A zavaró káprázás hullámhossz függésének vizsgálata az éjszakai autóvezetés körülményei között

Átírás

1 Fekete Sándorné A zavaró káprázás hullámhossz függésének vizsgálata az éjszakai autóvezetés körülményei között Ph.D. TÉZISFÜZET Témavezetők: Prof. Dr. Schanda János, Sikné Dr. Lányi Cecília Pannon Egyetem Informatikai Tudományok Doktori Iskola Veszprém 2009.

2 Tartalmi kivonat Alkony után a biztonságos gépkocsivezetés csak mesterséges világítás mellett lehetséges. Mivel főleg energiatakarékossági okok miatt nem tudjuk a gépkocsivezető látóterét a nappali látáshoz szükséges szinten megvilágítani, az éjszakai közlekedés a mezopos tartományban történik. Fontos kérdés tehát az ilyenkor működő mechanizmusok pontos feltérképezése. A világosban látás érzékenységi görbéjét 1924-ben, a sötétben látás érzékenységi görbéjét pedig 1951-ben szabványosította a CIE. A fotopos és szkotopos láthatósági görbék rögzítése után felmerült az igény, hogy a közbülső, mezopos tartomány számára is készüljön fotometriai rendszer, a mezopos (szürkületben) látás érzékenységi görbéjét azonban a mai napig nem sikerült szabványosítani, bár napjainkban több próbálkozás is történik a görbe megalkotására. Tudjuk, hogy az emberi látás másképpen működik világosban (fotopos), sötétben (szkotopos), valamint az átmeneti időszakban, a mezopos fénysűrűség tartományában. Míg világosban a színeket is jól látjuk, sötétben csak a formák, a kontraszt és a mozgás alapján tájékozódunk. Ezt a különbséget a szemben található különböző érzékelők, a csapok és a pálcikák okozzák. Világosban a három különböző hullámhossz tartományra érzékeny L, M, S csapok játszanak szerepet a látásban, sötétben és periférikus látásnál azonban csak az egy hullámhossz tartományra érzékeny pálcikák működnek. A pálcikákban csak egyféle szembíbor van (rhodopsin), ezért a pálcikák színvakok. Az átmeneti mezopos tartományban a csap és pálcika mechanizmus váltja egymást: míg a csapműködés egyre gyengébben, a pálcikahatás egyre erősebben működik. Ez az átmenet azonban valószínűleg nem egy egyszerű lineáris átmenet, sokkal inkább egy bonyolult és eddig teljes részletességgel fel nem tárt folyamat. Fokozottan áll ez a káprázás jelenségére. A zavaró káprázás hullámhossz függésére nincs szabványos függvény, noha ahhoz, hogy olyan optimális gépkocsi fényszóró színképet dolgozzunk ki, amely jó látás mellett kevésbé kápráztat, mind a mezopos láthatóság, mind a fellépő káprázási színképi érzékenységet ismerni kell. A mezopos tartományban az emberi látásmechanizmus meglehetősen bonyolult, így nehéz általános érvényű, de egyszerű modellel leírni. Bár jelenleg még ajánlás sincs a káprázási színképi érzékenységi görbe megalkotására, a mezopos színképi érzékenységi görbe meghatározására történtek már hathatós kísérletek. Ezek egyike a V(λ) és a V (λ) függvények alkalmazását, azok egyszerű összegzését javasolja. 2

3 Mivel kísérleteim a mezopos hullámhossz tartományban folytak, megvizsgáltam ennek az ajánlásnak alkalmazhatóságát a káprázási érzékenységi görbe vonatkozásában. Mezopos fénysűrűségi szinten, laboratóriumi körülmények között vizsgáltam tíz tesztalany káprázási színképi érzékenységét a 420 nm és 660 nm közötti hullámhossztartományban és megmutattam, hogy a már említett egyszerű, egyparaméteres modell nem írja le jól a káprázás érzékenységi görbéjét. Vizsgálataim szerint a binokuláris megfigyelés esetén végzett kísérleteken alapuló káprázási színképi érzékenységi görbéket nem lehet tisztán a V(λ) és V (λ) érzékenységi görbék lineáris kombinációjából megalkotni. Céljom az volt, hogy a jelenleg ismert látási mechanizmusok segítségével olyan modellt alkossak, amely a teljes látható spektrumon jól írja le a kísérleti személyek szürkületi látási körülmények közötti káprázási érzékenységét. Az általam adott modell amelynek kromatikus tagjai a jelenleg ismert mechanizmusokat modellezik jó közelítéssel írja le a binokuláris megfigyeléssel végzett kísérlet eredményeit. 3

