道路照明標準將進入中間視覺的評價時代

2016-11-16 14:28:19??????點擊:

       視覺依賴于照明,照明將提供給人們一個視覺條件。在適宜的光線入射到眼睛內引起視神經反映的條件下,人們能高效、舒適地工作和生活。

  由于人眼存在的兩種光感受器細胞——視錐和視桿細胞的不同特性,人眼的視覺根據亮度的變化可分為明視覺、暗視覺和中間視覺。

  何謂中間視覺

  根據國際照明學會(CIE)1983年的定義, 明視覺指亮度超過3 cd/m2的環境,此時視覺主要由視錐細胞起作用,最大的視覺響應在光譜藍綠區間的555nm處,能分辨顏色和物體的細節,光刺激通過視神經中樞的傳遞后,對光刺激的光譜響應稱為明視覺光譜光視效率V (λ);

  暗視覺指環境亮度低于0.001cd/m2時的視覺,此時視桿細胞是主要作用的感光細胞,光譜光視效率的峰值約在507nm,僅能分辨明暗,不能分辨顏色和細節。稱為暗視覺光譜光視效率函數V′(λ);

道路照明標準將進入中間視覺的評價時代

  中間視覺介于明視覺和暗視覺亮度之間,對波長為507 ~ 555 nm范圍的綠光最敏感。此時人眼的視錐和視桿細胞同時響應,并且隨著亮度、照明程度的變化,兩種細胞的活躍程度也發生了變化,當適應亮度介于0.001 cd/m2—3 cd/m2之間時,視網膜上的錐體細胞和桿體細胞同時起作用,稱為中間視覺Vm (λ)。

  道路照明屬于中間視覺范疇

  一般從白天晴朗的太陽到晚上臺燈的照明,都是在明視覺范圍內的;而道路照明和其他夜間交通照明,為中間視覺照明;昏暗的星空下就是暗視覺了。

道路照明標準將進入中間視覺的評價時代

  基于道路照明的功能要求,主要從照明的燈具選擇、照度、亮度、均勻度、眩光等方面考慮。中國城市道路按快速路、主干路、次干路、支路區分,根據CJJ45-2006《城市道路照明設計標準》,道路照明的亮度水平在O.5~2.0cd/m2左右,正處于中間視覺范圍,其道路照明標準如表所示。因此,將道路照明光源設計為中間視覺人眼敏感光譜范圍(507 ~ 555 nm)內時,路面應更為清晰,更易于安全行駛。

道路照明標準將進入中間視覺的評價時代

  進一步研究,道路照明亮度處于中間視覺范圍內的哪個位置上,對于理解和處理道路亮度水平下人眼在不同光譜的光源照明下的感覺趨向十分重要。按照亮度的高低排列起來的話,可得到下圖的結果。從圖中可見,道路照明的平均亮度水平整體上靠近明視覺的位置,處于與它同一數量級的水平上,而遠離暗視覺,大約有兩個半數量級。

  基于中間視覺的道路照明測量

  照明評價系統和方法的確定對于照明光源的選擇和照明效果都具有決定性的影響。很長一段時間內,國際上都只采用明視覺和暗視覺評價系統。在中間視覺狀態下,視錐和視桿細胞同時發生作用,當適應亮度逐漸由明到暗時,光譜靈敏度曲線逐步向短波方向移動,這種現象稱為普爾金偏移(Purkinje Shift)。由于這種偏移,對于夜間照明的設計、測量和計算仍沿用明視覺光譜光視效率V (λ) 的基礎將產生不恰當的甚至是錯誤的結果。目前國際上照明界越來越多的專家注意到了這一現象,并從各個方面研究中間視覺照明下的特性及其對夜間照明應用的影響。2010年國際照明委員會(CIE)出臺了中間視覺光度學推薦系統。

  復旦大學信息學院光源與照明工程系電光源研究所副教授林燕丹博士指出,“中間視覺是光度學定義的一段客觀存在,中間視覺曲線是完善光度量評價的一個必要補充,中間視覺涵蓋了道路照明的全部范圍?!焙賈菰斗焦獾縲畔⒐煞縈邢薰徑魯づ私ǜ銜?,“道路照明標準必將進入中間視覺的評價時代?!?

