【正文】 境中，亮視覺(jué)對(duì)波長(zhǎng)為 555nm的黃綠光線最敏感。波長(zhǎng)大于 760nm和小于 380nm的電磁波不能引起視覺(jué)。 (2) 可見(jiàn)光 肉眼所能感覺(jué)到的光，即可見(jiàn)光，僅是電磁波中的一小部分，其波長(zhǎng)約為 380～ 760nrn（ 1nm=109m）之間。～ 2176。下約 75176。 各種光源的亮度 表 光源 亮度（ cd/m2） 光源 亮 度（ cd/m2） 太陽(yáng) 109以上 蠟燭 （ ~） 104 碳極弧光燈 （ ~12） 108 藍(lán)天 104 鎢絲燈 （ ~20） 106 電視屏幕 （ ~） 104 熒光燈 （ ~） 104 重慶交通大學(xué)教案 174 司機(jī)的視覺(jué) (1) 視野 人的眼睛視野是比較廣的，但也有一定的范圍，雙眼視線左右各約 100176。對(duì)于完全擴(kuò)散的表面，光出射度 M與亮度 L的關(guān)系為： M=π L （ ） 亮度的單位為尼特（ nt）， 1nt＝ 1cd／ m2。?I。如圖所示，在一個(gè)廣光源上取一個(gè)微小面積△ A，從與表 面法線成θ角的方向去觀察，在這個(gè)方向上的光強(qiáng) Iθ 與人眼所“見(jiàn)到”的光源面積△ A′及亮度 Lθ 間的關(guān)系為： ???? c os39。 重慶交通大學(xué)教案 173 對(duì)于因反射或透射而發(fā)光的二次發(fā)光表面，其光出射度是： 反射發(fā)光： M＝ρ E （ ） 透射發(fā)光： M＝τ E （ ） 式中：ρ —— 被照面的反射系數(shù)（反射比）； τ —— 被照面的透射系數(shù)（透射比）； E—— 二次發(fā)光面上被照射的照度。為表示這個(gè)輻射光通量的密度，可在表面上任取一微小的單元面積 dA，如果它發(fā)出的光通量為 dΦ，則該單元面積的平均光出射度 M為： dAdM ?? （ ） 對(duì)于任意大小的發(fā)光表面 A，若發(fā)射的光通量為 Φ，則表面 A的平均光出射度 M為： AM ?? （ ） 可見(jiàn)，光出射度就是單位面積發(fā)出的光通量，單位為輻射勒克斯（ rlx）， lrlx等于 llm／ m2。為了對(duì)照度有些實(shí)際概念，現(xiàn)舉 幾個(gè)例子：晴朗的滿(mǎn)月夜地面照度約為 ，白天采光良好的室內(nèi)照度為 100lx~500lx，晴天室外太陽(yáng)散射光（非直射）下的地面照度約為 1000lx，中午太陽(yáng)光照射下的地面照度可達(dá) l00000 lx 。則在表面積 A上的平均照度 E為： AE ?? （ ） 照度的單位為勒克斯（ lx）， 1lx即在 1m2的面積上均勻分布 1lm光通量的照度值，或者是一個(gè)光強(qiáng)為 1cd的均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，以它為中心，在半徑為 lm的球表面上，各點(diǎn)所形成的照度值。 (3) 照度 照度是用來(lái)表示被照面上光的強(qiáng)弱，以被照?qǐng)鏊馔ǖ拿娣e密度來(lái)表示。如果配上一個(gè)聚焦會(huì)適的鏡面反射罩，則燈正下方的發(fā)光強(qiáng)度可以高達(dá)數(shù)百坎德拉。 發(fā)光強(qiáng)度常用于說(shuō)明光源和燈具發(fā)出的光通量在空間各方向或在選定方向上的分布密度?？驳吕菄?guó)際單位制的基本單位之一，其他光度量單位都是由坎德拉導(dǎo)出的。立體角的單位為球面度（ sr），即以錐頂為球心，以 r為半徑作一圓球，若錐面在圓球上截出面積 A為 r2，則該立體角即為一個(gè)單位立體角，稱(chēng)為球面度，其表達(dá)式為： 2rA?? （ ） 顯然一個(gè)球體包含 4π球 面度。 (2) 發(fā)光強(qiáng)度（光強(qiáng)） 由于輻射發(fā)光體在空間發(fā)出的光通量不均勻，大小也不相等，為了表示輻射體在不同方向上光通量的分布特性，需引人光通量的（空間）角密度概念。 