道路照明標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)入中間視覺(jué)的評(píng)價(jià)時(shí)代
視覺(jué)依賴(lài)于照明,照明將提供給人們一個(gè)視覺(jué)條件。在適宜的光線入射到眼睛內(nèi)引起視神經(jīng)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(xì)胞——視錐和視桿細(xì)胞的不同特性,人眼的視覺(jué)根據(jù)亮度的變化可分為明視覺(jué)、暗視覺(jué)和中間視覺(jué)。
何謂中間視覺(jué)
根據(jù)國(guó)際照明學(xué)會(huì)(CIE)1983年的定義, 明視覺(jué)指亮度超過(guò)3 cd/m2的環(huán)境,此時(shí)視覺(jué)主要由視錐細(xì)胞起作用,最大的視覺(jué)響應(yīng)在光譜藍(lán)綠區(qū)間的555nm處,能分辨顏色和物體的細(xì)節(jié),光刺激通過(guò)視神經(jīng)中樞的傳遞后,對(duì)光刺激的光譜響應(yīng)稱(chēng)為明視覺(jué)光譜光視效率V (λ);
暗視覺(jué)指環(huán)境亮度低于0.001cd/m2時(shí)的視覺(jué),此時(shí)視桿細(xì)胞是主要作用的感光細(xì)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(xì)節(jié)。稱(chēng)為暗視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)V′(λ);
中間視覺(jué)介于明視覺(jué)和暗視覺(jué)亮度之間,對(duì)波長(zhǎng)為507 ~ 555 nm范圍的綠光最敏感。此時(shí)人眼的視錐和視桿細(xì)胞同時(shí)響應(yīng),并且隨著亮度、照明程度的變化,兩種細(xì)胞的活躍程度也發(fā)生了變化,當(dāng)適應(yīng)亮度介于0.001 cd/m2—3 cd/m2之間時(shí),視網(wǎng)膜上的錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞同時(shí)起作用,稱(chēng)為中間視覺(jué)Vm (λ)。
道路照明屬于中間視覺(jué)范疇
一般從白天晴朗的太陽(yáng)到晚上臺(tái)燈的照明,都是在明視覺(jué)范圍內(nèi)的;而道路照明和其他夜間交通照明,為中間視覺(jué)照明;昏暗的星空下就是暗視覺(jué)了。
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(guó)城市道路按快速路、主干路、次干路、支路區(qū)分,根據(jù)CJJ45-2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,道路照明的亮度水平在O.5~2.0cd/m2左右,正處于中間視覺(jué)范圍,其道路照明標(biāo)準(zhǔn)如表所示。因此,將道路照明光源設(shè)計(jì)為中間視覺(jué)人眼敏感光譜范圍(507 ~ 555 nm)內(nèi)時(shí),路面應(yīng)更為清晰,更易于安全行駛。
進(jìn)一步研究,道路照明亮度處于中間視覺(jué)范圍內(nèi)的哪個(gè)位置上,對(duì)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(jué)趨向十分重要。按照亮度的高低排列起來(lái)的話,可得到下圖的結(jié)果。從圖中可見(jiàn),道路照明的平均亮度水平整體上靠近明視覺(jué)的位置,處于與它同一數(shù)量級(jí)的水平上,而遠(yuǎn)離暗視覺(jué),大約有兩個(gè)半數(shù)量級(jí)。
基于中間視覺(jué)的道路照明測(cè)量
照明評(píng)價(jià)系統(tǒng)和方法的確定對(duì)于照明光源的選擇和照明效果都具有決定性的影響。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),國(guó)際上都只采用明視覺(jué)和暗視覺(jué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。在中間視覺(jué)狀態(tài)下,視錐和視桿細(xì)胞同時(shí)發(fā)生作用,當(dāng)適應(yīng)亮度逐漸由明到暗時(shí),光譜靈敏度曲線逐步向短波方向移動(dòng),這種現(xiàn)象稱(chēng)為普爾金偏移(Purkinje Shift)。由于這種偏移,對(duì)于夜間照明的設(shè)計(jì)、測(cè)量和計(jì)算仍沿用明視覺(jué)光譜光視效率V (λ) 的基礎(chǔ)將產(chǎn)生不恰當(dāng)?shù)纳踔潦清e(cuò)誤的結(jié)果。目前國(guó)際上照明界越來(lái)越多的專(zhuān)家注意到了這一現(xiàn)象,并從各個(gè)方面研究中間視覺(jué)照明下的特性及其對(duì)夜間照明應(yīng)用的影響。2010年國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)出臺(tái)了中間視覺(jué)光度學(xué)推薦系統(tǒng)。
復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)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(jué)是光度學(xué)定義的一段客觀存在,中間視覺(jué)曲線是完善光度量評(píng)價(jià)的一個(gè)必要補(bǔ)充,中間視覺(jué)涵蓋了道路照明的全部范圍。”杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司董事長(zhǎng)潘建根認(rèn)為,“道路照明標(biāo)準(zhǔn)必將進(jìn)入中間視覺(jué)的評(píng)價(jià)時(shí)代?!?
