研究不同色溫LED光源在道路照明中的適用性

馬安濤

摘 要：不同光源色溫對于人的身理與心理反應(yīng)、視覺功效具有重要影響，并直接關(guān)系著道路照明質(zhì)量與安全性。隨著具有環(huán)保、節(jié)能效益的LED光源在道路照明工程中的不斷應(yīng)用，其多元化的色溫在道路照明中的適用性成為了道路照明研究的重點(diǎn)?；诖耍恼乱砸曈X功效法為主要手段，測試了LED光源在其不同的色溫值下的反應(yīng)時(shí)間，以獲得與道路照明具有良好適用性的光源色溫?cái)?shù)值。

關(guān)鍵詞：色溫；LED光源；道路照明；適用性

中圖分類號：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0142-02

1 測試方法與設(shè)備簡析

1.1 測試方法分析

文章在對LED光源在測試不同色溫下的反映時(shí)間時(shí)，主要是以視覺功效法為載體開展，主要測試在視標(biāo)偏心度、對比度以及背景的亮度等照明條件下，若背景中出現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)障礙物，判斷人的眼睛對于這一隨機(jī)出現(xiàn)的物體的反應(yīng)時(shí)間。經(jīng)研究顯示，人眼若處于中間視覺范圍之內(nèi)，那么其對背景中隨機(jī)出現(xiàn)的目標(biāo)障礙物的反應(yīng)時(shí)間主要與背景環(huán)境中的視標(biāo)對比度及其亮度等有直接關(guān)系。同時(shí)，人的身理與心理因素，如大腦的興奮度、注意力集中狀況等對人的反應(yīng)時(shí)間也具有重要影響，人眼的視覺功效在這些因素影響下也會(huì)呈現(xiàn)出不同的變化情況。由此可見，運(yùn)用視覺功效法進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間的測試，是一種比較有效且可行的判斷與評價(jià)的方法。

1.2 測試設(shè)備分析

①iViewX眼動(dòng)儀。在該儀器的專用頭盔之上，裝設(shè)了一種微型的攝像裝置，該攝像設(shè)備形狀呈眼罩狀，主要用于快速精確地對眼球的運(yùn)動(dòng)情況及其視野變化情況進(jìn)行捕捉與紀(jì)錄。同時(shí)，此眼動(dòng)儀還配備有視頻采集裝置，可對場景信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，以便開展進(jìn)一步研究。在測試實(shí)踐過程中，被測人員戴上裝設(shè)了紅外攝像頭與半反半透鏡的頭盔，在背景中有目標(biāo)障礙物產(chǎn)生時(shí)，攝像頭記錄其一部分在觀看目標(biāo)事物時(shí)經(jīng)過半反半透鏡而反射的視線，以及眼珠的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況，如瞳孔直徑或者眼珠的垂直、水平運(yùn)動(dòng)的速度等。同時(shí)，另一個(gè)攝像頭的主要作用在于對被測人員注視的目標(biāo)實(shí)物圖像的位置進(jìn)行捕捉與紀(jì)錄，獲取其精確位置。在操作實(shí)踐中，此儀器主要對被測試人員的在不同的亮度環(huán)境下的眼球運(yùn)動(dòng)情況與瞳孔的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。

②道路照明反應(yīng)時(shí)間測量裝置。該裝置分別由強(qiáng)弱光燈箱（用于LED光源安裝，以滿足高、低亮度之下的測量實(shí)際需求）、測量控制儀器、光學(xué)系統(tǒng)（將散發(fā)的光匯聚為平行光束）、監(jiān)控儀（控制亮度變化）與觀測箱等組成，測量精度高。運(yùn)用該測量裝置進(jìn)行測量時(shí)，可通過LED燈等光源產(chǎn)生處于中間視覺范圍之內(nèi)的背景光，同時(shí)選擇各種不同的卡紙，將其作為視標(biāo)準(zhǔn)，對道路環(huán)境在夜間可能出現(xiàn)的目標(biāo)實(shí)物進(jìn)行模擬測量。其中，視標(biāo)亮度變化范圍為0.4-56 cd/m2，0.2-80 cd/m2。在測量實(shí)踐中，被測人員戴上iViewX眼動(dòng)儀，在視標(biāo)亮度<視覺環(huán)境亮度的測量情況下，對于背景環(huán)境中出現(xiàn)的隨機(jī)視標(biāo)在第一時(shí)間之內(nèi)做出反應(yīng)，并記錄測量的瞳孔信息與視覺反應(yīng)時(shí)間，最后分析測試結(jié)果，總結(jié)在LED光源的不同色溫條件下視覺反應(yīng)時(shí)間的變化情況。

