中间视觉亮度条件下常用光源透雾性研究

ＬＥＤ与钨丝灯不同雾浓度下的透过率，取其中透过 率在１０％到７０％范围内的数据点，使用ｍａｔｌａｂ进行 拟合，采用三阶拟合：
Ｙ＝Ｐｏ＋卢ｌｔ＋卢２ｔ‘＋卢３ｔ’ （２）
分别拟合出ＬＥＤ、钨丝灯的透过率随时间的函数关 系，拟合过程中排除大于２倍标准差的数据点。研究 表明确定系数Ｒ２均大于０．９９。然后令ＬＥＤ的透过率 为１０％、５％、２０％、２５％…７０％，求出钨丝灯的透 过率。把ｌＯ次实验钨丝灯的透过率全部求出后，排 除其中的最大值与最小值，取剩余８次的平均值作为 钨丝灯的透过率。金卤灯与高压钠灯透过率的计算方 法与钨丝灯相同。全部计算完成后如图３所示。
５７８
和吸收等作用，使其能见度降低，不利于道路交通 安全…。随着科技的发展，道路照明光源的种类越 来越多，由于其发光原理的不同，各种光源的光谱 差异很大，而雾对不同波长光的吸收不同，因此很
ｎｍ¨１。由于在实际道路照明中，绝大多数光
源都是复色光，所以研究复色光的透雾性更具有 实用价值。２００９年，ＺＡＩＮＩ、ＭＦｂ用主观评价的
分别取四种光源不同雾浓度下的光谱，采用 ＭＥＳ２模型，选取亮度０．００５～２ｃｄ／ｍ２，计算出中间 视觉透过率，四种光源中间视觉透过率如图４所示。 由图４可知：在雾较浓时，四种光源＇７中问梗觉＞ 叩明视觉；随着雾浓度的下降，＇７中同视觉／７／明视觉的比值变 化趋势一致，都是先减小后增大但最大偏差不超过
雾性。
２．１
２
实验
实验目的 以钨丝灯、ＬＥＤ、金卤灯和高压钠灯为实验对
象，比较四种光源在明视觉下的透过率并研究透过 率与亮度的关系。 ２．２实验对象 不同雾浓度下钨丝灯、ＬＥＤ、金卤灯和高压钠 灯的光谱。
２．３
实验条件 本实验需要在不同雾浓度下测量四种光源的光
谱，对雾的要求是：均匀性、稳定性以及较大的浓 度范围。本实验采用人工造雾的方法，整个实验在 自制的暗箱内进行，以避免外界光源对实验产生影 响，暗箱关闭后，其内照度在１０。３ｌｘ以下。保持室 温为２０℃，并关闭门窗，防止外界气流对实验产生 影响。本实验研究光源直射部分的透雾性，因此在 暗箱内设置３块黑色挡板并在暗箱四周粘上黑布， 尽可能的吸收杂散光；在同一水平线的暗箱壁和挡 板上开一小孔，使只有直射小孔的光才能被光度头 接收到，整个实验装置如图１所示。
２．４
本实验研究在明视觉与中间视觉下，钨丝灯、 ＬＥＤ、金卤灯和高压钠灯的透雾性。在暗箱内测量 四种光源不同雾浓度下的光谱，比较四种光源明视 觉透雾性；采用ＣＩＥ２０１０年最新的推荐模型 ＭＥＳ２¨。，研究四种光源透雾性随亮度变化的关系并 与其明视觉透雾性做比较。
实验步骤 （１）点亮ＬＥＤ并调整ＬＥＤ位置使光度头位于
全，设计与检测道路照明灯具有重要意义。 参考文献
［１］张惊雷，高斌．基于大气散射模型和曲波变换的交通 图像增强研究［Ｊ］．河北工业大学学报，２０１１，４０ （２）：６２～６６． 【２］Ｋｕｒｎｉａｗａｎ，Ｂ
Ａ，Ｎａｋａｓｈｉｍａ，Ｙ，Ｔａｋａｍａｔｓｕ，Ｍ，ｅｔ ａ１． ｉｎ Ｄｅｎｓｅ
Ｖｉｓｕａｌ Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ
万方数据
５０
照明工程学报
２０１２年１０月
钨丝灯 耀 霜 蜜 ｆ 糕 露 厘 导
ｆ ０ ２ ０ ４ ０ ６ ０ ８
越 疑 晋
油
露 厘 哥
ｆ
ｑ明视觉
越 疑 霉
￡
牲 寒 扈 岳
ｆ
ｋ－Ｎ
０．２
wk.baidu.com金卤灯
糕 疑 嚣
瑚
殿 厘 壬
０．４
０．６
０ ８
ｑ明视觉
图４
中间视觉下四种光源透雾性比较
