GB/T 40965-2021 回复反射的测量方法

　　ICS 43 . 040 . 20 CCS K 70

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40965—2021

　　回复反射的测量方法

　　Measurementofretroreflection

　　2021-1 1-26 发布 2022-06-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40965—202 1

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　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国轻工业联合会提出。

　　本文件由全国照明电器标准化技术委员会(SAC/TC 224)归口 。

　　本文件起草单位：杭州远方光电信息股份有限公司、北京师范大学、中国计量科学研究院、交通运输部公路科学研究所、厦门立达信照明有限公司、镇江海关综合技术中心、苏州市计量测试院、金华市计量质量科学研究院、广州质量监督检测研究院、道明光学股份有限公司、公安部交通管理科学研究所。

　　本文件主要起草人：李倩、潘建根、张保洲、郑春弟、苏文英、何华阳、陈友三、李加、刘宏欣、涂王平、温少楷、王宏、马静洁、徐何辰。

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　　回复反射的测量方法

　　1 范围

　　本文件描述了回复反射应用的几何系统，规定了回复反射的测量方法。

　　本文件适用于回复反射体、回复反射材料的光学性能测量。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 26377 逆反射测量仪

　　GB/T 39388 照度计和亮度计的性能表征方法(GB/T 39388—2020 , CIE S023/E: 2013 , IDT )

　　CIE 51.2—1999 一种评估色度测量用 日光模拟器质量 的方法 ( A method for assessing the quality of daylight simulators for colorimetry)

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3 . 1 通用定义

　　3 . 1 . 1

　　回复反射 retroreflection

　　反射光线从接近入射光线的反方向返回的一种反射，当入射光线的方向在较大范围内变化时，仍能保持这种性质。

　　注 1 ：回复反射也称为逆反射。

　　注 2 ：回复反射光的锥形空间分布如图 1 所示。

　　图 1 回复反射光线锥形空间示意图

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　　3 . 1 . 2

　　回复反射比 retroreflectance

　　在入射和反射几何条件限定的小范围内，反射辐射通量或光通量与入射通量之比。

　　3 . 1 . 3

　　回复反射体 retroreflector

　　具有回复反射性能的反光面或器件。

　　3 . 1 . 4

　　回复反射元 retroreflectiveelement

　　反射面上通过折射或者反射或者二者兼有而产生回复反射的最小光学单元。

　　3 . 1 . 5

　　回复反射材料 retroreflectivematerial

　　在暴露的表面或近表面有一薄层连续的微小回复反射元的材料。

　　注：常见的回复反射材料有反光膜、反光标线或人行道标线带。

　　3 . 1 . 6

　　回复反射器 retroreflectivedevice

　　一个用作回复反射体的完整器件。

　　3 . 1 . 7

　　反光膜 retroreflectivesheeting

　　一种已预制成薄膜的回复反射材料。

　　3 . 2 几何条件定义

　　3.2.1

　　回复反射体参考点 retroreflectorpointofreference

　　回复反射体上或者靠近回复反射体用于指定回复反射体位置的点。

　　注 1 ：这个点用来定义角度测量的轴线。

　　注 2：通常将回复反射体的中心或其表面中心指定为回复反射体参考点。

　　3.2.2

　　光源参考点 sourcepointofreference

　　用于指定光源位置的一个点。

　　注：对于一个物理光源，该点也是出射孔径光阑的中心，也称为出瞳。

　　3.2.3

　　观察者参考点 observerpointofreference

　　用于指定观察者位置的一个点。

　　注：对于一个物理探测器，该点也是入射孔径光阑的中心，也称为入瞳。

　　3.2.4

　　回复反射体轴 retroreflectoraxis

　　从回复反射体参考点出发的一条指定轴。

　　注 1 ：回复反射体轴通常选择为回复反射体设计使用时的照明方向中心线。

　　注 2：对于水平道路标线，通常选择表面法线作为回复反射体轴。

　　注 3：对于回复反射器，回复反射体轴通常位于回复反射体的对称平面内。

　　注 4：对于反光膜，回复反射体轴通常垂直于表面。

　　3.2.5

　　照明轴 illuminationaxis

　　从回复反射体参考点出发通过光源参考点的轴。

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　　3.2.6

　　观察轴 observationaxis

　　从回复反射体参考点出发通过观察者参考点的轴。

　　3.2.7

　　基准标志 datum mark

　　回复反射体上用来建立基准轴方向的标记。

　　3.2.8

　　基准轴 datum axis

　　从回复反射体参考点出发垂直于回复反射体轴的一条指定轴。

　　注：基准轴的方向有时是通过回复反射体上的基准标志来建立的。

　　3.2.9

　　第一轴 firstaxis

　　从回复反射体参考点出发且方向为照明轴与观察轴矢量乘积的轴。

　　注：第一轴垂直于观察半平面(3 . 2 . 11) 。

　　3 . 2 . 10

　　第二轴 secondaxis

　　从回复反射参考点出发且方向为第一轴与回复反射器轴矢量乘积的轴。

　　注：第二轴位于观察半平面内且垂直于回复反射体轴。

　　3 . 2 . 1 1

　　观察半平面 observationhalf-plane

　　从照明轴出发且包含观察轴的半平面。

　　3 . 2 . 12

　　入射半平面 entrancehalf-plane

　　从照明轴出发且包含回复反射体轴的半平面。

　　3 . 2 . 13

　　基准半平面 datum half-plane

　　从回复反射体轴出发且包含基准轴的半平面。

　　注：基准标志并不总是一个点，它也不总是在基准半平面内。

　　3 . 2 . 14

　　观测角 observationangle

　　α

　　照明轴与观察轴之间的夹角。

　　注 1：观测角通常小于 10°,大部分在 2°及以下。完整的范围定义为 0°≤α≤180°。

　　注 2：本文件的角度定义规则与标准数学符号一致。 正角度通过“从”和“到”定义。 无符号角度定义用“之间”。

　　3 . 2 . 15

　　视角 viewingangle

　　ν

　　观察轴与回复反射体轴之间的夹角。

　　注 1 ：这个角并不是在所有几何系统中都有的(见第 4 章)。 在 CIE 角度计系统中，该角度的值使用下式计算：

　　cosν=cos(α-β1 ) cosβ2 。在 RM 系统中的计算公式为 ν= 90°-a。

　　注 2：完整范围为 0°≤ν≤180°。

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　　3 . 2 . 16

　　观测仰角 observation-elevationangle

　　a

　　回复反射体轴与观察轴之间夹角的补角。

　　注：对于水平道路标线，回复反射体轴垂直于道路表面，因此观测仰角就是观察轴与道路表面的夹角。 观测仰角的

　　完整范围为 0°≤a≤180°。

　　3 . 2 . 17

　　入射角 entranceangle

　　β

　　照明轴与回复反射体轴之间的夹角。

　　注 1：入射角一般不超过 90°,但考虑完整性，角度范围定义为 0°≤β≤180°。

　　注 2：在 CIE 角度计系统中，β被分解成两个正交分量β1 和 β2 。

　　注 3：根据定义 β 总是正的，但实际通常将相对观测孔径为镜面反射方向的小入射角记为负值，推荐将这样的负角度指定为 β1(例如 β=-4°宜写为β1 = -4 °, β2 =0°)。

