CN112146752B - 用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，包括初始位置定位单元，光源接收单元，光强分布控制单元，以及监测单元；开启初始位置定位单元，用于完成光强分布控制单元在光源接收单元上测量零点的确定和采集；启动光强分布控制单元，将光强分布控制单元移动到光源接收单元的待测点位置，采集信号灯在待检测点位置的相应光强数据；在采集光强数据过程中，监测单元采集信号灯的稳定性数据，并对光强分布数据进行修正。本发明信号灯不动，探测器运转，消除了信号灯旋转燃点姿态改变，旋转轴空间不重合，灯丝形变，测量过程中光源不稳定性，以及放置光源的转台引起的角度误差等问题产生的测量误差。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，属于信号灯光强分布测量技术领域。
背景技术
作为城市交通指挥棒的红绿灯，在维护交通秩序、保障交通安全等方面发挥着越来越重要的作用。交通信号灯：按照用途交通信号灯可分为机动车、非机动车和行人过街信号灯3种类型。机动车与非机动车信号灯通常有红、绿、黄三种颜色；行人过街信号灯通常有红、绿两种颜色。
GB 14887-2011《道路交通信号灯》对交通信号灯的发光强度进行了规定：发光强度测量距离为10m。采用LED勾勒图案的非机动车信号灯，左转非机动车信号灯和人行横道信号灯，其发光单元基准轴的发光强度应不小于150cd且不大于400cd，其他方向上的发光强度应不低于表中规定：
传统的测量道路交通信号灯光强分布特性，主要是采用固定探测器法，将一只探测器固定在中心零点位置，道路交通信号灯安装在转台上，通过旋转转台改变信号灯的角度，照射到位于中心位置的探测器，从而近似得到不同角度分布下的光强数据。这样做的缺点有如下几点。
(1)信号灯在非水平方向上的旋转会改变灯的燃点姿态，而燃点姿态的变化会导致信号灯光源的热平衡被破坏，热平衡被破坏会引起温度的改变，进而导致LED或卤素灯的发光效能和发光强度发生变化，最终引入较大的测量误差。
(2)信号灯由光源和面罩组合而成。采用信号灯旋转的测量方式，存在其转轴难以确定的问题；其次，灯的转轴和转台的转轴同轴才能准确测量。但是两个转轴在空间上都不可见，因此同轴难以实现，会引入较大的的测量误差。
(3)灯具产品的发光都不是绝对稳定的，因稳定性带来的误差不仅与灯的类型相关，同厂家、同型号、同批次的灯具个体也有发光稳定性的差异。因此，信号灯发光稳定性会引入一定的测量误差。
(4)白炽灯和低压卤素灯在非水平旋转时，其灯丝在重力所用下会发生些许形变，也会给引起光强值的变化，导致引入一定的测量误差。
发明内容
发明目的：根据国家标准的要求，本发明提供一种用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置。本发明校准装置的目的是克服现有技术的问题与不足；消除了信号灯旋转燃点姿态的改变，旋转轴空间不重合，灯丝形变，测量过程中发光强度不稳定性，以及放置光源的转台引起的角度误差等问题产生的测量误差。
技术方案：一种用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，包括初始位置定位单元，光源接收单元，光强分布控制单元，以及监测单元。
点亮信号灯，开启所述初始位置定位单元，用于完成所述光强分布控制单元在所述光源接收单元上测量零点的确定和采集；启动光强分布控制单元，将光强分布控制单元移动到光源接收单元的待测点位置，利用图像采集单元，采集信号灯在待检测点位置的相应光强数据；在采集光强数据过程中，所述监测单元采集信号灯的稳定性数据，并对光强分布数据进行修正。
所述初始位置定位单元：包括工业相机，水准仪，参标物，激光器，以及十字投线仪；所述参标物设置在信号灯顶端，通过水准仪进行机械对准，使信号灯顶端参标物与光源接收单元上的十字刻线中心重叠，通过十字投线仪使信号灯的水平方位角与光源接收单元水平方位角一致；初始位置定位单元通过图像采集单元加载工业相机采集图像；打开工业相机图像采集界面，待显示图像符合要求，保存图像。
