中間視覺條件下汽車玻璃貼膜對視力清晰度影響的實驗研究

關雪峰 鄺志斌 趙海天

(深圳大學建筑與城市規劃學院，深圳 518000)

1 引言

現如今車膜已成為汽車裝飾消費的必需品。但由于其種類繁多以及消費者認識不足，不少車主盲目的將美觀、私密等因素作為首選標準，完全忽略了車膜關乎行車安全最重要的性能指標——透光度。因此，國家強制性標準GB7258—1997的第一號修改單 (2000年7月1曰起實施)中規定［1］:“機動車駕駛室必須保證駕駛員的前方視野和側方視野，前風窗玻璃駕駛員視區部位的透射比必須大于或等于70%，駕駛員座位兩側的窗玻璃的透射比必須大于或等于50%。”

目前商家給出車膜的各種參數指標 (如透光度、隔熱率、紫外線阻隔率)都是針對白天 (明視覺)太陽光，對于夜晚處在中間視覺條件下的道路照明，光源不是太陽，取而代之的是不同種類的人工光源 (如高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、LED燈等)，其透光度參數值是否還具有指導意義，便有待于驗證;而且透光度并不等于清晰度，真正清晰度高的膜，即使透光率只有5%～6%的深色膜，其單向透視性也極佳［2］。因此，本文的實驗便是在模擬的中間視覺環境中，在人工光源下研究汽車玻璃貼膜的視覺可見度和穿透性。

2 實驗裝置與準備

2.1 實驗目的

在中間視覺條件下，研究不同種類車膜在人工光源下的視覺可見度，建立透光度與可見度的關系，以及不同種類車膜在不同人工光源下的穿透力。

2.2 實驗條件

光學實驗室;

佳能450D單反相機:1200萬像素，國家標準對數視力表;

接觸式單向調壓器:動態范圍0～250V，高精度全自動交流穩壓器;

XYI-Ⅲ照度計:動態范圍0.1～100klx，儀器精度±4%;

XYL-V全數字亮度計:動態范圍0.1～100kcd/m2，儀器精度±5%。

福耀玻璃——微型捷達前擋風玻璃;

車膜01#～14#，共14種，詳細參數見附表一;

光源:白熾燈、高壓鈉燈、金鹵燈、LED燈、日光燈，其光譜參數見附表二。

2.3 實驗準備

為防止外界光對實驗結果產生影響，整個實驗在暗室中進行。實驗室的墻面均被刷成藍黑顏色(盡量減少光線通過墻面反射對物體造成的影響，同時也可模擬夜晚的天空)，如圖1所示。觀察者與目標物——視力表分別置于實驗室的兩端，相距5米，目標物中心高度1.5米;采用雙向布燈 (使目標物表面受光更加均勻)，燈具安裝高度2.5米，光源與目標物水平距離為4米;亮度計對準目標并與光源同側 (避免光線對亮度計造成影響);相機與光源同側，距離目標物5米，高度1.5米 (使鏡頭，人眼睛與目標物處在同一水平線上且垂直與目標物)。在相機正前方一定的距離放置預先制作好的木盒，將貼有膜的小型風窗玻璃插進去。

3 實驗方案

此實驗方案示意圖如圖2所示。

圖1 實驗室的墻面

3.1 實驗誤差校正

此實驗誤差主要來自目標顯示誤差。目標顯示誤差是由目標物亮度和其周圍臨界的背景亮度的分布均勻性決定的。為了技術上便于計算，在小視角情況下通常假設背景亮度是緊鄰目標物上下邊界的中點的亮度平均值［3］。因此在實驗準備階段需要對目標背景亮度分布均勻性進行校對實驗:選取目標物的中點和四周的角點，測量并記錄其亮度值 (如圖3)。然后繼續調節光源亮度，重復以上操作5次。為了計算亮度測量誤差的大小，采用樣本標準差 S 來衡量［4］:

圖2 實驗方案示意圖

式中 Li——第i次亮度測量值;

