用数码相机测量亮度分布

    1 引言

    随着数码相机的成像技术提高,采用数码相机近似测量亮度已成为可能。但是,由于数码相机毕竟不是测光仪器,所以从不同型号不同厂家生产的数码相机所采集的数字图像中提取的光度参数会产生差别,为此应进行相应实验,确定所采集的数字图像的灰度值和刺激值之间的关系式与相应的校正系数,提高亮度计算式的精度,满足设计需要。

    2 数码相机光学特性化

    数码相机中CCD传感器的光谱响应与CIE1931标准色度系统中的颜色匹配函数不相同,而且在不同数码相机之间也有差别。因此,利用数码相机近似测量场景的亮度分布,关键是确定数码相机所采集的数字图像的灰度值与CIE1931标准色度系统中对应的刺激值之间的关系式,即所谓数码相机光学特性化。特性化方法一般可分为两种:基于光谱响应的方法和基于目标色的方法[1]。现采用后一种特性化方法,即使用摄影用标准灰板、色板作为参考目标色,在光学实验室里分别被数码相机和BM-5A色度亮度计测量,由PhotoShop图像处理软件等读取所采集的数字图像的灰度值,并转化成对应的刺激值Rc、Gc、Bc,再与色度亮度计测得的刺激值X、Y、Z进行比较分析,将数码相机光学特性化。

    2.1 实验仪器和设备

    在光学实验室里采用电子交流稳压器给过渡光强标准灯泡供电,并与符合国家标准GB3556-835摄影用标准灰板、色板的技术规范6规定的标准灰板、色板一起严格置于光轨上,调整接触调压器使标准灰板、色板的反射光亮度处在0115cd/m2~15cdPm2范围内,关闭门窗及其它照明光源,除测试方向外均放下黑绒布,使被研究的光环境尽量符合大多数实际的标准照明情况。

    在开始测量前2min对SONY-F717数码相机进行调整,使某一被测标准灰板或色板充满画面。在调整白平衡条件下,固定光圈F和曝光时间T,并与新购的BM-5A色度亮度计以相同方向,且同时对某一块标准灰板或色板进行拍摄和测量刺激值及色品坐标。

    2.2 数码相机的稳定性研究

    数码相机的稳定性是指间隔一定时间连续拍摄后它的响应的性能[1]。只有采用具有良好稳定性和重复性的数码相机,才能减少新颖的道路照明测试装置的系统误差,提高测试精度。

    在数码相机开机2min稳定后,每隔1min~5min对同一灰板(或色板)拍摄5次,计算灰度值Ir、Ig、Ib的均方差(RMSE)来衡量数码相机的稳定性和重复性。

    式中:n—测量次数,本文中n=5;

    Ir、?Ig、?Ib—平均灰度值。

    在表1中给出SONY-F717数码相机对于灰板的稳定性实验结果。从表1中看出,均方差RMSE小于211,所以该数码相机稳定性较好。