５％，且最大偏差随着亮度的增大而减小。这是因为 中间视觉下人眼光谱光视效率函数相对于明间视觉 往短波方向移动，随着雾浓度的下降蓝光和绿光的 透过率相对于红光和黄光先减小再增大，所以中间 视觉透过率与明视觉透过率的比值随着雾浓度的降 低先减小后增大。在明视觉下，人眼中的视锥细胞 起主导作用，在中间视觉下，人眼中的视锥与视杆 细胞共同起作用。随着亮度的增大，视锥细胞的作 用越来越重要¨ｊ，所以中间视觉透过率越来越接近 明视觉透过率。
要：为了研究中间视觉下常用光源的透雾性，运用光谱仪测量不同雾浓度下钨丝灯、ＬＥＤ灯、金卤灯和高压
钠灯的光谱，进行透过率比较。研究表明：在明视觉下，钨丝灯的透雾性最佳，ＬＥＤ的透雾性最差；雾浓时金卤
灯的透雾性优于高压钠灯，雾稀时高压钠灯的透雾性优于金卤灯，四种光源透过率在不同中间视觉亮度下的变化 均不超过§％。该研究结果对道路照明灯具的设计与检测具有重要参考价值。
图２四种光源相对光谱
了大部分，只有小部分的黄光和红光，所以其透雾 以光度头接收到的部分光通量透过率田作为透 雾性能的评价指标： 性最差。由于在雾浓度＜４５％时刀鼍＞＇７蓝；雾浓度 ＞４５％时７／绿＜，７蓝［５１。高压钠灯光谱中绿光所占的 比例大于蓝光，金卤灯光谱中蓝光所占的比例大于
（１）
＇７＝—。冬————————一 ％Ｊｓ：（Ａ）Ｋ（Ａ）ｄＡ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｏｇ
（ＨＰＳ）ｉｎ
ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ
ｍｅａｓｕｒｅｄ
ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｌａｍｐ ｉｓ
ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｉｔ ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ
ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｓ
ｐｈｏｔｏｐｉｃ ｖｉｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｆｏｇ ｔｈｅ ｆｏｇ ｉｓ
ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｆｉｌａｍｅｎｔ ｏｆ ＭＨ ｉｓ
ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｌｉｇｈｔｉｎｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｇ ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ；ｍｅｓｏｐｉｃ ｖｉｓｉｏｎ；ｐｈｏｔｏｐｉｃ ｖｉｓｉｏｎ；ＬＥＤ
有必要研究不同光源的透雾性”。。
１
引言
雾天天气时，可见光在雾气中传播，由于散射
２００８年，中国计量科学研究院吕正等人对雾 灯穿透能力最佳波长进行了研究，比较了相同传 播距离下，光信号在薄雾、中雾、浓雾中的传播 情况，发现ＬＥＤ在用作雾灯时的最佳波长为
ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｔｈａｔ ｏｆ ｆｏｕｒ
ｏｆ ＬＥＤ ｉｓ ｔｈｅ ｆｏｇ
ｗｏｒｓｔ．Ｗｈｅｎ
ｔｈｉｃｋ，ｔｈｅ ｆｏｇ ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ
ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ
ＨＰＳ．Ｗｈｅｎ
ｗｅａｋ，ｔｈｅ ｆｏｇ
ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＨＰＳ ｉｓ
ｔｈａｔ ｏｆ ＭＨ．Ｆｏｒ ａｌｌ ｉｓ
