廣告標(biāo)識、LED顯示屏和媒體立面干擾光測量方法探究

馬 曄,李鐵楠,徐 華

(1.北京清城品盛照明研究院有限公司，北京 100089；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；3.清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100084)

引言

隨著城市照明的快速發(fā)展，廣告標(biāo)識、LED顯示屏和媒體立面及道路照明、景觀照明等室外照明設(shè)施日益增加，這些設(shè)施在保障城市治安、交通安全，提升城市形象，豐富人們夜間文化生活上起到積極作用，同時(shí)對城市環(huán)境也帶來一些問題。其產(chǎn)生的光污染已對城市環(huán)境和居民生活產(chǎn)生負(fù)面影響，干擾人們的正常生活，引起的投訴和法律糾紛不斷增加，急需加以管轄和治理。為保證室外照明更好地服務(wù)城市環(huán)境和居民，促進(jìn)公共照明工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、維護(hù)和管理更加科學(xué)化、規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造和諧的城市夜晚環(huán)境的目的[1]，2017年國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35626《室外照明干擾光限制規(guī)范》發(fā)布。為保證GB/T 35626—2017的貫徹執(zhí)行，科學(xué)地確定干擾光的影響，依法依規(guī)地治理干擾光，我國多家單位聯(lián)合開展了室外照明干擾光測量方法的系統(tǒng)研究，為編制GB/T 38439—2019《室外照明干擾光測量規(guī)范》提供科學(xué)依據(jù)。

本文主要介紹廣告標(biāo)識、LED顯示屏和媒體立面所產(chǎn)生的干擾光的測量方法的研究過程。 這三種形式的干擾源都屬于顯示一定視覺信息的干擾源，既可顯示靜態(tài)畫面也可顯示動態(tài)畫面，它們的位置和形式多樣，面積差異較大，單獨(dú)某幀畫面的亮度不均勻。同時(shí)它們又具有各自的特點(diǎn)，廣告標(biāo)識的面積差異大，LED顯示屏的光源間距一致并具有畫面變化的特點(diǎn)，媒體立面的光源分布形式多樣也具有畫面變化的特點(diǎn)。測量中應(yīng)充分考慮光源分布和亮度分布的特殊性[2]。通過大量的調(diào)研和案例分析，結(jié)合它們各自的特點(diǎn)提出了測量點(diǎn)的選取方法、主要測量參數(shù)、測量儀器選擇、數(shù)據(jù)處理方法等。

1 研究對象

干擾光是指有害的人工光對人或生物的正?；顒釉斐筛蓴_的現(xiàn)象，可按干擾光造成的影響和干擾光的來源進(jìn)行分類。其中根據(jù)干擾光受害對象的不同又可以分為五種：①居住區(qū)的干擾光,光線射入居住建筑的居室，影響居民的生活和休息；②行人的干擾光,人工照明裝置因不合適的亮度、照射方向或安裝位置，對行人造成眩光影響，導(dǎo)致其視覺可見度下降；③道路交通的干擾光,道路周邊的各類非道路照明裝置因不合適的亮度、照射方向或安裝位置，對機(jī)動車駕駛員造成眩光影響，導(dǎo)致其視覺可見度下降；④夜空的光污染,照明裝置的光線直射或反射向夜空，影響天文觀測；⑤對機(jī)動車道路交通的干擾光，道路周邊的各類非道路照明裝置對機(jī)動車駕駛員造成眩光影響，導(dǎo)致其視覺可見度下降[3]。按干擾光的來源可分為如下三類：①廣告、標(biāo)識或顯示屏產(chǎn)生的干擾光，因不合適亮度、色彩、閃爍以及過量的溢散光，影響其周圍環(huán)境和人們的生活；②景觀照明產(chǎn)生的干擾光，因景觀照明的不合適亮度、色彩、閃爍，以及過量的溢散光，影響其周圍環(huán)境和人們的生活；③道路照明和室外作業(yè)場地照明等功能性照明的溢散光形成的干擾光。

