基于视觉功效法的公路照明光源性能分析

中间视觉条件下人眼光谱效率函数表现为一系列的曲线,其峰值波长和强度受光源光谱、背景亮度等多方面的影响,光源对照明视认性的影响无法通过单一的光学参量进行表征。试验以视认反应时间作为评价指标,应用视觉功效法测试了不同速度条件下,人眼在不同照明环境中的视认性能,所选择光源包括高压钠灯、无极荧光灯和三种色温的白光LED,光源色温范围1 958~5 537 K,背景亮度取值针对公路隧道基本段照明和一般室外道路照明,范围为1~5 cd·m-2,均在人眼中间视觉亮度范围内。统计试验结果显示：在相同速度、亮度条件下,高色温光源对应的视认反应时间小于低色温光源;相同亮度条件下高速视标对应的反应时间小于低速视标,但测试截止时刻,低速视标在观察者视场内的张角较高速视标更大。应用MOVE模型计算得到测试光源所形成不同发射光谱、不同背景亮度条件下的人眼中间视觉等效亮度,与明视觉亮度测试结果比较,中间视觉等效亮度对应的反应时间曲线标准差系数CV更小,显示中间视觉条件下不同光源等效亮度与明视觉亮度的差异是造成视认性差异的原因之一,由于白光LED光源的GaN芯片发射光谱峰值与中间视觉光谱效率函数的峰值波长较为接近,高色温白光LED的照明视认效果优于低色温白光LED和无极荧光灯,峰值位于Na+特征谱线附近的高压钠灯照明视认效果较差。     

基于反应时间的中间视觉道路照明功率密度分析及显色性能研究

给出了一种在人眼中间视觉条件下道路照明光源安全节能性能分析的研究方法.通过构建基于中间视觉行车行为反应时间模拟测试系统,建立了人眼中间视觉条件下的光视光效模型,获得了中间视觉下的光视光效曲线.并通过该模型,给出了基于照明功率密度LPD的光源节能性评价方法.从色度学理论出发,选用Luv均匀颜色空间,基于显色指数的光源显色性评价分析计算方法,探讨了不同主波长光源的相对光谱功率分布变化对光源颜色的影响,建立了光源主波长与显色指数的函数关系表达式,可计算获得人眼敏感度与光源颜色各个波长点的关系.对上述方法进行了反应时间模拟测试实验和道路照明图像清晰度计算实验验证,数据分析与计算结果表明,在中间视觉条件下,以540～ 550 nm为主波长的白绿色照明光源的功率密度和显色性最佳.     

中间视觉条件下光源光谱对人眼视亮度的影响

基于MOVE模型和对多种光源发射光谱的测量,计算得到不同环境亮度条件下人眼光谱效率函数的明视觉函数权重x和中间视觉等效亮度。结果表明,在中间视觉范围内,随着亮度水平的降低,人眼视觉函数曲线峰值强度逐渐加强,且向短波方向发生移动,变化幅度与光源s/p指标成反比,在环境亮度为0.5 cd·m-2的情况下,峰值强度较明视觉函数均提高30%以上。与传统的测试结果相比,荧光灯、不同色温的白光LED中间视觉等效亮度呈正增益,增益幅度达40%,而高压钠灯则呈现负增益效果;随着环境亮度的提高,增益幅度均呈减小的趋势;当达到完全由视锥细胞作用的亮度水平,等效亮度将等于明视觉亮度。该方法及结论有利于更为科学、准确的评价光源及发光材料的光谱和视亮度特性。     

LED蓝光泄露安全性研究

研究了LED照明器件的蓝光特性。针对我国的LED照明现状,通过测试LED照明器件的光谱成分,根据现行国内外标准GB/T 20145—2006/CIE S009/E:2002和IEC62471：2006,以及CTL-0744_2009-laser决议,分析了LED光生物安全性,给LED照明灯具制造和相关安全性标准、法律制定提供参考。LED中蓝光的辐亮度值低于100 W·m-2·Sr-1时对人眼属于无危害类型,正常使用情况下不会对人眼造成伤害,但是应该注意对特殊人群(小孩)的保护,避免长时间直视光源。灯具富蓝化也会影响人的作息规律,因此色温4 000 K以下,显色指数80的LED灯具适合在室内使用,同时还要根据不同的使用距离选择不同的参数的灯具。     

人眼对比度敏感视觉特性及模型研究

人眼视觉系统特性是图像显示、处理、理解等技术的重要依据,通过实验测试和理论分析研究人眼的视觉特性,使人眼视觉特性模型化,对促进光电成像技术的发展和应用具有重要的作用。结合前人拟合人眼对比度敏感函数和理论提取其数学模型的经验,对用CRT显示器显示目标光栅,在暗室环境下测量三种平均亮度的人眼对比度敏感数据采用线性调制作用下的指数形式的方法进行了拟合,并从理论上得出了一种新的CSF数学模型。通过与国外拟合结果的对比,表明此模型是一种更好的人眼对比对敏感视觉特性模型。     

基于人眼视觉的对不良照明图像的二值化方法

提出一种新的基于视觉特性的自适应阈值分割方法.利用人眼视觉对比敏感度特性把图像块分成两类,分别借助OTSU算法和模拟人眼识别过程的多尺度模糊隶属方法实现对这两类具有不同灰度特性图像块的自动阈值分割.实验结果表明,使用该方法能够有效的克服不良照明的影响,还原图像的原本特征信息,二值化效果较好.     

