CN112965323A - 一种减少道路交通***补光灯眩光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路交通照明技术领域，具体为一种减少道路交通***补光灯眩光的方法。本方法包括：获取道路交通监控补光灯的结构特征参数值，及设定的拍摄距离；将获取的已知参数代入构建的补光灯的防眩光公式，计算未知参数的解，及选定适用解的范围；根据选取的结果：补光灯的水平前移距离L_x，竖直增高距离L_y和挡光角θ，通过调整补光灯的配光结构和/或调整补光灯安装结构，实现避免或减少道路交通***补光灯眩光，能够保证有效的照明距离，同时解决补光灯的眩光问题，确保交通安全，具有重要实用价值。

Description

一种减少道路交通***补光灯眩光的方法

技术领域

本发明属于道路交通照明技术领域，具体涉及一种减少道路交通***补光灯眩光的方法。

背景技术

随着智能交通***的发展，对道路交通补光***的质量也提出了更高的要求，道路监控摄像机要在光线不足或者夜间环境下，清晰真实地拍摄车牌号和道路状况，为交通执法、监控提供足够的证据。为了更加清晰地拍摄目标，补光灯被广泛应用于道路交通***中。

补光灯通过增加物体的亮度来满足摄像机对光线的要求，通常采用白光LED，LED具有亮度高，方向性强，显色性好的特点，是一种性能良好的补光源，但工作时容易在照射方向上产生强烈的眩光，干扰驾驶员视线，从而给道路安全带来隐患。如何在保证交通安全的前提下实现监控***的有效补光是一个急需解决的问题。

为避免补光灯的眩光问题，可以在低照度的情况下拍摄图像，但会造成成像质量的下降等一系列问题，很难保证成像的真实可靠。因此，当前尚无合理的交通道路补光方法可以既保证成像清晰度的同时，又可以有效避免眩光。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少道路交通***补光灯眩光的方法，以避免交通***补光灯对道路交通等造成的安全隐患。

本发明中，所述道路交通***补光灯，包括光源及其安装结构，所述光源采用LED及其相应的配光结构。

本发明提供的减少道路交通***补光灯眩光的方法，具体步骤如下。

(一)获取道路交通***的补光灯特征参数值，及设定照明距离；包括：通过测量方法获取原补光灯杆高度H和驾驶员眼部高度h参数值；或者通过数据查询方式获取原补光灯杆高度H和驾驶员眼部高度h参数值；设定交通***监控摄像机与拍摄目标的水平距离D。

(二)将获取的已知参数代入补光灯的防眩光公式，计算未知参数的解，并选定适用解的范围。

本发明中，所述补光灯的防眩光公式通过以下方法获得：

在进行道路补光灯眩光分析时，由于汽车的车顶遮挡了一部分来自补光灯直接到达驾驶员眼睛的光线，因此引入遮光面(角)来假定驾驶员的视野。按照国际照明委员会TC-415技术委员会编制的CIE 132:1999:Design methods for lighting roads，(译：道路照明设计方法)，假定车辆顶棚的遮光面(角)为20°。这意味着只需考虑驾驶员视线与水平方向夹角小于20°的范围内补光灯的眩光，当驾驶员视线与水平方向夹角大于20°的范围时，补光灯由于车辆顶棚的遮光作用对驾驶员无眩光影响，如图1所示，由此防眩光公式如下：

D＝L_x+(H-h+L_y)/tan(θ) (1)

其中，D为交通***监控摄像机与拍摄目标的水平距离，H为原补光灯杆高度，h为驾驶员眼部高度，L_x为补光灯的水平前移距离，L_y为补光灯的竖直增高距离，θ为挡光角，其中挡光角θ定义如下：补光灯光源发光范围最外沿与水平方向的最小夹角，如图1所示。

公式(1)中，D、H、h可由实测或查询得到，为已知量，而L_x、L_y、θ为待求的未知量；根据公式(1)，L_x、L_y、θ有无数个解，记为L_xi，L_yi，θ_i，i＝1,2,3…；为此，需要根据补光灯的防眩光要求限定解的范围：具体地，需要满足以下条件：

假定车辆顶棚的遮光面(角)为20°，那么约束条件为20°<θ<90°。在应用中，可根据道路的实际情况选取满足约束条件的任意解：水平前移距离L_x、竖直增高距离L_y、挡光角θ。

