1.引言

明暗截止線的設(shè)計(jì)，一方面可以提高駕駛員的駕駛安全性，另一方面由此引起的眩光問題也成為重要的研究課題。在道路不平坦的情況下，迎面而來的駕駛員的眼睛可能會在短時(shí)間內(nèi)處于明暗截止線內(nèi)，因此會對駕駛員產(chǎn)生眩光。為了檢驗(yàn)不同類型明暗截止線對眩光評價(jià)的影響，我們做了以下研究。

2.實(shí)驗(yàn)研究

A.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)中使用了兩種脈沖形式：矩形脈沖形式、三角形脈沖形式，如圖1所示。

圖1 兩種脈沖形式（曝光量A_R等于A_T）

每種脈沖形式設(shè)置5種最大照度值和4種脈沖寬度。不同的兩種脈沖形式設(shè)置相同的曝光量和最大照度，因此，三角形脈沖的寬度是矩形脈沖的兩倍。同一種脈沖形式設(shè)置相同的曝光量。具體參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置表

	T/E	0.044 lx	0.176 lx	0.705 lx	2.82 lx	11.28 lx
Rectangle	0.3 s	0.0132	0.0528	0.2112	0.8448	3.384
Triangle	0.6 s
Rectangle	1.2 s	0.0528	0.2112	0.8448	3.384	13.536
Triangle	2.4 s
Rectangle	4.8 s	0.2112	0.8448	3.384	13.536	54.144
Triangle	9.6 s
Rectangle	19.2 s	0.8448	3.384	13.536	54.144	216.576
Triangle	38.4 s

B.實(shí)驗(yàn)設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)以汽車LED前照燈作為照明光源，受測者位于照明光源前側(cè)60cm處，光源的光譜如圖2所示。本實(shí)驗(yàn)通過PWM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)光，光環(huán)境背景亮度小于0.1cd/m²。本實(shí)驗(yàn)共17名受測者，年齡介于20至29之間。

圖2 照明光源的光譜

C.實(shí)驗(yàn)流程

首先關(guān)閉照明光源，受測者進(jìn)行20分鐘暗適應(yīng)，同時(shí)向受測者介紹de Boer的評分方法和實(shí)驗(yàn)流程。然后打開照明光源，隨機(jī)顯示不同的脈沖形式，前后兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔為20秒，以確保受測者的眼睛得到充分的休息。

3.數(shù)據(jù)分析

A.眩光與照度

對de Boer評分進(jìn)行升序排序，并計(jì)算de Boer評分與照度E，脈沖寬度T和曝光量H的對數(shù)值之間的確定系數(shù)R2，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 de Boer評分與脈沖參數(shù)的確定系數(shù)

	R2T	R2E	R2H
Rectangular pulse	0.0028	0.9138	0.5126
Triangular pulse	0.0003	0.9466	0.5998

如果兩組數(shù)據(jù)的的確定系數(shù)接近，則可以假設(shè)兩組數(shù)據(jù)之間存在線性關(guān)系。對于矩形和三角形脈沖，照度與de Boer評分的確定系數(shù)均大于0.9，其他參數(shù)的確定系數(shù)均小于0.7。因此照度與de Boer評分存在對數(shù)關(guān)系。為了進(jìn)一步描述照度與de Boer評分的相關(guān)性，利用線性回歸法建立了一個(gè)模型，如圖3和圖4所示。

圖3 矩形脈沖形式相關(guān)性

圖4 三角形脈沖形式相關(guān)性

圖中的點(diǎn)表示每種光脈沖情況下de Boer評分的平均值。通過線性回歸法定義的擬合函數(shù)如下所示：

W_rectangle = - 2.356 ? log₁₀(E) + 4.167 (1)

W_triangle = -2.4803 ? log₁₀(E) + 4.910 (2)

為了驗(yàn)證這個(gè)擬合函數(shù)，我們分別計(jì)算了線性回歸統(tǒng)計(jì)指標(biāo)MSE、MPE和確定系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

表3 擬合函數(shù)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

	R2	MSE	MPE
Rectangle	0.9138	7.597	-3.773
Triangle	0.9466	5.034	-2.593

B.眩光與脈沖形狀

我們通過最大照度對矩形脈沖形式和三角形脈沖形式進(jìn)行對比分析。兩類脈沖形式的所有de Boer評分中值分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 兩類脈沖形式下de Boer評分

如圖5所示，通常情況下三角形脈沖的方差小于矩形脈沖。使用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，可以證明兩組參數(shù)的中值存在顯著差異，這意味著與矩形脈沖相比，三角形光脈沖產(chǎn)生的眩光更少。

在每個(gè)最大照度情況下，對不同脈沖形式的de Boer評分進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 最大照度情況下不同脈沖形式的de Boer評分

矩形脈沖標(biāo)記為“R”，三角形脈沖標(biāo)記為“T”。在每個(gè)最大照度情況下，矩形脈沖的眩光等級小于三角形脈沖。通過Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，在每種情況下，顯著性小于0.07的矩形脈沖產(chǎn)生的眩光明顯大于三角形脈沖。綜上所述，三角形脈沖的眩光比矩形脈沖高一個(gè)等級。

4.結(jié)論

研究表明，在曝光量相同的情況下，不同的脈沖形式會引起不同的眩光等級。對于不同脈沖寬度，照度是確定de Boer評分的唯一參數(shù)，并且相關(guān)性是對數(shù)遞減函數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中的眩光等級取決于展示給受測者的光脈沖的跨度。在實(shí)驗(yàn)過程中，受測者在觀察幾個(gè)脈沖后，會了解脈沖的最低照度和最高照度，然后將評價(jià)比例尺調(diào)整為實(shí)驗(yàn)設(shè)置的跨度。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，照度是描述眩光等級的唯一相關(guān)參數(shù)。其他研究還發(fā)現(xiàn)，脈沖寬度與眩光等級之間也存在相關(guān)性，這可能是由于不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)置以及不同的照度和脈沖寬度范圍引起的。對于大脈沖寬度，兩個(gè)光脈沖時(shí)間都足夠長，使得受測者習(xí)慣于眩光，對脈沖寬度的依賴性可能會消失，使得受測者無法在20s脈沖和40s脈沖之間進(jìn)行區(qū)分。

此外，從研究中可以看出，在曝光度和最大照度相同的情況下，矩形脈沖的de Boer評分等級明顯低于三角形脈沖，因此產(chǎn)生的眩光也更高。在現(xiàn)實(shí)的駕駛情況下，駕駛員對于銳利和平滑的截止線的感知都存在差異。盡管在平滑截止線的情況下，迎面而來的駕駛員將更長時(shí)間暴露在峰值照度下，但其產(chǎn)生的眩光比在銳利截止線的情況下要低大約一個(gè)等級。