A21 Видимость простейших объектов в модельных средах при освещении источниками излучения с различным спектральным составом с учетом уровня зрительной задачи

Рахманчик И.А., Гвоздев С.М., Сарычев Г.С., ООО «ВНИСИ» им. С.И. Вавилова, г. Москва

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

Последнее десятилетие характеризуется увеличивающимся интересом к светоизлучающим диодам. На них, в частности, выполняют уличное, внутреннее и архитектурное освещение, а также сигнальные приборы, фары и фонари автомобилей. Это происходит из-за того, что светодиоды (СД) имеют ряд преимуществ перед традиционными источниками света. В автомобильной технике преимущества светодиодов над ныне используемыми галогенными лампами накаливания или ксеноновыми лампами заключаются: в повышенной виброустойчивости и ударостойкости, большом сроке службы (до 50 тысяч часов работы, то есть безотказная работа светодиодов на протяжении всего срока службы фары транспортного средства), сравнительно высокой светоотдачей, достигающих у белых светодиодов 100 лм/Вт (у автомобильных галогенных ламп накаливания светоотдача составляет 15-20 лм/Вт).

В настоящей работе сделана попытка выявить особенности видимости дороги при освещении светодиодами, возникающие вследствие большого отличия спектрального состава излучения СД (рис. 1) от спектрального состава излучения других источников света, в том числе галогенных ламп накаливания, и низкого индекса цветопередачи.  

Для вычисления видимости объектов на полотне дороге при освещении светодиодами была создана лабораторная установка. Установка представляет экран, в котором проделано отверстие (рис. 2). Экран обтянут ватманом (ватман не имеет отверстия в центре), имеющим равномерный коэффициент пропускания и равномерное диффузное рассеивание по всей поверхности.  Ватман, обтягивающий  экран, является фоном. Место ватмана, под которым вырезано отверстие, является объектом. Фон и объект должны быть равномерно освещены фоновой подсветкой (подсветка находится с передней стороны экрана). Для обеспечения высокой равномерности освещения фона использован интегратор. Объект дополнительно освещен подсветкой (расположена с обратной стороны экрана и светит на обратную сторону ватмана через отверстие в экране). Наблюдатель находится с передней части экрана и видит фон с яркостью Lф и объект с яркостью Lо. Причем яркость объекта, видимая наблюдателем, состоит из яркости, создаваемой источниками света (ИС), освещающими фон, и ИС, освещающими ватман с обратной стороны экрана (в последнем случае необходимо учесть коэффициент пропускания ватмана). Производится градуировка установки по яркости, создаваемой светодиодами подсветки фона и объекта в зависимости от силы тока, подаваемой на СД.

 

1 - СД с цветовой температурой 5000 К - 100000 К
2 - СД с цветовой температурой 3500 К - 5000 К
3 - СД с цветовой температурой 2600 К - 3500 К
4- Галогенная лампа накаливания
Рисунок 1.  Спектр излучения СД и галогенной лампы накаливания

1 - светодиоды фоновой подсветки; 2 - интегратор; 3 - наблюдатель; 4 - тест объект; 5 - экран; 6 - молочное стекло;
7 - светодиод подсветки тест объекта.
Рисунок 2.  Блок-схема лабораторной установки

Наблюдатель выбирался в соответствии с требованиями к стандартному наблюдателю МКО. Перед началом эксперимента наблюдатель адаптируется на темноту в течение 15 мин., затем демонстрируется тест-объект, далее в течении 15 мин. наблюдатель адаптируется на яркость фона. После адаптации наблюдателя на яркость фона яркость тест-объекта плавно увеличивается до обнаружения объекта наблюдателем. Потом яркость объекта уменьшается до его исчезновения. Берется среднее арифметическое значение от 10 значений яркости появления и исчезновения объекта. Потом яркость фона меняется и измеряется следующая точка. На рис. 3 представлена статистически усредненная зависимость порогового контраста от яркости фона при угловом размере тест-объекта 20.

