1、序言

隨著LED技術(shù)的快速發(fā)展，LED路燈的應(yīng)用日益廣泛。在之前的研究中，很少將駕駛員的視覺舒適度和路燈的配光進(jìn)行關(guān)聯(lián)，但是它確實是影響駕駛員視覺舒適度的不利因素之一，尤其是在夜間駕駛過程中。因此，我們選擇了一條LED光源照明的道路進(jìn)行實驗，這項實驗的研究結(jié)果可以作為提高道路照明質(zhì)量的參考，從而改善汽車駕駛員的駕駛安全性。

2、實驗設(shè)計

本實驗以視覺舒適度和視覺干擾的角度，對LED路燈光強(qiáng)分布對汽車駕駛員主觀視覺感知的影響進(jìn)行研究。

自變量為自定義參數(shù)，即垂直眼位照度波動動態(tài)范圍（DR），其定義為：駕駛員眼位垂直照度（E_v）最大值與最小值的比值。DR設(shè)置了4個等級，分別為14.8（A）、100（B）、239（C）和447（D），在實驗過程中，可以通過帶有波形發(fā)生器的可調(diào)光LED光源實現(xiàn)。

因變量為被試的主觀評價結(jié)果。在不同DR等級的照明光環(huán)境中，被試需要回答兩個問題，問題的內(nèi)容如下：

? 請評價您在該照明場景中的視覺舒適度（1：非常不舒服；4：中立；7：非常舒服）

? 請評價您在該照明場景中視覺干擾感知的程度（1：非常嚴(yán)重；4：中立；7：完全沒有）

實驗被試為32人，其中15名男性，17名女性，平均年齡為30.8，標(biāo)準(zhǔn)差為11.8。被試的顏色識別能力與視力均正常。

實驗在暗室中進(jìn)行，天花板和墻壁均涂成黑色，用以模擬夜晚的場景。實驗設(shè)置主要包括兩個設(shè)備，分別為：投影屏幕和可調(diào)光LED光源。通過虛擬現(xiàn)實軟件可以在投影屏幕上播放光型可變的道路照明視頻，可以使被試感受到沉浸式的夜晚駕駛感受?？烧{(diào)光LED光源受波形發(fā)生器和電源的控制，用以模擬波動光，該波動光會引起被試眼位垂直照度的波動。可調(diào)光LED光源安裝于被試頭頂上方視線之外的區(qū)域，出光面正對被試，避免在被試眼位形成不舒適眩光。實驗設(shè)置示意圖如圖1所示，真實的實驗場景如圖2所示。

圖1 實驗設(shè)置示意圖	圖2 真實實驗場景圖

實驗中32名被試被分為4組，每組被試眼位垂直照度變化順序均不同，場景設(shè)置按照拉丁方排列方式設(shè)計。

每次實驗邀請一名被試參加。首先，請被試在實驗同意書上簽字，并進(jìn)行10分鐘暗適應(yīng)，在暗適應(yīng)的過程中主試向被試介紹實驗?zāi)康暮驮囼炦^程；然后，進(jìn)行練習(xí)，使被試熟悉實驗過程，做好實驗準(zhǔn)備；最后，正式開始實驗。被試需要在不同場景中對視覺舒適度和受干擾程度進(jìn)行評分。對語義表達(dá)表中被試的評分進(jìn)行記錄和分析。

3、結(jié)果與討論

本實驗使用專業(yè)統(tǒng)計軟件“IBM SPSS Statistics20”進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過以下段落對視覺舒適度和受干擾程度進(jìn)行了分析。

32名被試的評分結(jié)果匯總情況如下圖3所示。

圖3 實驗評分結(jié)果圖

A.視覺舒適度

4個DR水平下被試的評分結(jié)果如下圖4所示，分析結(jié)果如下表Ⅰ和表Ⅱ所示。

數(shù)據(jù)分析采用方差分析法。被試評分作為因變量，性別和DR值作為固定值。結(jié)果顯示：不同性別的被試之間沒有顯著差異（F=0.000，Sig.=0.990）；當(dāng)DR值變化時存在顯著差異（F=14.426，Sig.=0.000<0.05）。

得到的一般結(jié)論如下：

l 由于視覺刺激的波動，DR值的差異確實會對被試視覺產(chǎn)生影響。就被試主觀評價的平均值而言，按升序排列依次為D、C、B、A，這就意味著光束A具有最高的視覺舒適度，光束D具有最差的視覺舒適度。同時，根據(jù)SPSS分析結(jié)果表明，光束A和光束B，光束C和光束D之間無顯著差異。而AB組和CD組之間卻存在顯著差異。

l 男性與女性之間無顯著差異。

圖4 實驗結(jié)果

表Ⅰ多因素對比分析

表Ⅱ不同光源評價結(jié)果分析

B.受干擾程度

受干擾程度采用了相同的分析方法，4個動態(tài)范圍的主觀評價結(jié)果如圖5所示。SPSS分析結(jié)果如下表Ⅲ和表Ⅳ所示。

在數(shù)據(jù)分析過程中，我們將被試的主觀評價結(jié)果作為因變量，將性別和動態(tài)范圍作為自變量。結(jié)果表明，不同性別之間仍然沒有顯著差異（F=0.175，Sig.=0.676），而當(dāng)DR值變化時，發(fā)現(xiàn)存在顯著差異（F=14.426，Sig.=0.000<0.05）。可以得出以下一般結(jié)論：

?動態(tài)范圍的差異確實會影響對干擾程度的感知，結(jié)果與A相似。既（D<C）<（B<A）

?男性與女性之間無顯著差異。

圖5 實驗結(jié)果

表Ⅲ 不同光源評價結(jié)果分析

表Ⅳ 多因素對比分析

C.動態(tài)范圍（DR）閾值

在不同DR值的情況下，視覺舒適度和受干擾等級擬合的回歸曲線如圖7所示。其中評分“1”表示“非常不舒服”和“非常受干擾”，評分“7”表示“非常舒適”和“完全無干擾”，評分“4”為臨界值，表示剛開始感到視覺不舒適和干擾。因此，可以得出，當(dāng)動態(tài)范圍值超過160時，開始出現(xiàn)視覺不舒適，當(dāng)動態(tài)范圍值超過210時，開始出現(xiàn)視覺干擾。也就是說，DR中的160是視覺舒適度的閾值，DR中的210是視覺干擾感受的閾值。

圖6 視覺舒適度與受干擾程度擬合曲線

4、結(jié)論

這項研究主要研究了道路照明燈具的光強(qiáng)度分布（光束形狀）對駕駛員主觀視覺感知的影響，同時考慮與照明質(zhì)量量化系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)。燈具之間照度的動態(tài)范圍（DR）被定義為空間照明分布的數(shù)學(xué)屬性，對視覺舒適度和受干擾程度進(jìn)行定量評估，并將其與客觀照明參數(shù)建立數(shù)學(xué)關(guān)系，從而得出合理的燈具光強(qiáng)分布。

我們發(fā)現(xiàn)動態(tài)范圍的數(shù)值越高，視覺上可以感覺到的不舒適度和受干擾程度越大。視覺舒適度的動態(tài)范圍的閾值為160，視覺受干擾感受的閾值為210。

因此，這項研究的結(jié)果為道路照明設(shè)計的實施提供了建設(shè)性的解決方案。眼位照度級別應(yīng)介于最大值與最小值之間，盡量將動態(tài)范圍的閾值降低到160以下。

文章來自中國國際汽車照明論壇論文集