兒童夜光安全服裝的等效亮度

閆彥紅， 王來力， 顧冰菲

(1. 浙江紡織服裝科技有限公司， 浙江 杭州 310009； 2. 浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院， 浙江 杭州 310018)

隨著全球范圍內(nèi)發(fā)展中國家城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，個人機(jī)動車擁有量迅猛增長，交通事故已成為困擾現(xiàn)代城市居民的主要社會問題之一，交通事故是我國0～17歲少年兒童受傷致死的重大原因之一。因可見度不足，兒童著裝不醒目等原因造成的交通事故頻發(fā)，如在繁忙的城市交叉口、居民小區(qū)的出入口等地段，易因?yàn)橛^察不周而遭遇事故，因此，兒童出行的安全問題越來越受到重視，增加兒童出行的可見性和識別度成為亟待解決的問題。

安全服裝通常指具有防護(hù)功能的服裝，將安全要求設(shè)計(jì)于服裝之上用來消除外界對人體產(chǎn)生的安全隱患[1]。安全服裝通常以人體工程學(xué)分析為基礎(chǔ)，系統(tǒng)、全面地考慮人體特殊活動(作業(yè)) 下的危險性，以服裝包裝設(shè)計(jì)為載體，結(jié)合服裝款式、色彩和面料，融入服裝流行因素和設(shè)計(jì)工藝技巧[2]。

彩色夜光纖維[3]是一種新型的高科技功能纖維，該纖維不含有放射性元素,對人體不會產(chǎn)生傷害[4],可廣泛應(yīng)用于紡織服裝產(chǎn)品的開發(fā)[5-7]。彩色夜光纖維在白天吸收光能，在夜間釋放光能，從而達(dá)到自發(fā)光效果[8-9]。將彩色夜光纖維用于開發(fā)兒童夜行安全服裝，可使服裝具有自發(fā)光功能，從而起到警示和提醒作用，解決兒童夜間活動安全問題。但由于彩色夜光纖維在光照環(huán)境下有不同的顏色，在黑暗環(huán)境下可發(fā)出不同顏色的光，且顏色對光色具有一定的影響[10-11]，因此，由夜光纖維開發(fā)的兒童夜行安全服裝對人眼的視覺作用是顏色與光色相互作用的復(fù)雜過程。

一般情況下，人眼對于顏色變化比亮度變化更為敏感，在明視覺下，人眼對555 nm波長的光最為敏感，而在暗視覺下人眼對507 nm波長的光最為敏感[12]，因此，兒童夜光安全服裝對人眼的視覺作用不能簡單由物理儀器測得，需要通過等效亮度來研究。等效亮度與光色的色品坐標(biāo)和發(fā)光亮度有關(guān)，表示光色的視亮度與參考白光的視覺效果的關(guān)系，等效亮度越大，該光色視亮度效率越高。為使等效亮度更加切合實(shí)際，本文設(shè)計(jì)計(jì)算了2°(明視覺)和10°(暗視覺)下兒童安全服裝的等效亮度，研究不同顏色夜光纖維搭配制成的兒童夜行安全服裝實(shí)測亮度與等效亮度之間的關(guān)系，揭示等效亮度的變化規(guī)律，以期為研究人眼對兒童夜光安全服裝的實(shí)際可視情況提供理論參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

藍(lán)、白色夜光縫紉線：由夜光纖維經(jīng)加捻而成,常熟江輝纖維制品科技有限公司提供。

新型夜光涂層面料：以滌綸磨毛面料[13]作為基布，選用SrAl2O4:Eu2+,Dy3+為發(fā)光材料。在涂層漿料中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的發(fā)光材料、藍(lán)色顏料及其他印染助劑，然后將涂層漿料刮涂在基布上，高溫烘干制得新型夜光涂層面料，由常熟江輝纖維制品科技有限公司提供。