新的中間視覺(jué)系統(tǒng)中所描述的光譜光視效率函數(shù)Vmes(λ)(如圖中的Vmes(λ)1,Vmes(λ)2,Vmes(λ)3),是明視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)V(λ)與暗視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)V′(λ)的線性組合。應(yīng)用中間視覺(jué)光度學(xué)時(shí),需要背景亮度和從光源光譜數(shù)據(jù)得出的S/P值作為輸入量,S/P值是暗視覺(jué)光輸出量與明視覺(jué)光輸出量的比值,光源的S/P值越高,在中間視覺(jué)設(shè)計(jì)中的光效就越高。也就是說(shuō),確切獲取S /P數(shù)據(jù)和建立中間視覺(jué)的數(shù)學(xué)模式奠定必要的基礎(chǔ)。
常用的高壓鈉燈的光譜功率分布在波長(zhǎng) 600nm 周?chē)卸鄠€(gè)峰峰值,并且其 S/P 值約為0.6,金屬鹵化燈的S/P 值達(dá)到了1.6,而LED路燈的S/P 值都大于1,有的甚至達(dá)2.75,并隨著色溫的增大而增大。LED光源的中間視覺(jué)光效整體比高壓鈉燈提高 10%~30%。在不同的環(huán)境亮度下,使用新的中間視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算這些白光光源時(shí),其視在光效會(huì)發(fā)生明顯的變化。例如,明視覺(jué)亮度為1cd·m-2時(shí),S/P值在0.5~2.5之間的燈使用推薦的中間視覺(jué)光度系統(tǒng)后變化量在5%~15%之間,而明視覺(jué)亮度為0.3cd·m-2時(shí),變化量在-10%~+30%之間。
隨著LED產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,LED正逐步進(jìn)入在照明市場(chǎng)。特別是通過(guò)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(jué)應(yīng)用提供了新的解決方案。同時(shí),CIE中間視覺(jué)光度學(xué)系統(tǒng)的出臺(tái),也為L(zhǎng)ED制造商根據(jù)低亮度照明應(yīng)用優(yōu)化LED的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ),這對(duì)作為未來(lái)光源的LED的發(fā)展和應(yīng)用影響重大。
綜上所述,在中間視覺(jué)條件下,道路照明設(shè)計(jì)需要諸多因素的修正后才能與實(shí)際的路面機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員的視看條件相一致。目前,市面上極少有中間視覺(jué)測(cè)量?jī)x器。據(jù)悉,原來(lái)使用的照度計(jì)是為推廣鈉燈等照明產(chǎn)品而研制,中間視覺(jué)和暗視覺(jué)部分的白光被過(guò)濾掉,是以接受明視覺(jué)光譜為準(zhǔn)的,其在夜間道路照明的條件下測(cè)量的結(jié)果并不令人滿意。中間視覺(jué)光度測(cè)量?jī)x器必須要考慮不同視覺(jué)水平的實(shí)際光譜靈敏度。
基于光譜的測(cè)量理念,SPIC-200光譜彩色照度計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明產(chǎn)品明視覺(jué)、中間視覺(jué)以及暗視覺(jué)的光度測(cè)量,自動(dòng)計(jì)算S/P值,進(jìn)行更加深入的分析,這在中間視覺(jué)日漸關(guān)注的當(dāng)下和未來(lái),具有更強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
可測(cè)量參數(shù)
1) 相對(duì)光譜功率分布P(λ)
2) 光譜輻照度E(λ)
3) 色品坐標(biāo):(x,y)、(u,v)、(u’,v’)
4) 相關(guān)色溫Tc
5) 顯色指數(shù)Ra,Ri (i=1~15)
6) 色容差SDCM(麥克亞當(dāng)橢圓、矩形框以及CIE u’v’圓)
7) 峰值波長(zhǎng)、半寬度
8) 色純度,主波長(zhǎng)
9) 紅色比
10) 光照度E、輻射照度Ee
11) 中間視覺(jué)光度量和S/P值
12)IES等效照度
13)植物光度
14)更多測(cè)量功能可定制
相信隨著中間視覺(jué)國(guó)際共識(shí)的達(dá)成,中間視覺(jué)會(huì)很快應(yīng)用于照明各領(lǐng)域,尤其是交通和道路照明領(lǐng)域,中間視覺(jué)所取得的里程碑式的進(jìn)展也定將為L(zhǎng)ED等照明事業(yè)和廣大企業(yè)帶來(lái)無(wú)限機(jī)遇。
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