本發(fā)明屬于攝影裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種專用于與固定式照明裝置設(shè)置為一體的攝影裝置的防眩光方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著信息感知智能化、便捷化、高效化時(shí)代的來(lái)臨，“智慧路燈”作為一個(gè)可擴(kuò)展、可增值的城市智慧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在車聯(lián)網(wǎng)、城市環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市便民服務(wù)、政府公告等平臺(tái)的建設(shè)上發(fā)揮巨大的作用。“智慧路燈”解決方案的成功發(fā)布和商用，可有力地推動(dòng)智慧城市的建設(shè)，為城市居民帶來(lái)無(wú)縫的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)，加速無(wú)線全連接時(shí)代的到來(lái)。

“智慧路燈”同時(shí)集成了微基站、Wi-Fi、LED、攝像頭、充電樁、電子發(fā)布屏幕等功能，從而使普通的路燈變身成為一個(gè)信息化和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的載體。

現(xiàn)今，多數(shù)智慧型路燈都是燈頭與燈桿相連的一體式結(jié)構(gòu)的路燈，多數(shù)智能模塊(Wi-Fi、音響、攝像頭、顯示屏、各種傳感器等)均集成在燈桿上，或采用智能模塊抱桿的方式加載。

由于上述智慧型路燈的智能模塊通常是集成、固定在燈桿上的，對(duì)燈桿的技術(shù)條件和制造要求較高，燈桿需在滿足正常支撐燈具的功能的同時(shí)，具備單獨(dú)的供電回路，才能保證設(shè)置在燈桿上的智能模塊正常工作。特別對(duì)于城市內(nèi)現(xiàn)有路燈的改造工程，需要同時(shí)更換燈桿和燈頭，使得現(xiàn)有路燈改造工程的成本較高，給城市智慧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)額建設(shè)帶來(lái)較高的成本和較長(zhǎng)的施工周期，不利于“智慧路燈”的推廣和實(shí)施。

授權(quán)公告日為2015年12月09日，授權(quán)公告號(hào)為CN 204853221U的中國(guó)實(shí)用新型專利，公開了“一種具有攝像功能的LED照明燈”，其包括：由多個(gè)拱形臂圍構(gòu)形成的支架；連接于支架的頂端的安裝頭；位于支架底端并與拱形臂對(duì)應(yīng)固定的多個(gè)LED模組；多個(gè)LED模組排列圍成圓狀結(jié)構(gòu)；裝配于由支架和多個(gè)LED模組排列圍成的圓狀結(jié)構(gòu)共同形成的鏤空結(jié)構(gòu)處的攝像機(jī)；每一個(gè)LED模組上還裝配有遮光罩和排水孔；每一個(gè)LED模組均包含兩組不同色溫的LED燈珠。該技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了LED燈具在照明的同時(shí)又具備攝像功能。在城市內(nèi)現(xiàn)有路燈的改造工程中，采用該技術(shù)方案后，只需要更換燈頭部分，即可使得現(xiàn)有路燈同時(shí)具有照明和安防功能，有助于降低現(xiàn)有路燈改造工程的成本。

在上述技術(shù)方案中，通過(guò)在每個(gè)LED模組外設(shè)置遮光罩的結(jié)構(gòu)形式，來(lái)減少外部干擾光線進(jìn)入攝像機(jī)，減少攝像機(jī)鏡頭內(nèi)部的折射和反射，降低攝像機(jī)周圍LED燈光對(duì)攝像機(jī)成像質(zhì)量的影響，以解決攝像機(jī)位于燈光下容易產(chǎn)生的眩光和白化的問題。

但是，在上述技術(shù)方案中，如何根據(jù)燈具的不同機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)，快速選定合適的遮光罩結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以有效的減少圖像傳感器像敏單元的雜散關(guān)和反射光，減少眩光，提高視頻畫面質(zhì)量，一直沒有一個(gè)理想的解決方案，其遮光罩的結(jié)構(gòu)和參數(shù)只能通過(guò)實(shí)際人工實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)確定，效率低下，尤其是當(dāng)燈具結(jié)構(gòu)或LED模組的布局結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化時(shí)，難以迅速找到最合適的遮光罩結(jié)構(gòu)和參數(shù)，給路燈燈具設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于路燈用攝像機(jī)的防眩光方法，其在確定的擋光環(huán)個(gè)數(shù)和高度范圍內(nèi)，可迅速獲得一系列遮光罩的長(zhǎng)度和內(nèi)徑參數(shù)，再通過(guò)仿真模擬，根據(jù)攝像機(jī)的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值，即可迅速確定遮光罩的最佳結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可有效地減少圖像傳感器像敏單元的雜散關(guān)和反射光，減弱了干擾光線在像面的成像，從而大大減少眩光，提高視頻畫面質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種用于路燈用攝像機(jī)的防眩光方法，包括在LED模組或待測(cè)攝像頭的周圍設(shè)置遮光罩，用以對(duì)位于待測(cè)攝像頭周圍的LED模組進(jìn)行遮光處理；其特征是所述用于路燈用攝像機(jī)的防眩光方法，通過(guò)下述步驟來(lái)確定遮光罩的機(jī)械結(jié)構(gòu)和尺寸：