本文主要闡述廣告標(biāo)識，顯示屏和媒體立面這三種具體的干擾源，對居住區(qū)、行人和交通這三類受干擾者的影響。這三類干擾光的受影響者所處的物理空間差異很大，干擾源的不同方位所產(chǎn)生的干擾光的數(shù)量不同，測量時(shí)應(yīng)在受干擾對象所在的位置進(jìn)行測量，測量方向應(yīng)為測量點(diǎn)與干擾源的連線方向。干擾源在不同方位的亮度不同，應(yīng)在受干擾所在位置進(jìn)行測量，圖1所示為店鋪門頭牌匾對行人和車輛造成干擾的示意圖。實(shí)驗(yàn)室較難還原現(xiàn)場情況，所以測量一般在現(xiàn)場進(jìn)行，如果為研究燈具、顯示屏等的設(shè)計(jì)、安裝方式或布置方案，也可在實(shí)驗(yàn)室模擬各種場景進(jìn)行研究性測量。

圖1 店鋪門頭牌匾對行人和車輛的干擾Fig.1 The obtrustive light of shop front sign

2 測量參數(shù)

影響干擾光測量的因素有很多，如單幀畫面的亮度和顏色、動態(tài)畫面的幀刷新頻率、視看條件等。而每一種因素又可細(xì)分為許多子項(xiàng)，如單幀畫面的亮度與干擾源的排布密度、測量時(shí)的取樣范圍有關(guān)；動態(tài)畫面在幀刷新頻率相同時(shí)還應(yīng)考慮亮度變化差、顏色變化差、面積變化差等因素；視看效果與天氣、距離、視場角等因素有關(guān)。研究每種因素對視覺感受的影響需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的場景，開展大量的人因試驗(yàn)予以確定。目前我們僅對大量室外照明工程中的主要干擾源的影響測量結(jié)果的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析研究，得到能反映視覺感受的切實(shí)可行的測量方法。

經(jīng)過在多個(gè)項(xiàng)目實(shí)地調(diào)查觀察者的感受，附近居民反映最強(qiáng)烈的是干擾源開啟時(shí)間過長和亮度過高，對顏色和頻率的反映相對較小。開啟時(shí)間段可通過各城市照明管理規(guī)定進(jìn)行規(guī)范；亮度控制應(yīng)根據(jù)受擾對象的特點(diǎn)制定最高亮度的限制值，制定不同干擾源亮度的測量方法，使設(shè)計(jì)師和施工者在前期將干擾源亮度控制在標(biāo)準(zhǔn)限定的范圍內(nèi)。

3 測量方法

3.1 廣告標(biāo)識

廣告標(biāo)識極其普遍且形式多樣，大多數(shù)建筑物的頂部有徽標(biāo)(logo)，店鋪有門頭牌匾，商業(yè)建筑還有落地廣告等，圖2為常見的廣告標(biāo)識的類型、位置和形式。這些廣告標(biāo)識主要采用投光、背景發(fā)光的照明方式，以提高所顯示內(nèi)容的整體亮度，形成與環(huán)境背景的亮度反差，達(dá)到突顯標(biāo)識的目的。針對廣告標(biāo)識的特點(diǎn)對其產(chǎn)生的干擾光一般用亮度評價(jià)。

圖2 廣告標(biāo)識的類型和位置Fig.2 The type and location of advertisement sign

測量時(shí)應(yīng)以考核其平均亮度為主，部分廣告標(biāo)識采用翻轉(zhuǎn)畫面的形式，不同畫面的亮度偏差較大，應(yīng)分別測量不同畫面的亮度，再計(jì)算其平均值。為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性可根據(jù)廣告、標(biāo)識的面積大小，將整個(gè)表面劃分成矩形網(wǎng)格，測量每個(gè)矩形網(wǎng)格中心點(diǎn)的亮度，作為該網(wǎng)格的亮度，以所有網(wǎng)格的平均亮度作為測量結(jié)果。網(wǎng)格的劃分依據(jù)廣告面積大小確定，網(wǎng)格應(yīng)覆蓋被測廣告、標(biāo)識的所有面積，一般對于2 m2及以下的面積應(yīng)不少于6個(gè)測點(diǎn)，2 m2以上的面積應(yīng)不少于9個(gè)測點(diǎn)。對干擾光的危害程度的評估應(yīng)考慮廣告標(biāo)識的面積，面積小的亮度可適當(dāng)放寬，面積大的應(yīng)適當(dāng)嚴(yán)格。