(三)根据选取的结果：水平前移距离L_x，竖直增高距离L_y和挡光角θ，调整补光灯的配光结构和/或调整补光灯安装结构。具体地：

(1)调整补光灯配光结构，包括：

通过补光灯光源的配光技术或改变补光灯光源的投射角度，最终使得挡光角θ范围内不存在光分布，挡光角θ大于车辆顶棚的遮光面(角)，从而避免人眼直接看到光源。

所述调整补光灯配光结构，具体可以通过以下方式实现：

直接选取或自主设计合理配光的补光灯光源，配光要求满足在挡光角θ范围内不存在光分布。具体如：

(1.1)通过设计包含透镜、反射器和LED空间阵列等光学***，实现补光灯光源的配光要求，配光曲线如图8所示，光源在挡光角θ范围内无光分布；

(1.2)通过遮光板实现补光灯光源的配光要求，将遮光角为θ的遮光板置于补光灯的出光口，光源在θ范围内的光全部被截断；具体地，如图9所示，将遮光角θ为30°的遮光板置于补光灯的出光口，光源在θ范围内的光全部被截断。

(1.3)对于任意的补光灯光源，改变光源的投射角度使得光源的投射方向集中在挡光角θ范围外，实现光源在挡光角θ范围内不存在光分布的效果。

(2)调整补光灯安装结构：

补光灯配光后，设计合理的安装结构，就可以保证交通监控***摄像机与拍摄目标在水平方向上的照明距离为D，使得在防止眩光的同时保证较佳的拍摄效果。调整补光灯安装结构，可以采用多种方案。

通用方式为：为了灵活设定照明距离D，采用独立的安装结构，重新安装补光灯。例如，可以设计任意形状的变径竿，以原补光灯的安装位置为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立直角坐标系，并以原点为矢量起点，最终补光灯所处的位置为矢量的末端，

是变径竿首端指向尾端的矢量。将

分解为水平矢量

和竖直矢量

那么水平方向的投影为L_x，竖直方向的投影为L_y。矢量末端的要求是超出遮光面(角)区域，即满足

(即大于20°的区域)，如图2所示。

具体地，所述调整补光灯安装结构，可通过以下方式实现：

保持原补光灯杆不变，通过任意方式连接原补光灯杆和补光灯，使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。(即大于20°的区域)

改变补光灯杆的高度，通过任意方式连接新补光灯杆和补光灯，使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。(即大于20°的区域)

有益效果：

本发明所述的减少道路交通***补光灯眩光的方法，优点在于，通过合理的数理逻辑推导出补光灯的防眩光公式，根据防眩光公式得到装置设计的参数和约束条件，根据选取的结果：水平前移距离L_x、竖直增高距离L_y和挡光角θ，通过调整补光灯的配光结构和/或调整补光灯安装结构，实现避免或减少道路交通***补光灯眩光，具有较大的实用性，能够保证有效的照明距离，同时解决补光灯的眩光问题。

为验证减少道路交通***补光灯眩光的方法，通过实地模拟测试为所述方法提供了足够的实验支持，测试结果说明本发明方法的有效性和合理性。

将道路监控***补光灯置于距离水平地面高5m处，测试人员手持录像设备从水平距离补光灯15m处出发前进，模拟车辆的行驶过程，其中录像设备模拟实际驾驶员的视角，设备前放置遮光角为20°的挡板，模拟车辆顶棚的遮光角。测试分为对照场景和实验场景：

对照场景模拟目前实际的道路交通***补光灯情况，当测试人员距离补光灯较远时，录像设备与水平方向的夹角小于挡板的遮光角时产生明显的眩光。当测试人员距离补光灯较近时，录像设备与水平方向的夹角大于挡板的遮光角时没有眩光，结果与驾驶员的实际道路经验一致。

实验场景模拟补光灯光源经配光处理后的道路交通情况，改变补光灯光源的投射角度，使得录像设备与水平方向的夹角小于挡板的遮光角内的光全部被截断，此时的补光灯照明距离明显缩短，但是当录像设备处于照明范围内时，录像设备与水平方向的夹角始终大于遮光角，就不会产生眩光。

测试结果表明，本发明所述防眩光方法的有效性，通过配光后的补光灯虽然解决了眩光问题，但是照明距离明显缩短，不利于实际的道路交通***应用。为了满足监控摄像机与拍摄目标的距离要求，可以通过提高补光灯的位置解决问题。在实验场景的基础上，将补光灯置于距离水平地面8m高处，结果发现照明距离明显增加，同时保证在照明距离内没有眩光。