ｏｎ
ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｇ ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｌａｍｐ，ＬＥＤ，Ｍｅｔａｌ
ａｒｅ
ｌｉｇｈｔ
ｓｏｕｒｃｅｓ
ｉｎ
ｍｅｓｏｐｉｃ ｖｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅ Ｓｏｄｉｕｍ Ｌａｍｐ
ａｒｅ
ｆｉｌａｍｅｎｔ ｆｏｇ
Ｈａｌｉｄｅ ｗｉｔｈ
ａ
Ｌａｍｐ（Ｍ Ｈ），Ｈｉｇｈ
ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ
２０１２年１０月 第２３卷第５期
照明工程学报
ＺＨＡＯＭＩＮＧ ＧＯＮＧＣＨＥＮＧ ＸＵＥＢＡ０
０（・ｔ． ＶｏＩ．２３
２０１２ ＮＯ．５
中间视觉亮度条件下常用光源透雾性研究
徐何辰１ 饶
丰２
薛文涛１
谈
茜１
（１．江苏科技大学，江苏镇江２１２００３；２．江苏检验检疫车辆灯具实验室，江苏丹阳２１２３００）
摘
关键词：遗雾性；中间视觉；明视觉；ＬＥＤ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｔｈｅ Ｆｏｇ Ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｍｍｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ
Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｓｏｐｉｃ Ｖｉｓｉｏｎ
Ｘｕ Ｈｅｃｈｅｎｌ
（１．Ｊｉａｎｇｓｔｔ
Ｒａｏ Ｆｅｎ９２
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｐｅｒｃｅｉｖｅｄ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ａｎｄ
４
结论
本实验对四种常用光源在明视觉下的透雾情况
Ｄｅｎｓｅ
Ｆｏｇ
ａｔ
Ｎｉｇｈｔ
Ｆｏｇ［Ｊ］．Ｌｉｇｈｔ
＆Ｖｉｓ．Ｅｎｖ．，２００７，３１（３）：３４～３６．
［３］吕正，徐涛．雾灯穿透能力最佳波长的实验确定
［Ｊ］．应用光学，２００８，２９（４）：５３０～５３２，５４７． 【４］ＺＡＩＮＩ，Ｍ
Ｆ ｂ，Ｋｕｒｎｉａｗａｎ，Ｂ Ａ，Ｎａｋａｓｈｉｍａ，Ｙ，ｅｔ ａ１． Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ ｉｎ
Ｘｕｅ
ａｎｄ
Ｗｅｎｔａ０１
Ｔａｎ
Ｑｉａｎｌ
２ １ ２３００）
ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ
２１２００３；
２．Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｌａｍｐｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ
Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ
Ｑｕａｒａｎｔｉｎｅ，Ｄａｎｙａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
３实验结果及分析
步骤（２）测得的四种光源的光谱如图２所示， 可见四种光源光谱相差较大，钨丝灯蓝光部分较少 红光部分较多，ＬＥＤ灯由蓝、绿两个波峰组成，红 光部分很少，高压钠灯黄光较多同时高压钠灯和金 卤灯波峰均较多。
图３ 明视觉下四种光源透雾性比较