  新的中間視覺系統中所描述的光譜光視效率函數Vmes(λ)(如圖中的Vmes(λ)1,Vmes(λ)2,Vmes(λ)3),是明視覺光譜光視效率函數V(λ)與暗視覺光譜光視效率函數V′(λ)的線性組合。應用中間視覺光度學時,需要背景亮度和從光源光譜數據得出的S/P值作為輸入量,S/P值是暗視覺光輸出量與明視覺光輸出量的比值,光源的S/P值越高,在中間視覺設計中的光效就越高。也就是說,確切獲取S /P數據和建立中間視覺的數學模式奠定必要的基礎。

道路照明標準將進入中間視覺的評價時代

  常用的高壓鈉燈的光譜功率分布在波長 600nm 周圍有多個峰峰值,并且其 S/P 值約為0.6,金屬鹵化燈的S/P 值達到了1.6,而LED路燈的S/P 值都大于1,有的甚至達2.75,并隨著色溫的增大而增大。LED光源的中間視覺光效整體比高壓鈉燈提高 10%~30%。在不同的環境亮度下,使用新的中間視覺系統計算這些白光光源時,其視在光效會發生明顯的變化。例如,明視覺亮度為1cd·m-2時,S/P值在0.5~2.5之間的燈使用推薦的中間視覺光度系統后變化量在5%~15%之間,而明視覺亮度為0.3cd·m-2時,變化量在-10%~+30%之間。

  隨著LED產業的快速發展,LED正逐步進入在照明市場。特別是通過LED可制造出各種各樣光譜特性的光源,為多元化的中間視覺應用提供了新的解決方案。同時,CIE中間視覺光度學系統的出臺,也為LED制造商根據低亮度照明應用優化LED的開發提供了基礎,這對作為未來光源的LED的發展和應用影響重大。

  綜上所述,在中間視覺條件下,道路照明設計需要諸多因素的修正后才能與實際的路面機動車駕駛員的視看條件相一致。目前,市面上極少有中間視覺測量儀器。據悉,原來使用的照度計是為推廣鈉燈等照明產品而研制,中間視覺和暗視覺部分的白光被過濾掉,是以接受明視覺光譜為準的,其在夜間道路照明的條件下測量的結果并不令人滿意。中間視覺光度測量儀器必須要考慮不同視覺水平的實際光譜靈敏度。

道路照明標準將進入中間視覺的評價時代

  基于光譜的測量理念,SPIC-200光譜彩色照度計可以實現對照明產品明視覺、中間視覺以及暗視覺的光度測量,自動計算S/P值,進行更加深入的分析,這在中間視覺日漸關注的當下和未來,具有更強的應用價值。

道路照明標準將進入中間視覺的評價時代

  可測量參數

  1) 相對光譜功率分布P(λ)

  2) 光譜輻照度E(λ)

  3) 色品坐標:(x,y)、(u,v)、(u’,v’)

  4) 相關色溫Tc

  5) 顯色指數Ra,Ri (i=1~15)

  6) 色容差SDCM(麥克亞當橢圓、矩形框以及CIE u’v’圓)

  7) 峰值波長、半寬度

  8) 色純度,主波長

  9) 紅色比

  10) 光照度E、輻射照度Ee

  11) 中間視覺光度量和S/P值

  12)IES等效照度

  13)植物光度

  14)更多測量功能可定制

  相信隨著中間視覺國際共識的達成,中間視覺會很快應用于照明各領域,尤其是交通和道路照明領域,中間視覺所取得的里程碑式的進展也定將為LED等照明事業和廣大企業帶來無限機遇。

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