技术文章 |路灯配光对汽车驾驶员视觉的影响1、序言 随着LED技术的快速发展，LED路灯的应用日益广泛。在之前的研究中，很少将驾驶员的视觉舒适度和路灯的配光进行关联，但是它确实是影响驾驶员视觉舒适度的不利因素之一，尤其是在夜间驾驶过程中。因此，我们选择了一条LED光源照明的道路进行实验，这项实验的研究结果可以作为提高道路照明质量的参考，从而改善汽车驾驶员的驾驶安全性。
2、实验设计 本实验以视觉舒适度和视觉干扰的角度，对LED路灯光强分布对汽车驾驶员主观视觉感知的影响进行研究。 自变量为自定义参数，即垂直眼位照度波动动态范围（DR），其定义为：驾驶员眼位垂直照度（Ev）最大值与最小值的比值。DR设置了4个等级，分别为14.8（A）、100（B）、239（C）和447（D），在实验过程中，可以通过带有波形发生器的可调光LED光源实现。 因变量为被试的主观评价结果。在不同DR等级的照明光环境中，被试需要回答两个问题，问题的内容如下： Ø 请评价您在该照明场景中的视觉舒适度（1：非常不舒服；4：中立；7：非常舒服） Ø 请评价您在该照明场景中视觉干扰感知的程度（1：非常严重；4：中立；7：完全没有） 实验被试为32人，其中15名男性，17名女性，平均年龄为30.8，标准差为11.8。被试的颜色识别能力与视力均正常。 实验在暗室中进行，天花板和墙壁均涂成黑色，用以模拟夜晚的场景。实验设置主要包括两个设备，分别为：投影屏幕和可调光LED光源。通过虚拟现实软件可以在投影屏幕上播放光型可变的道路照明视频，可以使被试感受到沉浸式的夜晚驾驶感受。可调光LED光源受波形发生器和电源的控制，用以模拟波动光，该波动光会引起被试眼位垂直照度的波动。可调光LED光源安装于被试头顶上方视线之外的区域，出光面正对被试，避免在被试眼位形成不舒适眩光。实验设置示意图如图1所示，真实的实验场景如图2所示。
实验中32名被试被分为4组，每组被试眼位垂直照度变化顺序均不同，场景设置按照拉丁方排列方式设计。 每次实验邀请一名被试参加。首先，请被试在实验同意书上签字，并进行10分钟暗适应，在暗适应的过程中主试向被试介绍实验目的和试验过程；然后，进行练习，使被试熟悉实验过程，做好实验准备；最后，正式开始实验。被试需要在不同场景中对视觉舒适度和受干扰程度进行评分。对语义表达表中被试的评分进行记录和分析。
3、结果与讨论 本实验使用专业统计软件“IBM SPSS Statistics20”进行数据分析，通过以下段落对视觉舒适度和受干扰程度进行了分析。 32名被试的评分结果汇总情况如下图3所示。
图3 实验评分结果图
A.视觉舒适度 4个DR水平下被试的评分结果如下图4所示，分析结果如下表Ⅰ和表Ⅱ所示。 数据分析采用方差分析法。被试评分作为因变量，性别和DR值作为固定值。结果显示：不同性别的被试之间没有显著差异（F=0.000，Sig.=0.990）；当DR值变化时存在显著差异（F=14.426，Sig.=0.000<0.05）。 得到的一般结论如下： l 由于视觉刺激的波动，DR值的差异确实会对被试视觉产生影响。就被试主观评价的平均值而言，按升序排列依次为D、C、B、A，这就意味着光束A具有最高的视觉舒适度，光束D具有最差的视觉舒适度。同时，根据SPSS分析结果表明，光束A和光束B，光束C和光束D之间无显著差异。而AB组和CD组之间却存在显着差异。 l 男性与女性之间无显著差异。
图4 实验结果 表Ⅰ多因素对比分析
表Ⅱ不同光源评价结果分析
B.受干扰程度 受干扰程度采用了相同的分析方法，4个动态范围的主观评价结果如图5所示。SPSS分析结果如下表Ⅲ和表Ⅳ所示。 在数据分析过程中，我们将被试的主观评价结果作为因变量，将性别和动态范围作为自变量。结果表明，不同性别之间仍然没有显著差异（F=0.175，Sig.=0.676），而当DR值变化时，发现存在显著差异（F=14.426，Sig.=0.000<0.05）。可以得出以下一般结论： •动态范围的差异确实会影响对干扰程度的感知，结果与A相似。既（D<C）<（B<A） •男性与女性之间无显著差异。
图5 实验结果 表Ⅲ 不同光源评价结果分析
表Ⅳ 多因素对比分析
C.动态范围（DR）阈值 在不同DR值的情况下，视觉舒适度和受干扰等级拟合的回归曲线如图7所示。其中评分“1”表示“非常不舒服”和“非常受干扰”，评分“7”表示“非常舒适”和“完全无干扰”，评分“4”为临界值，表示刚开始感到视觉不舒适和干扰。因此，可以得出，当动态范围值超过160时，开始出现视觉不舒适，当动态范围值超过210时，开始出现视觉干扰。也就是说，DR中的160是视觉舒适度的阈值，DR中的210是视觉干扰感受的阈值。
图6 视觉舒适度与受干扰程度拟合曲线
4、结论 这项研究主要研究了道路照明灯具的光强度分布（光束形状）对驾驶员主观视觉感知的影响，同时考虑与照明质量量化系统相关的参数。灯具之间照度的动态范围（DR）被定义为空间照明分布的数学属性，对视觉舒适度和受干扰程度进行定量评估，并将其与客观照明参数建立数学关系，从而得出合理的灯具光强分布。 我们发现动态范围的数值越高，视觉上可以感觉到的不舒适度和受干扰程度越大。视觉舒适度的动态范围的阈值为160，视觉受干扰感受的阈值为210。 因此，这项研究的结果为道路照明设计的实施提供了建设性的解决方案。眼位照度级别应介于最大值与最小值之间，尽量将动态范围的阈值降低到160以下。
文章来自中国国际汽车照明论坛论文集 |