3.2 LED顯示屏

同廣告標(biāo)識相比，LED顯示屏即可播放靜態(tài)畫面又可播放連續(xù)變化的動態(tài)畫面，以播放動態(tài)畫面為主。測量應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：測量距離和位置——在受干擾的位置進(jìn)行測量，測量方向?yàn)闇y量位置與LED顯示屏被測點(diǎn)的連線；采樣點(diǎn)的選取——覆蓋高亮度畫面內(nèi)的高亮度區(qū)域，且測量范圍不得少于16個(gè)相鄰像素[4]；采樣時(shí)長——不少于一個(gè)完整播放周期，采集不少于50組亮度數(shù)據(jù)。同時(shí)還應(yīng)考慮環(huán)境照度、夜間關(guān)機(jī)時(shí)段等內(nèi)容[5]。對于僅播放靜態(tài)畫面的顯示屏測量應(yīng)視畫面內(nèi)容確定測量組數(shù)，測量應(yīng)取顯示畫面中的亮度最大的畫面，并應(yīng)測量畫面中的最大亮度區(qū)域。如圖3所示，我們測量了abcd四組畫面的平均亮度，畫面a為507.8 cd/m2，畫面b為101.7 cd/m2，畫面c為52.8 cd/m2，畫面d為221.5 cd/m2，亮度最大的為畫面a。畫面a分區(qū)明顯，各區(qū)域的亮度值差異較大，其中左側(cè)紅色區(qū)域亮度值為168.3 cd/m2，中間白色區(qū)域?yàn)?081.6 cd/m2，右側(cè)藍(lán)色區(qū)域?yàn)?6.5 cd/m2。畫面a中，亮度最大的區(qū)域?yàn)橹虚g區(qū)域，且該區(qū)域?qū)θ嗽斐擅黠@干擾。此時(shí)不僅應(yīng)將畫面a的平均亮度507.8 cd/m2與標(biāo)準(zhǔn)中的亮度限值600 cd/m2進(jìn)行比對，還應(yīng)將造成干擾的區(qū)域即中間區(qū)域的平均亮度1 081.6 cd/m2，與標(biāo)準(zhǔn)中的亮度限值600 cd/m2進(jìn)行比對，判斷超標(biāo)。其他畫面如有部分區(qū)域?qū)π腥嘶蚓用裨斐筛蓴_，也應(yīng)用以上方法進(jìn)行測量評價(jià)。

圖3 LED顯示屏的不同畫面Fig.3 Different frame of LED panel

3.3 媒體立面

媒體立面的形式多樣、手段靈活，其大小依據(jù)建筑物的外形相差懸殊，如圖4所示，從硬件上劃分主要有兩種方式，一種為采用LED投光形成小的顯示單元，另一種為類LED顯示屏。類LED顯示屏可以被認(rèn)為是像素點(diǎn)間距變化后的LED顯示屏，如整鋪的屏式排布或單點(diǎn)排布；線性排布，為單線、雙線或三線為一組的排布,也有網(wǎng)格型排布等，是將網(wǎng)格作為一組的排布；還有通過投光的方式形成小的重復(fù)顯示單元。

圖4 媒體立面的常見形式Fig.4 Common forms of media facade

為與建筑形式配合，或營造藝術(shù)化的氛圍，媒體立面在建筑上的排布方式各具特點(diǎn)，分布不均勻，有時(shí)只排布在建筑物的特殊位置(如輪廓上)，見圖5；排布密度和形狀變化多端，見圖6；多種光源混用。測量時(shí)應(yīng)對不同的情況分別予以考慮。