所述光源接收单元：根据国标对测量位置的要求进行设计，由六个光源接收模块组成，直径尺寸不小于15cm。
所述光源接收模块的反射率小于5％。
所述光强分布控制单元：由平移台以及示值误差优于1％的光强探测器组成，加工一个支架将光强探测器组安装在平移台，并用螺钉进行固定。
启动平移台运动，根据待检测方位，通过软件界面勾选水平/竖直光强分布检测单元，选择插补运动标签，控制并启动平移台运动。按照L(0°，0°)→L(-15°，0°)→L(-10°，+10°)→L(0°，+10°)→L(+10°，+10°)→L(+15°，0°)顺序进行运转。每当平移台带动光强探测器运转到待测点位置，利用图像采集单元，采集信号灯相应光强。分别采集各位置坐标下信号灯的发光强度，每采集一次，保存数据，待6组数据采集且保存完毕，显示出完整的光强测量数据。
平移台的控制：按照运动方式分为直线运动和直线插补运动两种情况。每种情况都分别设置了初始速度，最高速度，加速度，以及移动距离的可变参数。
监测单元：将光源不稳定性误差，光强分布控制单元中的光强误差，以及余弦误差，通过软件带入计算的方式进行消除。
工作原理：点亮信号灯，开启初始位置定位单元，用于完成光强探测器的测量零点的确定和采集。方法如下：其通过水准仪和十字投线仪确定信号灯在光源接收单元上的产生的光斑的几何中心位置，作为基准位置坐标L(0°，0°)。并设置位于光斑的几何中心正下方5度位置点为测量零点。在测量零点、光强探测器遮光盖表面分别安装反光标识，通过工业相机及软件计算，获取测量零点、光强探测器在CCD像面上的位置坐标，并启动平移台运动，光强探测器移动到测量零点。
去掉遮光盖，启动光强分布控制单元。根据待检测方位，在软件界面勾选水平/竖直光强分布检测单元，选择插补运动标签，控制并启动平移台运动。按照L(0°，0°)→L(-15°，0°)→L(-10°，+10°)→L(0°，+10°)→L(+10°，+10°)→L(+15°，0°)顺序进行运转。每当平移台带动光强探测器运转到待测点位置，利用图像采集单元，采集信号灯相应光强。分别采集各位置坐标下信号灯的发光强度，每采集一次，保存数据，待6组数据采集且保存完毕，显示出完整的光强测量数据。
6个不同方位角的待测点位置处安装光源接收单元模块，其反射率小于5％，目的为了消除背景反射等带来的杂散光。
在光强分布控制单元采集数据过程中，监测单元通过探测器采集连续信号，监测待测信号灯的稳定性，每隔0.5分钟采集一次数据，待测量过程完成，得到信号灯在数据采集过程中的光强不稳定性数据，并通过软件计算对光强分布数据进行修正。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供一种信号灯不动，探测器运转的发光强度分布的测量装置。该装置消除了信号灯旋转燃点姿态的改变，旋转轴空间不重合，灯丝形变，测量过程中发光强度不稳定性，以及放置光源的转台引起的角度误差等问题产生的测量误差。
具有如下优点：
优势1：传统的测量道路交通信号灯光强分布特性，主要是采用固定探测器法，将一只探测器固定在中心零点位置，道路交通信号灯安装在转台上，通过旋转(包含非水平旋转)转台改变信号灯的角度，照射到位于中心位置的探测器，从而近似得到不同角度分布下的光强数据。这样做的缺点是，信号灯旋转燃点姿态的改变，旋转轴空间不重合，灯丝形变，测量过程中光源不稳定性以及放置光源的转台非水平旋转引起的角度误差等问题产生的测量误差。
优势2：解决旋转灯具引起的光强测量误差。原来的测量装置同时由于探测器位置固定，旋转信号灯角度的方式，信号灯在非水平方向上的旋转会改变灯的燃点姿态，而燃点姿态的变化会导致信号灯光源的热平衡被破坏，热平衡被破坏会引起温度的改变，进而导致LED或卤素灯的发光效能和发光强度发生变化，最终引入较大的测量误差。
优势3：消除放置光源的转台引起的角度误差、旋转轴空间不重合引入的测量误差。信号灯由光源和面罩组合而成。采用信号灯旋转的测量方式，存在其转轴难以确定的问题；其次，灯的转轴和转台的转轴同轴才能准确测量。但是两个转轴在空间上都不可见，因此同轴难以实现，会引入较大的测量误差。