本发明提供的减少道路交通***补光灯眩光的方法，操作简单灵活，相较于交通***现有的防眩光技术，成本更低、效率更高。

本发明的减少道路交通***补光灯眩光的方法，不仅能够对道路交通监控有效补光，而且可以减少对司乘人员的眩光影响，保证了交通安全。

附图说明

图1是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光方法的原理框架。

图2是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置结构示意图。

图3是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置的实施例图。

图4是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置的实施例图。

图5是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置的实施例图。

图6是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置的实施例图。

图7是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置的实施例图。

图8是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置的补光灯配光曲线。

图9是本发明提出的一种减少道路交通***补光灯眩光装置的补光灯遮光板示意图。

图中标号：1为补光灯，2为补光灯发光范围，3为补光灯安装结构示意，4为监控摄像机，5为车辆顶棚遮光面(角)，6为补光灯的最终位置超过截光角(面)，7为挡光角θ内光线全部被截断示意，8为经配光的补光灯，9为“L相型”安装结构，10为驾驶室等效模型，11为“直角型”安装结构，12为改变投射角度的补光灯，13为“弧型”安装结构，14为图1所示补光灯的侧视图，15为补光灯光源的遮光板，16为15所示遮光板的侧视图。D为照明距离，H为原补光灯杆高度，h为驾驶员眼部高度，L_x为补光灯的水平前移距离，L_y为补光灯的竖直增高距离，θ为挡光角，H’为新补光灯杆高度。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，本发明涉及一种减少道路交通***补光灯眩光的方法及装置。以下实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式，相反，它们仅是与如所附权利要求书中的所详述的、本发明的一些方面相一致的方法和装置的例子。

图1是本发明提出的减少道路交通***补光灯眩光方法的原理框架，如图所示，只需考虑位于视线与水平方向夹角小于顶棚遮光角20°的补光灯的眩光，当大于20°时，补光灯由于车辆顶棚挡光对驾驶员无眩光影响。为了防止视线与水平方向夹角小于20°的眩光，同时保证监控摄像机与拍摄目标的水平距离，根据图1所示的结构推导了防眩光公式(1)。

将原补光灯高度H、驾驶员眼部高度h，以及监控摄像机与拍摄目标的水平距离D代入补光灯的防眩光公式(1)，计算未知参数的解，包括补光灯的水平前移距离L_xi，竖直增高距离L_yi，挡光角θ_i(i＝1,2,3…)，图中挡光角θ示意为补光灯光源发光范围最外沿与水平方向的最小夹角。