4 Summary of contents After twilight safety driving is practicable under artificial lighting conditions. Because of mainly energy-saving we are not able to illuminate the visual field of the driver to the level of daylight, driving has to happen under mesopic circumstances. To recognize obstacles under mesopic conditions the value of brightness and colour contrast between the background and obstacle is essential. If there is a glaring source in the field of vision this will destroy the perception of contrast. The standardization of the sensitivity functions of daylight respectively night-time lighting eventuated in 1924 and Fixing these curves the claim was come up to tailor the photometrical system for mesopic range as well. However, numerous attempts happened to create this curve the sensitivity function of mesopic visibility has not been standardized up to now. We know that the human vision operate different in daytime at night and in the transition period i.e. in the mesopic luminance period. While daytime we can see the colour as well in dark we are able to orientate only with shape, contrast and motion. These differences are used by the sensors in the eyes: cones and rods. In daylight the three-different wavelength range sensitive L, M, S cones play role in vision but in dark and at peripheral vision only the one wavelength range sensitive rods are operating. The rods have only one kind of rhodopsin accordingly the rods are colour blinds. Nevertheless this transition is probably not a simple linear transition, out and way a difficult so far unrevealed phenomenon in detail. Human vision is a rather complex phenomenon in the range of mesopic region: while the cones operate more and more weak the effect of rods are more and more strong. Accordingly it is hard to describe it by a general but simple model. This is especially valid for glare above all for discomfort glare. There is no standard function for wavelength dependence of discomfort glare, though, to develop such headlamp which has optimal spectrum and cause good vision beside less glare both the mesopic visibility and the glare spectral sensitivity must have been known. Although, at present still there is no recommendation for construct glare sensitivity curve there are effectual attempts to determine mesopic spectral sensitivity curve. One of these suggests the V(λ) an V (λ) function simple summation. Since I carried out experiment under mesopic conditions I investigated the applicability of this recommendation in terms of discomfort glare sensitivity curve. 4

5 I showed that the glare spectral sensitivity curve cannot be created by the simple linear combination of V(λ) an V (λ) curves. By means of current knowledge of visual mechanisms my purpose was to design such model, which able to describe the discomfort glare sensitivity of the test persons on whole spectrum (420 nm 660 nm) with accuracy. Tézisek 1. Dolgozatban igazoltam Flannagan és munkatársai 26 eredményeivel ellentétben, hogy a káprázás érzékenységi görbének több lokális maximuma is van (6.3. fejezet). [Flannagan MJ, Sivak M, Gellatly AW (1991). Joint effects of wavelength and ambient luminance on discomfort glare from monochromatic and bichromatic sources. Report No. UMTRI ] 2. Dolgozatomban Rea és munkatársai 73 eredményeivel ellentétben egyértelműen megmutattam, hogy mezopos körülmények között a V(λ) + V (λ) görbékből nem lehet kápázási színképi érzékenységi görbét készíteni (6.4. fejezet). [Rea MS, Bullough JD, Freyssinier Nova JP, Bierman A (20042). X. Proc.of CIE Expert Symposium on Temporal and Spatial Aspects of Lighting and Colour Perception and Measurement, Commission Internationale de l Eclairage pp ] 3. Dolgozatomban kimutattam, hogy a binokuláris megfigyeléssel végzett kísérletek eredményéből kapott színképi érzékenységi görbék formáját a kromatikus csatornák jelei mezopos körülmények között befolyásolják (7. fejezet). Kísérleti eredményeim értelmezéséhez a CIE TC 1-36 ajánlása alapján a csapok érzékenységi görbéjéből indultam ki, és a következő egyenletben látható formában vettem figyelembe a látószervnek a szemtől az agy felé mutató csatorna-jeleit: V mes (λ)= a V (λ) + b [1,62 L(λ)+M(λ)] + c [L(λ) - M(λ)] + d [1,62 L(λ) + M(λ) - S(λ)] Tesztemben az 1,62L+M közelítést választottam az akromatikus csatorna közelítésére. Az a, b, c és d szorzó tényezőkre (az Excel Solver programja segítségével) az on-axis kísérletben az a = 0,995, b = 0,193, c = 0,754, d = -0,061 értékeket, az off-axis kísérletben az a = 0,523, b = 0,534, c = 0,589 d = -0,269 értékeket kaptam a káprázási kísérletek eredményeinek illesztése során, ha a káprázatató forrás a nézési rányhoz képest vertikálisan 5 -ra, horizontálisan 0, illetve 10 -ra látszott. 5