　　3 . 2 . 18

　　入射角分量 β1 entranceanglecomponentβ1

　　在观察半平面内，从照明轴到包含回复反射体轴的平面的角度。

　　注 1：完整范围为-180°≤β1≤180°(参考图 4 的 β2 标识)。

　　注 2：当且仅当从照明轴到第二轴(与观察轴相交)之间的弧度在 90°~270°时，β1 是正数。

　　3 . 2 . 19

　　入射角分量 β2 entranceanglecomponentβ2

　　在垂直于观察半平面的平面内，从包含观察半平面的平面到回复反射体轴的角度。

　　注 1：完整范围为 - 90°≤ β2 ≤ 90° ,这个范围结合 β1 足够描述所有可能的情况(参考图 4 中的 β2 标识)。

　　注 2：有时将 β2 的区间延展为-180°≤β2≤180°;此时，β1 的角度范围限制为-90°≤β1≤90°。

　　3 . 2 . 20

　　照明仰角 illuminationelevationangle

　　e

　　从照明轴到回复反射体轴的角度的余角。

　　注：水平道路标线的回复反射体轴垂直于道路表面，其入射角通常接近于 90°,此时使用入射角的补角，即照明仰角e= 90°-β。

　　3 . 2 . 2 1

　　方位角 orientationangle

　　ωs

　　位于垂直于回复反射体轴的平面内，从入射半平面到基准轴的夹角，以光源为视点逆时针测量。

　　注：完整范围为-180°≤ωs≤180°。

　　3 . 2 . 22

　　显示角 presentationangle

　　γ

　　从入射半平面到观察半平面的二面角，以光源视点逆时针测量。

　　注：完整范围为-180°≤γ≤180°。

　　3 . 2 . 23

　　旋转角 rotationangle

　　ε

　　位于垂直于回复反射体轴的平面内，从观察半平面到基准轴的夹角，以光源为视测点逆时针测量。

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　　注 1：完整范围为-180°≤ε≤180°。

　　注 2：当光源和观察者在空间固定，而样品绕回复反射体轴旋转时，旋转角 ε 和方向角ωs 的变化是相等的。

　　3 . 2 . 24

　　ρ 角 rhoangle

　　ρ

　　从观察半平面到基准半平面之间的二面角，以光源为视点逆时针测量。

　　注：完整范围为-180°≤ρ≤180°。

　　3 . 2 . 25

　　RM 第一方位角 RM firstazimuthalangle

　　b

　　从回复反射体轴出发并包含照明轴的半平面，到回复反射体轴出发包含观察轴的半平面的二面角，取回复反射体轴上的一个视点顺时针方向测量。

　　注 1：完整范围为-180°≤b≤180°。

　　注 2：参考 3 .2 .16 观测仰角的定义(标识 a)。

　　3 . 2 . 26

　　RM 第二方位角 RM secondazimuthalangle

　　d

　　位于垂直于回复反射体轴的平面内，从回复反射体轴出发包含观察轴线的半平面，到指向基准轴的角度，取回复反射体轴上的一个视点顺时针方向测量。

　　注：完整范围为-180°≤d≤180°。

　　3 . 2 . 27

　　观测距离 observationdistance

　　1复反射参考点与观察参考点之间的距离。

　　3 . 2 . 28

　　照明距离 illuminationdistance

　　2复反射参考点与光源参考点之间的距离。

　　3 . 2 . 29

　　孔径角 apertureangles

　　3 . 2 . 29 . 1

　　圆形孔径 circularaperture

　　圆形孔表面的角直径。

　　3 . 2 . 29 . 2

　　环形孔径 annularaperture

　　外部边界圆和内部边界圆间的角度直径之差。

　　注：环形光度探头没有明确的观察者参考点。观测角 α 定义为照明轴和位于环形孔径内并将孔径面积一分为二的圆之间的角度。β 角按常规定义，但由于不能定义观察平面，因此无法定义 ε, γ, ρ, β1 和 β2 角。环形光度探头可用简化的固有系统 α,β,和 ωs 来定义，同时假设未定义的 γ 值在- 180°~+180°。

　　3 . 2 . 29 . 3

　　光源孔径 sourceaperture

　　从回复反射体参考点到光源的出射孔径光阑或出瞳的角度尺寸。

　　注 ：回复反射孔径示意图见图 2 。

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　　光源孔径""

　　图 2 回复反射孔径示意图

　　3 . 3 光度定义

　　3.3.1

　　回复反射光谱辐射强度系数 spectralcoefficientofretroreflectedradiantintensity

　　RI (λ)

　　在给定的几何条件下，回复反射体的光谱辐射强度与入射光源在垂直于照明轴的平面上的光谱辐射照度的比值。

　　按公式(1)计算。

　　RI …………………………( 1 )

　　式中：

　　Ie(λ) — 回复反射体的光谱辐射强度;

　　Ee丄 (λ) — 入射光源在垂直于照明轴的平面上的光谱辐射照度。

　　3.3.2

　　回复反射光谱系数 spectralcoefficientofretroreflection

　　RA (λ)

　　在给定的几何条件下，回复反射体的光谱辐射强度系数与表面积的比值。

　　按公式(2)计算。

　　RA

　　式中：

　　RI (λ) — 回复反射体的光谱辐射强度系数;

　　A — 回复反射体的表面积。

　　注 1：这并不等于双向反射分布函数(BRDF)。BRDF(λ)等于 RA (λ) /cosβ。与 BRDF等效的量值为 RΦ 。

　　注 2 : BRDF是样品辐射亮度除以样品辐射照度，至少包括入射和散射两个方向。

　　3.3.3

　　回复反射光谱辐射亮度系数 spectralcoefficientofretroreflectedradiance

　　RL (λ)

　　在给定的几何条件下，回复反射体的光谱辐射强度系数与在接收器观察方向的投影面积的比值。按公式(3)计算。

　　RL …………………………( 3 )

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　　式中：

　　RA (λ) — 回复反射光谱系数。

　　3.3.4

　　发光强度系数 coefficientofluminousintensity

　　RI

　　回复反射光谱辐射强度系数与入射光相对光谱功率分布以及 CIE 2°光谱光视效率函数的乘积在指定波长范围内的积分，与入射光相对光谱功率分布以及 CIE 2°光谱光视效率函数的乘积在相同波长范

　　围内的积分的比值。

　　按公式(4)计算。

　　RI

　　式中：

　　Se (λ) — 入射光相对光谱功率分布;

　　V(λ) —CIE 2°光谱光视效率函数。

　　注 1：发光强度系数的单位为坎德拉每勒克斯(cd · lx-1 )。

　　注 2：通常使用或假设 CIE 标准 A光源，但是也可以用其他光谱分布替换，即卤钨灯、金属卤化物灯、氙灯、LED等。

　　注 3：在某些情况下，可以用不同于 V(λ) 的光谱光视效率函数替换，例如中间视觉函数，积分区间可能需要延展。

　　3.3.5

　　回复反射系数 coefficientofretroreflection

　　RA

　　回复反射光谱辐射强度系数与入射光相对光谱功率分布以及 CIE 2°光谱光视效率函数的乘积在指定波长范围内的积分，与入射光相对光谱功率分布以及 CIE 2°光谱光视效率函数的乘积在相同波长范

