CN102507151A - 一种基于工效学实验的阅读台灯评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于工效学实验的阅读台灯评价方法，所述阅读台灯评价方法包括对平均照度-相关色温的绩效评价、平均照度-相关色温的舒适度评价、照度均匀度评价、反射眩光评价、直接眩光评价和显色性评价，六个方面各自的评价分数以及它们的加权平均数的输出即构成评价体系；平均照度-相关色温的绩效评价的建立基于视觉绩效实验，平均照度-相关色温的舒适度评价的建立基于克里斯多夫照度-色温舒适曲线，照度均匀度评价的建立基于国家标准，反射眩光评价的建立基于光幕反射眩光感受评价实验，直接眩光评价的建立基于国家标准，显色性评价的建立基于美国国家标准局起草的颜色质量等级中的Qf指标。本发明建立了物理参数和视觉质量之间的联系，仅需测量阅读台灯的物理参数即可输出质量评价结果，简化了评价程序，更具有客观性和准确性。
Description
技术领域
本发明属于照明技术领域，目的在于提供一种基于工效学实验的阅读台灯评价方法，以实现对阅读台灯的功能性、视觉舒适性等各方面性能的综合评价。
背景技术
阅读台灯，也称读写台灯，在灯具市场上，其光源类型、光学设计乃至外观上都种类繁多。随着人们对用眼卫生的关注，市场上还出现了许多所谓“护眼灯”，皆标榜保护视力，减缓视觉疲劳。但是据调查，我国目前对于阅读台灯的标准在光度学方面仅有关于照度、照度均匀度的规定，尚无真正涉及视觉舒适度的“护眼灯”的检测标准，导致许多消费者在购买时具有盲目性。
本发明将视觉工效学引入阅读台灯的照明质量研究，通过严谨的实验设计和大量的实验数据，综合考察各个关键照明参数对于人们的主观感受和视觉绩效两方面的影响。通过模型建立了物理参数和视觉质量之间的联系，仅需测量阅读台灯物理参数即可输出质量评价结果，不仅简化了评价程序，还提高了评价的客观性、准确性。
发明内容
本发明属于照明技术领域，目的在于提供一种基于工效学实验的阅读台灯评价体系，以实现对阅读台灯的功能性、舒适性等各方面性能的综合评价。
本发明提出的基于工效学实验的阅读台灯评价方法，所述阅读台灯评价方法包括对平均照度-相关色温的绩效评价、平均照度-相关色温的舒适度评价、照度均匀度评价、反射眩光评价、直接眩光评价和显色性评价六个方面的评价，六个方面各自的评价分数以及它们的加权平均数的输出即构成评价体系；其中：平均照度-相关色温的绩效评价的建立基于视觉绩效实验，平均照度-相关色温的舒适度评价的建立基于克里斯多夫照度-色温舒适曲线，照度均匀度评价的建立基于国家标准《GB/T 9473-2008读写作业台灯性能要求》，反射眩光评价的建立基于光幕反射眩光感受评价实验，直接眩光评价的建立基于国家标准《GB/T 9473-2008读写作业台灯性能要求》，显色性评价的建立基于美国国家标准局起草的颜色质量等级（Color Quality Scale）中的Qf指标。
本发明中，所述平均照度-相关色温绩效评价具体步骤为：改变任务面平均照度和光源相关色温，测试被试在不同照明场景下视觉作业绩效。视觉任务为色棋排序，将色棋排序错误分数转换为百分制的平均照度-相关色温的绩效得分 
。将错误分数为0时设定为评价分数100分，错误分数100分及以上设为评价分数0分（不能达到正常的颜色区分度）；根据韦伯-费希纳定理，在绝对阈限之上，主观的感觉强度与刺激强度的改变，两者间呈对数的关系；亦即，刺激强度如果按几何级数增加，而引起的感觉强度却只按算术级数增加；首先将平均照度值取对数，然后将各实验条件下的照度-色温评价分与照度对数值进行线性拟合，拟合得到各色温下照度-色温的绩效评价得分
公式：
本发明中，所述平均照度-相关色温舒适度评价是
基于Kruithof曲线建立平均照度-相关色温的偏好度评价得分
，公式为：
。
本发明中，所述照度均匀度评价方法为，以灯具出光口几何中心的垂直投影点为圆心，位于眼睛的正前方，在灯具的投射范围内，离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形内，以30度 为间隔，在半径线上进行照度测量，测试间隔为100mm，对于离圆心的半径距离为300mm的三分之一扇形以内的区域，以及离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形被前面的扇形截下的区域，国家标准规定每个区域内的照度均匀度（最大值/最小值）不得大于3。将最大值/最小值为3时设为得分60，理想情况为完全均匀，即最大值/最小值为1，此时设为得分100。
两个区域内的照度均匀度评价分分别为：
其中，
为300mm以内扇形区域内各照度测量点中的照度最小值；
照度均匀度评价得分是两个区域的评价得分的平均值，即：
本发明中，所述反射眩光评价是采用不同光学设计的台灯，对台灯照射下视觉目标与背景的亮度对比度进行测量，并通过视觉工效学实验对各台灯的主观眩光感受进行测试，从而建立光幕反射的主观感受与照明参数的关系。
本发明中，所述直接眩光评价根据国家标准《GB/T 9473-2008 读写作业台灯性能要求》对直接眩光方面的规定，眼睛距读写桌面的高度400mm，离光源中心的水平距离600mm处，朝灯看去，应看不到反射器内壁及光源。据此建立直接眩光评估模型，公式为：