A、根據(jù)燈具的結(jié)構(gòu)、LED模組與待測(cè)攝像頭之間的位置關(guān)系以及LED模組出光中心距待測(cè)攝像頭的距離，選定所述遮光罩結(jié)構(gòu)類型，包括遮光罩的高度和傾角；

B、通過(guò)CAD軟件，對(duì)選定的遮光罩結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D建模，得到遮光罩的3D模型；

C、將遮光罩的3D模型與攝像頭光學(xué)結(jié)構(gòu)相組合，得到待測(cè)攝像頭的散射模型；

D、對(duì)待測(cè)攝像頭的散射模型進(jìn)行散射模擬，計(jì)算照射在待測(cè)攝像頭像敏元件上的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值；

E、通過(guò)對(duì)散射模擬得到的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值，判斷所選定遮光罩的結(jié)構(gòu)類型、遮光罩的高度和傾角是否符合要求；

F、若通過(guò)散射模擬得到的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值超出預(yù)定的數(shù)值范圍，修改所選定遮光罩的高度和傾角，藉此改變選定遮光罩的光通量口徑；

G、返回B步驟；

H、若通過(guò)散射模擬得到的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)，則散射模擬結(jié)束；

I、根據(jù)所選定的遮光罩結(jié)構(gòu)類型、遮光罩的高度和傾角，確定遮光罩結(jié)構(gòu)的類型、遮光罩的高度和傾角，并將其產(chǎn)品化。

具體的，所述遮光罩結(jié)構(gòu)類型包括圓柱狀且擋光環(huán)等高布置、圓柱狀且擋光環(huán)梯度布置、錐狀且擋光環(huán)等高布置和錐狀且擋光環(huán)梯度布置。

具體的，所述照射在待測(cè)攝像頭像敏元件上的光強(qiáng)照度按照下列公式確定：

其中，E_v為光強(qiáng)照度，τ₀為攝像物鏡的透射比，D為通光孔徑，f為像距/焦距，D/f為相對(duì)孔徑，M₀為景物表面光出射度。

具體的，所述的散射模擬按照下述公式進(jìn)行：

其中，σ_pq為散射系數(shù)，R為接收面半徑，P_pq為非相干散射功率，下標(biāo)p表示入射光和散射光的水平極化方式，下標(biāo)q表示入射光和散射光的垂直極化方式，E₀為入射場(chǎng)強(qiáng)，A₀為照射面積。

具體的，對(duì)于所述的積分散射能量TIS，散射能量占入射光能量的比例為：

其中，E_TIS為積分散射能量，v為垂直于物體表面的方位角，f_BSDF(θ_r,v_r,θ_i,v_i)為散射能量占入射能量比例函數(shù)，θ_r、θ_i為水平方向反射角、入射角，v_r、v_i為垂直表面方向反射角、入射角，dθ_idv_i為二重積分面元。

具體的，所述攝像機(jī)的PST值按照下列公式確定：

其中，θ為視場(chǎng)角，E_d(θ)為像面產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度，E_i為射入瞳處輻射強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，所述光強(qiáng)照度、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值的預(yù)定數(shù)值范圍分別為：

光強(qiáng)照度：0.05lx～10^-5lx；

攝像機(jī)的圖像對(duì)比度：10％～30％；

攝像機(jī)的PST值：9.2×10^-2～1.1×10^-11。

進(jìn)一步的，所述的遮光罩的高度和傾角范圍分別為：

遮光罩的高度范圍：35～60mm；

遮光罩的傾角范圍：25°～45°；

遮光罩內(nèi)口徑尺寸：250～300mm；

遮光罩外口徑尺寸：290～350mm。

進(jìn)一步的，所述LED模組與待測(cè)攝像頭之間的位置關(guān)系包括所述的LED模組位于待測(cè)攝像頭的一側(cè)，以及所述的LED模組環(huán)繞待測(cè)攝像頭的四周。