优势4：引入的监测探测器，对测量结果进行修正。从而消除信号灯在测量过程中的发光不稳定性，对光强分布测量结果带来的误差。
附图说明
图1是本发明具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，包括初始位置定位单元，光源接收单元，光强分布控制单元，以及标定单元。
传统的测量道路交通信号灯光强分布特性的过程中，(1)信号灯在非水平方向上的旋转会改变灯的燃点姿态，而燃点姿态的变化会导致信号灯光源的热平衡被破坏，热平衡被破坏会引起温度的改变，进而导致LED或卤素灯的发光效能和发光强度发生变化，最终引入较大的测量误差。
(2)信号灯由光源和面罩组合而成。采用信号灯旋转的测量方式，存在其转轴难以确定的问题；其次，灯的转轴和转台的转轴同轴才能准确测量。但是两个转轴在空间上都不可见，因此同轴难以实现，会引入较大的的测量误差。
(3)灯具产品的发光都不是绝对稳定的，因稳定性带来的误差不仅与灯的类型相关，同厂家、同型号、同批次的灯具个体也有发光稳定性的差异。因此，信号灯发光稳定性会引入一定的测量误差。
(4)白炽灯和低压卤素灯在非水平旋转时，其灯丝在重力所用下会发生些许形变，也会给引起光强值的变化，导致引入一定的测量误差。
本装置设计的光强分布控制单元采用信号灯保持静止，探测器通过导轨平移至国家标准上规定的探测位置，同时安装了光栅尺进行位置闭环反馈，提高测量精度。
初始位置定位单元：包括工业相机，水准仪，参标物，激光器，以及十字投线仪；参标物设置在信号灯顶端，通过水准仪进行机械对准，使信号灯顶端参标物与光源接收单元上的十字刻线中心重叠，通过十字投线仪使信号灯的水平方位角与光源接收单元水平方位角一致。通过水准仪和十字投线仪确定信号灯在光源接收单元上的产生的光斑的几何中心位置，作为基准位置坐标L(0°，0°)。设置位于光斑的几何中心正下方5度位置点为测量零点，初始位置和终止位置均为设置在测量零点。
光源接收单元：根据国标对测量位置的要求进行设计，如图1所示，由六个模块组成，为了避免镜面反射造成杂散光，采用余弦特性好的漫反射材料，反射率小于5％。
光强分布控制单元：由平移台以及示值误差优于1％的光强探测器组成，加工一个支架将光强探测器组安装在平移台，并用螺钉进行固定。
点亮信号灯，开启初始位置定位单元，用于完成光强探测器的测量零点的确定和采集。方法如下：其通过水准仪和十字投线仪确定信号灯在光源接收单元上的产生的光斑的几何中心位置。并设置位于光斑的几何中心正下方5度位置点为测量零点，如图1的0点位置。在测量零点、光强探测器遮光盖表面分别安装反光标识，通过工业相机及软件计算，获取测量零点、光强探测器在CCD像面上的位置坐标，并启动平移台运动，光强探测器移动到测量零点。
去掉遮光盖，启动光强分布控制单元。根据待检测方位，在软件界面勾选水平/竖直光强分布检测单元，选择插补运动标签，控制并启动平移台运动。如图1所示，按照L(0°，0°)→L(-15°，0°)→L(-10°，+10°)→L(0°，+10°)→L(+10°，+10°)→L(+15°，0°)(1-6点位置)顺序进行运转。每当平移台带动光强探测器运转到待测点位置，利用图像采集单元，采集信号灯相应光强。分别采集各位置坐标下信号灯的发光强度，每采集一次，保存数据，待6组数据采集且保存完毕，显示出完整的光强测量数据。
平移台的控制：按照运动方式分为直线运动和直线插补运动两种情况。每种情况都分别设置了初始速度，最高速度，加速度，移动距离等可变参数。
图像采集单元：用来加载工业相机采集的图像。打开工业相机图像采集界面，待显示图像符合要求，保存图像。
监测单元：将光源不稳定性误差，光强分布控制单元中的光强误差，以及余弦误差，通过软件带入计算的方式进行消除。
Claims (10)
1.一种用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：包括初始位置定位单元，光源接收单元，光强分布控制单元，以及监测单元；点亮信号灯，开启所述初始位置定位单元，用于完成所述光强分布控制单元在所述光源接收单元上测量零点的确定和采集；启动光强分布控制单元，将光强分布控制单元移动到光源接收单元的待测点位置，利用图像采集单元，采集信号灯在待检测点位置的相应光强数据；在采集光强数据过程中，所述监测单元采集信号灯的稳定性数据，并对光强分布数据进行修正。