實驗數據采集使用的是DC-0651B超高頻RFID讀卡器和無源標簽，具有讀寫距離較遠和數據傳輸快的特點。其頻率范圍為840～960 MHz，通訊協議EPC C1 GEN2/ISO18000-6C，有效識別距離為5 m左右。無源標簽采用的是PCB抗金屬標簽，基材為FR-4，天線材質為蝕刻銅箔，標簽芯片為Alien Higgs3/Impinj Monza 4QT，頻率范圍為902～928 MHz，尺寸為65 mm×25 mm×3.5 mm，體積較小、芯片靈敏。

L－——亮度測量值的平均值。

表1 不同電壓下不同測點的亮度變化

圖3 校準對數視力表

從表1可以看出，標準差值很小，因此變動性很小，平均數的代表性很大。屏幕的亮度分布比較均勻，達到實驗要求。

3.2 透光度與照度透射率

透光度 (transparence)是相對于吸光度來說的，是光透過性的量度。用透過的光量與入射光量之比的百分率表示，又稱透光率、透射率或透過率，通常以T表示［5］。其表達式為:

式中 Φ——透過介質的光通量 (lm);

Φ0——入射到介質表面的光通量 (lm)。

照度表達式為:

式中 E——透過介質的照度值 (lx);

E0——入射到介質表面的照度值 (lx)。

由于貼膜的汽車風擋玻璃的前后面積相同，即公式 (2)可簡化為:

因此，汽車玻璃貼膜的透光度可用照度透射率T表示。

3.3 實驗步驟

實驗第一階段是在不同人工光源條件下測試該車膜的透光度，用照度透射率T作為其評價指標，首先將照度計固定于預先制作好的貼有膜的擋風玻璃木盒中，如圖4所示。在沒有貼膜的情況下分別記錄不同人工光源的照度值E0作為每種光源的初始照度值，然后在每種光源下分別測量不同種類車膜的照度值，最后利用公式T=/E0求出透射率。

圖4 車膜透射率示意圖

圖5 實驗設備位置圖

實驗第二階段與文章“中間視覺條件下空間亮度對視力影響的‘E’方法實驗測定”相同 (包括實驗各裝置的位置、參數，以便進行橫向比較如圖5所示)［4］:“在白熾燈光源下，選取白底黑字的國家標準對數視力表作為背景和目標物，測試車模對視覺可見度影響。由于實驗是在中間視覺條件下進行的，中間視覺亮度水平范圍是0.001～3cd/m2［6］，而一般的道路照明亮度最低值是0.03cd/m2［7］，所以測量范圍采用0.05～4cd/m2，亮度調節以0.05cd/m2為單位遞增。每一次調節背景亮度的同時，都要對目標物進行拍照并測量其中心表面垂直照度 (照度的測量采用求平均值的辦法)，然后讓觀察者對目標物——視力表進行評價 (如同駕駛員進行視力檢查的方法)，并記錄看到的等級范圍——視力表中的第幾行 (由于人眼對物體識別是有差別的，因此選取男女比例相同且擁有正常視力的若干名觀測者，取平均值作為最后的數值)。”重復以上操作，待背景亮度達到4cd/m2為止，換另一張膜。需特殊說明的是:在此期間，相機拍攝模式是手動的，所有拍攝的相片參數都是固定不變的，這樣可以保證拍出來的照片是在同一水平下，彼此之間的相對值是準確的。相機參數如下:

相機型號:Canon 450D，EF-S 18～55mm 鏡頭Aperture Shutter ISO Exposure Mode Focal Length Size Quality 配件F8.0 2.5s 400 Manual 55mm M，normal， －1 Kenko，58mm MC UV 鏡

4 實驗數據與結果分析

實驗首先研究車膜在不同人工光源環境下的透射系數，對測量、計算得出的數據進行整理與分析，其數值呈現在表2和有3中。

由表2可知，在五種人工光源條件下，前窗膜的透射率均高于其在白天太陽光下的透射值，但彼此之間的差別不大。由表3可知，在夜晚五種人工光源照明條件下，每種貼膜玻璃的透射率差別不大，但均低于GB7258—1997中規定值。