進(jìn)一步的，所述的LED模組位于待測(cè)攝像頭的一側(cè)時(shí)，所述的遮光罩結(jié)構(gòu)類型選用擋光環(huán)梯度布置；

所述擋光環(huán)梯度布置的含義為上層到底層或者高點(diǎn)到低點(diǎn)的擋光環(huán)涂料逐梯均勻分布。

進(jìn)一步的，當(dāng)所述的LED模組環(huán)繞待測(cè)攝像頭四周時(shí)，所述的遮光罩結(jié)構(gòu)類型選用擋光環(huán)等高布置；

所述擋光環(huán)等高布置含義為每一梯度等高。

進(jìn)一步的，所述的LED模組的出光中心距待測(cè)攝像頭的距離大于300mm時(shí)，所述的遮光罩結(jié)構(gòu)選用圓柱狀擋光環(huán)。

進(jìn)一步的，當(dāng)述的LED模組的出光中心距待測(cè)攝像頭的距離小于300mm時(shí)，所述的遮光罩結(jié)構(gòu)選用錐狀擋光環(huán)。

進(jìn)一步的，所述的遮光罩設(shè)置在LED模組的周圍。

進(jìn)一步的，所述的遮光罩設(shè)置在待測(cè)攝像頭的周圍。

本發(fā)明的技術(shù)方案所述的用于路燈用攝像機(jī)的防眩光方法，通過(guò)增加遮光罩從物理上消除一部分雜散光的成像干擾，以確保攝像機(jī)的對(duì)比度控制在30％左右，以獲得最佳的圖像拍攝效果。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.可根據(jù)燈具的結(jié)構(gòu)、LED模組與待測(cè)攝像頭之間的位置關(guān)系以及LED模組出光中心距待測(cè)攝像頭的距離，快速選定所述遮光罩結(jié)構(gòu)類型；

2.通過(guò)散射模擬，可迅速、準(zhǔn)確地獲得選定遮光罩結(jié)構(gòu)對(duì)待測(cè)攝像頭攝像效果的保障，以獲得最佳的圖像拍攝效果。

3.通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)分析和計(jì)算，速度快，實(shí)驗(yàn)結(jié)果由原來(lái)的定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析，參數(shù)調(diào)整方便，可重復(fù)性好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的步驟流程方框示意圖；

圖2是本發(fā)明擋光環(huán)等高梯度布置的示意結(jié)構(gòu)；

圖3a是本發(fā)明積分散射能量TIS的示意圖；

圖3b是遮光罩面元雜散光的吸收反射能力與遮光罩梯度分布的擋光環(huán)的涂料之間的抑制關(guān)系示意圖；

圖4a是本發(fā)明安防款路燈的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4b是本發(fā)明安防款路燈的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4c是本發(fā)明安防款路燈的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a是本發(fā)明遮光罩的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5b是本發(fā)明遮光罩的仰視立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1中，本發(fā)明防眩光方法的步驟包括：

A、根據(jù)燈具的結(jié)構(gòu)、LED模組與待測(cè)攝像頭之間的位置關(guān)系以及LED模組出光中心距待測(cè)攝像頭的距離，選定所述遮光罩結(jié)構(gòu)類型，包括遮光罩的高度和傾角；

B、通過(guò)CAD軟件，對(duì)選定的遮光罩結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D建模，得到遮光罩的3D模型；

C、將遮光罩的3D模型與攝像頭光學(xué)結(jié)構(gòu)相組合，得到待測(cè)攝像頭的散射模型；

D、對(duì)待測(cè)攝像頭的散射模型進(jìn)行散射模擬，計(jì)算照射在待測(cè)攝像頭像敏元件上的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值；

E、通過(guò)對(duì)散射模擬得到的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值，判斷所選定遮光罩的結(jié)構(gòu)類型、遮光罩的高度和傾角是否符合要求；

F、若通過(guò)散射模擬得到的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值超出預(yù)定的數(shù)值范圍，修改所選定遮光罩的高度和傾角，藉此改變選定遮光罩的光通量口徑；

G、返回B步驟；

H、若通過(guò)散射模擬得到的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)，則散射模擬結(jié)束；

