Fotometria mezopowa — jak oko widzi w nocy

Czy luks to właściwa miara w ciemności?

Lumeny i luksy korzystają z funkcji czułości fotopowej V(λ). Zapewniają znormalizowane, porównywalne wartości fotometryczne również w przypadku oświetlenia nocnego. EN 13201 wykorzystuje luminancję dla klas M oraz natężenie oświetlenia dla klas C i P. Przy niskich poziomach adaptacji niektóre zadania wzrokowe mogą wymagać dodatkowej oceny widma.

Nie jest to znaczący sprzeciw wobec używania luksów jako miary — luks jest praktyczny, dobrze ugruntowany i porównywalny. Istnieje jednak specyficzna sytuacja, w której różnica ma znaczenie: gdy występują dwa źródła światła ten sam zmierzony luks , ale porównuje się różne kompozycje widmowe pod kątem wydajności wizualnej w ciemności. Tam porównanie może systematycznie wprowadzać w błąd.

W skrócie

Równe natężenie oświetlenia fotopowego nie opisuje każdego aspektu widzenia w nocy. Oceń luminancję, adaptację i widmo dla zadania wzrokowego.

Trzy zakresy widzenia

Poziom adaptacji oka zależy od rozkładu luminancji w polu widzenia, a nie tylko od średniej luminancji drogi. Tabela przedstawia zakresy zastosowań systemu CIE do zadań wizualnych poza osią. CIE e-ILV

Trzy zakresy widzenia
Zakres widzenia	Zakres luminancji	Dominujące receptory	Czułość szczytowa
Fotopowy	> 5 cd/m²	Czopki	555 nm (zielony)
Mezopowy	0,005–5 cd/m²	Zarówno czopki, jak i pręciki	507–555 nm (zależny od poziomu)
Skotopowy	Poniżej ~0.005 cd/m²	Pręciki	507 nm (niebiesko-zielony)

Wymagania dotyczące utrzymanej średniej luminancji w klasach M mieszczą się w zakresie od 0.3 do 2.0 cd/m². Wartości te leżą w zakresie mezopowym, ale same nie określają adaptacji wzroku: wpływ mogą mieć również światło otoczenia i reflektory pojazdów. Nie unieważnia to fotopowych wymagań klas oświetlenia.

Przesunięcie Purkiniego

Kiedy luminancja otoczenia spada do zakresu mezopowego i skotopowego, wrażliwość oka przesuwa się w stronę krótszych fal – w stronę koloru niebieskiego. Nazywa się to przesunięciem Purkiniego i zostało opisane przez Jana Evangelistę Purkyně w 19th wieku. Fizjologicznie dzieje się tak, ponieważ pręciki, których czułość osiąga szczyt przy około 507 nm, przejmują czopki, których szczyt przypada na 555 nm.

Efekt można zaobserwować w życiu codziennym: czerwony obiekt, który wydaje się jasny w świetle dziennym, staje się prawie ciemny o zmierzchu, podczas gdy obiekt niebieski pozostaje stosunkowo bardziej widoczny. To samo dotyczy oznakowania dróg, pojazdów, pieszych i przeszkód na oświetlonej nocą ulicy.

Współczynnik S/P — co mierzy

Stosunek S/P (stosunek skotopowy/fotopowy) jest liczbową miarą tej różnicy widmowej. Definiuje się go jako stosunek lumenów skotopowych źródła do ich lumenów fotopowych — oba mierzone z tego samego źródła, ale ważone różnymi krzywymi czułości (odpowiednio V′(λ) i V(λ)).

