A digital image processing method for urban scenes brightness assessment

Abstract

The appearance of the city is strongly linked to many aspects such as climate, culture and sociological background. In cities with a prevalence of clear skies, one of the determining aspects is the climatic condition, which defines a luminous context where all elements appear significantly bright. In order to establish the luminosity of the urban scene and its components, an analysis of pictures taken in real environments is proposed, carried out through a digital image processing software developed by the authors. The information contained in each pixel of a digital image is used to assess the distribution of light in the picture. The pictures selected for assessment represent an urban scene as seen by a standing observer. In this situation the scene can be divided in three zones with similar features: pavement, sky and façades. The developed software provides output information for the aforementioned zones and the whole image consisting on light data (average, maximum, minimum and standard deviation) convertible to luminance (cd/m2) if reference values are provided. The validity of the procedure is tested in this work and implemented in real pictures. After testing it, the software has proven to be easy to use and the results obtained in the examples have shown a trend in their values. The implementation of the software suggests that a wider number of cases of study would make possible to establish a pattern in the daylight distribution of urban scenes conceived as an addition of zones with different luminous appearance.

La apariencia de la ciudad está fuertemente ligada a muchos aspectos como el clima, la cultura y el trasfondo sociológico. En las ciudades con una prevalencia de cielo despejado, uno de los aspectos determinantes es la condición climática, que define un contexto luminoso donde todos los elementos aparecen significativamente brillantes. Para establecer la luminosidad de la escena urbana y sus componentes se propone un análisis de imágenes tomadas en entornos reales, realizado a través de un software de procesamiento digital de imágenes desarrollado por los autores. La información contenida en cada píxel de una imagen digital se utiliza para evaluar la distribución de luz en la imagen. Las imágenes seleccionadas para la evaluación representan una escena urbana vista por un observador permanente. En esta situación la escena se puede dividir en tres zonas con características similares: pavimento, cielo y fachadas. El software desarrollado proporciona información de salida para las zonas antes mencionadas y toda la imagen consiste en datos de luz (promedio, máximo, mínimo y desviación estándar) convertibles en luminancia (cd/m2) si se proporcionan valores de referencia. La validez del procedimiento se prueba en este trabajo y se implementa en imágenes reales. Después de probarlo, el software ha demostrado ser fácil de usar y los resultados obtenidos en los ejemplos han mostrado una tendencia en sus valores. La implementación del software sugiere que un mayor número de casos de estudio haría posible establecer un patrón en la distribución diurna de escenas urbanas concebidas como una adición de zonas con diferente aspecto luminoso.

L'aparença de la ciutat està fortament lligada a molts aspectes com el clima, la cultura i el rerefons sociològic. A les ciutats amb una prevalença de cel clar, un dels aspectes determinants és la condició climàtica, que defineix un context lluminós on tots els elements apareixen significativament brillants. Per establir la lluminositat de l'escena urbana i els seus components es proposa una anàlisi d'imatges preses en entorns reals, realitzat a través d'un programari de processament digital d'imatges desenvolupat pels autors. La informació continguda en cada píxel d'una imatge digital s'utilitza per avaluar la distribució de llum a la imatge. Les imatges seleccionades per a l'avaluació representen una escena urbana vista per un observador permanent. En aquesta situació l'escena es pot dividir en tres zones amb característiques similars: paviment, cel i façanes. El programari desenvolupat proporciona informació de sortida per a les zones abans esmentades i tota la imatge consisteix en dades de llum (mitjana, màxim, mínim i desviació estàndard) convertibles en luminància (cd/m2) si es proporcionen valors de referència. La validesa del procediment es prova en aquest treball i s'implementa en imatges reals. Després de provar-ho, el programari ha demostrat ser fàcil d'usar i els resultats obtinguts en els exemples han mostrat una tendència en els seus valors. La implementació del programari suggereix que un major nombre de casos d'estudi faria possible establir un patró en la distribució diürna d'escenes urbanes concebudes com una addició de zones amb diferent aspecte lluminós.