Светодиоды позволяют варьировать в широких пределах интенсивность светового потока, без заметного изменения спектра свечения (при соответствующем охлаждении ИС). Угловой размер тест объекта регулируется расстоянием от наблюдателя до тест-объекта. При изготовлении экрана необходимо выбрать такой его размер, чтобы угловое поле зрения наблюдателя (2α) превышало 300.

В результате эксперимента определяем пороговый контраст как среднестатистическое значение.

kпор(λ) = (Lо(λ) - Lф(λ))/Lф(λ) = ΔLпор(λ)/Lф(λ)

где ΔLпор - пороговая яркость. Это - пороговое значение, обеспечивающее обнаружение объекта с заданной вероятностью при заданной яркости фона.

Рисунок 3.    Зависимость порогового контраста от яркости фона

Имея график зависимости kпор(Lф) и коэффициенты отражения различных типов дорог, можно рассчитать видимости реальных объектов заданного углового размера на полотне дороги при освещении тем или иным источником света. Угловой размер объекта рассчитывается из соображений времени реакции водителя. Если угловой размер будет выбран слишком большим, водитель заметит препятствие слишком поздно, чтобы совершить маневр или затормозить, если слишком маленьким - уровни яркости на дороге существенно возрастут, что приведет к дополнительным материальным затратам на освещение, и повышенному расходу электроэнергии.

kв(λ) = (Lо(λ) - Lф(λ))/Lф(λ) = ΔL(λ)/Lф(λ) = Δρ(λ)/ρф(λ)

V(λ) = |kв(λ)/kпор(λ)|

 V - видимость, позволяет оценить, насколько хорошо водитель определяет объект при освещении конкретным источником света на конкретной дороге. Видимость необходимо разделить по уровню зрительной задачи: больше 2,6 соответствует зрительной задаче по обнаружению объекта; больше 8 - различению объекта; 12 - опознаванию.

Большинство зрительных задач при вождении определяется как различение, поэтому V должно быть > 8. Приведем пример. Будет ли обнаруживаться объект с угловым размером 10 и коэффициентом отражения ρо = 0,25  (это может быть яма на расстоянии 50 метров) на проселочной дороге ρф = 0,3.  kв = |0,05/0,3| = 0,16. kпор = 0,1 (при яркости фона  2 кд/м2). V = 0,16/0,1 < 8. Это значит, яма на земле видна не будет.

Литература:

  1. С.С. Романов, С.М. Гвоздев. Приборы с электронно-оптическими  преобразователями. С 3-13, Москва, 1982 г.
  2. А.А. Гершун. Избранные труды по фотометрии и светотехнике. С 417-429             
  3. В Адриан. Основы освещения дорог. Светотехника № 5 2004 г. С 2-11                    
  4. Каталог продукции «Prosoft». Электронные компоненты  2007/08                            
  5. С.М. Гвоздев. «Интеллектуальное освещение». Коммунальный комплекс России № 1 (55) 2009, С 86-91 

Тематика: ,

Комментариев: 2


» Ракутько Сергей (об авторе) { Июнь 6, 2009 - 04:06:22 }

Очень интересная статья, заканчивается интересным примером.
Но выводы предлагается сделать самому читателю. Хотелось бы узнать мнение самих авторов о возможных практических мероприятиях в связи с полученными результатами.

» Рахманчик Илья (об авторе) { Июнь 8, 2009 - 02:06:11 }

Как видно из примера, яма видна не будет. Соответственно яркость дороги необходимо повысить. Чтобы при тех же условиях (объект с угловым размером 10 и коэффициентом отражения ρо = 0,25, ρф = 0,3) яма была видна, необходимо понизить пороговый контраст до 0.02, что соответствуют значению яркости фона в 5 кд/м2.
Метод, описанный в статье, дает возможность рассчитать на сколько будет различаться видимость дороги (а также препятствий на ней) при использовании источников света с различным спектральным составом излучения. В конечном итоге, метод создает основы для выбора светотехнических параметров фары и стандартизации фар ближнего и дальнего света на базе СД.

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
26 queries. 0.260 seconds.