圖5 媒體立面在建筑上的分布位置Fig.5 The distribution of the media facade in the building

圖6 同一建筑上不同排布密度的媒體立面Fig.6 Media facade with different arrangement density on the same building

測量平均亮度時(shí)應(yīng)注意如果在一個(gè)建筑上，只有部分區(qū)域布置了媒體立面，其他的區(qū)域采用投光照明等其他照明方式或不進(jìn)行照明，則人對建筑亮度的認(rèn)知與全部布置媒體立面會有很大差異，這時(shí)應(yīng)測量安裝了媒體立面部分的亮度，如果將整個(gè)建筑的平均亮度作為被評價(jià)指標(biāo)，則不符合實(shí)際情況[6]。圖5的建筑各部分的亮度見表1，如果將立面其他區(qū)域亮度，或整體平均亮度作為媒體立面部分的亮度，則有可能得出錯(cuò)誤的評價(jià)結(jié)果。

表1 具有媒體立面的建筑物上各部分的亮度Table 1 The luminance of the building with the media facade cd/m2

燈具均勻排布時(shí)點(diǎn)亮度計(jì)的測量結(jié)果可以代表整個(gè)區(qū)域內(nèi)的結(jié)果，但如果燈具非均勻排布時(shí)，點(diǎn)亮度計(jì)的測量區(qū)域無法保證正好覆蓋一個(gè)完整重復(fù)單元，這時(shí)應(yīng)采用二維影像亮度計(jì)，測量范圍應(yīng)至少覆蓋燈具排布的一個(gè)完整重復(fù)單元；如有多個(gè)不同排布密度的媒體立面單元，應(yīng)測量每個(gè)單元的亮度，測量的場景應(yīng)包含完整播放周期中的最亮畫面，評價(jià)干擾光的危害時(shí)每個(gè)單元的亮度都不應(yīng)超過規(guī)范限制。如圖6所示，對于不同密度排布的媒體立面區(qū)域，亮度差異達(dá)到兩倍以上，而對于均勻排布的媒體立面，各區(qū)域亮度相等，具體亮度數(shù)值見表2。燈具非均勻排布時(shí)的單點(diǎn)最大亮度的測量，應(yīng)合理選擇點(diǎn)亮度計(jì)的視場角以及二維影像亮度計(jì)的測量區(qū)域，保證測量范圍僅為高亮度點(diǎn)。

表2 不同排布的媒體立面亮度Table 2 The luminance of the media facade with different arrangement cd/m2

4 總結(jié)

本文主要針對廣告標(biāo)識、LED顯示屏和LED媒體立面的干擾光測量方法進(jìn)行研究，得到了能反映視覺感受的切實(shí)可行的測量方法；分析了這三種干擾源的特點(diǎn)，針對實(shí)際工程中影響最大的單幀亮度給出了具體的測量方法。廣告標(biāo)識應(yīng)通過劃分面積布點(diǎn)的方式進(jìn)行測試；LED顯示屏應(yīng)對多個(gè)畫面進(jìn)行測試，并選擇最亮畫面中最亮區(qū)域的亮度平均值，每個(gè)測試區(qū)域至少包含16個(gè)像素點(diǎn)；LED媒體立面的測試范圍為媒體立面發(fā)光點(diǎn)排布的區(qū)域，并要求每個(gè)測試區(qū)域至少包含一個(gè)完整的重復(fù)單元，同時(shí)測量平均亮度和最大亮度。此外測試儀器的選取應(yīng)依據(jù)測量場景的特點(diǎn)，瞄點(diǎn)式亮度計(jì)僅適用于測量均勻分布的干擾源，非均勻布置的光源推薦用二維影像亮度計(jì)，測試的位置應(yīng)位于受干擾的位置。同時(shí)本文給出了實(shí)際測試的常見案例，對測量方法進(jìn)行了闡述。