光通量的單位是 lm（流明），在國(guó)際單位制中，它是一個(gè)導(dǎo)出單位， 1lm是發(fā)光強(qiáng)度為 1cd（坎德拉）的均勻點(diǎn)光源在 lsr（球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量。 光通量一般就視覺(jué)而言，即輻射體發(fā)出的輻射通量按 V（λ）曲線的效率被人眼所接受，若輻射體的光譜輻射通量為 ???e ，其光通量Φ的表達(dá)式為： ? ? ??? dVK em ? ???? 780380 （ ） 式中： Km—— 最大光譜光效能， 683lm／ w； V（λ） —— 明視覺(jué)光譜光效率； 重慶交通大學(xué)教案 171 ???e —— 光譜輻射通量，即在給定波長(zhǎng)為λ的附近無(wú)限小范圍內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出輻射能量的平均值，單位為 W／ nm。例如一個(gè) 200W的白熾燈比 100W的白熾燈要亮得多，也就是說(shuō)發(fā)出光的量多。但是，電光照明成本昂貴的，一條長(zhǎng) 100m的隧道，按照理論的方法設(shè)計(jì)照明設(shè)施，其照明成本與隧道總成本比經(jīng)常是很高的，這就要求能找到一種成本 低，安全又有保證的方法。 4. 隧道出口處的視覺(jué)問(wèn)題：白天，汽車(chē)穿過(guò)較長(zhǎng)的隧道接近出口時(shí)，由于通過(guò)出口看到的外部亮度極高，出口看上去是個(gè)亮洞，出現(xiàn)極強(qiáng)的眩光；司機(jī)在這種極強(qiáng)的眩光效應(yīng)下會(huì)感到十分不舒服；夜間與白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，這樣就看不出外部道路的線型及路上的障礙物。 2. 進(jìn)入隧道立即出現(xiàn)的視覺(jué)問(wèn)題（白天）：汽車(chē)由明亮的外部進(jìn)入即使是不太暗的隧道以后，要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能看清楚隧道內(nèi)部的情況，這稱(chēng)為“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”，這是因?yàn)榧眲〉牧炼茸兓?，使人的視覺(jué)不能迅速適應(yīng)所致。從理論上講隧道照明與道路照明一樣，也需要考慮路面應(yīng)具有一定的亮度水平，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)一步考慮設(shè)計(jì)速度、交通量、線性等影響因素，并從駕駛上的安全性和舒適性等方面綜合確定照明水平，特別是在隧道入口及其相應(yīng)區(qū)段需要考慮人的視覺(jué)適應(yīng)過(guò)程。 重慶交通大學(xué)教案 170 第 9章 隧道照明 9． 1 概述 公路隧道的照明，是為了把必要的視覺(jué)信息傳遞給司機(jī)，防止因視覺(jué)信息不足而出現(xiàn)交通事故，從而提高駕駛上的安全性和增加舒適感。隧道照明與道路照明的顯著不同是白天也需要照明，而且白天照明問(wèn)題比夜間更加復(fù)雜。 汽車(chē)司機(jī)在白天從明亮的環(huán)境接近、進(jìn)入和通過(guò)隧道過(guò)程中 ，將產(chǎn)生種種視覺(jué)問(wèn)題： 1． 進(jìn)入隧道前的視覺(jué)問(wèn)題（白天）：由于隧道內(nèi)、外的亮度差別極大，所以，從隧道外部去看照明很不充分的隧道入口會(huì)看到黑洞（長(zhǎng)隧道）及黑框（短隧道）現(xiàn)象。 3. 隧道內(nèi)部的視覺(jué)問(wèn)題（白天、夜間）：隧道內(nèi)部與一般道路不同，主要在于隧道內(nèi)部汽車(chē)排除的廢氣無(wú)法迅速消散，形成煙霧，它可以將汽車(chē) 頭燈和道路照明器發(fā)出的光吸收和散射，降低能見(jiàn)度。 由于以上特殊情況，公路隧道應(yīng)設(shè)電光照明，以利行車(chē)安全。 