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眩光是指当视野中的亮度分布不均匀或亮度范围不适宜，或视野中的亮度对比非常大，引起不舒适或降低观察细节的能力的视觉条件。眩光通常可分为两种类型，即不舒适眩光和失能眩光[1]。不舒适眩光主要是因为视野中光源亮度存在极端的光源，造成人眼感觉的不舒适性，但这种眩光不会降低人眼对视野内物体细节的分辨能力；而失能眩光主要是使人眼无法分辨物体细节，但这种眩光不一定会使人眼产生不适感。不舒适眩光和失能眩光是两种不同的现象，失能眩光主要取决于进入眼睛的光线数量，而光源的亮度对其影响不大；但对于不舒适眩光，光源亮度是一个主要的影响因素。 随着照明技术的发展，LED以发光面积小、亮度高、寿命长、节能环保等特点，正不断替代传统的光源进入室内照明、道路照明等照明领域。但是，由于其亮度集中而引起的眩光再次成为照明领域研究的热点。 由于眩光可以分为不舒适眩光和失能眩光两种不同的类型，并且根据不同的适用环境，国际上设定了不同的眩光评价标准[2]。这些眩光评价标准主要是基于心理物理法的，如表1。不舒适眩光程度的评价受到一些关键物理参数的影响，在现有模型中，这些参数主要包括以下四类：1)反映眩光源亮度水平的物理量: 如光源在眼位处产生的垂直照度；2)反映周围环境亮度水平和人眼适应水平的物理量，如背景环境亮度；3) 反映眩光源发光尺寸的物理量: 如眩光源发光面积在眼位处形成的立体角；4)反映眩光源与观察方向相对位置的物理量: 如眩光源与视线的夹角。其中为背景亮度；为灯具在观察者眼睛方向的亮度；为每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角；为观察者视线与第i个光源入射在眼睛上方向所形成的角度。 表 1 具有代表性的不舒适眩光评估模型
虽然眩光理论的研究在上个世纪已经趋于完善。但受限于测量技术，眩光的现场评价直到最近才成为现实。现在以UGR为例介绍眩光测试技术的发展[3],[4]，[5]，CIE 117:1995定义了UGR计算公式。 1.基于照度的测量方法 首先需要测量灯具到人眼观察方向上的亮度，采用照度计测量灯具在观察者方向上的照度，根据照度、发光强度和亮度的转换关系计算得到观察者方向上的亮度。其次采用照度计测量人眼接收到的照度，减去上一步中得到的灯具照度，计算背景亮度，根据灯具的投影面积和观察者到灯具中心的距离，计算得到灯具在人眼方向上的立体角。根据灯具到人眼视线方向水平距离T、灯具到人眼的视线方向竖直距离H和人眼到灯具投影距离R，查找guth位置指数表得到P的值。 将上述值代入公式即可得到UGR值。 2.基于点式亮度计的评价方法 便携式点式亮度计的出现使光源亮度和背景亮度能够分别测量，点式亮度计内部有不同的光阑控制测量视场的大小，测量时根据灯具的大小和灯具到观察者眼睛的距离选择合适的光阑，使亮度计的测量点位于灯具内部。测量时选择灯具发光面的不同位置测量：灯具亮度取测量点的平均值；背景亮度分别测量屋顶、墙壁典型位置的亮度；灯具的立体角、guth位置指数需要根据灯具的尺寸和位置（T/H/R）来确定；再根据光源亮度和背景亮度就可以实现室内UGR的现场测量。然而由于室内灯具较多，每个灯具都需要进行多次瞄点测量，整个室内场所测试完成可能需要测量几十上百次，然后再根据每个灯具的位置分别计算每个灯具产生的眩光，这使得整个实验流程相当长。
成像亮度计采用二维阵列探测器上的任一像素点对应于实际照明场景中某个明确的位置，结合影响眩光程度的关键物理参数：1)眩光源亮度水平与其对应像素的亮度响应成正比；2)周围环境亮度水平通过对亮度图像上指定区域的亮度求平均得到；3)眩光源的发光尺寸与其在亮度图像上占据的像素区域面积成像对应； 4)眩光源与观察方向相对位置通过对应像素与中心像素点的偏离表征；5)眩光源数量能在亮度图像上一一读取。因此，成像亮度计可以同时获得光源的亮度信息 以及光源的位置信息。 首先光源上某点发出的光经过成像亮度计的镜头成像在CCD对应位置。物空间和像空间存在对应关系。因此可以得到光源发光面每点的亮度信息。通过图像处理的算法扣除光源区域则可直接得到整个环境的背景亮度。由于成像亮度计得到的是二维空间亮度图像，眩光亮度计一般采用对鱼眼镜头进行空间位置和角度校准来得到光源每个像素对应的guth位置指数和立体角。 现阶段，对于眩光评价的研究主要集中在对室内UGR评价值的验证和优化上。袁叙武[6]在其“室内LED照明舒适度测量与评估”就通过亮度计法对不同灯具布置方式下的UGR值进行了验证，分别将灯具位于两侧和位于中间布置，其实验结果表明了基于亮度计的测量方法在眩光测量上的可行性。另外，张雨晨等人[7]将灯具放在三个不同高度工作面上进行不舒适眩光测试实验，研究发现：1)同一测量位置，工作面高度越高，统一眩光指数 UGR 越大，不舒适眩光程度越高；2)不同高度平面的 UGR 最大值位置不同，并非固定在纵向和横向两面墙的中点，UGR 单一选点的方法不再适用于 LED 光源照明的简单立方体空间。张鸣杰等人[8]在测量眩光值的基础下，提出了控制眩光的方案。 （1）在满足照明要求的前提下，减小灯具内 LED灯珠的功率，避免高亮度照明。 （2）避免裸露光源直接照明。在 LED 光源前使用扩散板。光源发出的过强光线通过扩散板将其削弱或打散。 （3）当 LED 光源前不使用扩散板时，可通过防眩光结构设计，即当 LED 光源前不使用扩散板时，通过合理的反射器设计，使得直接光线和反射光线都不射在视线保护角范围内。 虽然现有的一些眩光评价模型在实验中得到了验证，但在后续的研究中发现现有模型存在着一定的局限性，除了上文提及的四个关键物理参数外，还有其他因素对眩光评价产生影响。Kimura-Minoda[9]团队对不舒适眩光的年龄差异进行了研究，发现对于特定光谱的强光，例如蓝色、绿色以及琥珀色LED，年轻人比老年人更加敏感；对于另外一些光，例如红色和白色LED，没有观察到明显的年龄差异。类似的，Bailey[10]团队对失能眩光的年龄差异进行了研究，发现老年人测得的DGI值高于年轻人。Luo[11]的团队研究了LED光的色调对于照明评价的影响。 上述的研究都表明了虽然四个物理参数对评价结果起着关键性的作用，但也存在一些其他的影响因素，这就使得评价模型在使用过程中存在局限性，在使用前，需要根据情况对模型进行优化。 冯阿阳在“白光LED不舒适眩光模型的验证和优化”[12]中使用两种色温的白光LED产生不舒适眩光来对小尺寸光源模型以及位置系数修正模型和进行实验验证,其公式如下，