本发明的有益效果在于：建立了基于视觉工效学实验的阅读台灯综合评估模型，可输出六维评价以及一项综合评价得分，形成更加全面、完善的阅读台灯照明质量的综合评价。而且，与通过专家打分确定视觉质量的方式相比，本综合评估模型建立了物理参数和视觉质量之间的联系，仅需测量阅读台灯的物理参数即可输出质量评价结果，简化了评价程序，更具有客观性和准确性。
附图说明
图1为阅读台灯评估模型建立的总体思路。
图2为Kruithof照度-色温曲线。
图3为照度实验的布点方式。
图4为阅读台灯评估模型输出的评价分数雷达图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
建立评价方法的总体思路见图1。首先，通过视觉工效学实验，确定阅读台灯照明参数对视觉质量的影响。其次，基于实验数据建立各项评价对物理参量的线性拟合方程，从而建立阅读台灯参数化评价体系。在建立过程中，除基于舒适度/绩效与上述照明参数关系的实验数据外，还引入了现有国家标准中关于照度均匀度和遮光性的两项要求，并借鉴了应用于室内照明的Kruithof照度-色温模型。
1、平均照度-相关色温绩效评价
改变任务面平均照度和光源相关色温，测试被试在不同照明场景下视觉作业绩效。视觉任务为色棋排序，采用的仪器为法恩斯沃斯-孟赛尔100色色棋（Farnsworth-Munsell 100-Hue Test）。根据FM 100-hue test的测试标准，色棋排序错误分数在20以内时达到高等颜色区分度（superior discrimination），错误分数在20至100时达到中等颜色区分度（average discrimination）。以此作为依据，将色棋排序错误分数转换为百分制的平均照度-相关色温的绩效得分
。将错误分数为0时设定为评价分数100分，错误分数100分及以上设为评价分数0分（不能达到正常的颜色区分度）。根据韦伯-费希纳定理，在绝对阈限之上，主观的感觉强度与刺激强度的改变，两者间呈对数的关系；亦即，刺激强度如果按几何级数增加，而引起的感觉强度却只按算术级数增加。因此，首先将平均照度值取对数，然后将各实验条件下的照度-色温评价分与照度对数值进行线性拟合，拟合得到各色温下照度-色温的绩效评价得分
公式：
T=6000K
对于一个平均照度为E，相关色温为T的阅读台灯来说，如果T在3000K与6000K之间，则由3000K下与6000K下拟合曲线插值得到，如果T在6000K与8000K之间，则
由6000K下与8000K下拟合曲线插值得到如下公式：
2、平均照度-相关色温舒适度评价
为了确定光源的颜色和照明水平之间的关系，荷兰的克里斯多夫（Kruithof）于1941年首先进行了实验研究，证明了人们在高照度时喜欢高色温的光源，而在低照度时则偏爱低色温的光源。图 2所示是他的实验结果，在图中他指出了光源色温与照度关系的适合范围。其实验结果与人们的一般经验相符合，且应用于各国的照明规范、标准和建议中。基于Kruithof曲线建立平均照度-相关色温的偏好度评价得分
，公式为：
3、照度均匀度评价
照度均匀度的测量方法为，以灯具出光口几何中心的垂直投影点为圆心，位于眼睛的正前方，在灯具的投射范围内，离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形内，以30度 为间隔，在半径线上进行照度测量，测试间隔为100mm，包括圆心，如图3所示。
对于离圆心的半径距离为300mm的三分之一扇形以内的区域，以及离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形被前面的扇形截下的区域，国家标准规定每个区域内的照度均匀度（最大值/最小值）不得大于3。将最大值/最小值为3时设为得分60，理想情况为完全均匀，即最大值/最小值为1，此时设为得分100。
两个区域内的照度均匀度评价分分别为：
其中，
照度均匀度评价得分是两个区域的评价得分的平均值，即：
4、反射眩光评价
采用不同光学设计的台灯，对台灯照射下视觉目标与背景的亮度对比度进行测量，并通过视觉工效学实验对各台灯的主观眩光感受进行测试，从而建立光幕反射的主观感受与照明参数的关系。
实验中，每个被试分别对4个实验场景（2种光学技术×2种相关色温）进行评价。评分共分为5个等级，1表示完全不受干扰（not disturbing）；3表示刚好受到干扰（just disturbing）；5表示受到强烈干扰（strongly disturbing）。根据反射眩光实验1-5分制的眩光主观感受分数，转化为100分制的反射眩光评价分数：1-not disturbing对应为100分，5-strongly disturbing对应为0分。对反射眩光评价得分随亮度对比度变化进行线性拟合即可得到反射评价。
5、直接眩光评价
根据国家标准《GB/T 9473-2008 读写作业台灯性能要求》对直接眩光方面的规定，眼睛距读写桌面的高度400mm，离光源中心的水平距离600mm处，朝灯看去，应看不到反射器内壁及光源。据此建立直接眩光评估模型，公式为：
6、显色性评价