Oblicz stosunek S/P na podstawie widmowego rozkładu mocy źródła. Źródła o tym samym CCT mogą mieć różne współczynniki S/P; filtrowane białe diody LED i wąskopasmowe bursztynowe nie mają tego samego widma. Sam CCT nie może ustalić ogólnej wartości S/P. CIE TN 005:2016

CIE 191:2010 — system mezopowy

CIE 191:2010 opisuje znormalizowaną, zależną od adaptacji kombinację fotopowej i skotopowej czułości widmowej. Obliczenia wymagają S/P i luminancji adaptacyjnej; nie jest to ogólna konwersja z luksów na bezpieczeństwo drogowe. CIE 191:2010

Przy tej samej luminancji adaptacji fotopowej, różne stosunki S/P mogą dawać różną luminancję mezopową. Zinterpretuj wynik dla zadań wzrokowych i warunków adaptacji objętych modelem.

CIE 257:2026 rozwija praktyczne zastosowanie, w tym pole adaptacyjne i zadania wizualne, do których system jest odpowiedni. Kontynuuj oddzielne zgłaszanie wymagań fotopicznych EN 13201; ocena mezopowa nie pozwala automatycznie na niższą określoną klasę. CIE 257:2026

Widzenie peryferyjne i wykrywanie ruchu

Pręciki są silnie skoncentrowane na obrzeżach siatkówki. Widzenie centralne (dołkowe) składa się prawie wyłącznie z czopków; widzenie peryferyjne w ciemności jest napędzane prawie wyłącznie przez pręciki. To dlatego przy bardzo słabym oświetleniu słabe obiekty są czasami bardziej widoczne, gdy patrzy się na nich nieco poza centrum — zjawisko to astronomowie nazywają oglądaniem poza osią.

W ruchu ulicznym widzenie peryferyjne ma kluczowe znaczenie dla wykrywania ruchu na krawędzi pola widzenia: pieszego schodzącego z krawężnika, rowerzysty przechodzącego z lewej strony. Badania laboratoryjne i symulacyjne sugerują, że źródła o wyższych stosunkach S/P mogą zapewniać szybszą detekcję peryferyjną przy tej samej luminancji fotopowej w warunkach mezopowych. Trudno jest określić ilościowo wielkość tego efektu w rzeczywistym ruchu; dane terenowe są ograniczone, a wyniki badań laboratoryjnych nie przekładają się automatycznie na wskaźniki bezpieczeństwa ruchu drogowego.

Szczery konflikt: bezpieczeństwo ruchu drogowego kontra ekologia

Nierozwiązany kompromis

Widmo wspomagające jedno peryferyjne zadanie wzrokowe nie jest automatycznie najlepsze dla każdej sytuacji na drodze lub środowiska lokalnego. Oceń jednocześnie wymagania wizualne i wpływ na środowisko.

Widmo jest jednym z kilku czynników wpływających na przyrodę i nocne niebo. Poziom światła, kierunek, czas trwania i lokalizacja również mają znaczenie, a gatunki reagują inaczej. DarkSky i IES zalecają użyteczne, ukierunkowane światło na najniższym niezbędnym poziomie, kontrolowane w czasie i z ograniczoną zawartością krótkich fal. DarkSky / IES

Wskaźniki melanopowe CIE S 026 opisują stymulację ludzkich fotoreceptorów. Nie są to ogólne wskaźniki reakcji zwierząt ani bezpośrednie przewidywania skutków zdrowotnych. Widmo, światło w oku i czas ekspozycji należy odróżnić od wymagań dotyczących oświetlenia fotopowego drogi. CIE S 026/E:2018

Obecnie nie ma opartej na konsensusie odpowiedzi na pytanie, gdzie leży optymalne netto, gdy weźmie się pod uwagę bezpieczeństwo ruchu drogowego, ekologię i efektywność energetyczną. W praktyce decyzja zapada lokalnie: czy instalacja znajduje się w centrum miasta, czy na obszarze wrażliwym ekologicznie? Jakie wymagania klasy M mają zastosowanie? Czy w pobliżu występują zagrożenia ekologiczne? Odpowiedzi te decydują o wyborze CCT bardziej niż jakiekolwiek uniwersalne optymalne techniczne.