1.2 兒童夜光安全服裝的制作

采用DG/ML繡花軟件設(shè)計(jì)圖案，利用勝佳(SJ)系列單頭電腦繡花機(jī)進(jìn)行圖案繡織，樣品制備方案如表1所示。以白色和藍(lán)色夜光縫紉線為發(fā)光原料，采用平針繡在兒童T恤上，繡織10 cm×10 cm 正方形發(fā)光圖案。然后以藍(lán)白條紋和白色新型夜光涂層滌綸面料為發(fā)光原料，以貼布繡方式在兒童T恤上繡織10 cm×10 cm正方形發(fā)光區(qū)域。樣品實(shí)際效果圖如圖1～4所示。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品制作方案Tab.1 Experimental sample

圖1 白色繡花T恤Fig.1 T-shirt with white embroidery pattern. (a) With light; (b) Without light

圖2 藍(lán)白繡花T恤Fig.2 T-shirt with white-blue embroidery pattern. (a) With light; (b) Without light

圖3 藍(lán)白條紋T恤Fig.3 T-shirt with white-blue stripes.(a) With light; (b) Without light

圖4 白色絨布T恤Fig.4 T-shirt with white flannel. (a) With light; (b) Without light

1.3 性能測試

采用SC-10型熒光分光光度計(jì)測試樣品的發(fā)射光譜，檢測波長為365 nm，檢測波長間隔為5 nm，電壓為380 V。

采用PR-305型熒光余輝亮度測試儀測試樣品的余輝亮度，實(shí)驗(yàn)前首先將樣品在暗室中放置24 h，確保余輝亮度衰減完畢。照度設(shè)置為1 000 lx，光照時間為15 min，光照結(jié)束10 s開始測量，測試時間間隔為1 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 色品坐標(biāo)的計(jì)算

圖5示出4件樣衣的發(fā)射光譜圖?？芍喊咨C花、藍(lán)白繡花和白色絨布的發(fā)射光譜主要涵蓋了波長為380～600 nm，從紫外光到可見光的光譜波段；發(fā)射峰在430～450 nm范圍內(nèi)主要是發(fā)出藍(lán)色光，其中藍(lán)白繡花樣衣的相對發(fā)光強(qiáng)度最大，而藍(lán)白條紋樣衣的相對發(fā)光強(qiáng)度最小。

圖5 4件樣衣發(fā)射光譜Fig.5 Emission spectra of 4 kinds of samples

樣衣發(fā)射光光色色品坐標(biāo)(x，y)可通過發(fā)射光光色三刺激值(X,Y,Z)計(jì)算得到。光色的三刺激值可通過樣衣發(fā)射光光譜分布P(λ)與三原色波長相關(guān)的函數(shù)計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

(1)

(2)

(3)

由式(1)～(3)計(jì)算得到X、Y、Z值，再由式(4)計(jì)算得到色品坐標(biāo)(x，y)。

(4)

根據(jù)樣衣發(fā)射光譜以及式(1)～(4)，分別計(jì)算出在2°視場的色品坐標(biāo)(x2、y2)和10°視場的色品坐標(biāo)(x10、y10)，結(jié)果如表2所示。

表2 樣品的色品坐標(biāo)Tab.2 Color chromaticity coordinates of samples

2.2 等效亮度分析

圖6示出樣衣的余輝衰減曲線圖?？芍瑯右碌陌l(fā)光亮度隨時間的變化呈遞減趨勢。在光照停止時刻，發(fā)光亮度由大到小順序?yàn)榘咨q布>白色繡花>藍(lán)白繡花>藍(lán)白條紋。在停止光照后100 s內(nèi)亮度衰減速率最快，藍(lán)白繡花余輝亮度小于藍(lán)白條紋樣衣。100～400 s內(nèi)亮度衰減速率緩慢，400 s時 4件樣衣的發(fā)光亮度基本不再變化，且趨于一致。

圖6 樣衣余輝衰減曲線圖Fig.6 Decay curves of samples

余輝衰減曲線反映了樣衣的實(shí)測亮度隨時間的變化規(guī)律，但并不能表示人眼實(shí)際的視覺情況，需要轉(zhuǎn)換成等效亮度來進(jìn)行比較。國際照明委員會建議了2°視場和1°視場下將亮度換算成等效亮度的經(jīng)驗(yàn)公式[12]：

E2=10c(x2,y2)L

(5)

