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博阳解析关于交通卡口监控形成和应对方法    日期:2019-09-26

随着交通视频监控行业的发展,交通专用光源作为监控系统的重要组成部分近年来发展迅速,出现了各种不同发光机理、不同应用模式的灯具。而随着交通参与者自我保护意识的进步,各种光污染的投诉越来越多。对于光污染的形成原因,或者是对问题认知不足,或者是纯粹从商业利益角度刻意混淆试听,导致目前出现了很多似是而非的概念。普通用户无法理解技术细节只能听从所谓的技术专家灌输概念,谎言说一千遍就是真理,导致行业内原有做法规范的企业受到不合理竞争,长此以往,又是一个劣币驱良币的典型,博阳小编为您解析关于交通卡口监控形成和应对方法,简单分析下LED补光灯-频闪灯-疝气爆闪灯的区别,还有所应用的项目需求。

人眼对光的感知范围

眼睛之所以能看得见,是因为有一个视网膜成像,但视网膜的大部分区域感受到的视觉信息,分辨率都比较低,就像被虚化了的图片,看不到细节,只有一个叫中央凹的小区域(位于视网膜的中央),那里聚集了光线感受细胞,当某个物体的反射光线投射到该区域时,才能看清这个物体的细节,转动眼球的目的就是把想要观察的物体投射到中央凹。

在车速比较低时,驾驶员是通过转动眼球或头部来拓宽视野的,而高速行驶,就没时间这么做了,只能紧盯着道路前方。如果不转动眼球或头部,就只能看清眼睛注视的地方(焦点位置),周围的物体都是比较模糊的。这是视觉功能上的一个瓶颈,即同一时间只能看清处于焦点位置的物体,必须不断的转动眼球或头部才能看清更多的物体。

正常驾驶时,司机视线基本是向前的,能够清晰观察的就是视野中心的狭小范围,交通监控的补光设备,应该避免从这个角度进入驾驶人视线。

《交通技术监控成像补光装置通用技术条件》的“设置要求”章节中,有如下描述:“补光装置应安装在补光车道的侧上方,补光装置基准轴与补光车道的两条车道分界线所成的空间角度均应大于等于20°”。该技术要求的本质就是灯具光轴应当避开驾驶人的视野敏感范围。

该章节继续有以下描述:“补光装置安装在车道上方时,与地面的垂直距离应大于等于6m”。

基于这两条参数,对于典型的横挑杆安装方式,做一个简单的立体几何计算。示意图如下:


对于目前常见的卡口应用,如果需要清晰拍摄驾驶人人像,考虑到车顶遮挡问题,通常选择的抓拍距离为23~28米,按照此参数,横向拉开6米是小的允许范围。低于此范围,则可能进入驾驶人视野敏感区域,影响交通安全。

需要说明的是,以上距离推断是以灯具的基准轴指向被摄目标为准计算的,实际的项目中,发现大量的工程安装不遵循施工规范甚至是根据错误的施工规范,灯具基准轴不指向被摄目标,完全平射甚至朝天。在此种安装条件下,是不可能满足避开人眼敏感区的要求的。

这就是目前光污染形成的核心原因:工程安装不规范

人眼对脉冲补光、频闪补光、持续点亮补光的敏感性评定标准

《交通技术监控成像补光装置通用技术条件》将光源种类分成脉冲补光、频闪补光和持续点亮三大类。

人眼感知的是一段时间内的总能量或者说平均能量,而非峰值照度。现有的常见交通专用灯具峰值照度并没有超过人眼的可承受范围。《交通技术监控成像补光装置通用技术条件》标准里面有限制峰值能量的条款,例如“频闪光源峰值照度小于等于300Lux,脉冲光源小于等于4000Lux”,本意是出于限制光污染,但这种表述并不严密,应当调整成限制照度和发光时间的乘积。

脉冲光源的评价应当是以照度和发光时间的乘积为准,对于脉冲氙气灯,简单的度量标准就是单次发光能量,单位是WS或者焦耳。同样的光路,总能量低的灯具刺激较小。同样的光效,总能量低的灯具技术水平高。市场上现有的灯具,此项指标从20焦耳到300多焦耳不等。对脉冲氙气灯的评价,应当是在达成同样光效的基础上消耗能量较低的为佳,然而现有的项目招投标,部分人员混淆视听,居然有人以灯具能量高为正偏离,实在是贻笑大方。

频闪或者常亮光源的评定应当是平均照度。峰值照度200Lux,每秒50次,每次5毫秒的频闪光源和照度50Lux的常亮光源对人眼的感知来说是基本一样的。

那么如何比较脉冲光源和频闪光源的光污染程度呢?在许多人概念里面,已经思维定式形成,就是爆闪灯光污染大于频闪灯,事实的确如此吗?

在谈论这个话题前,首先应当统一标准,即同等光效。你不能拿一张场景清晰、驾驶室内人脸清晰的图片和一张画面几乎全黑、只能看见号牌的图片比较,说只能看见号牌的那张光污染小,这样的比较毫无意义。

对于相同的摄像机而言,同等的补光强度,同等的曝光参数,应当产生同样的图片效果。假定同一相机与一款脉冲氙气灯以及一款LED频闪灯分别配合,脉冲氙气灯的指标是24米距离上,照度2000Lux,发光时间0.5ms,LED频闪灯指标是24米距离,照度200Lux,发光时间5ms。暂且先不讨论高速运动物体能否使用5毫秒的快门成像,就两者光效而言,2000*0.5 = 200*5;也就是说对于图像而言,两者是基本一致的。但是不要忽略一个核心问题,频闪灯是每秒钟闪烁50次以上,而脉冲氙气灯一辆车只工作一次。如果以一秒抓拍一次计算,脉冲氙气灯对人眼输出的能量评价值为2000Lux*0.5ms*1次,而同等光效下,频闪灯对人眼输出的能量评价值为200Lux*5ms*50次。即频闪灯在同等光效标准下,对驾驶人眼的光输出能量是脉冲光源的50倍!