I、根據(jù)所選定的遮光罩結(jié)構(gòu)類型、遮光罩的高度和傾角，確定遮光罩結(jié)構(gòu)的類型、遮光罩的高度和傾角，并將其產(chǎn)品化。

圖2中，給出了擋光環(huán)等高布置的示意結(jié)構(gòu)；

所述擋光環(huán)梯度布置的含義為所涉及擋光環(huán)的間距大小相同；

所述擋光環(huán)梯度布置的含義為雜散光的吸收?qǐng)D層等間距的均勻布置。

采用擋光環(huán)梯度布置的優(yōu)點(diǎn)在于：雜散光線的調(diào)制靈活度高。

圖3(a)中，各個(gè)參數(shù)的含義如下：

dE_i為從dA_s面上入射照度；

dL_s為從dA_s面上輻射出去的能量；

dA_s為雜散光輻射面元；

dΩ_s為散射截面元；

為水平方位角；

θ為極角，以待測(cè)平面法線為基準(zhǔn)開始計(jì)算。

由圖可知，利用在粗糙表面不同雜散入射光線的角度不同可產(chǎn)生不同的散射性質(zhì)，可有效的規(guī)避掉多余散射光線到攝像機(jī)成像面元，從而提升成像質(zhì)量。

圖3(b)中，各個(gè)參數(shù)的含義如下：

r、r₀、r_i為鏡面反射方向，其中r₀＝r_i；

n為折射率；

β、β₀為散射波矢投影矢量；

v、v₀為投射極角。

該圖說(shuō)明了遮光罩面元雜散光的吸收反射能力與遮光罩梯度分布的擋光環(huán)的涂料之間的抑制關(guān)系，在反射光線中心±4.56°之間。

圖4a是本發(fā)明安防款路燈的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4b是本發(fā)明安防款路燈的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4c是本發(fā)明安防款路燈的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a是本發(fā)明遮光罩的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5b是本發(fā)明遮光罩的仰視立體結(jié)構(gòu)示意圖。

由于上述圖均按照機(jī)械結(jié)構(gòu)國(guó)標(biāo)繪制，故本領(lǐng)域的技術(shù)人員，可以毫無(wú)疑義地確定其所表示的含義，故具體圖面內(nèi)容，在此不再敘述。

本技術(shù)方案基于散射模型進(jìn)行攝像頭外遮光罩結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計(jì)，可以大大提升外遮光罩對(duì)雜散光的抑制水平，并且在仿真分析時(shí)提高仿真精度。

遮光罩的遮光效果，與還與遮光罩的材料、遮光罩表面平整度有關(guān)，散射能量集中程度的降低，需要的過(guò)度抑制角會(huì)增大，擋光環(huán)數(shù)量也就會(huì)增加。

但是擋光環(huán)數(shù)量的增加，可能會(huì)帶來(lái)如上面反射模型中離軸角30°時(shí)的情況，使其發(fā)生幾率增大，此時(shí)可以通過(guò)增加遮光罩的上開口口徑來(lái)減少環(huán)數(shù)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)口徑增大會(huì)導(dǎo)致體積和重量增加。

為了保證圖像質(zhì)量所需景物的最高照度與最低照度之比。對(duì)安防系統(tǒng)要求具有全天候工作能力，既可以在夜間無(wú)星或無(wú)月光下(≤10-5lux)使用，又可以在太陽(yáng)光下(＞105lux)工作，需要滿足大的動(dòng)態(tài)范圍，若不采取必要的物理遮光技術(shù)手段，只靠改變光圈的方法和改變的積分時(shí)間、改變光圈面積的辦法來(lái)實(shí)是不行的。同時(shí)對(duì)比度一般只有10％～30％，通過(guò)遮光罩模擬最佳的圖像對(duì)比度，對(duì)比度高，圖像效果很硬，過(guò)度區(qū)太明顯，圖像觀看效果不舒適。對(duì)比度太低，圖像灰蒙蒙地也不舒適。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)在對(duì)比度在30％左右觀看時(shí)，圖像效果最佳。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)仿真模擬，根據(jù)攝像機(jī)的光強(qiáng)照度、積分散射能量(TIS)、攝像機(jī)的圖像對(duì)比度或PST值，即可迅速確定遮光罩的最佳結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可有效地減少圖像傳感器像敏單元的雜散關(guān)和反射光，減弱了干擾光線在像面的成像，從而大大減少眩光，提高視頻畫面質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案，可廣泛應(yīng)用于各種安防款路燈的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域。