　　围内的积分的比值。

　　按公式(5)计算。

　　780

　　RA

　　注：回复反射系数的单位为坎德拉每勒克斯平方米(cd · lx- 1 · m-2 )

　　3.3.6

　　回复反射亮度系数 coefficientofretroreflectedluminance

　　RL

　　回复反射光谱辐射亮度系数与入射光相对光谱功率分布以及 CIE 2°光谱光视效率函数的乘积在指定波长范围内的积分值，与入射光相对光谱功率分布和 CIE 2°光谱光视效率函数的乘积在相同波长范

　　围内的积分值的比值。

　　按公式(6)计算。

　　780

　　RL

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　　式中：

　　RL (λ) — 回复反射光谱辐射亮度系数。

　　注：回复反射亮度系数(RL)的单位为坎德拉每平方米勒克斯( cd · m-2 · lx-1 )。

　　3.3.7

　　线回复反射系数(反光条的)coefficientoflineretroreflection(ofa reflectingstripe)

　　RM

　　回复反射条的回复反射发光强度系数与其长度的比值。

　　按公式(7)计算。

　　RM …………………………( 7 )

　　式中：

　　l— 回复反射条的长度。

　　注 1：线回复反射系数的单位为坎德拉每勒克斯米(cd · lx- 1 · m-1 )。

　　注 2：这个量值也可以用光谱方式定义，如公式(4) ~公式(6)所示。

　　3.3.8

　　回复反射因数 retroreflectancefactor

　　RF

　　在相同的照明和观察几何条件下，回复反射表面的回复反射亮度系数与理想均匀漫反射体的回复反射亮度系数的比值(无量纲)。

　　注 1：RF的值在公式(8)中给出，此处，RL 为回复反射表面的亮度系数，β 是入射角。这个公式也可以用发光强度系数 RI 来表述，此时 ν 为观测角。

　　RF …………………………( 8 )

　　RL 与 RF 通常依赖于α , β , ε , γ 和 ωs 。

　　注 2：RF 数值上等于反射因数 R 。

　　注 3：这些单元量值也可以用光谱方式定义，如公式(4) ~公式(6)所示。

　　3.3.9

　　理想均匀漫反射体 idealuniform perfectrelectingdiffuser

　　半球反射比等于 1 的均匀漫反射体，该漫反射体的空间漫辐射分布为各个方向上辐射亮度或亮度是相同的。

　　4 几何系统

　　4 . 1 概述

　　由光源、观测者及被测回复反射器所形成的特定几何关系可以由四个角度描述出来。 四个角度可采用以下系统来定义，不同系统之间可以相互转换，在附录 A 中给出。

　　{α,β1 ,β2 ,ε} CIE 角度计系统

　　{α,β,γ,ωs } 固有系统

　　{α,β,ε,ωs } 应用系统

　　{a，b，c，d｝RM 系统(道路标线系统)

　　注：在各系统的角度关系中，存在如下几种特殊情况：

　　— 特殊情况 1,当β2=±90°时，回复反射轴垂直于观测半平面。在这种情况下，旋转角ε 的定义不再适用。因此，将 ε 定义为在观测半平面内从回复反射体参考点出发并垂直于照明轴的线与基准轴之间的角度，在回复反射器视图下以逆时针方向测量。为了避免 ε 和 β1 冗余，将 β1 设为 0。

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　　— 特殊情况 2,当 a=0°时，观测轴与照明轴一致。在这种情况下，用来定义多个角度的观测半平面的定义不再适用。因此，β1 = β , β2 = 0 ° , ε = ωs , γ = 0 ° , ρ 为 ωs 到垂直 于照 明轴 的平 面 的投射角，即 ρ = tan- 1 (tanωs /cosβ)。

　　— 特殊情况 3,当 β = 0 °时，照明轴与回复反射体轴一致。在这种情况下，用于定义两个角度的入射半平面的定义不再适用。因此，按惯例 ωs = 0 ° ; γ = - ρ = - ε。

　　4 . 2 回复反射体几何参数

　　回复反射器几何参数包括回复反射体参考点、回复反射轴和基准轴。 对于一个回复反射体，这些几何参数通常与其安装和使用相关，一般由制造商或者经销商提供。

　　4 . 3 照明几何条件

　　回复反射体的照明几何条件由β 和 ωs 决定。

　　4 . 4 观测几何条件

　　回复反射器的观测几何条件由 α 和 ρ 决定 。

　　注：显示角 γ 位于ρ 的平面内，当回复反射器和光源在空间中保持不动而观察者移动时，γ 的变化与ρ 的变化一致，因此相对于回复反射器的照明而非回复反射器本身，α 和 γ 一起指定了回复反射器的观察条件。旋转角 ε 是 ρ在垂直于回复反射轴平面上的投影，所以 α 和 ε 一起可以指定相对于回复反射器本身的观察条件，当入射角很小时，ε 和 ρ 近似相等。图 3 显示出 α , β , ε , ωs , γ , ρ 角之间的关联。

　　光源 ""

　　图 3 四个系统之间的关系示意图

　　4 . 5 CIE角度计系统

　　在本系统中，照明方向被作为基本方向，观察方向和回复反射器方向都以该方向表示。 图 4 为 CIE角度计系统示意图。 在 CIE测角系统中的四个角度的运动遵循了测角系统中的常用设计。

　　如图 5 所示为被测样品角度计相对观察者角度计的位置。 被测样品(被测回复反射体)在角度计中

　　的三种运动对应了三个角度 ± β1 , ± β2 ,和 ε, CIE 角度计系统是回复反射体光度测量的基础，宜用于

　　实验室间一致性比对。

　　注 1：过去经常使用“共面几何”来描述β1 = ±β的这种情况，用“垂直几何”来描述β2 = ±β的情况。当实验室不遵循这些约定时，会导致结果出现非相关性，尤其是棱镜反射器。因此，为避免歧义，要明确指定 β1 和 β2 的值，

　　即使其中一个为 0 。

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　　注 2：入射角的两个分量 β1 和 β2 的组合等效于 β 和 γ 的组合，转换公式见附录 A。

　　注 3：当光源和观察者在空间保持稳定时，样品相对于回复反射体轴的转动并不会改变显示角γ ,因此也不会改变β1 或 β2 。

　　注：第一轴垂直于包含观察轴和照明轴的平面。 第二轴线既垂直于第一轴线又垂直于回复反射器轴线。 所有轴，角度和旋转方向均显示为正。

　　图 4(用来测试回复反射体的)CIE角度计系统示意图

　　注：原则上，照明轴是固定轴。 第一轴垂直于包含观察轴和光照轴的平面。 所述回复反射体轴相对回复反射体固

　　定，并随 β1 和 β2 移动。样品安装保证回复反射体轴垂直于安装平面。图中所示旋转的角度和方向都为正。

　　图 5 测量回复反射体的 CIE角度计系统示意图

　　4 . 6 固有系统

　　固有系统是一个与回复反射材料固有特性相关的角度系统，这个角度系统定义的方向与材料本身相关而非传统的角度计。 固有系统相比 CIE 角度计系统更加贴近回复反射光学特性。 固有系统的四