实验选取了5种光源，其中2种卤素灯、2种LED和1种紧凑型荧光灯（CFL），均为市场上的高端产品，其中卤素灯作为相同相关色温下的参考光源。首先采集了各光源的相对光谱功率分布，基于光谱计算了CRI、CQS和GAI指数按照相关色温。然后将5种光源分为6500K组与5000K组两组进行，分开进行色差评定实验实验采用的MCC色卡是CIE规定的用以比较待测光源与参考光源色差的标准方法。实验时，在两个隔间桌面上分别放置MCC色卡，隔间一边放置待测光源（CFL或LED），另一边放置相同色温的卤素灯作为参考光源，令被试观察两套色卡中的24对颜色样品，并对每一对的色差进行25分制打分。
为了确定显色性的评价指标，将视觉实验结果与现存的各项显色方面指标进行相关分析，包括CRI（Ra），CQS（Qa,Qd,Qp）和GAI。将24个样品的主观色差分数取算数平均，皮尔逊相关系数r（Pearson r）和P值。分析表明，主观色差与显色指数Ra以及CQS系统中的Qa和Qf的相关性在0.05水平上均有统计显著性。两者相比，CQS修正了CRI中存在的许多问题，因此本模型中采用CQS中的Q f 来评价颜色还原性：
模型的最终输出包括上述六个各自的评价分数以及它们的加权平均值。
示例：
下表所示为测量得到的某一阅读台灯的参数，以此作为输入量输入到综合评价体系中。图4所示为模型输出的六个评价分数的雷达图。
Claims (6)
1.一种基于工效学实验的阅读台灯评价方法，其特征在于：所述阅读台灯评价方法包括对平均照度-相关色温的绩效评价、平均照度-相关色温的舒适度评价、照度均匀度评价、反射眩光评价、直接眩光评价和显色性评价六个方面的评价，六个方面各自的评价分数以及它们的加权平均数的输出即构成评价体系；其中：平均照度-相关色温的绩效评价的建立基于视觉绩效实验，平均照度-相关色温的舒适度评价的建立基于克里斯多夫照度-色温舒适曲线，照度均匀度评价的建立基于国家标准《GB/T 9473-2008读写作业台灯性能要求》，反射眩光评价的建立基于光幕反射眩光感受评价实验，直接眩光评价的建立基于国家标准《GB/T 9473-2008读写作业台灯性能要求》，显色性评价的建立基于美国国家标准局起草的颜色质量等级中的Qf指标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述平均照度-相关色温绩效评价具体步骤为：改变任务面平均照度和光源相关色温，测试被试在不同照明场景下视觉作业绩效；视觉任务为色棋排序，将色棋排序错误分数转换为百分制的平均照度-相关色温的绩效得分 ；将错误分数为0时设定为评价分数100分，错误分数100分及以上设为评价分数0分；根据韦伯-费希纳定理，在绝对阈限之上，主观的感觉强度与刺激强度的改变，两者间呈对数的关系；亦即，刺激强度如果按几何级数增加，而引起的感觉强度却只按算术级数增加；首先将平均照度值取对数，然后将各实验条件下的照度-色温评价分与照度对数值进行线性拟合，拟合得到各色温下照度-色温的绩效评价得分
公式：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述平均照度-相关色温舒适度评价是基于Kruithof曲线建立平均照度-相关色温的偏好度评价得分
，公式为：
。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述照度均匀度评价方法为，以灯具出光口几何中心的垂直投影点为圆心，位于眼睛的正前方，在灯具的投射范围内，离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形内，以30度 为间隔，在半径线上进行照度测量，测试间隔为100mm，对于离圆心的半径距离为300mm的三分之一扇形以内的区域，以及离圆心的半径距离为500mm的三分之一扇形被前面的扇形截下的区域，国家标准规定每个区域内的照度均匀度即最大值/最小值的比值不得大于3；将最大值/最小值为3时设为得分60，理想情况为完全均匀，即最大值/最小值为1，此时设为得分100；
两个区域内的照度均匀度评价分分别为：
其中，
为300mm以内扇形区域内各照度测量点中的照度最大值；
为500mm扇形被300mm扇形所截得区域内各照度测量点中的照度最大值；
照度均匀度评价得分是两个区域的评价得分的平均值，即：
。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述反射眩光评价是采用不同光学设计的台灯，对台灯照射下视觉目标与背景的亮度对比度进行测量，并通过视觉工效学实验对各台灯的主观眩光感受进行测试，从而建立光幕反射的主观感受与照明参数的关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述直接眩光评价是根据国家标准《GB/T 9473-2008 读写作业台灯性能要求》对直接眩光方面的规定，眼睛距读写桌面的高度400mm，离光源中心的水平距离600mm处，朝灯看去，应看不到反射器内壁及光源；据此建立直接眩光评估模型，公式为：
。
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