由图３可知：钨丝灯的透雾性最佳；ＬＥＤ的透 雾性最差；玑曲＜５０％时，金卤灯的透过率优于高 压钠灯；刀比。＞５０％时，高压钠灯的透过率优于金 卤灯。这是因为雾对不同波长的光吸收不同。在任 意浓度下，黄光的透雾性能最好，其次是红光。透 雾性最差的是绿光和蓝光”１。钨丝灯光谱的蓝光和 绿光所占的比例最少，红光和黄光所占的比例最大， 所以其透雾性最好。相反ＬＥＤ光谱中蓝光、绿光占
ｏｆ ｔｈｅ
ｌｉｇｈｔｓ．ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｇ ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ
ａｒｅ
ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｓｏｐｉｃ
ｖｉｓｉｏｎ
ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ
ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ５％．Ｔｈｉｓ
ｖｅｒｙ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｎｄ
光斑中心区域，记录下ＬＥＤ的位置；点亮钨丝灯并
广
ｏ Ｏ
Ｊ
图１
实验装置俯视图
（１为光谱仪光度头；２为小孔；３为ＬＥＤ；４为钨丝灯；５为暗箱，长２ｍ，宽１Ｉ／１，高０．５ｍ；６为挡板；７为加湿器，用于人工造雾）
万方数据
第２３卷第５期
徐何辰等：中间视觉亮度条件下常用光源透雾性研究
４９
调整钨丝灯位置，同样使光度头位于光斑中心区域， 固定钨丝灯的位置。 （２）等待３０分钟让光源稳定后，分别测量 ＬＥＤ与钨丝灯的初始光谱。 （３）开启加湿器１５分钟后关闭，等待５分钟 让雾扩散均匀后开始测量。第一次测量钨丝灯，第 二次测量ＬＥＤ，第三次再测量钨丝灯依此类推一共 测量１２０次，两次测量时间间隔１０ｓ，并使ＬＥＤ的 摆放位置与初始记录值相同。 （４）打开暗箱，待雾散尽后擦去暗箱内水气。 （５）重复步骤（１）一（４）１０次。 然后分别用金卤灯与高压钠灯代替钨丝灯重复 步骤（１）～（５）测量不同雾浓度下的光谱。
基金项目：国家自然科学基金（６０９７８０６８，６０７７７０１１），江苏检验检疫项目（２０１０ＫＪ２４，２０１１ＫＪ２４）。
万方数据
４８
照明工程学报
２０１２年１０月
方法，在不同雾浓度下，对不同单色光源让人眼 观测并打分，得出橙黄光透雾性最佳。４。。由于用 人眼直接去观测受主观因素影响较大，实验结果 不具有客观性。２０１ １年，关雪峰选择红、黄、绿 和蓝四种单色ＬＥＤ作为测试光源，测量不同雾 浓度下的照度值，得出四种单色光在任意浓度 下，黄光的透雾性能最好，其次是红光，透雾性 最差的是绿光和蓝光，但彼此间的差别不大。“。 由于这些结果均是基于明视觉的，没有考虑中间 视觉，而且雾天天气常常出现在清晨和晚上，此 时的道路照明大多属于中间视觉范畴。６。，若仍用 明视觉视见函数去计算可能存在一定的偏差。所 以本实验引入中间视觉来研究可见光的透雾性， 更准确的反映了人眼的实际情况，为道路交通安 全提供保障。在道路照明中，由于散射光相对于 直射光携带的信息量小，这些散射光虽然能被人 眼接收到，但人眼不能根据这些散射光判断出物 体的位置，所以本实验研究光源直射部分的透
Ｊ
Ｋ，ＪＳ。（Ａ）ｙ。（Ａ）ｄＡ
绿光。所以，在雾较浓时叩盒卤灯＞叼高压饷灯；在雾较
稀时１７金商灯＜，７膏压钠灯。
其中Ｋ。为起雾时最大光谱光视效率，Ｋ：为未起雾 时最大光谱光视效率，Ｓ．（Ａ）为起雾时光源绝对 光谱功率分布，Ｓ：（Ａ）为未起雾时光源绝对光谱 功率分布，Ｖ．（Ａ）为起雾时光谱光效率函数，屹 （Ａ）为未起雾时光谱光效率函数。 根据测得的光谱，使用公式（１）分别计算