　　个角度 {α,β,γ,ws} 如图 6 所示。本系统的四个角度可以更好地描述棱镜回复反射体的参数，并且 α , β 和 γ 用于描述含珠光膜回复反射体的参数。

　　注 1 ：位于角度计上的第三轴可以用来配置该系统，从而取代观察者绕照明轴的运动。

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　　注 2：当测试旋转对称的回复反射体(如珠光膜)时，如果指定了其他三个内在角度，则光学上无需再指定 ωs 。

　　注：回复反射体轴垂直于样品的表面。所示 ωs 和 γ 为正。观察轴围绕照明轴的旋转设置为 γ 。为避免复杂化，β

　　限制在所示的方向移动。

　　图 6 回复反射角度测量的固有几何系统

　　4 . 7 应用系统

　　应用系统用于直观表现入射和观察平面相对于基准轴的关系。 基准轴为该几何系统中的基本参考

　　方向。在应用系统中，使用β 和 ωs 角分别表示照明方向与回复反射体轴和基准轴的关系，使用α 和 ε 角

　　分别表示观察方向与照明方向的关系以及回复反射体轴和基准轴的关系。 本系统的四个角如图 7 所示，它能够很好地描述棱镜式回复反射体的性能并有助于研究道路应用中几何变化的需求。 简单的角度计不能实现本角度系统。 要使用应用系统，需要转换到可计算的回复反射测量系统(如 CIE 角度系统)中，见附录 A。

　　注 1：测试旋转对称的反射体如玻璃珠膜时，在本系统中需要定义ωs 和ε两个角，因为回复反射比依赖于二者的差值ωs -ε。

　　注 2：在一些应用场合，类似的 α,β,ρ, ωs 系统十分有用。

　　注：角 ωs 和 ε 位于垂直于回复反射器轴的平面，且为正。

　　图 7 回复反射率角度应用系统

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　　4 . 8 道路标线测量几何系统

　　如图 8 所示，在本系统中，照明方向和观察方向不直接关联。 该系统便于测量回复反射型道路标

　　线。该系统常用两个限制性角度表示为 {α,e｝。道路标线通常在b=180°和 d=0°的条件下测量。如

　　果是非对称的道路交通标线，则 4 个角度都需要。

　　| 回复反射体轴

　　注：所示 RM第二方位角d和 RM第一方位角b为正角度。通常d= 0 ° , b= 180°且 a>e，测试中观察者位于光

　　源上方。

　　图 8 RM(道路标线)系统

　　5 实验室光度测量方法和测量不确定度

　　5 . 1 比率法

　　使用同一个光度探头，测量从回复反射体返回到观察参考点的光通量与在回复反射体参考点处垂直于光源入射到回复反射体的光通量的比值。 这种测量方法的光度探头不需要校准，只需要在较大范

　　围内测量时保持线性度。这种方法需要一个长 10 m~30 m 的暗室(通常是 15 m) ,一个相对于光源垂

　　直运动的光度探头定位装置，和一个夹持被测样品并使绕其三轴运动的角度计或者可设置四个回复反射角度的角度计装置。

　　5 . 2 直接发光强度法

　　使用已校准的独立照度计测量回复反射体处的照度，单位为勒克斯;测量回复反射体反射发光强度的光度探测器可以通过在回复反射体处放置一个发光强度已知的参考标准灯进行校准。 这种方法的测量准确度取决于照度计、标准灯与光度探测器的校准不确定度的合成;另一个不确定度来源是两个仪器

　　V(λ) 函数的匹配不同。采用相同的参考标准灯来校准照度计和光度探头能最小化这些不确定度。这

　　种方法直接得到 RI ，通过样品面积和观测角度分别计算出 RA 和 RL 。

　　5 . 3 直接亮度法

　　5 . 3 . 1 概述

　　直接亮度法的一个缺陷是回复反射的信号相对于照度的比值很小，在测量道路标线或其他回复反射亮度系数( RL )很小的样品时会出现这种情况，探测器信号可能出现较大的比值(至少 5 个数量级)，因此对光度探头的线性度有较大的依赖性。 使用亮度计来直接测量逆反射样品的亮度，亮度计读数与照度计读数的比值即为回复反射亮度系数( RL )。测量时，亮度计的测量视场应完全位于被测样品的

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　　表观区域内。对于 30 m 处测量道路标线的几何条件，亮度计应有狭窄垂直测量视场，即应具有一个很窄的狭缝视场。现场测量用的商用仪器中基本上将测量几何条件限制在 30 m~50 m 的实际观测距

　　离内。

　　5 . 3 . 2 直接亮度测量的一种变换

　　若光源照射到均匀漫反射表面，例如硫酸钡或者 PTFE,则也可用亮度计测量光源的照度。 该方法

　　仅需要一个仪器就可以测量照度和亮度，避免了在使用两种不同仪器时引入的 V(λ) 失匹配误差的累加。照度的测量宜使用 0°/45°测量几何条件，以避开该表面产生的回复反射。

　　5 . 4 替代法

　　替代法取决于所采用的具有指定测量值的回复反射体，该回复反射体可以是已校准的参考标准或者是用上述其他方法的一种校准得到测量值的回复反射体。 测量前将校准过(已知量值)的回复反射体安装在测量仪器上，将仪器设置到校准值对应的测量几何条件下，并记录光度探头的对应读数，然后使用被测样品替代校准过的回复反射体，并记录光度探头的对应读数。 参考 5 . 5 . 2 就可以得出被测样品的值。

　　注：若与具有指定测量值的回复反射器具有相同的角度计和孔径角，则替代法也可以用于光度和角度的校准。

　　5 . 5 计算方法

　　5 . 5 . 1 比率法

　　5 . 1 所述的比率法用于计算下列回复反射参数。

　　发光强度系数：

　　RI=(mT -mD) ·d1 2

　　式中：

　　mT — 在观察参考点处的光度探头对待测样品的读数;

　　ms — 距离光源 s 处垂直于光源方向的光度探头对光源的读数; mD — 光度探头对环境杂散光的读数;

　　d1 — 光度探头与待测样品之间的距离。

　　回复反射系数：

　　RA =

　　式中：

　　A— 待测样品的面积(有效回复反射面积)。

　　回复反射亮度系数：

　　RL =

　　式中：

　　ν— 视角。

　　线回复反射系数：

　　RM=(mT -mD) ·d1 2

　　式中：

　　l— 待测样品长度。

　　…………………………( 9 )

　　…………………………( 10 )

　　…………………………( 11 )

　　…………………………( 12 )

　　GB/T 40965—202 1

　　反射因子：

　　RF …………………………( 13 )

　　式中：

　　β — 入射角;

　　注：通常不需要测量光源关闭时的光度探头读数，因为光源打开时的信号要比光源关闭时的信号大几个数量级。

　　5 . 5 . 2 替代法

　　5 . 4 描述的替代法可以用来计算下列回复反射参数。

　　发光强度系数：

　　RI RIstd …………………………( 14 )

　　式中：

　　mstd — 光度探头对校准过的参考标准的读数;

　　RIstd — 校准过的参考(或工作)标准。

　　回复反射系数：

　　RA=((sd --)) · RAstd …………………………( 15 )