6 [Fekete J, Várady G, Síkné LC, Schanda J. (2007). Optimizing spectral power distribution of car headlamp lighting. CIE 26th Session Beijing 4-9 July vol. 1, pp ] 4. Megállapítottam, hogy mezopos háttér esetén nincs nagy különbség a mezopos tartományba eső láthatóság, és a fotopos tartományba eső kápráztatató forrás színképi érzékenysége között. Ezért a különböző fajta autólámpa fényszóróknál a láthatóság és a káprázás vonatkozásában nem lehet optimális spektrumot készíteni, mert bármely spektrumtartományt növelve, ha növekszik a láthatóság, növekszik a káprázás is. Dr. Várady Géza doktori tézisében mezopos körülmények között végzett kontrasztküszöb kísérletek eredményéből megállapította, hogy a kapott színképi érzékenységi görbék formáját a kromatikus hatások mezopos körülmények között befolyásolják. Érzékenységi görbéje egy hasonló négy függvényből alkotott érzékenységi görbe, mint amelyet munkám során a káprázási érzékenységre kaptam. [Várady G: Mezopos érzékenységi függvények meghatározása kontrasztküszöb vizsgálatok segítségével, modellezés a kromatikus hatások figyelembevételével, Doktori (Ph.D.) értekezés, 2007.] 6

7 Publikációs lista Tézisekhez tartozó publikációk J Fekete, C Sik-Lányi, J Schanda: Spectral discomfort glare sensitivity under low photopic conditions (2006). Ophthal. Physiol. Opt : ISSN J Fekete, C Sik-Lányi, J Schanda: Discomfort glare spectral sensitivity (elfogadva). Light & Engineering, Znack Publ. House, Moscow, ISSN J Fekete, C Sik-Lányi, J Schanda: Spectral discomfort glare sensitivity investigations (elfogadva). Ophthal. Physiol. Opt. ISSN Publikációk Fekete Sándorné Dr. Schanda János: Új fényforrások az autófényszórókban Látás és káprázás, Elektrotechnika, 97/ Fekete Judit, Várady Géza, Sik-Lányi Cecília, Schanda János: Autófényszórók spektrális teljesítmény-eloszlásának optimalizálása (2008). Világítástechnikai évkönyv pp HU ISSN J Fekete, C Sik-Lányi, J Schanda: Night-time driving new light sources in car headlamps, CIE Midterm Meeting and International Lighting Congress (P), León, Spain, May 12-21, 2005, pp J Fekete, F Horváth, Sik-Lányi C, J Schanda, A Szalmás, G Várady: Spectral dependence of visibility and glare, ISAL 2005 International Symposium on Automotive Lightin (P), Darmstadt, BRD, September 27-28, pp J Fekete, Várady Géza, Sikné Lányi Cecília, Schanda János: Optimizing spectral power distribution of car headlamp lighting. CIE 26th Session, Beijing 4-9 July 2007, pp J Fekete, G Várady: Spectral power distribution optimization of headlights. Lux et Color Vespremiensis, Veszprém, október 19. Fekete, Judit; Várady, Géza; Sik-Lányi Cecília; Schanda, János: Additivity of glare sensitivity using led lights at mesopic background light levels, Light and Lighting Conference with Special Emphasis on LEDs and Solid State Lighting, May Budapest 7