Оценка индекса цветопередачи источников излучения при низких уровнях яркости адаптации

Меламед О.П., ООО «ВНИСИ» им. С.И. Вавилова, г. Москва

При реализации проектов осветительных установок архитектурного, аварийного и дорожного освещения возникает задача выбора осветительных приборов и, соответственно, источника света для них, поскольку установка может быть реализована множеством различных способов. Обычно основное внимание при разработке светотехнического проекта уделяется стоимости реализуемого проекта, конструктивному исполнению осветительных приборов, безопасности и энергопотреблению.

Однако при решении задач, связанных с архитектурным, а особенно аварийным и дорожным освещением, возникают особенности, которые ограничивают диапазон применяемых источников. Так, при создании определённого светового облика здания (особенно памятников архитектуры) очень важно правильно передать цветовой образ, созданный архитектором. Требования к источникам, применяемым для аварийного и дорожного освещения, ещё жёстче, так как здесь на передний план выходят уже требования косвенной безопасности, не безопасности с точки зрения эксплуатации осветительного прибора, а таких условий для наблюдателя (водителя, пешехода, рабочего и т.п.), при которых его деятельность осуществлялась бы беспрепятственно.

Одной из важнейших характеристик источника, с точки зрения восприятия наблюдателем, является индекс цветопередачи (ИЦП), который характеризует сходство или различие цветовых стимулов при восприятии наблюдателем, когда объект освещается исследуемым и стандартным источником света.

Стандартная методика расчёта ИЦП сводится к оценке цветовых сдвигов для набора стандартных цветных образцов [1]. Значения ИЦП, рассчитанные для конкретных источников света позволяет разделить их на классы и в соответствии с этим разрабатывать рекомендации по использованию того или иного источника в зависимости от поставленной задачи.

За основу при расчёте ИЦП по стандартной методике взята кривая чувствительности органа зрения, соответствующая дневной адаптации. Однако целый ряд применений, таких как аварийное, дорожное и архитектурное освещение, предусматривает задачи цветоразличения при яркостях, значительно меньших, чем яркость, необходимая для дневной адаптации. Так, например, нормируемая яркость фасадов составляет от 0,6 кд/м2, дорожных покрытий - от 0,5 кд/м2 в зависимости от класса объекта [2].

При уменьшении яркости адаптации кривая чувствительности глаза существенно изменяется и при яркостях, соответствующих темновой адаптации, имеет вид кривой для скотопического зрения с максимумом при длине волны 0,507 мкм [3]. В условиях полной темновой адаптации световосприятие осуществляется за счёт палочкового светочувствительного аппарата и цветоразличение отсутствует, однако, для промежуточных (между темновой и световой адаптацией, так называемое "сумеречное зрение") значений яркости цветоразличение существует, но характеристики органа зрения претерпевают некоторые изменения.

Для описания чувствительности глаза в условиях сумеречного (мезопического) зрения существует целый ряд моделей, которые могут быть разделены в соответствии с методами, использованными при их разработке на две группы:

1. методы, основанные на исследовании полей сравнения;
2. методы, основанные на проведении эксперимента в рабочих условиях [4].

Методы первой группы подразумевают интерпретацию результатов измерения, полученных при сравнении полей, освещённых исследуемым и образцовым источником, с яркостью, соответствующей мезопическому зрению.

Методы второй группы ориентированы на исследования в реалистичных условиях, поэтому предусматривают оценку таких параметров зрения как время реакции, пороговый контраст, разрешающую способность (острота зрения) и т.п.

В настоящее время методы второй группы получили большее распространение, поскольку они проще в реализации, позволяют учесть реальные условия зрительной задачи в условиях низких яркостей адаптации.

Наибольшее распространение среди моделей мезопической чувствительности органа зрения получила модель MOVE (Mesopic optimisation of visual efficiency), позволяющая описывать чувствительность глаза для яркостей адаптации 0,01 - 10 кд/м2.

В рамках этой модели спектральная чувствительность глаза для мезопического зрения представляется в виде суммы чувствительности в условиях темновой адаптации V' и относительной спектральной световой эффективности излучения V.


где K – нормировочный коэффициент, х – параметр, принимающий значения от 0 до 1.

Коэффициент нормировки определяется выражением:
K=1/M(x),
где


Параметр распределения х зависит от яркости исследуемого объекта:

где Lp – яркость в условиях световой адаптации, Ls – яркость в условиях темновой адаптации.

Очевидно, что изменение характеристик органа зрения при уменьшении яркости адаптации (изменение чувствительности глаза и сдвиг максимума чувствительности в коротковолновую область) не может не сказаться на цветовосприятии и, следовательно, изменении ИЦП.

Поскольку цветовосприятие является интегральной величиной по отношению к чувствительности органа зрения и спектральной плотности излучения источника света и в соответствии с теоремой оптической взаимности (обратимости) [5] изменение чувствительности глаза может быть представлено как воздействие на светлоадаптированный глаз излучения, имеющего эффективную плотность потока, соответствующую изменению чувствительности глаза:


где функция перехода к эффективной спектральной плотности излучения k определяется выражением:


Использование эффективной спектральной плотности излучения позволяет учитывать изменение характеристик органа зрения при малых яркостях адаптации и на основании проведённых расчётов давать рекомендации по типам источников, которые следует применять при проектировании осветительных установок для целей архитектурного, аварийного и дорожного освещения.

На сегодняшний день самыми распространёнными источниками света для аварийного освещения являются люминесцентные лампы с различной цветовой температурой, лампы накаливания и светодиодные источники света, для архитектурного освещения - различные разрядные лампы (МГЛ, ДРИ и т.п.), для освещения дорог применяются в основном лампы типа ДНаТ (в основном из-за низкой стоимости и высокой световой отдачи, поскольку ИЦП у этих источников очень низкий, около 30).