基于高动态图像技术的城市立交桥照明安全研究

城市立交桥照明作为夜间道路照明环境中的重要组成部分, 其道路照明的质量对保障夜间交通安全,提高交通运输效率，为车辆的驾驶人员提供良好的视觉环境具有重要的意义。开展针对立交桥道路特点和照明特点的照明安全研究是我国城市建设中紧迫的科技需求。 本项目的主要研究内容：利用高动态图像技术进行光参数提取的测试方法研究；立交桥道路照明光环境测试方法及测点选择原则研究；立交桥道路照明现场测试；不同类型立交桥道路高杆照明失能眩光评价指标限值研究；护栏照明方式的立交桥道路照明失能眩光与闪烁效应控制指标研究；立交桥道路照明的失能眩光控制措施研究。 通过对北京、天津等8个城市的31座立交桥道路照明的现场测量分析，计算机模拟分析，实验室环境中的主观评价，数值计算分析，本项目获得的以下研究结果： 1.采用高动态图像技术能够快速准确地测量立交桥道路照明的光参数，与传统测量方法相比，单点亮度测量误差不大于10%，平均亮度的误差率约为5%，平均照度的误差在2%以下。对立交桥照明安全进行评价时，测量点应选择立交桥上桥入口处；匝道上坡处；立交桥顶层离光源较远处。 2.高杆照明的立交桥可以采用阈值增量（TI）值或眩光值GR，护栏照明的立交桥可以采阈值增量（TI）进行照明安全评价。 3. 采用高杆照明时，立交桥主线和跨线部位阈值增量TI的限值为46%，匝道部位眩光值GR的限值为51。 4.采用高杆照明时，苜蓿叶式立交桥控制失能眩光的具体措施是：灯杆高度控制在38m-42m之间；灯具应选用1000W泛光灯；灯具倾角控制在54°-58°之间。半定向立交桥控制失能眩光的具体措施是：：灯杆高度控制在37m-40m之间；灯具应选用1000W泛光灯；灯具倾角控制在45°-53°之间。 5. 采用护栏灯照明时，以灯具安装高度0.9m为例，单车道立交桥灯具安装间距控制值：平直道路为7.0m，左转上坡为7.4m，其他转弯坡道为6.8m-7.4m之间。双车道立交桥灯具安装间距为6.8m-7.6m之间。 6.用约束护栏灯安装间距的方法可以达到消除闪烁效应的目的。以车速60公里/小时为例，护栏灯的合理安装间距为6.8m-10.0m。 本项目研究成果能够为新建立交桥照明设计和原有立交桥照明改进提供科学理论依据。对改善立交桥照明光环境质量，减少道路交通事故,提高驾驶员视觉舒适性具有很强实际意义和应用前景。

城市立交桥建设在我国各大城市正处于快速发展阶段，城市立交桥照明作为夜间道路照明环境中的重要组成部分, 其道路照明的质量对保障夜间交通安全,提高交通运输效率，为车辆的驾驶人员提供良好的视觉环境具有重要的意义。开展针对立交桥道路特点和照明特点的照明安全研究是我国城市建设中紧迫的科技需求。本项目研究采用高动态数字图像技术测量已建成立交桥照明光度参数为主要技术手段，通过数字模拟分析及实验室条件下照明安全的评价，对不同照明方式的城市立交桥照明安全进行研究，揭示不同照明方式和照明装置形成失能眩光的科学规律，提出适于立交桥照明特点的限制失能眩光的技术指标及控制立交桥干扰光的技术策略。项目研究成果能够为新建立交桥照明设计和原有立交桥照明改进提供科学理论依据。对改善立交桥照明光环境质量，减少道路交通事故,提高驾驶员视觉舒适度，有效地减少干扰光对居民的影响具有很强实际意义和应用前景。

CMOS图像传感器在消费电子、工业生产、安全监控、医疗成像、科学研究、军事国防等领域都获得了广泛应用，是一类非常重要的集成电路。然而，目前主流传统的CMOS图像传感器动态范围较小，无法记录自然场景接近180dB动态范围的图像信息，因此本项目研发具有超宽动态范围的CMOS图像传感器意义十分重大。 本项目首先提出并研究了基于电荷补偿技术的图像传感器原理；然后利用电荷补偿技术实现了高动态CMOS图像传感器原型器件，对该图像传感器的性能进行了详细的测试，并对非理想因素进行了分析；同时研究了一种基于两次电荷转移的高动态CMOS图像传感器，并研究了高分辨率、高动态范围CMOS图像传感器信号获取和处理电路，设计了图像传感器模拟输出轨对轨放大器，适用于并行列模数转换用的12bit循环型模数转换器，以及适合于串行输出的40MHz采样率、14bit精度的流水线型模数转换器。 本项目提出的像素电荷补偿技术，具有本征的高动态范围，其基本结构是通过像素中加入一个附加的光电二极管，弱光时反偏，强光时自动转换为正偏，从而实现电荷补偿，使得像素输出电压在弱光下与光强成线性，强光下变成与光强对数成正比，达到提高图像传感器动态范围的目的。该技术申请并获得了国家发明专利。 通过这种技术实现的CMOS图像传感器像素在弱光下呈现线性响应，在强光下为对数响应，可响应光功率密度在1.99×10^-9W/cm^2至0.448W/cm^2之间，等效动态范围达到167dB，远远高于目前主流CMOS图像传感器约80dB的动态范围。同时该图像传感器具有接近2V的输出摆幅。设计的14bit流水线模数转换器采用了每级2.5bit精度的冗余架构，前期测量结果显示有效精度超过了10bit。 本项目所研究的图像传感器结构简单、处理电路与信号处理方案成熟可靠，将能够比较完美地解决传统CMOS图像传感器动态范围较低的缺点，具有重要的科学意义和应用价值。 2100433B

《地壳形变动态图像提取与强震预测技术研究》由地震出版社出版。

CMOS图像传感器应用广泛，但其动态范围较小，不能满足记录自然场景的需求。目前提高其动态范围的方法存在着牺牲成像速度和质量、电路架构复杂、提升效果有限等缺点。本项目创新地提出利用像素电荷补偿的方法来得到超宽动态范围的CMOS图像传感器，特色是通过像素中加入一个附加的光电二极管，弱光时反偏，强光时自动转换为正偏，从而实现电荷补偿，使得像素输出电压在弱光下与光强成线性，强光下变成与光强对数成正比，达到提高图像传感器动态范围的目的。该方案受工艺影响小，弱光下响应速度快，信噪比高，强光下信号不饱和，动态范围提升明显。像素结构简单，无需采用复杂电路及额外时序来判断入射光的强弱。处理电路及系统方案采用传统积分式结构，技术成熟可靠。目标是所研究的图像传感器在30fps下动态范围将接近或超过160dB。本项目的研究将能够比较完美地解决CMOS图像传感器动态范围的问题，具有重要的科学意义和应用价值。