线扫描缺陷检测系统中的LED光源设计

光源是影响机器视觉输入系统的重要因素,直接影响输入数据的质量和至少30％的应用效果。在线扫描缺陷检测系统中,对光源的亮度、均匀性、直线性、寿命、光谱范围都提出了较高的要求。鉴于LED光源在机器视觉中具有许多优点,以LED线形光源为例,探讨了线形阵列LED光源照明光场分布的影响因素,结合柱面镜对光源单方向约束的特性,介绍了LED阵列和柱面镜组合的聚焦条形照明光源的设计方法。通过仿真,证明了该设计可满足线扫描系统对光源的要求。     

高分辨率开环液晶自适应光学视网膜成像系统

利用液晶空间光调制器和夏克-哈特曼波前探测器作为核心器件搭建了一套开环双光源液晶自适应光学视网膜成像系统。系统采用人眼屈光0D基准设计并使用动态视标定位人眼,提高了人眼在测试时的稳定性,有效降低了由不同人眼个体差异带来的影响。通过补偿镜预补偿,配合微调照明光焦面,使照明光聚焦在眼底视觉细胞层,保证了像差探测精度和成像质量。利用人眼的偏振特性,采用偏振光照明的方式,将系统的能量利用率提高了20%。优化了系统的工作流程,优化后系统连续工作频率可超过20Hz。对4名志愿者进行了实验,均获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。     

LED照明节律效应随年龄的变化

研究了不同色温LED照明时节律效应随年龄的变化规律。在节律因子计算公式中,引入不同年龄人眼的透射谱,分析LED色温和年龄对节律因子的影响。然后,测量了12名老年和18名青年男性在黑暗状态下以及照度为500 lx、不同色温LED照明时的心率,采用黑暗状态与照明状态的心率变化表征节律效应,来验证所得的理论规律。结果表明:色温为6 500,5 500,4 500,3 500 K的LED照明时,青年人(20岁)的节律因子分别为1.1,0.7,0.5,0.44,不同色温LED照明时心率变化率差异明显;老年人(65岁)的节律因子分别为0.5,0.3,0.25,0.2,不同色温下心率变化较小。在同一色温LED照明时,节律效应随着年龄的增加而减小。LED色温不同时,青年人节律因子的变化较大,老年人则变化较小。     

手持式分光测色仪设计

为了代替人眼对物体表面的颜色进行信息检测,设计了LED光源手持式分光测色仪。首先,通过计算不同测量波长分布和分辨率在标准光源照射下的三刺激值,比较它们的相对误差,选取了波长分布为400～700 nm、分辨率为10 nm作为光源的主要设计参数。接着,对照明光源进行研究,通过对卤钨灯、脉冲氙灯与LED光源的均匀色空间坐标进行对比,选取了LED光源作为仪器的照明光源。然后,讨论了不同照明和观测条件及人眼观测颜色的差异,选取以45°方向照明、0°方向接收作为照明和观测条件。最后,进行了照明系统设计和总体结构设计。实验结果表明,测色仪目标中心位置的最大光照强度为9.91×10~(-3) lm/mm~2,平均照度为7.06×10~(-3) lm/mm~2,基本满足了手持式分光测色仪精度较高、轻小型化、光照充足且均匀的设计要求。     

A Color Appearance Model Applicable in Mesopic Vision

We propose a color vision model that can be used to predict color appearance in mesopic vision as well as photopic and scotopic vision. It is based on a two-stage model which consists of the cone and opponent stages and it assumes rod intrusion at the opponent stage. The model has the following features to describe the color appearance in mesopic vision. First, it includes a gradual and nonlinear shift in spectral luminous efficiency from V (LD) to V (LD) to cope with the spectral sensitivity difference between photopic and scotopic vision and the nonlinearity of rod influence on the luminance channel. Second, the model assumes decrease of the chromatic component with decreasing illuminance to explain the reduction of saturation at low illuminance levels. Third, it assumes that red/green and yellow/blue components change with illuminance levels independently, thus explaining hue shifts with decreasing illuminance. We applied the model for color appearance simulation of natural scenes in a mesopic visual environment.     