2.根据权利要求1所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：所述初始位置定位单元：包括工业相机，水准仪，参标物，激光器，以及十字投线仪；所述参标物设置在信号灯顶端，通过水准仪进行机械对准，使信号灯顶端参标物与光源接收单元上的十字刻线中心重叠，通过十字投线仪使信号灯的水平方位角与光源接收单元水平方位角一致；通过水准仪和十字投线仪确定信号灯在光源接收单元上的产生的光斑的几何中心位置。
3.根据权利要求2所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：所述十字投线仪使信号灯的水平方位角与光源接收单元水平方位角一致。
4.根据权利要求1所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：所述光源接收单元：根据国家标准对测量位置的要求进行设计，由六个光源接收模块组成。
5.根据权利要求2所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：设置位于光斑的几何中心正下方5度位置点为测量零点；在测量零点、光强探测器遮光盖表面分别安装反光标识，获取测量零点、光强探测器在CCD像面上的位置坐标，并启动平移台运动，光强探测器移动到测量零点。
6.根据权利要求1所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：所述光强分布控制单元：包括平移台和光强探测器；所述光强探测器安装在平移台上；
点亮信号灯，获取信号灯在光源接收单元上的产生的光斑的几何中心位置在CCD像面上的位置坐标；获取光强探测器初始位置；去掉探测器遮光盖，启动平移台运动，光强计探测器移动到信号灯在光源接收单元上的产生的光斑的几何中心位置，作为基准位置坐标L（0°，0°），并记录发光强度；
根据待检测方位，选择水平或竖直光强分布检测单元，选择插补运动标签，控制并启动平移台运动，按照L（0°，0°）→ L （-15°，0°）→ L （-10°，+10°）→L （0°，+10°）→L （+10°，+10°）→L （+15°，0°）顺序进行运转；每当平移台带动光强探测器运转到待测点位置，利用图像采集单元，采集信号灯相应光强；分别采集各位置坐标下信号灯的发光强度，每采集一次，保存数据，待6 组数据采集且保存完毕，显示出完整的光强测量数据。
7.根据权利要求6所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：光强探测器的示值误差优于1%。
8.根据权利要求6所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：平移台按照运动方式分为直线运动和直线插补运动两种情况；每种情况都分别设置了初始速度，最高速度，加速度，移动距离的可变参数。
9.根据权利要求2所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：所述图像采集单元：用来加载工业相机采集的图像；打开工业相机图像采集界面，待显示图像符合要求，保存图像。
10.根据权利要求1所述的用于道路交通信号灯光强分布特性测量的校准装置，其特征在于：所述监测单元：在光强分布控制单元采集数据过程中，监测单元通过探测器采集连续信号，监测待测信号灯的稳定性，每隔0.5分钟采集一次数据，待测量过程完成，得到信号灯在数据采集过程中的光强不稳定性数据，并通过软件计算对光强分布数据进行修正；将光源不稳定性误差，光强分布控制单元中的光强误差，以及余弦误差，通过软件带入计算的方式进行消除。
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