2 實(shí)驗(yàn)分析與數(shù)據(jù)處理

2.1 LED光源色溫值測定

運(yùn)用道路照明裝置對五位具有矯正視力以及正常色覺的被測人員在不同視標(biāo)對比度、偏心度以及LED光源的不同色溫的情況下進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間測試，測試中分別設(shè)置了五個(gè)光源色溫值：1 650 k、2 230 k、3450 k、4 200 k以及4 700 k，四個(gè)背景亮度：0.5 cd/m-2、0.75 cd/m-2、1 cd/m-2、1.5 cd/m-2，視標(biāo)對比度為-0.4，視標(biāo)偏心角為0?與10?與-10?。其中，除了1 650 k色溫光源為HPS之外，其余色溫光源均為LED光源，測試實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬與夜間相似的暗環(huán)境，五位被測人員視覺與環(huán)境相適應(yīng)，且心態(tài)平和、穩(wěn)定。主要的測量數(shù)據(jù)結(jié)果與被測者的反映時(shí)間變化情況可見表1與圖1。

根據(jù)圖1中被測者反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢可以看出，當(dāng)LED光源的色溫在2 500～4 000 k時(shí)，被測者對視覺環(huán)境中障礙物的反應(yīng)時(shí)間都比較小，在3 500 k左右時(shí)，具有最短的反應(yīng)時(shí)間（<150 ms），在這一色溫值上，被測者能夠獲取最佳的視覺功效。值得注意的是，在測試過程中，雖對測試試驗(yàn)的各環(huán)節(jié)的誤差影響因素都進(jìn)行嚴(yán)格控制，但在測試過程中，測試者的身理誤差影響因素較多，且可控性較小，因此，反映在圖1中就表現(xiàn)出：隨著色溫的變化，被測者在四種LED光源亮度之下的反應(yīng)時(shí)間稍有差異，如當(dāng)LED光源亮度為0.75時(shí)，與其獲得最短的反應(yīng)時(shí)間相對應(yīng)的色溫值卻高于3 500 k，但這一誤差對結(jié)果分析不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，處于誤差允許范圍之內(nèi)。

2.2 道路照明檢測

根據(jù)以上測量結(jié)果，當(dāng)色溫值處于2 500～4 000 k范圍之內(nèi)時(shí)，被測者可獲得較短的反應(yīng)時(shí)間，且于3 500 k時(shí)獲得的視覺功效最好。據(jù)此，本文選擇色溫值為3 500 k的LED光源對某1 km的道路路段實(shí)施了照明現(xiàn)場檢測，主要運(yùn)用常規(guī)檢測法對該道路路段的照明質(zhì)量，如路面平均亮度與均勻亮度以及路面平均照度與均勻照度等，其檢測結(jié)果可見表2。

由表2中的數(shù)據(jù)可看出，該道路路段的照明的各項(xiàng)指標(biāo)均與國家標(biāo)準(zhǔn)（CJJ45-2006）相符合，該道路路段的照明質(zhì)量達(dá)標(biāo)，節(jié)能效果滿足要求。

此外，本文還運(yùn)用了“安全停車視距”的方法對該道路路段在該色溫LED光源之下的行車安全性進(jìn)行了檢測，分析被測者在夜晚駕駛的情況下，于安全的視覺距離之外，能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理道路中的障礙物。在測試之前，將較小的障礙物設(shè)定為0.04 m2的大小，設(shè)其漫反射比為0.2，由于該路段設(shè)計(jì)的勻速行駛速度為45 km/h，依據(jù)CJJ45-2006中的停車視距表，將其安全停車視距設(shè)置為45 m，運(yùn)用眼動(dòng)儀實(shí)施跟蹤檢測，并運(yùn)用其配套軟件對受測者的視線活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，若規(guī)定的安全視距≤被測者停車實(shí)距，則表明該道路路段的安全性能夠得到保障。檢測結(jié)果如表3所示。

由表3中被測者的停車實(shí)距檢測結(jié)果可知，這三位被測者在3 500 k色溫的LED光源之下，對最小目標(biāo)障礙物的實(shí)際發(fā)現(xiàn)距離多在57～67 m之內(nèi)，這一停車實(shí)距均高出了規(guī)定安全視距值，由此可見該道路路段在3 500 k色溫的LED光源之下，能夠確保行車的安全。

通過上述的道路照明質(zhì)量檢測與道路行車安全性檢測，并結(jié)合對被測者的身理與心理因素的分析可知，在色溫值為3 500～4 000 k的LED光源之下，該道路路段的照明質(zhì)量與行車安全都與規(guī)范要求相符合。可見在道路的照明應(yīng)用中，3 500～4 000 k色溫值的LED光源可適用于實(shí)際道路照明之中。

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