这个结论是否出乎意料呢?可能有人不以为然,认为脉冲光源对人眼的刺激程度高,人眼对闪烁的物体更敏感,频闪或持续发光人眼可以适应,这才符合我们的一般认知。这个结论对于处在恒定照明状态的人来说是正确的。如同在室内,不管灯光开得多亮,人都可以适应,而如果有人用闪光灯拍照,总能引起人的敏感反应,但在交通上也是如此吗?

注意一个基本生物学事实,人是怎样适应不同光照环境的?调节眼球瞳孔孔径,类似于镜头调整光圈。

在黑暗的环境下,人眼瞳孔通常处于开放状态,当受到单次的脉冲光源照射时,由于只是瞬时发光,瞳孔来不及做出反应,这样光源发光停止后,瞳孔仍然基本维持原有孔径,因此并不影响继续观察黑暗环境。但是如果换成对人眼来说持续发光的光源,包括频闪灯和常亮灯,瞳孔有足够的时间引起收缩反应以适应新的光照条件,当光源关闭重新进入黑暗环境后,瞳孔恢复原有孔径需要一段时间,此时瞳孔孔径偏小,眼底感光区进光量不足,不能立即适应黑暗的环境,会导致短时间的致盲。对于典型的高速公路场景,通常处于无照明状态,如果设置哪怕完全符合国标要求的不超过50Lux的常亮补光,如果光源的可视角度较大,导致驾驶人能维持几秒钟的连续观察,都会导致离开照明范围的瞬间,进入致盲状态。

所以,频闪或者常亮照明的平均照度应当以道路照明的四倍为上限,对于高速公路或者照度低的道路而言,宜采用低能量的脉冲补光结合低功率的频闪或常亮光源,应当避免设置高亮度的面向驾驶人的频闪或常亮照明,如果必须设置,建议参考《城市道路照明设计标准》中的描述,设置过渡照明。

脉冲光源对人眼的刺激也是确实存在的,那么有什么合适的解决手段吗?频爆闪一体,应该是合理的解决方向。频闪的作用不能视为照明作用,其亮度应该严格控制为不超过道路照明的四倍,以避免灯光致盲,其主要的作用应该是提示作用,减弱脉冲发光时的对比程度。

可能还有人疑惑,“即使这样,我还是觉得闪光灯刺激更大啊?”,为什么会有这种感觉?

首先同等光效的标准是很难达到的,目前常见的脉冲氙气灯的指标大体是24米,4000Lux照度,0.5ms发光,LED灯则相差很大,典型的大约24米,200Lux照度,3ms发光,这样能量评价的差异4000*0.5*1 : 200*3*50 = 1:15,15倍的差异,没有50倍这么夸张,并且,引出本文的下一个章节:杂散光控制。


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正常安装的交通卡口灯具,补光范围应该在抓拍点前后不大的范围内,通过提升架设高度、拉开横向距离等手段,可以满足避开被拍摄对象视野敏感区的要求,如图,画面中第一辆车的驾驶人不会感受到明显的光污染。但是如果灯具的杂散光抑制不佳,则杂散光会对抓拍点后车辆形成明显的光污染。如图,画面中第二辆车的驾驶人虽然没有进入灯具主光束,但是在很远的距离上就会观察到灯具的杂散光,这个就是目前即使按照工程规范仍然产生光污染的主要现象。

行业内常见的脉冲氙气灯,技术的鼻祖是摄影常用的影楼灯,其光路设计特点是要求很大的场景范围内照度均匀,这导致其配光设计定向性弱,发散角大,杂散光几乎不抑制,此类脉冲氙气灯应当严格禁止在交通工程中应用。

部分专业能力较强的厂家已经更改光路设计,加强光源定向性,减小发散角,并考虑杂散光抑制。目前常见的抑制杂散光的手段是增加结构限制发散角,例如所谓的栅格或者蜂巢结构,或者设计截止线清晰的光路。具体什么手段更有效不是本文的讨论重点,重点应该是今后的标准制定,应该将杂散光抑制水平纳入评价体系,中心有效发光高,杂散光抑制强的,才是设计良好的灯具。

交通参与者之所以感觉LED频闪灯光污染小于脉冲氙气灯,实质是LED发光元件相对氙气灯管,更接近点光源,使得灯具光路设计较容易控制光斑发散角,杂散光小

深圳市博阳光电科技有限公司是一家专业生产智能交通监控补光灯厂商,研发生产的监控补光灯,频闪灯,闪光灯,爆闪灯应用在很多交通项目上,形成了很多成功案例,

综上所述,当前光污染的应对手段应该是:

1.规范安装方式,要求灯具安装位置必须避开驾驶人视野敏感区,同时必须保证主光束正对被摄对象,禁止大功率灯具平射的安装方式;

2.必须限制脉冲灯具总能量输出,目前市面上灯具为了效果好,无节制的增加总能量是光污染形成的重要因素;

3.规范现场频闪或常亮灯具照度,应当限制其不超过道路照明的四倍。如果必须超过,应该要求增加过渡照明;

4.脉冲模式的灯具宜增加频闪或常亮提示性照明,弱化工作瞬间的刺激强度;

5.规范灯具的杂散光抑制,主光束以外的发光必须大幅度削减,目前标准未定义杂散光抑制参数,建议推动相关标准修订。

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