　　式中：

　　Astd — 校准参考标准的面积(有效回复反射面);

　　AT — 被测样品的面积(有效回复反射面);

　　RAstd — 校准过的参考(或工作)标准。

　　回复反射亮度系数：

　　RL=((sd --)) · RLstd …………………………( 16 )

　　式中：

　　RLstd — 校准过的参考(或工作)标准。

　　注：宜在校准参考标准的角度下测量被测样品和参考标准。

　　5 . 5 . 3 直接发光强度法

　　5 . 2 所述的直接发光强度法可计算下列回复反射参数。

　　发光强度系数：

　　RI …………………………( 17 )

　　丄

　　式中：

　　I — 光度探头位置处测量的待测样品的发光强度，单位为坎德拉(cd) ;

　　E丄 — 在被测样品的位置垂直于光源主光线方向测量的光源照度。

　　回复反射系数：

　　RA …………………………( 18 )

　　丄

　　式中：

　　A — 被测样品的面积。

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　　回复反射亮度系数：

　　RL=AEcosν …………………………( 19 )

　　式中：

　　ν— 视角。

　　5 . 5 . 4 直接亮度法

　　5 . 3 所述的直接亮度法可计算下列回复反射亮度系数。

　　式中：

　　Ls — 亮度系数为 β 的均匀漫反射体被光源垂直照射时在 45°观测角的亮度。

　　5 . 6 校准的参考标准

　　参考标准宜是稳定的，并且在法定计量检定机构(见 5 . 1)通过一种或以上几种测量方式校准过，参考标准应定期核查。

　　选作参考标准的回复反射体宜具有平滑的回复反射光分布，这样无需严格的安装和对准，因此，不推荐立方体角或棱柱形结构的。

　　在漫射几何(45°/0°或者 0°/45°)下校准的具有漫反射参考面，如 PTFE 粉或硫酸钡，不宜用作回复反射模式，因为这些表面在小观测角度内具有自身回复反射性，且其反射比高度依赖于观测角度 α。可

　　以使用适当处理的高质量平面和曲面反射镜，前提是定期测量其反射比。

　　高质量珠光反光膜材料适合作为参考标准，但即便这些材料随着时间具有足够的稳定性，也需要仔细处理和储藏，并在一种固定几何条件下校准和使用，避开观察方向的规则反射。 若使用的光度探头光

　　谱响应度与 CIE V(λ) 函数匹配不好，作为参考标准的反光膜材料应与被测回复反射体具有相似的颜

　　色，也可使用其他的器件，如平面或曲面反射镜。

　　5 . 7 测量不确定度的来源

　　5 . 7 . 1 概述

　　这里给出的不确定度表述参考 JCGM 100 : 2008 。在下面的章节中，被测量参数用 Q 表示，测量参数用 p表示。

　　回复反射测量中的不确定度来源可分为 6 类，具体如下。

　　5 . 7 . 2 几何位置误差

　　几何位置误差是由于没有将测量器具安装到指定位置产生的误差。Q 的标准不确定度u(Q)取决于位置参数 p 的标准不确定度u(p)，可用公式(22)表示：

　　u …………………………( 22 )

　　其中，∂Q/∂p为灵敏度系数。角度参数的不确定度依赖于仪器性能，例如用于设置光度探头观测

　　角度、光源和样品间距离测量的游标尺的分辨率，以及(自动光度仪器中的)步进电机或编码器的分辨率

　　或手动系统中的游标或表盘设置;同时也应考虑初始化这些参数(即 0°的设置)的准确度。灵敏度系数

　　GB/T 40965—202 1

　　可通过改变相关参数而确定，将结果近似拟合成多项式再进行求导。

　　5 . 7 . 3 光源和光度探头孔径(区间性几何误差)

　　任何反射辐射的测量都包括了有限的样品区域和孔径，因此每个参数都应有一个区间范围。 若该区间产生了偏离，由此产生的误差称为区间性误差，区间性误差的讨论见附录 B。

　　在实际计量中，使用标准孔径来确保测量复现性，则不必考虑区间性误差。

　　5 . 7 . 4 线性和噪声

　　线性校正和随机噪声的合成不确定度宜不大于 1%。

　　5 .7 .5 光源和光度探头实现 CIE标准 A 照明体(2 856 K)和 CIE光度响应度

　　由光源相关色温产生的不确定度以及光度探头的光谱响应度与v(λ) 光度函数的匹配产生的不确

　　定度与回复反射光谱系数有关。 当测量极端颜色如红色和蓝色时要特别注意，由此产生的不确定度可

　　能会超过 5%。样品区域的照射不均匀以及在对应视场内光度探头的不均匀也会产生测量不确定度。

　　如果光源在样品平面的照射不均匀，则在定标时光度探头入瞳(孔径)处接收的平均照度可能不等于被测样品区域内的平均照度值。 探测器视场内的响应度不均匀也会产生相似的问题。 这两种情况都会带来显著的校准不确定度，因此建议定期测量其不均匀性。

　　5 . 7 . 6 传递样品的测量重复性

　　通过重复测量获得传递或工作标准的测量不确定度。

　　5 . 7 . 7 材料长期稳定性

　　一个实验室的长时间(以月为计)测量值应小于 0.1%。

　　5 . 8 器具和允差

　　5 . 8 . 1 器具

　　5 . 8 . 1 . 1 光源

　　光源宜是一个能够均匀照射样品的投射型光源。 在光源法线方向获取样品表面的照度，其均匀性

　　宜在平均值的 5%范围内，测量时宜排除杂散光，一般通过内置挡板和孔径光阑限制光束扩散来实现。光源的相对光谱功率分布宜与 CIE标准 A照明体(2 856 K±20 K)的光谱分布相同。宜采用稳定的电流调制电源为光源供电，保证在测试过程中样品上的照度变化小于 1%。光源的出射光宜为非偏振光。

　　对于反光膜的测试，典型样品尺寸是 0.1 m×0.1 m 或 0.2 m×0.2 m。均匀照射的区域应覆盖整个样品。如果在 15 m 的推荐测试距离处测量，那么对于 0.1 m × 0.1 m 的样品就需要 150 mm 的照明直径，对于 0.2 m×0.2 m 的样品则需要 300 mm 的照明直径。此距离下，对于 0.2 m×0.2 m 的样品入射角偏离不应大于 0 .5 °。

　　5 . 8 . 1 . 2 光度探头

　　光度探头宜具有足够的响应度和测量范围以满足在光源和回复反射体测量中的读数分辨率至少为

　　2%。测量范围内光度探头的线性宜在 1%以内，可用校正因子校正非线性。线性考察包括光度探头的所有元件，即光学器件，探测器，放大器以及示值装置。光度探头的相对光谱响应度宜与 CIEv(λ) 函数相匹配，失匹配系数 f1′(按 GB/T 39388)不应大于 3.5%,或者使用v(λ) 函数的光谱校正因子，该因子

