安全步行环境的LED照明节能与视觉功效补偿机制研究

Light-emitting diode (LED) as light source has more flexible spectral power distribution (SPD) than traditional ones, which enables higher visual performance provided lower lighting level, thus has a great potential in energy-saving applications of road lighting. In this project, the luminous environment will be studied using theory of mesopic vision, for the sake of pedestrian safety and LED lighting energy-saving. Four research questions will be investigated: 1) effect of pedestrian luminous environment on the performance of their critical visual tasks; 2) effect of glare source on visual performance and its sensitive section of road surface obstacle detection and identification of other people’s intent; 3) compensation effect of lighting level and SPD on peripheral vision in the presence of dual visual task; and 4) coupling relationship and optimisation between peripheral visual performance and LED lighting energy-saving. Stimuli-response curve of visual performance on pedestrian’s critical visual task will be obtained. Effect of glare and dual visual task on detection of obstacle and identification of intent will also be revealed, to establish visual compensation theory of luminous environment parameters on peripheral vision. Suggestive system of pedestrian lighting guidance that suitable for LED energy-saving will then be proposed. The results of this project will be beneficial for both scientific methodology as well as technological understanding of lighting energy-saving, whilst ensure the safety of walking environment and visual needs of pedestrian. The outcomes of this project will promote the implement of China’s energy conservation and emission reduction plan.

发光二极管（LED）具有比传统光源更为灵活的光谱功率分布，在中间视觉条件下能以较低的照明水平实现较高的视觉功效，在道路照明节能应用中具有巨大的潜力。本项目以步行光环境为研究对象，以行人安全和LED照明节能为目标，以中间视觉理论为基础，系统研究步行环境中行人安全完成关键视觉任务的绩效曲线受光环境的影响机理、路面障碍探测和他人意图识别的视觉功效对眩光强度和角度的敏感区间、照度水平与光谱功率分布对双重视觉任务周边视觉功效的补偿机制，周边视觉功效与LED照明节能的耦合关系及其优化原理等关键科学问题。为此，本项目将得到步行环境关键视觉任务功效刺激-响应关系曲线，提出眩光源和双重视觉任务对障碍探测和意图识别视觉功效的影响机制，系统建立光环境参数对周边视觉的补偿理论，提出一套适合LED光源的行人道路照明参考规范体系，为LED照明节能的原理突破和技术提升提供理论依据和方法策略，促进我国节能减排计划的实施。

本项目以步行光环境为研究对象，以行人安全和LED照明节能为目标，以中间视觉理论为基础，系统研究步行环境中行人安全完成关键视觉任务的绩效曲线受光环境的影响机理、路面障碍探测和他人意图识别的视觉功效对眩光强度和角度的敏感区间、照度水平与光谱功率分布对双重视觉任务周边视觉功效的补偿机制，周边视觉功效与LED照明节能的耦合关系及其优化原理等关键科学问题。本项目在执行期间完成了六项主体研究，分别是：1）行人视觉行为的眼动仪分析及其光度和色度的影响因素研究；2）路灯白光色坐标区域对视觉功效的补偿机制和改善作用研究；3）城市夜间照明与商业媒体光污染影响行人视觉舒适度的参数；4）眩光源存在情况下复杂光环境的视觉舒适度评价模型与机制；5）不同LED照明条件下的行人对三维人脸表情识别能力的实验；6）“低头族”行人玩手机时周边视觉探测能力及补偿措施的研究。.本项目的主要研究结果、关键数据及其科学意义如下：.1）行人在步行的自然场景中，其视觉行为在10°视角范围内，亮度和显著度是吸引行人视觉注意力的环境因素。.2）当目标亮度与背景亮度相同的时候，探测率和反应时间明显降低，但如果在保持没有亮度对比度的同时，强化颜色对比度，会发现视觉功效也会有所提升，而且程度与亮度对比度相似或接近，在实践中可以通过采用色域更宽的光源来实现。.3）行人视觉舒适度相关性分析结果表明，夜间步行环境中商业标识的16个光色和照明参数中，亮度、颜色、频闪、视觉分辨率相关的7个参数是影响行人视觉舒适度的潜在因素。.4）垂直照度10 lux可以作为行人道路照明最小照度水平的参考阈值；相同照度下具有较高S/P值的LED并不能提高人脸表情的识别效率。.5）问卷数据统计显示视觉环境补偿措施被认为比其他措施更具有可推广性，有效性和形式美观是判断视觉环境补偿措施具有可推广性最重要的2个评价指标。双重认知任务法和视觉心理实验结果表明，“MH-15LX-蓝色闪灯”为最佳的周边视觉环境补偿措施组合。