9． 2 隧道照明基礎(chǔ) 光的度量 (1)光通量 光通量是指單位時(shí)間內(nèi)光輻射能量的大小，它是根據(jù)人眼對(duì)光的感覺(jué)來(lái)評(píng)價(jià)的。我們稱(chēng)光源發(fā)出光的量為光通量。輻射通量也稱(chēng)輻射功率； φ —— 光通量， lm。 在照明工程中，光通量是說(shuō)明光源發(fā)光能力的基本量，例如，一 只 220V、 4OW白熾燈發(fā)射的光通量為 350lm，而一只 220V、 40W熒光燈發(fā)射的光通量為 2100lm，為白熾燈的6倍。如圖 9— 2— 1 所示， S為點(diǎn)狀發(fā)光體，它向各個(gè)方向輻射光通，若在某方向上取微小立體角 dω，在此立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量為 dΦ，則兩者的比值即為該方向上的光強(qiáng) I，即： ?ddI ?? （ ） 若光源輻射的光通量Φ是均勻的，則在立體角ω內(nèi)的平均光強(qiáng) I為： ???I （ ） 立體角的定義是任意一個(gè)封閉的圓錐面內(nèi)所包含的空間。 sdwaIradAcosadAh電光源的發(fā)光強(qiáng)度 圖 點(diǎn)光源的發(fā)光強(qiáng)度 重慶交通大學(xué)教案 172 發(fā)光強(qiáng)度的單位是坎德拉（ cd），在數(shù)量上 lcd＝ llm／ sr。 1979年 10月第 10屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)的坎德拉定義為：一個(gè)光源發(fā)出頻率為 540 1012Hz單色輻射（對(duì)應(yīng)于空氣中波長(zhǎng)為 550nm的單色輻射），若在一定方向上的輻射強(qiáng)度為 l／ 683W／ sr，則光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為 lcd。例如，一只 220V、 40W白熾燈發(fā)出 350lm光通量，它的平均光強(qiáng)為 350／ 4π＝ 28cd，若在該燈泡上面裝一盞白色搪瓷平盤(pán)燈罩，則燈的正下方發(fā)光強(qiáng)度能提高到 70cd~80cd。而在后兩種情況下，燈泡發(fā)出的光通量并沒(méi)有變化，只是光通量在空間的分布更為集中，使發(fā)光強(qiáng)度提高。取微小面積 dA，入射的光通為 dΦ，則照度 E為： dAdE ?? （ ） 對(duì)于任意大小的表面積 A，若入射光通量為Φ。 1lx的照度是比較小的，在此照度下僅能大致地辯認(rèn)周?chē)矬w，要進(jìn)行區(qū)別細(xì)小零件的工作則是不可能的。 (4) 光出射度（面發(fā)光度） 具有一定面積的發(fā)光體，其表面上不同點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)弱可能是不一致的。光出射度和照度具有相同的量綱，其區(qū)別在于光出射度是表示發(fā)光體發(fā)出的光通量表面密度，而照度則表示被照物體所接受的光通量表面密度。 (5) 亮度 光出射度只表示單位面積上發(fā)出光通量的多少，沒(méi)有考慮光輻射的方向，不能表征發(fā)光面在不同方向上的光學(xué)特性。 AIAIL ???? （ ） △ A=△ Acosθ 如果△ A是一個(gè)理想的漫射發(fā)光體或理想漫反射表面的二次發(fā)光體，它的光強(qiáng)將按余弦分布（圖 ），將 ?I ＝ I0cosθ代人式（ ）得： 000c osc os LAIAIL ??? ??? （ ） dAdA39。廣光源單元面積上的亮度 擴(kuò)散面I 0???? ? cos ??理想漫反射面的光強(qiáng)分布 圖 單元面積上的亮度 圖 表明亮度 Lθ 與方向無(wú)關(guān)，等于常量 L0，即從任意方向看，亮度都是一樣的。表 . 1列出了各種光源的亮度。上約 50176。在注視一個(gè)方向物體的形狀、色彩、亮度時(shí)，能看清楚的僅為視線中心 1176。