Change of Color Appearance in Photopic,Mesopic and Scotopic Vision

Mesopic vision describes a range of light levels where vision is mediated by both cones and rods. The appearance of color in mesopic vision differs drastically from that in photopic vision, where only cones mediate visual information. We used a haploscopic color matching technique to investigate the color appearance under various illuminance levels, ranging from photopic to scotopic via mesopic levels. The observers did color matching between a test color chip under various illuminance levels and a matching color stimulus presented on the Cathode-Ray Tube (CRT) display under the photopic illuminance condition. The results showed that not only chroma and lightness but hue of most color chips changed with illuminance. The manner of the hue changed depended on the color of the test chip, while matching points approached a neutral gray with decrease in illuminance level for all test chips. Chroma reduced continuously with decrease of the illuminance level until 0.1 lx for reddish and yellowish color chips or until 1 lx for greenish and bluish ones. Beyond those illuminance levels, chroma was approximately constant. Lightness decreased with decreasing illuminance level for all test chips except bluish color chips, for which lightness did not decrease much in general and even increased in some cases as predicted by the Purkinje shift. The experimental results obtained in the present study provide critical features that should be considered in predicting the appearance of color at low light levels.     

基于LED阵列的彩色视觉检测光源色度特性研究

彩色视觉成像是基于色度学理论的三刺激值法, 而光源的色度学特性是彩色成像的关键因素, 因此本文以色度学理论为基础, 计算并分析了用于彩色视觉检测的LED阵列光源的色度学特性, 并通过于标准D65光源进行对比, 研究了LED阵列光源的相关色温调节原理、范围, 以及白场平衡时的色度坐标、相关色温等. LED阵列光源具有相当宽泛的相关色温调节范围, 可调制出的颜色丰富, 色彩的表现能力更强, 色彩饱和度更高, 白场平衡R:G:B=254:237:90时的色度坐标、相关色温甚至比人工D65光源更加接近于白场的标准色度, 其颜色复现能力达到视觉允许的较优颜色复现效果. 因此LED阵列光源的色度学特性更加适用于彩色视觉检测.     

一种眼镜镜片缺陷自动化检测系统的研究

根据光散射原理和视觉检测的方法,研究开发了一种基于机器视觉的眼镜镜片缺陷自动化检测系统,对眼镜镜片进行图像获取、简单的图像处理与分级、分拣,实现对镜片的分类。系统采用并行机构运行,利用低角度前向照明方式获得了镜片表面和内部的斑、杂质、羽毛等缺陷图像;利用归一算法进行图像处理与分级,得到不同缺陷的识别信息。实验结果表明,系统能够检测出镜片中含有的所有缺陷,每个镜片的平均检测时间控制在2 s以内,检测精度为0.038 mm。     

彩色视觉装置的颜色校正对比实验研究

鉴于利用彩色视觉装置进行在线测量是颜色测量在工业应用发展的趋势,而光源的光谱分布和相机响应函数与人眼的光谱响应曲线的不一致会严重影响测量的精确性,在人工D65光源和LED阵列光源照明下,利用相同的工业相机获取校正图片,采用多项式回归方法在与设备无关空间sRGB和CIEL*a*b*空间进行校正。实验结果显示在校正前平均色差分别为27.68E和16.09E,人工D65光源照明下获取的图片色差较小,校正后不同光源下获取图片的色度趋于一致,分别为2.56E和2.39E。采用sRGB颜色空间,在校正精度、校正步骤、图片显示等方面都要优于CIEL*a*b*空间。以一幅拍摄的实际图片校正为例,显示了色度校正对彩色装置的重要性。     

Color Zone Map in Peripheral Vision at Various Illuminance Levels

We measured the entire region of mesopic and photopic vision to determine the color zone covering the visual field with unique red, yellow, green, and blue hue components. Eight kinds of test stimuli in the natural color system (NCS) color notation system were used. These stimuli were presented at horizontal and vertical meridians, and at meridians inclined at 45° angles. The illuminance level was set at six levels: 0.01 lx-1000 lx. The evaluation method measured chromatic, white, and black components as well as the hue component of the stimuli. Results show that the color zone of the retina extended further into the periphery with increasing illuminance; the response of opponent colors y-b was shown to be greater than that of the opponent colors r-g.     

基于单片机的LED旋转式显示屏设计

基于视觉暂留特性设计并制作了一个13点线阵LED模块的显示屏。该系统可实现中文字符的显示和动态特效显示,将STC89C52单片机与发光二极管模块固定在电机的旋转轴上通过电机的旋转带动模块转动,再利用单片机控制发光二极管的亮灭,最后利用人眼的视觉暂留,构造出一个旋转的LED显示屏。     

不同波长蓝光LED对人体光生物节律效应的影响

以30名视力正常的学生为研究对象,采用剂量作业法、生理参数法和疲劳评价法研究了人体在峰值波长分别为468,457,453 nm的蓝光LED照明下的光生物节律效应。结果表明:在剂量作业法中,蓝光LED对错误率、工作速度和脑力工作指数的影响均为453 nm<457 nm<468 nm;在生理参数法中,468 nm蓝光LED对脉搏的变化影响最大,对收缩/舒张压的影响不明显;在疲劳评价法中,蓝光LED对人体舒适度的影响为453 nm<457 nm<468 nm。综上所述,在3种峰值波长蓝光中,468 nm的蓝光对人体光生物节律影响最大。