技術(shù)文章 |路燈配光對(duì)汽車(chē)駕駛員視覺(jué)的影響

1、序言

隨著LED技術(shù)的快速發(fā)展，LED路燈的應(yīng)用日益廣泛。在之前的研究中，很少將駕駛員的視覺(jué)舒適度和路燈的配光進(jìn)行關(guān)聯(lián)，但是它確實(shí)是影響駕駛員視覺(jué)舒適度的不利因素之一，尤其是在夜間駕駛過(guò)程中。因此，我們選擇了一條LED光源照明的道路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果可以作為提高道路照明質(zhì)量的參考，從而改善汽車(chē)駕駛員的駕駛安全性。

2、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)以視覺(jué)舒適度和視覺(jué)干擾的角度，對(duì)LED路燈光強(qiáng)分布對(duì)汽車(chē)駕駛員主觀視覺(jué)感知的影響進(jìn)行研究。

自變量為自定義參數(shù)，即垂直眼位照度波動(dòng)動(dòng)態(tài)范圍（DR），其定義為：駕駛員眼位垂直照度（E_v）最大值與最小值的比值。DR設(shè)置了4個(gè)等級(jí)，分別為14.8（A）、100（B）、239（C）和447（D），在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以通過(guò)帶有波形發(fā)生器的可調(diào)光LED光源實(shí)現(xiàn)。

因變量為被試的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。在不同DR等級(jí)的照明光環(huán)境中，被試需要回答兩個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題的內(nèi)容如下：

? 請(qǐng)?jiān)u價(jià)您在該照明場(chǎng)景中的視覺(jué)舒適度（1：非常不舒服；4：中立；7：非常舒服）

? 請(qǐng)?jiān)u價(jià)您在該照明場(chǎng)景中視覺(jué)干擾感知的程度（1：非常嚴(yán)重；4：中立；7：完全沒(méi)有）

實(shí)驗(yàn)被試為32人，其中15名男性，17名女性，平均年齡為30.8，標(biāo)準(zhǔn)差為11.8。被試的顏色識(shí)別能力與視力均正常。

實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行，天花板和墻壁均涂成黑色，用以模擬夜晚的場(chǎng)景。實(shí)驗(yàn)設(shè)置主要包括兩個(gè)設(shè)備，分別為：投影屏幕和可調(diào)光LED光源。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以在投影屏幕上播放光型可變的道路照明視頻，可以使被試感受到沉浸式的夜晚駕駛感受。可調(diào)光LED光源受波形發(fā)生器和電源的控制，用以模擬波動(dòng)光，該波動(dòng)光會(huì)引起被試眼位垂直照度的波動(dòng)。可調(diào)光LED光源安裝于被試頭頂上方視線之外的區(qū)域，出光面正對(duì)被試，避免在被試眼位形成不舒適眩光。實(shí)驗(yàn)設(shè)置示意圖如圖1所示，真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置示意圖	圖2 真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景圖

實(shí)驗(yàn)中32名被試被分為4組，每組被試眼位垂直照度變化順序均不同，場(chǎng)景設(shè)置按照拉丁方排列方式設(shè)計(jì)。

每次實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)一名被試參加。首先，請(qǐng)被試在實(shí)驗(yàn)同意書(shū)上簽字，并進(jìn)行10分鐘暗適應(yīng)，在暗適應(yīng)的過(guò)程中主試向被試介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)過(guò)程；然后，進(jìn)行練習(xí)，使被試熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程，做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備；最后，正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。被試需要在不同場(chǎng)景中對(duì)視覺(jué)舒適度和受干擾程度進(jìn)行評(píng)分。對(duì)語(yǔ)義表達(dá)表中被試的評(píng)分進(jìn)行記錄和分析。

3、結(jié)果與討論

本實(shí)驗(yàn)使用專業(yè)統(tǒng)計(jì)軟件“IBM SPSS Statistics20”進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)以下段落對(duì)視覺(jué)舒適度和受干擾程度進(jìn)行了分析。

32名被試的評(píng)分結(jié)果匯總情況如下圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)評(píng)分結(jié)果圖

