对于道路照明，人眼观察到的是路面的亮度而并非路面照度。理想的路面照明应能达到照度和亮度的双重均匀性。从发光二极管(LED)道路照明中路面亮度与照度的关系出发，提出了一种基于路面反射特性同时实现路面照度与亮度均匀性的设计方法。首先根据国际照明委员会(CIE)标准给出的简化亮度系数表计算路面上所有点的亮度系数；然后利用最小二乘法对路面照度和亮度同时进行分析，得到路面最优照度分布；最后采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分，根据目标照度分布进行三维自由曲面光学系统设计，得到实现路面照度均匀与亮度均匀的光学透镜。将此设计应用于双车道的C1路面，实现了路面93.47%的照度均匀度，各车道观察到的路面总亮度均匀度为86.94%和89.26%。