　　与已由光谱辐射度装置测量过的材料有关，近似对应于被测样品的回复反射光谱系数。 在整个测试过

　　GB/T 40965—202 1

　　程中，光度探头在恒定光源下的读数变化不宜大于 1%。

　　5 . 8 . 1 . 3 角度计

　　角度计用于夹持样品并可如第 4 章中所述绕三个轴转动。 样品架宜足够大以安置样品，角度计的外框架和载物台宜涂成无光泽的黑色以避免光反射。 角度计的结构宜使得光度探头易于替换为回复反射样品。

　　5 . 8 . 1 . 4 观测角定位器

　　设计为在观测位置支撑光度探头并将其与光源分开的装置。 光度探头相对于光源的定位容差宜保

　　持在光 度 探 头 角度 孔 径 的 1%(例 如，在 10 m 处 的 标 准 孔 径 为 0 . 1 °, 则 容 差 宜 在 ± 0 . 001°或±0 . 17 mm) 。

　　5 . 8 . 1 . 5 光度范围

　　观测角定位器与角度计之间的距离宜为 15 m,且距离精度为 0 .01 m。只要探测器和光源的孔径角满足测试方法要求，也可使用其他测量距离(10 m~30 mm)。杂散光会影响测量，特别是水平涂层材

　　料(道路标线)，因此宜采取一些措施，例如将光程涂成无光泽的黑色或者使用足够的光阑，以保证只有来自被测回复反射体的光进入光度探头。

　　5 . 8 . 2 允差

　　5 . 8 . 2 . 1 观测和照明距离

　　观测和照明距离测量中的不确定度对仪器定标的影响宜不大于 0.25%。光度探头孔径光阑或入瞳

　　的距离位置宜接近光源的出射孔径或出瞳，以在设置观测角度时不会引入误差。 二者合理间距不应大

　　于 20 mm,设置观测和照明距离的允差宜为 ±0 .05% 。

　　5 . 8 . 2 . 2 角度计角度

　　在三轴角度计中β1 和 β2 角的设置允差宜小于 0.1°,旋转角ε 的允差宜小于 0.2 °。角度分辨率宜优

　　于公差的 5 倍 。

　　注 1 ：设置允差仅指角度计的机械结构。

　　注 2：在某些情况下，回复反射值可能会随角度变化有较陡的梯度变化，此时允差与坡度相适应。 回复反射计的安装会产生额外的不确定度。

　　5 . 8 . 2 . 3 观测角

　　观测角定位器上设置的观测角允差宜小于 ±0 .002°。

　　5 . 8 . 2 . 4 光源和光度探头的孔径

　　应明确光源和光度探头的孔径(见 5 . 9) 。平均分辨率为 6 弧分，但需要的孔径尺寸是回复反射体光度特性的函数。 如果光源和/或光度探头的孔径不一致，那么光源和光度探头的出射和入射孔径的几何中心就会改变。 如果出现严重的不一致，几何中心和边界就无法表征孔径(见附录 B) 。

　　5 . 8 . 2 . 5 线性和噪声

　　基于重复测量获得线性校正和随机噪声带来的测量不确定度，这些测量应长达几天。

　　5.8.2.6 标准 A照明体和 CIEV(λ)的光谱不确定度

　　光谱功率分布匹配 CIE标准 A照明体(2 856 K)的不确定度以及光度探头的光谱响应度可使用光

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　　谱辐射学方法确定。 使用光源的光谱功率分布结合光度探头的光谱响应度以及各种类型的彩色回复反射体的光谱回复反射比系数来评估由失匹配带来的不确定度。 回复反射光谱系数乘以 CIE 标准 A 照

　　明体和v(λ)的函数得到正确的结果。也可使用已知透光率的滤光片来得到校正因子，该方法的缺点是

　　找不到光谱透过率与待测材料的回复反射光谱系数相近的吸收型滤光片。

　　5 . 8 . 2 . 7 传递样品(参考或工作标准)

　　在校准参考标准的过程中上述不确定度会增加额外的误差。 如果校准参考标准的实验室与开展测量的实验室使用的是不同的设备，则以上所有的误差都应在总不确定度评估中考虑。 这在替代法测量中很重要。

　　5 . 8 . 2 . 8 材料稳定性

　　材料本身的稳定性。 一个校准过的参考标准宜在长时间内保持参数值不变。 通过对标准样的周期性测量建立衰减曲线并以此进行相应的校正。

　　5 . 8 . 2 . 9 试样材料

　　与稳定的标准样不同，被测回复反射体试样的性能可能会随环境温度和湿度而变化。 因此，应对测量的环境条件进行规范化。

　　5 . 9 实验室间参考比较的推荐孔径尺寸

　　5 . 9 . 1 概述

　　在回复反射体实际应用中，包含了人眼双目观察和有限孔径的前照灯，有时是具有更大有效孔径的双组灯，这在一定程度上解释了在实验室间进行参考比较时使用有限尺寸的孔径的合理性。 有效观测角是指光源区域和光度探头的孔径间加权分离值，即为孔径形状内所有可能分离值的平均值。

　　基于测试中使用的观测角来规定标准孔径尺寸。 一般情况下，测试中的观测角越小，所需要的孔径越小，以分辨这些角度下可能出现的光型快速变化。 另一方面，随着观测角增大，反射光一般会减小，为了获得稳定测试所需的足够信号，有必要使用较大的孔径。

　　5 . 9 . 2 标准圆形孔径

　　标准孔径为以下均匀的圆形孔：

　　a) 0 .05°(3 弧分)用于光源和光度探头;

　　b ) 0 .1°(6 弧分)用于光源和光度探头;

　　c) 0 .167°(10 弧分)用于光源和光度探头;

　　d) 0 .333°(20 弧分)用于光源和光度探头。

　　对于所有的标准圆形孔径，允差为 ±0 .1 弧分。

　　注 1 ：采用标准圆形孔径时，基于孔径中心到中心的偏差来定义观测角。 标准孔径“区域性误差”忽略不计。

　　注 2：常用的标准圆形孔径是：

　　a) 0 . 05°( 3 弧分)用于 0 . 1°的观测角 ;

　　b) 0.1°(6 弧分)用于 0.2°~0.5°的观测角;

　　c) 0.167°(10 弧分)用于 0.33°的光谱测量;

　　d) 0 . 333°( 20 弧分)用于 1 . 0°或更大的观测角。

　　5 . 9 . 3 标准环形孔径

　　观测角在 0.2°~0.3°之间时，光源和光度探头使用 0.1°(6 弧分)。

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　　注：需要将环形孔径分成面积相等的两部分，通过分隔圆来确定观测角 α(见图 9)。

　　图 9 通过面积 A 和面积 B 确定观测角(A=B)

　　5 . 9 . 4 路面标线材料的标准孔径

　　路面标线材料的测试宜使用以下孔径大小。这些尺寸对应于观测角度为 1.05°、入射角分量 β1 为88.76°,并且 β2=0°,丫=0°的测量几何。

　　光度探头孔径 =0 . 33°×0 . 33°( 20 弧分)。

　　光源的矩形孔径=0 .33°×0 .17°(20 弧分× 10 弧分)，孔径的方向见图 10 。

　　图 10 测试路面标识材料的建议孔径

　　6 测量几何

　　6 . 1 概述

　　回复反射体的性能与照明和观察几何有关。 在驾驶场景下，回复反射体的性能分析包括沿道路在一系列有待评估的位置移动车辆。 在笛卡尔坐标系中，可以通过矢量运算得到从道路几何到测试回复反射体的角度系统的转换。 使用矢量标记可以严格定义出几何系统。