范圍，要感知該范圍以外的物體，視線需 要在那個(gè)方向上固定 0． 1～ 0． 2秒。不同波長(zhǎng)的光給人們以不同顏色的感覺(jué)，各種顏色是逐漸過(guò)渡的，沒(méi)有截然分開(kāi)的界線。 在可見(jiàn)光中，人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光的感覺(jué)，具有不同的靈敏度。即各種輻射能量相同而波長(zhǎng)不同的光，給人的感覺(jué)是黃綠光最亮，波長(zhǎng)偏離 555nm越遠(yuǎn)，則感覺(jué)越暗。 (3) 人的視覺(jué) 視網(wǎng)膜是人眼感覺(jué)光的始端，上面分布著兩種感光細(xì)胞：錐狀體細(xì)胞和桿狀體細(xì)胞。柱狀體細(xì)胞多在視網(wǎng)膜的周邊，具有感覺(jué)弱光的能力，專(zhuān)管暗時(shí)的視力，強(qiáng)光反而會(huì)破壞它。 眼睛對(duì)于外界的亮度變 化，能適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)錐狀體細(xì)胞和柱狀體細(xì)胞使之具有合適的感度。對(duì)暗環(huán)境的適應(yīng)（視野內(nèi)的亮度在 ，如白天、室外）主要是錐狀體細(xì)胞呈工作狀態(tài)。 (4) 司機(jī)的注視范圍 由于視覺(jué)取決于亮度，所以隧道照明質(zhì)量以視場(chǎng)內(nèi)的亮度為依據(jù)。則注視的范圍約為正前方 60~160m左右，在此范圍內(nèi)的路面亮度分布狀況，對(duì)司 機(jī)視覺(jué)直接起作用，如圖 。有良好的視看條件，才能保證司機(jī)準(zhǔn)確了解道路交通狀態(tài)及其變化情況，作出及時(shí)的判斷和采取正確的機(jī)動(dòng)動(dòng)作。由靜態(tài)觀測(cè)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能直接引用到動(dòng)態(tài)條件中，一般應(yīng)提高數(shù)倍至數(shù)十倍。 此外還與物體的形狀，輪廓的清晰度、在視野中的位置，以及是否出現(xiàn)在預(yù)料的位置上，或是突然出現(xiàn)在非預(yù)料位置上等有關(guān)，視覺(jué)是以生理量度量的，受觀察者的精神、視力、身體狀況的影響。 影響視覺(jué)的主要因素 (1) 適宜的亮度 適宜的亮度是物體在視網(wǎng)膜成象引起視覺(jué)的基本條件。通過(guò) 試驗(yàn)知道，人眼可以感覺(jué)到亮 度為 1/π 105 cd/m2（坎德拉 /米 2）的物體，稱(chēng)為“最低亮度閾”。亮度超過(guò)105cd/m2時(shí)，則視力極度下降，甚至引起視覺(jué)損傷，該值稱(chēng)為視覺(jué)上限。 亮度（ L）是一個(gè)具有方向性的物理量，當(dāng)人眼從不同的方向觀察同一對(duì)象（或背景）時(shí)，能感覺(jué)到在不同的觀察方向，對(duì)象（或背景）的亮暗程度是不相同的。 cosθ）的發(fā)光強(qiáng)度（ Iθ ）。 cosθ （ ） ?Acos?I 0I ? 圖 亮度的方向性 一般情況下，它是入射光方向與觀察方向的函數(shù)。它反映了對(duì)象（或背景）的反射光通在空間的分布情況。嚴(yán)格地講 ，均勻漫反射面是很少的，但是粗糙的無(wú)光澤的表面，可以近似地看作為均勻漫反射面。投射到具有光澤的墻面材料上時(shí)，可觀察到定向漫反射。路面和墻面是隧道中的背景，改善路面和墻面的反射率在照明效果上是非常有益的。能否看清對(duì)象，除了依賴(lài)于 重慶交通大學(xué)教案 176 照明條件外，還決定于對(duì)象的大小。眼睛分辨對(duì)象細(xì)部的能力是由它所能區(qū)別出相近兩點(diǎn)的能力決定的。視角α一般用分表示，符號(hào)為“′”。眼睛分辨最小尺寸的能力，用可分辯的最小視角α min的倒數(shù)衡量，即 min1??視力 d 圖 視角示意圖 人眼剛剛能分辨出的兩點(diǎn)的視角