實驗第二階段是研究貼膜的風窗玻璃對視覺可見度的影響。以白熾燈為例對測量得出的數據和判斷后的視力等級進行回歸分析，其前窗和側窗貼膜玻璃視力清晰等級分別呈現在圖6，表4和圖7，表5中。

表2 不同光源下的不同膜透射率統計值

表3 不同光源下不同貼膜玻璃的透射率統計值

圖6 不同前窗貼膜玻璃視力等級回歸曲線

表4 前窗貼膜玻璃回歸曲線模型參數值

圖7 不同側窗貼膜玻璃視力等級回歸曲線

表5 側窗貼膜玻璃回歸曲線模型參數值

由表4，表5得知，對于前窗、側窗貼膜玻璃的視力等級與背景亮度的函數回歸曲線 (S)y=eα+β/x和 (Logarithmic)y= α + βln(x)，其方差 R2均分別大于0.95和0.94，F值大，擬合率非常好。由此可以得出，回歸曲線 (S)和 (Logarithmic)可以作為其函數表達式。

由表3，和圖6，圖7得知，對于貼膜的風窗玻璃，透射率大的，視力等級高，清晰度高;從圖6可以看出，在中間視覺條件下，無膜視力等級曲線的曲率大于有膜的視力等級曲線曲率，且在0.1～2cd/m2范圍內尤為突出:當背景亮度為0.1 cd/m2，無膜的視力等級為4.35，有膜的視力等級均低于4.0;當背景亮度為2 cd/m2，無膜的視力等級為5.1，有膜的視力等級均低于5.05;當背景亮度≥2.5 cd/m2，視力等級基本一致。由于以上五種前窗膜在白熾燈下透射率差距不大，因此視力清晰度也基本一致;從圖7可以看出，當背景亮度為0.15 cd/m2，無膜的視力等級為4.65，有膜的視力等級均低于4.0;當背景亮度為0.45 cd/m2，10#膜才有視力等級，為4.2。由于五種側窗膜的白熾燈透射率差別較大，因此其視力清晰等級相差懸殊。

將每一種車膜在白熾燈下的透射率T與無膜狀態下的視力回歸曲線方程中的X值 (背景亮度)的乘積作為自變量帶入方程，得出的視力等級與人眼觀測得到的視力等級基本吻合，其函數表達式為:y'=f(tx)。

5 實驗結論

1)無論是前窗膜還是側窗膜，在夜晚人工光源條件下，其駕駛視區部位的透光度遠低于國家強制性標準 GB7258—1997規定的數值 (該值只適合于太陽光);相對于不同人工光光源，車膜的透光度差別不大。

2)在環境條件不變的情況下，車膜的透光度越高，其視覺可見度就越高。

如今汽車貼膜已是普遍現象，因此對于道路照明來說，在不過多消耗電力能源的情況下，是否可以相應的增加光源的輸出功率，提高其路面平均亮度標準值便有待于探索。

［1］“GB7258—1997機動車運行安全技術條件第一號修改單．”中國道路運輸．2000年，第5期．

［2］廖建華．“更嚴苛的汽車貼膜標準—清晰度”．音響改裝技術．2007年，06期．

［3］Olkan Cuvalci．Bugra Ertas．Roadway Lighting Design Methodology and Evaluation．

［4］關雪峰，胡姍姍，趙海天．“中間視覺條件下亮度對視力清晰度影響的“E”方法測定”．照明工程學報，2010.Vol 21.No．3.P17～24．

［5］“透光度——百度百科”．網頁:http:∥baike．baidu．com/view/1314960.htm。

［6］林燕丹，陳大華，邵紅．“基于視覺功能法的中間視覺光度學模型及其在道路照明中的應用”，照明工程學報2006年9月，第3期．

［7］陳仲林，李毅，楊春宇，胡英奎，劉英嬰．“道路照明中的光生物效應研究”．照明工程學報，2007年9月，第3期．