　　注：本文件没有排除其他的运输系统，如海运和航空飞行器，并且需要重要强调的是本文件中描述的矢量表示方法也同样适用于其他运输系统。

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　　6 . 2 回复反射的矢量表示

　　6 . 2 . 1 概述

　　从直角坐标系的 5 个位置点导出四个矢量方向，每个基本矢量由三个分量组成。 如图 11 所示，坐标系统与道 路 一 致，或 者 是 任 何 其 他 右 手 笛 卡 尔 坐 标 系 统。 这 5 个 点 分 别 是 回 复 反 射 体 的 中 心

　　(xc ,yc , ≈c) ,观 测 点(xe ,ye , ≈e) , 前 照 灯 的 位 置(xi ,yi , ≈i) , 回 复 反 射 体 轴 线 上 一 点 的 位 置(xr ,yr ,≈r) ,以及基准线轴上一点的位置(xd ,yd , ≈d) 。以回复反射体的中心点为圆心，四个基本方

　　向的轴线可以用以下矢量组分表示。

　　观察轴 E(xe - xc , ye - yc , ≈e - ≈c)

　　照明轴 I(xi - xc , yi - yc , ≈i - ≈c )

　　回复反射体轴 R(xr - xc ,yr - yc , ≈r - ≈c)

　　基准轴 D(xd - xc , yd - yc , ≈d - ≈c)

　　R 和 D 矢量方向存在原理性限制，即 R 和 D 应互相垂直。因此，R · D= 0。四个基本轴和它们的

　　矢量方向如图 11 所示。

　　图 1 1 道路环境中基本矢量图解

　　6 . 2 . 2 CIE角度计系统几何

　　该角度系统如图 12 所示可推导出一些次级矢量，并通过计算次级矢量和主方向轴间的角度来描述 。所需的次级矢量是：

　　F 第一轴 F=I×E(角度计上的固定轴)

　　s第二轴 s=F×R(角度计上的可转动轴)

　　T 第三轴 T=s×F(垂直 F 和s 的可转动轴)

　　Z 天顶轴 Z=F×I(在观察平面内且垂直于 I)

　　C 前置轴 C=R×s(从s 轴逆时针旋转 90。)

　　在 CIE 角度计系统中，F、s和 T 三个轴矢量形成了一个互相垂直的系统，会绕第一轴旋转 β1 角度。Z和C矢量为其他角度的确定提供了参考方向。CIE 角度计系统中的α , β1 , β2 , ε角度可通过这

　　些矢量的点乘来定义：

　　观测角 α cosα=E ·I

　　入射角分量 β1 sinβ1 =T ·Z

　　入射角分量 β2 cosβ2 =R ·T;sinβ2 =R · ( -F)

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　　旋转角 ε cosε=D ·s;sinε=D ·C

　　这些公式定义的角度应同时满足正弦和余弦方程，并在-180°~+180°范围内。

　　图 12 CIE角度计系统的矢量表示

　　6 . 2 . 3 固有系统几何

　　固有系统常用 α,β,γ, ωs 表示。所有的角度都可从基本矢量 I，E，R 和 D 和由基本矢量推导出的

　　次级矢量推导得到。 这些基本矢量描述如图 13 所示。 或通过矢量方法计算系统中的四个角度，然后再通过附录 A 中公式转换到其他系统中。

　　需要推导出以下次级矢量。

　　通过这些矢量，固有系统中的角度可使用点乘公式从单位矢量中推导得到：

　　观测角 α cosα=E ·I入射角 β cosβ=R ·I

　　显示角 γ cosγ=Z ·G;sinγ=Z · H

　　方位角 ωs cosωs =D ·L;sinωs =D · H

　　注：通过矢量公式确定在一个系统中的角度之后，其他系统中的角度可通过附录 A 中的变换公式推导确定。

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　　图 13 固有系统的矢量表示

　　6 . 2 . 4 应用系统几何

　　为定义该系统中的角度，不仅需要基本矢量 I，E，R和 D，还需以下推导出的矢量，如图 14 所示。 F 第一轴 F=I×E(角度计上的固定轴)

　　s第二轴 s=F×R(角度计上的可转动轴)

　　C 前置轴 C=R×s(从s 轴逆时针旋转 90°)

　　H 矢量 H=I×R(垂直于入射平面)

　　L矢量 L=H×R(在入射平面内且垂直于 I和R)

　　通过这些推导的矢量可确定应用系统中的角度，与前两个系统中的角度定义相同，即：

　　观测角 α cosα=E ·I

　　入射角 β cosβ=R ·I

　　旋转角 ε cosε=D ·s;sinε=D ·C

　　方位角 ωs cosωs =D ·L;sinωs =D · H

　　该系统的另一种描述，需要另外计算 ρ 角，用于代替 ε 角。在应用系统几何中，ρ 角是指在垂直于照明轴的平面内观察平面相对于基准轴的方向移动，与固有系统中的 ρ 角和γ 角直接相关，因为它们都

　　表示在垂直于照明轴的平面内观察平面绕照明轴的方向移动，区别在于移动的起始位置不同。

　　以下推导出的矢量用于描述 ρ 角：

　　F 第一轴 F=I×E(垂直于观察平面的轴)

　　Z 天顶轴 Z=F×I(在观察平面内且垂直于 I)

　　U 矢量 U=I×D(垂直于 I 和 D)

　　V 矢量 V=U×I(从 U 逆时针旋转 90°)

　　ρ 角的推导公式：cosρ=V ·Z;sinρ=V · F

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　　图 14 应用系统的矢量表示

　　6 . 2 . 5 道路标线系统几何

　　该系统基于公共道路照明系统的测量。 在该系统中，观察者与照明方向不相关，用于描述该系统的

　　角度常用小写斜体字母 a，b，c，d，e表示，除了与方位方向相关联以外，该系统与经典的球面坐标系相

　　似，如图 15 所示。

　　在道路标线系统中，回复反射体轴是起始方向，并将基准轴方向作为第二参考方向。 基准轴方向通常是在道路行驶方向，远离观察者的一侧。 和前述系统类似，回复反射体轴和基准轴应相互垂直。

　　从四个基本矢量 I，E，R和 D 可推导出辅助矢量如下：

　　B 矢量 B=E×R(在水平面内且垂直于观察平面)

　　A 矢量 A=R×B(同时存在于水平面和观察平面内)

　　H 矢量 H=I×R(在水平面内且垂直于入射平面)

　　L矢量 L=H×R(同时存在于水平面和入射平面内)

　　K 矢量 K=R×D(在水平面内且相对于-D逆时针旋转 90°)

　　然后通过这些推导出的辅助矢量，可使用点乘函数从单位矢量定义角度 a，b，c，d，e：

　　观测(高度)角 a cosa=E ·A;sina=E ·R

　　照明(高度)角 e cose=I · ( -L);sine=I ·R

　　方位(观测)角 d cosd=A · ( -D);sind=A ·K

　　方位(照明)角 b cosb=A ·L;sinb=A · ( -H)

