關(guān)雪峰 鄺志斌 趙海天

(深圳大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，深圳 518000)

1 引言

現(xiàn)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(rèn)識不足，不少車主盲目的將美觀、私密等因素作為首選標(biāo)準(zhǔn)，完全忽略了車膜關(guān)乎行車安全最重要的性能指標(biāo)——透光度。因此，國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB7258—1997的第一號修改單 (2000年7月1曰起實施)中規(guī)定［1］:“機動車駕駛室必須保證駕駛員的前方視野和側(cè)方視野，前風(fēng)窗玻璃駕駛員視區(qū)部位的透射比必須大于或等于70%，駕駛員座位兩側(cè)的窗玻璃的透射比必須大于或等于50%?！?/p>

目前商家給出車膜的各種參數(shù)指標(biāo) (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(shù)值是否還具有指導(dǎo)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(huán)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(zhǔn)備

2.1 實驗?zāi)康?/h3>

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(guān)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(xué)實驗室;

佳能450D單反相機:1200萬像素，國家標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)視力表;

接觸式單向調(diào)壓器:動態(tài)范圍0～250V，高精度全自動交流穩(wěn)壓器;

XYI-Ⅲ照度計:動態(tài)范圍0.1～100klx，儀器精度±4%;

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

福耀玻璃——微型捷達前擋風(fēng)玻璃;

車膜01#～14#，共14種，詳細參數(shù)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(shù)見附表二。

2.3 實驗準(zhǔn)備

為防止外界光對實驗結(jié)果產(chǎn)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(biāo)物——視力表分別置于實驗室的兩端，相距5米，目標(biāo)物中心高度1.5米;采用雙向布燈 (使目標(biāo)物表面受光更加均勻)，燈具安裝高度2.5米，光源與目標(biāo)物水平距離為4米;亮度計對準(zhǔn)目標(biāo)并與光源同側(cè) (避免光線對亮度計造成影響);相機與光源同側(cè)，距離目標(biāo)物5米，高度1.5米 (使鏡頭，人眼睛與目標(biāo)物處在同一水平線上且垂直與目標(biāo)物)。在相機正前方一定的距離放置預(yù)先制作好的木盒，將貼有膜的小型風(fēng)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(biāo)顯示誤差。目標(biāo)顯示誤差是由目標(biāo)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(shù)上便于計算，在小視角情況下通常假設(shè)背景亮度是緊鄰目標(biāo)物上下邊界的中點的亮度平均值［3］。因此在實驗準(zhǔn)備階段需要對目標(biāo)背景亮度分布均勻性進行校對實驗:選取目標(biāo)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(xù)調(diào)節(jié)光源亮度，重復(fù)以上操作5次。為了計算亮度測量誤差的大小，采用樣本標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)采集使用的是DC-0651B超高頻RFID讀卡器和無源標(biāo)簽，具有讀寫距離較遠和數(shù)據(jù)傳輸快的特點。其頻率范圍為840～960 MHz，通訊協(xié)議EPC C1 GEN2/ISO18000-6C，有效識別距離為5 m左右。無源標(biāo)簽采用的是PCB抗金屬標(biāo)簽，基材為FR-4，天線材質(zhì)為蝕刻銅箔，標(biāo)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(zhǔn)對數(shù)視力表

從表1可以看出，標(biāo)準(zhǔn)差值很小，因此變動性很小，平均數(shù)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(zhì)的光通量 (lm);

Φ0——入射到介質(zhì)表面的光通量 (lm)。

照度表達式為:

式中 E——透過介質(zhì)的照度值 (lx);

E0——入射到介質(zhì)表面的照度值 (lx)。

由于貼膜的汽車風(fēng)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(biāo)，首先將照度計固定于預(yù)先制作好的貼有膜的擋風(fēng)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(shè)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(shù)，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(biāo)準(zhǔn)對數(shù)視力表作為背景和目標(biāo)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(diào)節(jié)以0.05cd/m2為單位遞增。每一次調(diào)節(jié)背景亮度的同時，都要對目標(biāo)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(biāo)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(shù)值)?！敝貜?fù)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(shù)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(zhǔn)確的。相機參數(shù)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(shù)據(jù)與結(jié)果分析

實驗首先研究車膜在不同人工光源環(huán)境下的透射系數(shù)，對測量、計算得出的數(shù)據(jù)進行整理與分析，其數(shù)值呈現(xiàn)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(guī)定值。

實驗第二階段是研究貼膜的風(fēng)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(shù)據(jù)和判斷后的視力等級進行回歸分析，其前窗和側(cè)窗貼膜玻璃視力清晰等級分別呈現(xiàn)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(tǒng)計值

表3 不同光源下不同貼膜玻璃的透射率統(tǒng)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(shù)值

圖7 不同側(cè)窗貼膜玻璃視力等級回歸曲線

表5 側(cè)窗貼膜玻璃回歸曲線模型參數(shù)值

由表4，表5得知，對于前窗、側(cè)窗貼膜玻璃的視力等級與背景亮度的函數(shù)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(xiàn)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(shù)表達式。

由表3，和圖6，圖7得知，對于貼膜的風(fēng)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(nèi)尤為突出:當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(cè)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(tài)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(shù)表達式為:y'=f(tx)。

5 實驗結(jié)論

1)無論是前窗膜還是側(cè)窗膜，在夜晚人工光源條件下，其駕駛視區(qū)部位的透光度遠低于國家強制性標(biāo)準(zhǔn) GB7258—1997規(guī)定的數(shù)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(huán)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(xiàn)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(yīng)的增加光源的輸出功率，提高其路面平均亮度標(biāo)準(zhǔn)值便有待于探索。

［1］“GB7258—1997機動車運行安全技術(shù)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(yán)苛的汽車貼膜標(biāo)準(zhǔn)—清晰度”．音響改裝技術(shù)．2007年，06期．

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

［4］關(guān)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(xué)報，2010.Vol 21.No．3.P17～24．

［5］“透光度——百度百科”．網(wǎng)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(xué)模型及其在道路照明中的應(yīng)用”，照明工程學(xué)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(yīng)研究”．照明工程學(xué)報，2007年9月，第3期．