式中：E2為2°視場下等效亮度；L為亮度(物理亮度，即用亮度計(jì)測得)，cd/m2；x2、y2為色品坐標(biāo)。c(x2,y2)計(jì)算公式為

(6)

將式(5)中的2°視場的色品坐標(biāo)(x2、y2)換為10°視場的色品坐標(biāo)(x10、y10)，便得到在10°視場中的等效亮度，公式為

E10=10c(x10,y10)L

(7)

由式(5)、(7)可得樣品等效亮度與實(shí)測亮度的比值，即E/L=10c(X，Y)，該比值可有效表明樣品等效亮度與實(shí)測亮度的之間的關(guān)系，其值如表3所示。

表3 樣品等效亮度和實(shí)測亮度的比值Tab.3 Values of E/L of luminous samples

從表3可知，4件樣衣的等效亮度和實(shí)測亮度的比值均大于1，說明樣衣的可視效率都較高，人眼可視亮度均大于由儀器測得的亮度。4件樣品等效亮度和實(shí)測亮度的比值之間相差不明顯，說明可視效率沒有明顯差別，藍(lán)白條紋貼布的比值最高，即可視效率最高。白色繡花的等效亮度和實(shí)測亮度的比值高于白色絨布，說明白色繡花的可視效率比白色絨布高。藍(lán)白繡花的等效亮度和實(shí)測亮度的比值高于白色繡花，藍(lán)白條紋貼布的等效亮度和實(shí)測亮度的比值高于白色絨布，即多色搭配的夜光纖維材料之間光色的干涉對樣衣的可視效率起到積極的作用。10°視場的等效亮度和實(shí)測亮度的比值均低于2°視場，說明樣衣在大視角情況下的可視效率比小視角情況下的可視效率低。

利用式(5)、(7)計(jì)算得到2°視場和10°視場時的等效亮度，結(jié)果如圖7所示?？芍?，相比實(shí)測亮度，4件樣衣的可視亮度均有所提高，2°視場和10°視場下的可視亮度相差不明顯，樣衣等效亮度的穩(wěn)態(tài)發(fā)光亮度由強(qiáng)到弱依次為白色絨布、白色繡花、藍(lán)白條紋、藍(lán)白繡花。由以上分析可知：顏色性能使得樣衣對人眼的視看效果有所提高，但亮度仍起到主要作用，實(shí)測亮度越高，等效亮度也越高，視看效果越好。等效亮度隨時間變化與實(shí)測亮度隨時間變化相似，由快、中、慢3個衰減階段組成：在10～100 s內(nèi)衰減速率最快；100～400 s內(nèi)衰減速率緩慢；400 s 時4件樣衣的等效亮度趨于穩(wěn)定，說明當(dāng)時間達(dá)到一定值時，4件樣衣的視覺效率近似于相等，對人眼的視覺效果沒有明顯差別，可同等作用于人眼，起到相同的警示和提醒作用。

圖7 樣衣等效亮度曲線圖Fig.7 Equivalent luminance curves of samples. (a) With field of view 2°；(b) With field of view 10°

3 結(jié) 論

本文實(shí)驗(yàn)制備的4件樣衣在2°和10°視場時的等效亮度均大于實(shí)測亮度，顏色性能對視覺效果起積極作用，提高了人眼對樣衣的識別程度。雙色夜光面料比單色夜光面料的可視效率好，實(shí)測亮度越高，可視效率越好，因此，在設(shè)計(jì)夜光兒童夜行安全服裝時可采用發(fā)光亮度高的多種顏色彩色夜光纖維、面料搭配使用，可有效提高安全服裝的識別程度。

夜光纖維的等效亮度隨時間的衰減變化規(guī)律與實(shí)測亮度相似，亮度衰減分為快、中、慢3個階段。樣衣在停止光照后短時間內(nèi)可視效率變化較大，人眼對4件樣衣的識別程度也有明顯不同，但在一定時間后，可視效率不再有明顯變化，人眼對樣衣視覺效果也逐漸趨于穩(wěn)定，且各樣衣的人眼識別程度趨于相似。

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