　　使用矢量公式将道路上的照明和观察条件转换为回复反射测量系统的示例见附录 C。

　　图 15 道路标线系统矢量表示

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　　7 回复反射体颜色

　　7 . 1 概述

　　回复反射材料在昼间和夜间被光照射时的反射光会表现出不同的光谱分布，因此需要在规定测量条件下测量其色度参数。

　　回复反射体在实际的昼间应用中，照明体是来自天空的漫射光和太阳直射光的组合，这些照明条件在全天发生变化并且每天不一样。 从回复反射体到达观察者的光，是漫反射和对来 自观察者后方入射

　　光的回复反射光的组合。入射日光的相关色温在 5 000 K~15 000 K 范围内变化，取决于是否为来 自

　　天空的非定向光，还是来自太阳的单向光。 夜间条件下，观察者附近的光源一般为汽车前照灯，采用白炽灯的前照灯光谱功率分布一般接近 CIE 标准 A照明体，但是新型光源(如氙气灯、LED 灯或激光)的分布与 CIE标准 A照明体相差很大。 当观察者靠近回复反射体时，入射角和观测角会相应变化，也会影响回复射体的颜色。

　　7 . 2 测量技术

　　7 . 2 . 1 概述

　　昼间和夜间颜色测量仪器的基本方法是光谱法或三刺激值法。 宜使用光谱法，该方法可得到光谱量值的比率(如光谱回复反射系数)，色度值可通过使用 CIE 标准照明体并根据 CIE 015 : 2018 计算得到。

　　色度计需要滤色片和探测器的组合与 CIE 2°色度函数相匹配，并且在仪器选择时需格外注意，以确

　　保其性能满足精度要求。 昼间色度测量通常基于 CIE 标准 D65 照明体的光谱功率分布。 有些仪器通过使用滤色片加卤钨灯使实际光源可见光区域内与 D65 近似，有些使用滤色片加氙灯也模拟了 D65 的UV 区域，后者更适用于荧光型回复反射体的测量，也有使用 LED 或激光组合来模拟产生 D65 光源或其他标准照明体。

　　7 . 2 . 2 昼间颜色测量

　　昼间环境下，回复反射材料使用最多的是交通标志和道路标线。 交通标志一般垂直安装，入射光照

　　仅来自半边天空，观察方向接近于标志的法线方向。因此照明/观察几何既不是 d/0°也不是 45°/0°,最佳的照明/观察几何条件应是这两者之间。目前实际回复反射材料的昼间颜色测量常用 45°/0°或0°/ 45°几何条件。

　　注：历史上使用 45°/0°或 0°/45°几何条件是为了排除镜面反射，回复反射体的回复反射也被排除了。然而，棱镜反射体表现出了额外的离散反射特性(亮斑)，在 45°/0°或 0°/45°几何条件下会排除或包含该反射从而引起测量结

　　果的变化，目前该问题仍在研究中。

　　仪器的校准一般使用白色理想均匀漫反射体，如 BaSO4 板或聚四氟乙烯。然而，由于使用滤色片

　　的三刺激值仪器并不能与 CIE 色匹配函数完全一致，有必要使用光谱和几何特性与待测样品相似的参考标准板进行校准。 此外，当光源与 CIE 标准 D65 照明体不相同时，也有必要使用参考标准板。 参考标准板应在 CIE标准 D65 照明体下进行校准。 如果测量的是荧光型回复反射体，则需要采用不低于CIE 51 . 2—1999 规定的“BB”等级的 D65 辐射体照射样品。

　　对于道路标线的昼间测量，CIE 推荐的几何条件是漫射照明，2.29°观测，该几何也被称为是 Qd 照明/观察条件，相比于 d/0°或 45°/0°几何条件，更接近于驾驶几何条件。照明体宜近似于 CIE 标准 D65

　　照明体，在可见光范围的匹配度不低于 CIE 51 . 2—1999 确定的“B”等级。 如果道路标线是荧光型材料，则照明体需要为“BB”等级。

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　　7 . 2 . 3 夜间颜色测量(回复反射体颜色)

　　7 . 2 . 3 . 1 光谱辐射方法

　　使用光谱辐射计测量回复反射体的颜色可采用比率法或替代法。 无论哪种方法，光谱辐射计需要配备光学收集装置，将视场限制到略大于回复反射体的面积，对孔径角的要求与回复反射体光度测量近似 。该方法不需要使用指定相关色温的光源，比如 CIE 标准 A 光源，也不需要符合光谱分布(比如氙弧)。但光谱辐射计应具有良好的线性响应，其波长也应经过校准。

　　通过光度探头的孔径角对色度测量精度影响的研究表明，当入射角和观测角发生小变化时，色度变

　　化很小。在夜间条件下，最多使用 0. 17°( 10 弧分)的孔径角，几何条件改变不会影响色度测量的不确

　　定度。

　　7 . 2 . 3 . 2 比率法(回复反射光谱系数)

　　采用该方法时，将光谱辐射计放置在试样的角度计上，其入射孔径或入瞳所处位置与试样相同，测量并记录光源的相对光谱功率分布。 接下来光谱辐射计返回观测角定位器并设置为指定的观测角度，在试样测量所需的几何条件下，使用同一光源照样品，测量光谱功率分布。 采用 7 . 2 . 3 . 4 中的公式进行计算。

　　7 . 2 . 3 . 3 替代法

　　该方法通过光谱辐射计测量光源经白色漫反射器(如聚四氟乙烯或 BaSO4 粉压制板)反射的辐射

　　通量，从而得到入射光谱辐射通量，采用 7 . 2 . 3 . 4 中的公式进行计算。 该方法的主要优点在于通过设置合适的光源到漫反射器间的距离，可以使得光度探头收集到的光源经漫反射器反射的辐射通量与测量回复反射器的探测器信号相接近。

　　注：使用以上两种方法时，光谱辐射计的响应度和孔径角在回复反射体和光源的一系列测量中保持不变。

　　7 . 2 . 3 . 4 计算

　　在特定几何条件(α,β1 ,β2 ,ε)下 ，使用下式计算得到三刺激值 X、Y和 Z，并得到色品坐标 r 和 y：

　　X

　　Y

　　Z

　　式中：

　　m2 (λ) — 试样的光谱辐射测量读数;

　　m1 (λ) — 直接(比率法)或通过白色漫反射器反射(替代法)测量得到的入射辐射光谱

　　辐射通量测量读数;

　　S(λ) — 照明体的入射辐射通量读数，通常是 CIE标准 A 光源，特殊情况下也可采用

　　其他照明体的光谱功率分布，但需在报告中说明;

　　[ρ(λ)] — 替代法中，采用的聚四氟乙烯或 BaSO4 漫反射器的光谱反射比; r(λ)、y(λ)、≈(λ) — 色匹配函数;

　　Δλ — 波长间隔;

　　Constant — 比例系数，在计算色品坐标时会约去。

　　GB/T 40965—202 1

　　7 . 2 . 3 . 5 遥测色度计

　　回复反射光谱系数能用来测量回复反射体的夜间颜色。 回复反射夜间颜色可以由三刺激值色度计

　　或者遥测色度计测量，但滤光片和探测器的组合要与 CIE 2°色匹配函数(CIE 015:2018)相匹配，并且其