式中W为权重因数，C为亮度对比度。 根据实验数据，当白光 ＬＥＤ偏心角增大时，亮度对比度增加，不舒适评分增加，不舒适度下降。因此通过对中的C指数和中的p指数进行修正，分别得到了和 两种模型，其p指数分别为W＋a·C和theta;/k。 Ma S团队进行了非均匀LED不舒适眩光的实验[13]，实验数据表明当光源不均匀且LED发光强度较高、背景较暗或视线上方角度较小时，不舒适眩光更大。针对光源均匀度对UGR的影响，提出了三种改进的模型。 Ayama M[14]分别研究了灯具均匀性的影响，LED 芯片间距长度的影响，固定区域内芯片密度的影响，扩散角的影响。并且提出了“有效眩光亮度”的概念来解释上面四组实验的结果，其定义为光源区域的亮度之和与有效区域(非零像素之和)之比。经过验证，所有实验的有效眩光亮度与不舒适眩光的比例计算结果相吻合，表明该量可以作为均匀光源和非均匀光源的不舒适眩光评价的新指标。 前文我们提到了基于成像亮度计的评价方法，通过ILMD获取的亮度图像不仅可提供亮度值，还可给出几何位置数据（方向和立体角以及长度和面积值等）。但由于不同的ILMD性能差异较大。CIE TC2-59 正在研究讨论关于ILMD的性能表征，并且在草案中也列举出了多项指标，包括V(lambda;)匹配，UV和IR响应，线性等，但并非所有的指标都对特定的眩光测量有影响。陈聪在“眩光测量的不确定度分析和测量方案探讨”[15]中，主要研究了线性、均匀性和畸变对眩光测量不确定度的贡献，并提出了一种可实现高达2pi;全空间亮度图像测量的照明眩光精确测量方案，该测量系统采用高动态范围成像技术，可对亮度跨度范围较大的室内外照明环境进行准确测量。 产生眩光的因素是多方面的，其中发光光源的亮度是主要原因之一，如果光源越亮而周围环境的亮度越暗则眩光越显著；另外与发光光源的安装位置也存在较大的关系，同样亮度的光源，如果安装的位置不会使光源直射到人眼，其产生的眩光必定比会使光源直射到人眼时的眩光小。另外，在使用现有模型时，往往需要根据现状使用优化的模型，以获得更加精确的结果。 |
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参考文献
[10]Bailey I L , Bullimore M A . A new test for the evaluation of disability glare.[J]. Optometry amp; Vision Science Official Publication of the American Academy of Optometry, 1991, 68(12):911-7. [11]Ming Ronnier Luo. The impact of LED on human visual experience[A]. 国家半导体照明工程协调领导小组办公室、中国照明学会（CIES）、广东省科学技术厅、中国照明电器协会（CALI）、广州市人民政府、国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）、中关村国家自主创新示范区管理委员会.第十一届中国国际半导体照明论坛论文集——超越照明及其创新应用[C].国家半导体照明工程协调领导小组办公室、中国照明学会（CIES）、广东省科学技术厅、中国照明电器协会（CALI）、广州市人民政府、国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）、中关村国家自主创新示范区管理委员会:北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司,2014:4. [12]冯阿阳,李乐,周莉,林燕丹.白光LED不舒适眩光模型的验证和优化[J].光学学报,2017,37(07):376-382. [13]Ma S , Yang Y , Luo M R , et al. Assessing and Modeling Discomfort Glare for Raw White LEDs with Different Patterns[J]. LEUKOS, 2017, 13(2):59-70. [14]Ayama M . Assessing glare based on LED lighting[C]// China International Forum on Solid State Lighting. IEEE, 2013. [15]陈聪. 眩光测量的不确定度分析和测量方案探讨[A]. 中国照明学会.2018年中国照明论坛——半导体照明创新应用暨智慧照明发展论坛论文集[C].中国照明学会:中国照明学会,2018:7. |
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资料编号：[179614]
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