A.視覺(jué)舒適度

4個(gè)DR水平下被試的評(píng)分結(jié)果如下圖4所示，分析結(jié)果如下表Ⅰ和表Ⅱ所示。

數(shù)據(jù)分析采用方差分析法。被試評(píng)分作為因變量，性別和DR值作為固定值。結(jié)果顯示：不同性別的被試之間沒(méi)有顯著差異（F=0.000，Sig.=0.990）；當(dāng)DR值變化時(shí)存在顯著差異（F=14.426，Sig.=0.000<0.05）。

得到的一般結(jié)論如下：

l 由于視覺(jué)刺激的波動(dòng)，DR值的差異確實(shí)會(huì)對(duì)被試視覺(jué)產(chǎn)生影響。就被試主觀評(píng)價(jià)的平均值而言，按升序排列依次為D、C、B、A，這就意味著光束A具有最高的視覺(jué)舒適度，光束D具有最差的視覺(jué)舒適度。同時(shí)，根據(jù)SPSS分析結(jié)果表明，光束A和光束B，光束C和光束D之間無(wú)顯著差異。而AB組和CD組之間卻存在顯著差異。

l 男性與女性之間無(wú)顯著差異。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表Ⅰ多因素對(duì)比分析

表Ⅱ不同光源評(píng)價(jià)結(jié)果分析

B.受干擾程度

受干擾程度采用了相同的分析方法，4個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示。SPSS分析結(jié)果如下表Ⅲ和表Ⅳ所示。

在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，我們將被試的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果作為因變量，將性別和動(dòng)態(tài)范圍作為自變量。結(jié)果表明，不同性別之間仍然沒(méi)有顯著差異（F=0.175，Sig.=0.676），而當(dāng)DR值變化時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在顯著差異（F=14.426，Sig.=0.000<0.05）。可以得出以下一般結(jié)論：

?動(dòng)態(tài)范圍的差異確實(shí)會(huì)影響對(duì)干擾程度的感知，結(jié)果與A相似。既（D<C）<（B<A）

?男性與女性之間無(wú)顯著差異。

圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表Ⅲ 不同光源評(píng)價(jià)結(jié)果分析

表Ⅳ 多因素對(duì)比分析

C.動(dòng)態(tài)范圍（DR）閾值

在不同DR值的情況下，視覺(jué)舒適度和受干擾等級(jí)擬合的回歸曲線如圖7所示。其中評(píng)分“1”表示“非常不舒服”和“非常受干擾”，評(píng)分“7”表示“非常舒適”和“完全無(wú)干擾”，評(píng)分“4”為臨界值，表示剛開(kāi)始感到視覺(jué)不舒適和干擾。因此，可以得出，當(dāng)動(dòng)態(tài)范圍值超過(guò)160時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)視覺(jué)不舒適，當(dāng)動(dòng)態(tài)范圍值超過(guò)210時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)視覺(jué)干擾。也就是說(shuō)，DR中的160是視覺(jué)舒適度的閾值，DR中的210是視覺(jué)干擾感受的閾值。

圖6 視覺(jué)舒適度與受干擾程度擬合曲線

4、結(jié)論

這項(xiàng)研究主要研究了道路照明燈具的光強(qiáng)度分布（光束形狀）對(duì)駕駛員主觀視覺(jué)感知的影響，同時(shí)考慮與照明質(zhì)量量化系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)。燈具之間照度的動(dòng)態(tài)范圍（DR）被定義為空間照明分布的數(shù)學(xué)屬性，對(duì)視覺(jué)舒適度和受干擾程度進(jìn)行定量評(píng)估，并將其與客觀照明參數(shù)建立數(shù)學(xué)關(guān)系，從而得出合理的燈具光強(qiáng)分布。

我們發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)值越高，視覺(jué)上可以感覺(jué)到的不舒適度和受干擾程度越大。視覺(jué)舒適度的動(dòng)態(tài)范圍的閾值為160，視覺(jué)受干擾感受的閾值為210。

因此，這項(xiàng)研究的結(jié)果為道路照明設(shè)計(jì)的實(shí)施提供了建設(shè)性的解決方案。眼位照度級(jí)別應(yīng)介于最大值與最小值之間，盡量將動(dòng)態(tài)范圍的閾值降低到160以下。

文章來(lái)自中國(guó)國(guó)際汽車(chē)照明論壇論文集