm{\λ}\right)s_{\mathrm{rel}}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)s_{\mathrm{rel}}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_s\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

将K乘以G得到具有更高精度的明视觉光度值G_C。利用G_C和被测光的相对光谱，计算出被测光的绝对光谱功率，

$P\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{G_c{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)}{683\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(3\right)$

利用绝对光谱功率，根据CIE文件规定的中间视觉光度计算模型，计算出被测光的中间视觉光度值。

Claims (6)

1.一种中间视觉光度值的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)用光谱仪测量被测光的相对光谱功率分布P_t(λ)，用光谱灵敏度与CIE规定的明视觉光视效率函数V(λ)相匹配的明视觉光度探头测量被测光的明视觉光度量G；

(2)由明视觉光度量G和被测光的相对光谱功率分布P_t(λ)，计算被测光的绝对光谱功率分布P(λ)：

$P\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{G{\·P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)}{683\underset{360}{\overset{830}{\∫}}{P}_t\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}};$

(3)根据被测光的绝对光谱功率分布P(λ)，由中间视觉光度学模型计算中间视觉光度量。

2.根据权利要求1所述的中间视觉光度值的测量方法，其特征在于由光谱仪测得的相对光谱功率分布P_t(λ)，明视觉光视效率函数V(λ)以及明视觉光度探头的相对光谱灵敏度S_rel(λ)，计算光谱修正系数K，并用来修正明视觉光度量G得到更为精确的明视觉光度量Gc，用修正后的明视觉光度量Gc计算被测光的绝对光谱功率分布。

3.根据权利要求1或2所述的中间视觉光度值的测量方法，其特征在于根据中间视觉光度学模型计算出中间视觉的光视效率函数Vm(λ)，将被测光的绝对光谱功率P(λ)分别与Vm(λ)加权积分求得被测光的中间视觉光度值。

4.根据权利要求1或2或3所述的中间视觉光度值的测量方法，其特征在于根据被测光的绝对光谱功率P(λ)与CIE规定的暗视觉光视效率函数V’(λ)计算出被测光的暗视觉光度值，根据中间视觉光度学模型由明视觉光度值和暗视觉光度值计算出被测光的中间视觉光度值。

5.一种测量中间视觉光度值的装置，其特征在于包括一个用于测量光谱功率分布的光谱仪(1)和一个光谱灵敏度与CIE规定的明视觉光视效率函数V(λ)相匹配的明视觉光度探头(2)，所述光谱仪(1)和明视觉光度探头(2)与同一个微电子处理单元(3)电连接。

6.根据权利要求5所述的中间视觉光度计，其特征在于所述的光谱仪(1)是由阵列探测器(1-1)作为光电转换器件的快速光谱仪或者所述的光谱仪(1)是由单色仪和光电探测器组成的机械扫描式光谱仪。

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