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道路照明标准将进入中间视觉的评价时代

2016-11-16 14:28:19 点击:

       视觉依赖于,照明将提供给人们一个视觉条件。在适宜的光线入射到眼睛内引起视神经反映的条件下,人们能高效、舒适地工作和生活。

  由于人眼存在的两种光感受器细胞——视锥和视杆细胞的不同特性,人眼的视觉根据亮度的变化可分为明视觉、暗视觉和中间视觉。

  何谓中间视觉

  根据国际照明学会(CIE)1983年的定义, 明视觉指亮度超过3 cd/m2的环境,此时视觉主要由视锥细胞起作用,最大的视觉响应在光谱蓝绿区间的555nm处,能分辨颜色和物体的细节,光刺激通过视神经中枢的传递后,对光刺激的光谱响应称为明视觉光谱光视效率V (λ);

  暗视觉指环境亮度低于0.001cd/m2时的视觉,此时视杆细胞是主要作用的感光细胞,光谱光视效率的峰值约在507nm,仅能分辨明暗,不能分辨颜色和细节。称为暗视觉光谱光视效率函数V′(λ);

道路照明标准将进入中间视觉的评价时代

  中间视觉介于明视觉和暗视觉亮度之间,对波长为507 ~ 555 nm范围的绿光最敏感。此时人眼的视锥和视杆细胞同时响应,并且随着亮度、照明程度的变化,两种细胞的活跃程度也发生了变化,当适应亮度介于0.001 cd/m2—3 cd/m2之间时,视网膜上的锥体细胞和杆体细胞同时起作用,称为中间视觉Vm (λ)。

  道路照明属于中间视觉范畴

  一般从白天晴朗的太阳到晚上台灯的照明,都是在明视觉范围内的;而道路照明和其他夜间交通照明,为中间视觉照明;昏暗的星空下就是暗视觉了。

道路照明标准将进入中间视觉的评价时代

  基于道路照明的功能要求,主要从照明的灯具选择、照度、亮度、均匀度、眩光等方面考虑。中国城市道路按快速路、主干路、次干路、支路区分,根据CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》,道路照明的亮度水平在O.5~2.0cd/m2左右,正处于中间视觉范围,其道路照明标准如表所示。因此,将道路照明光源设计为中间视觉人眼敏感光谱范围(507 ~ 555 nm)内时,路面应更为清晰,更易于安全行驶。

道路照明标准将进入中间视觉的评价时代

  进一步研究,道路照明亮度处于中间视觉范围内的哪个位置上,对于理解和处理道路亮度水平下人眼在不同光谱的光源照明下的感觉趋向十分重要。按照亮度的高低排列起来的话,可得到下图的结果。从图中可见,道路照明的平均亮度水平整体上靠近明视觉的位置,处于与它同一数量级的水平上,而远离暗视觉,大约有两个半数量级。

  基于中间视觉的道路照明测量

  照明评价系统和方法的确定对于照明光源的选择和照明效果都具有决定性的影响。很长一段时间内,国际上都只采用明视觉和暗视觉评价系统。在中间视觉状态下,视锥和视杆细胞同时发生作用,当适应亮度逐渐由明到暗时,光谱灵敏度曲线逐步向短波方向移动,这种现象称为普尔金偏移(Purkinje Shift)。由于这种偏移,对于夜间照明的设计、测量和计算仍沿用明视觉光谱光视效率V (λ) 的基础将产生不恰当的甚至是错误的结果。目前国际上照明界越来越多的专家注意到了这一现象,并从各个方面研究中间视觉照明下的特性及其对夜间照明应用的影响。2010年国际照明委员会(CIE)出台了中间视觉光度学推荐系统。

  复旦大学信息学院光源与照明工程系电光源研究所副教授林燕丹博士指出,“中间视觉是光度学定义的一段客观存在,中间视觉曲线是完善光度量评价的一个必要补充,中间视觉涵盖了道路照明的全部范围。”杭州远方光电信息股份有限公司董事长潘建根认为,“道路照明标准必将进入中间视觉的评价时代。”

  新的中间视觉系统中所描述的光谱光视效率函数Vmes(λ)(如图中的Vmes(λ)1,Vmes(λ)2,Vmes(λ)3),是明视觉光谱光视效率函数V(λ)与暗视觉光谱光视效率函数V′(λ)的线性组合。应用中间视觉光度学时,需要背景亮度和从光源光谱数据得出的S/P值作为输入量,S/P值是暗视觉光输出量与明视觉光输出量的比值,光源的S/P值越高,在中间视觉设计中的光效就越高。也就是说,确切获取S /P数据和建立中间视觉的数学模式奠定必要的基础。

道路照明标准将进入中间视觉的评价时代

  常用的高压钠灯的光谱功率分布在波长 600nm 周围有多个峰峰值,并且其 S/P 值约为0.6,金属卤化灯的S/P 值达到了1.6,而的S/P 值都大于1,有的甚至达2.75,并随着色温的增大而增大。的中间视觉光效整体比高压钠灯提高 10%~30%。在不同的环境亮度下,使用新的中间视觉系统计算这些白光光源时,其视在光效会发生明显的变化。例如,明视觉亮度为1cd·m-2时,S/P值在0.5~2.5之间的灯使用推荐的中间视觉光度系统后变化量在5%~15%之间,而明视觉亮度为0.3cd·m-2时,变化量在-10%~+30%之间。

  随着产业的快速发展,LED正逐步进入在照明市场。特别是通过LED可制造出各种各样光谱特性的光源,为多元化的中间视觉应用提供了新的解决方案。同时,CIE中间视觉光度学系统的出台,也为LED制造商根据低亮度照明应用优化LED的开发提供了基础,这对作为未来光源的LED的发展和应用影响重大。

  综上所述,在中间视觉条件下,道路照明设计需要诸多因素的修正后才能与实际的路面机动车驾驶员的视看条件相一致。目前,市面上极少有中间视觉测量仪器。据悉,原来使用的照度计是为推广钠灯等照明产品而研制,中间视觉和暗视觉部分的白光被过滤掉,是以接受明视觉光谱为准的,其在夜间道路照明的条件下测量的结果并不令人满意。中间视觉光度测量仪器必须要考虑不同视觉水平的实际光谱灵敏度。

道路照明标准将进入中间视觉的评价时代

  基于光谱的测量理念,SPIC-200光谱彩色照度计可以实现对照明产品明视觉、中间视觉以及暗视觉的光度测量,自动计算S/P值,进行更加深入的分析,这在中间视觉日渐关注的当下和未来,具有更强的应用价值。

道路照明标准将进入中间视觉的评价时代

  可测量参数

  1) 相对光谱功率分布P(λ)

  2) 光谱辐照度E(λ)

  3) 色品坐标:(x,y)、(u,v)、(u’,v’)

  4) 相关色温Tc

  5) 显色指数Ra,Ri (i=1~15)

  6) 色容差SDCM(麦克亚当椭圆、矩形框以及CIE u’v’圆)

  7) 峰值波长、半宽度

  8) 色纯度,主波长

  9) 红色比

  10) 光照度E、辐射照度Ee

  11) 中间视觉光度量和S/P值

  12)IES等效照度

  13)植物光度

  14)更多测量功能可定制

  相信随着中间视觉国际共识的达成,中间视觉会很快应用于照明各领域,尤其是交通和道路照明领域,中间视觉所取得的里程碑式的进展也定将为LED等照明事业和广大企业带来无限机遇。


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