技術文章 |不同類型明暗截止線對眩光評價的影響

1.引言

明暗截止線的設計，一方面可以提高駕駛員的駕駛安全性，另一方面由此引起的眩光問題也成為重要的研究課題。在道路不平坦的情況下，迎面而來的駕駛員的眼睛可能會在短時間內處于明暗截止線內，因此會對駕駛員產生眩光。為了檢驗不同類型明暗截止線對眩光評價的影響，我們做了以下研究。

2.實驗研究

A.實驗設計

本實驗中使用了兩種脈沖形式：矩形脈沖形式、三角形脈沖形式，如圖1所示。

圖1 兩種脈沖形式（曝光量A_R等于A_T）

每種脈沖形式設置5種最大照度值和4種脈沖寬度。不同的兩種脈沖形式設置相同的曝光量和最大照度，因此，三角形脈沖的寬度是矩形脈沖的兩倍。同一種脈沖形式設置相同的曝光量。具體參數設置如表1所示。

表1 實驗參數設置表

	T/E	0.044 lx	0.176 lx	0.705 lx	2.82 lx	11.28 lx
Rectangle	0.3 s	0.0132	0.0528	0.2112	0.8448	3.384
Triangle	0.6 s
Rectangle	1.2 s	0.0528	0.2112	0.8448	3.384	13.536
Triangle	2.4 s
Rectangle	4.8 s	0.2112	0.8448	3.384	13.536	54.144
Triangle	9.6 s
Rectangle	19.2 s	0.8448	3.384	13.536	54.144	216.576
Triangle	38.4 s

B.實驗設置

本實驗以汽車LED前照燈作為照明光源，受測者位于照明光源前側60cm處，光源的光譜如圖2所示。本實驗通過PWM調制方式進行調光，光環境背景亮度小于0.1cd/m²。本實驗共17名受測者，年齡介于20至29之間。

圖2 照明光源的光譜

C.實驗流程

首先關閉照明光源，受測者進行20分鐘暗適應，同時向受測者介紹de Boer的評分方法和實驗流程。然后打開照明光源，隨機顯示不同的脈沖形式，前后兩個脈沖之間的時間間隔為20秒，以確保受測者的眼睛得到充分的休息。

3.數據分析

A.眩光與照度

對de Boer評分進行升序排序，并計算de Boer評分與照度E，脈沖寬度T和曝光量H的對數值之間的確定系數R2，計算結果如表2所示。

表2 de Boer評分與脈沖參數的確定系數

	R2T	R2E	R2H
Rectangular pulse	0.0028	0.9138	0.5126
Triangular pulse	0.0003	0.9466	0.5998

如果兩組數據的的確定系數接近，則可以假設兩組數據之間存在線性關系。對于矩形和三角形脈沖，照度與de Boer評分的確定系數均大于0.9，其他參數的確定系數均小于0.7。因此照度與de Boer評分存在對數關系。為了進一步描述照度與de Boer評分的相關性，利用線性回歸法建立了一個模型，如圖3和圖4所示。

圖3 矩形脈沖形式相關性

圖4 三角形脈沖形式相關性

圖中的點表示每種光脈沖情況下de Boer評分的平均值。通過線性回歸法定義的擬合函數如下所示：

W_rectangle = - 2.356 ? log₁₀(E) + 4.167 (1)

W_triangle = -2.4803 ? log₁₀(E) + 4.910 (2)

為了驗證這個擬合函數，我們分別計算了線性回歸統計指標MSE、MPE和確定系數，計算結果如圖3所示。

表3 擬合函數的統計指標

	R2	MSE	MPE
Rectangle	0.9138	7.597	-3.773
Triangle	0.9466	5.034	-2.593

B.眩光與脈沖形狀

我們通過最大照度對矩形脈沖形式和三角形脈沖形式進行對比分析。兩類脈沖形式的所有de Boer評分中值分析結果如圖5所示。

圖5 兩類脈沖形式下de Boer評分

如圖5所示，通常情況下三角形脈沖的方差小于矩形脈沖。使用Wilcoxon秩和檢驗，可以證明兩組參數的中值存在顯著差異，這意味著與矩形脈沖相比，三角形光脈沖產生的眩光更少。

在每個最大照度情況下，對不同脈沖形式的de Boer評分進行分析，結果如圖6所示。

圖6 最大照度情況下不同脈沖形式的de Boer評分

矩形脈沖標記為“R”，三角形脈沖標記為“T”。在每個最大照度情況下，矩形脈沖的眩光等級小于三角形脈沖。通過Wilcoxon秩和檢驗，在每種情況下，顯著性小于0.07的矩形脈沖產生的眩光明顯大于三角形脈沖。綜上所述，三角形脈沖的眩光比矩形脈沖高一個等級。

4.結論

研究表明，在曝光量相同的情況下，不同的脈沖形式會引起不同的眩光等級。對于不同脈沖寬度，照度是確定de Boer評分的唯一參數，并且相關性是對數遞減函數。本實驗中的眩光等級取決于展示給受測者的光脈沖的跨度。在實驗過程中，受測者在觀察幾個脈沖后，會了解脈沖的最低照度和最高照度，然后將評價比例尺調整為實驗設置的跨度。

根據實驗數據，照度是描述眩光等級的唯一相關參數。其他研究還發現，脈沖寬度與眩光等級之間也存在相關性，這可能是由于不同的實驗設置以及不同的照度和脈沖寬度范圍引起的。對于大脈沖寬度，兩個光脈沖時間都足夠長，使得受測者習慣于眩光，對脈沖寬度的依賴性可能會消失，使得受測者無法在20s脈沖和40s脈沖之間進行區分。

此外，從研究中可以看出，在曝光度和最大照度相同的情況下，矩形脈沖的de Boer評分等級明顯低于三角形脈沖，因此產生的眩光也更高。在現實的駕駛情況下，駕駛員對于銳利和平滑的截止線的感知都存在差異。盡管在平滑截止線的情況下，迎面而來的駕駛員將更長時間暴露在峰值照度下，但其產生的眩光比在銳利截止線的情況下要低大約一個等級。