图2是本发明提出的减少道路交通***补光灯眩光装置结构示意图，该装置包括光源及其安装结构，所述光源采用LED及其相应的配光结构。

补光灯配光结构，所述的道路补光灯通过配光技术或改变投射角度等实现挡光角θ：

通过配光技术直接实现补光灯光源在挡光角θ范围内不存在光分布，其中挡光角θ大于顶棚遮光面(角)。

对于任意的补光灯光源，通过改变投射角度，最终使得光源在挡光角θ范围内不存在光分布的效果。

补光灯安装结构，所述的安装结构由矢量

表示，可通过以下方式实现：

保证原补光灯杆不变，通过任意方式连接原补光灯杆和灯具，使得矢量尾端最终超出遮光面(角)区域。

改变补光灯杆的高度，通过任意方式连接新补光灯杆和灯具，使得矢量尾端最终超出遮光面(角)区域。

在一个实施例中，如图3所示，所述的补光灯配光结构包括：

一种经配光的补光灯光源，使得光源在挡光角θ范围内不存在光分布，配光曲线如图8所示。

在一个实施例中，如图3所示，所述的补光灯安装结构包括：

保持原补光灯杆不变的情况下，通过“L型”变径杆使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。

在一个实施例中，如图4所示，所述的补光灯配光结构包括：

一种经配光的补光灯光源，使得光源在挡光角θ范围内不存在光分布，配光曲线如图8所示。

在一个实施例中，如图4所示，所述的补光灯安装结构包括：

增加补光灯杆的高度，通过“直角型”变径杆使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。

在一个实施例中，如图5所示，所述的补光灯配光结构包括：

任意的补光灯光源，改变投射角度，使得光源在挡光角θ范围内不存在光分布的效果。

在一个实施例中，如图5所示，所述的补光灯安装结构包括：

保持原补光灯杆不变的情况下，通过“L型”变径杆使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。

在一个实施例中，如图6所示，所述的补光灯配光结构包括：

任意的补光灯光源，改变投射角度，使得光源在挡光角θ范围内不存在光分布的效果。

在一个实施例中，如图6所示，所述的补光灯安装结构包括：

增加补光灯杆的高度，通过“直角型”变径杆使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。

在一个实施例中，如图7所示，所述的补光灯安装结构包括：

一种经配光的补光灯光源，使得光源在挡光角θ范围内不存在光分布，配光曲线如图8所示。

在一个实施例中，如图7所示，所述的补光灯安装结构包括：

保持原补光灯杆不变的情况下，通过“弧型”变径杆使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。

本发明方法不仅有利于道路交通***的监控，而且可以显著地减少眩光，降低对司乘人员的影响。该方法及装置简单有效，制造成本低廉，应用性和普及性高，可以实际解决补光灯的眩光问题。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的要点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明范围的前提下本发明还会有各种变化和可能，这些变化和可能都落入到要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种减少道路交通***补光灯眩光的方法，所述补光灯包括光源及其安装结构，光源采用LED及其相应的配光结构；其特征在于，具体步骤为：

(一)获取道路交通***的补光灯特征参数值，及设定照明距离；包括：通过测量或查询方法获取原补光灯杆高度H和驾驶员眼部高度h参数值；设定交通***监控摄像机与拍摄目标的水平距离D；

(二)将获取的已知参数代入补光灯的防眩光公式，并选定适用解的范围；

所述补光灯的防眩光公式通过以下方法获得：

在进行道路补光灯眩光分析时，汽车的车顶遮挡了一部分来自补光灯直接到达驾驶员眼睛的光线，因此引入遮光面(角)来假定驾驶员的视野；按照国际照明委员会TC-415技术委员会编制的CIE 132:1999:Design methods for lighting roads，假定车辆顶棚的遮光面(角)为20°，因此只需考虑驾驶员视线与水平方向夹角小于20°的范围内补光灯的眩光，当驾驶员视线与水平方向夹角大于20°的范围时，补光灯由于车辆顶棚的遮光作用对驾驶员无眩光影响，于是推导得到防眩光公式如下:

D＝L_x+(H-h+L_y)/tan(θ) (1)

其中，D为交通***监控摄像机与拍摄目标的水平距离，H为原补光灯杆高度，h为驾驶员眼部高度，L_x为补光灯的水平前移距离，L_y为补光灯的竖直增高距离，θ为挡光角，其中挡光角θ定义如下：补光灯光源发光范围最外沿与水平方向的最小夹角；

公式(1)中，L_x、L_y、θ为待求未知量；根据补光灯的防眩光要求限定解的范围为：20°<θ<90°；根据道路的实际情况选取满足约束条件的任意解：水平前移距离L_x、竖直增高距离L_y、挡光角θ；

(三)根据选取的结果：水平前移距离L_x，竖直增高距离L_y和挡光角θ，调整补光灯的配光结构和/或调整补光灯安装结构；其中：

所述调整补光灯配光结构，通过补光灯光源的配光技术或改变补光灯光源的投射角度，最终使得挡光角θ范围内不存在光分布，挡光角θ大于车辆顶棚的遮光面(角)，从而避免人眼直接看到光源；

所述调整补光灯安装结构，是在补光灯配光后，设计合理的安装结构，以保证交通监控***摄像机与拍摄目标在水平方向上的照明距离为D，使得在防止眩光的同时保证较佳的拍摄效果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(三)中所述调整补光灯配光结构，具体实现方式为：直接选取或自主设计合理配光的补光灯光源，配光要求满足在挡光角θ范围内不存在光分布，具体为：

(1.1)通过设计包含透镜、反射器和LED空间阵列光学***，实现补光灯光源的配光要求，确定配光曲线，光源在挡光角θ范围内无光分布；

(1.2)通过遮光板实现补光灯光源的配光要求，将遮光角为θ的遮光板置于补光灯的出光口，光源在θ范围内的光全部被截断；

(1.3)对于任意的补光灯光源，改变光源的投射角度使得光源的投射方向集中在挡光角θ范围外，实现光源在挡光角θ范围内不存在光分布的效果。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(三)中所述调整补光灯安装结构，其通用方式为：

为了灵活设定照明距离D，采用独立的安装结构，重新安装补光灯；具体地，设计任意形状的变径竿，以原补光灯的安装位置为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立直角坐标系，并以原点为矢量起点，最终补光灯所处的位置为矢量的末端，

是变径竿首端指向尾端的矢量；将

分解为水平矢量

和竖直矢量

则水平方向的投影为L_x，竖直方向的投影为L_y；矢量末端的要求是超出遮光面(角)区域，即满足

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(三)中所述调整补光灯安装结构，具体实现方式为：

保持原补光灯杆不变，通过任意方式连接原补光灯杆和补光灯，使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域；或者，

改变补光灯杆的高度，通过任意方式连接新补光灯杆和补光灯，使得补光灯的最终位置超出遮光面(角)区域。

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