Starzejące się oko

Transmisja widmowa oka zmienia się wraz z wiekiem. CIE opisuje, jak starzenie się soczewki zmniejsza transmisję, szczególnie przy krótszych falach. Dlatego też współczynnik S/P źródła sam w sobie nie opisuje warunków wizualnych konkretnego kierowcy. CIE TN 003:2015

Weź pod uwagę wiek i różnice indywidualne, a także kontrast, olśnienie i zadania wzrokowe. Samo starzenie się nie uzasadnia powszechnego wzrostu zawartości niebieskiego światła lub poziomu oświetlenia. CIE 203:2012

Co to oznacza dla specyfikacji

Rozpocznij specyfikację od wymaganej klasy oświetlenia. Dodaj dane spektralne i ocenę mezopową, jeśli uzasadnia to zadanie wizualne.

Porównania luksów nie są widmowo neutralne. Dwie oprawy o identycznym luksie, ale różnym współczynniku CCT, mogą zapewnić różną peryferyjną wydajność wizualną w warunkach mezopowych. Porównanie „przy tym samym luksie” bez uwzględnienia różnicy S/P porównuje lumeny fotopowe, a nie rzeczywistą wydajność wizualną.
Zamiennik HPS-LED musi spełniać określone wymagania fotopiczne. Sam wyższy współczynnik S/P nie jest podstawą do obniżenia klasy.
Wybór CCT w wrażliwych środowiskach: Na obszarach wrażliwych na przyrodę, na wybrzeżach i w rezerwatach przyrody, ekologiczny argument za niskim CCT lub bursztynem bezpośrednio konkuruje z mezopowym argumentem za wyższym S/P. Jest to ocena polityki i środowiska, a nie czysto techniczne minimum.
CIE 257:2026 rozwija praktyczne zastosowanie, w tym pole adaptacyjne i zadania wizualne, do których system jest odpowiedni. Kontynuuj oddzielne zgłaszanie wymagań fotopicznych EN 13201; ocena mezopowa nie pozwala automatycznie na niższą określoną klasę.

Następny poziom zrozumienia

Teoria mezopowa zakłada, że luks jest mierzony prawidłowo. Jednak model obliczeniowy ma swoje własne założenia, które załamują się, gdy zmieniają się właściwości nawierzchni drogi.

DIALux evo potrafi obliczyć luminancję wykorzystując wybrany model nawierzchni drogi. Obliczenia dotyczące suchej drogi nie opisują automatycznie mokrego wieczoru; sprawdź przypadek obliczeniowy i dane odbicia. DIALux evo

Podstawy oświetlenia

Czym jest lumen?

Jak definiowane są luksy, lumeny i kandela – i dlaczego wszystkie trzy są ważone fotopowo.

→

Często zadawane pytania

Czy w zamówieniu należy określić współczynnik S/P?

Poproś o S/P, jeśli projekt wymaga oceny mezopowej. Poproś o dane spektralne dla wybranej konfiguracji i określ zadanie wzrokowe oraz warunki adaptacji. S/P nie zastępuje wymagań klasy fotopowej EN 13201.

Która temperatura barwowa jest najbezpieczniejsza dla środowiska drogowego?

Sam CCT nie jest w stanie ustalić, która instalacja jest najbezpieczniejsza. Sprawdź wymagania klasowe, jednorodność, olśnienie, kontrast i odpowiednie dane widmowe. W wrażliwych siedliskach należy również ocenić poziom światła, kierunek, godziny pracy i lokalne gatunki.

Czy fotometria mezopowa dotyczy także ścieżek pieszych i rowerowych?

Tak. CIE 257:2026 obejmuje kierowców i pieszych. Trafność zależy od zadania wzrokowego i adaptacji, a nie od ogólnego rankingu chodzenia i prowadzenia pojazdu. Wymagania klasy P muszą być nadal spełnione.

VALDUR i temperatura barwowa

VALDUR ma standardowe opcje bieli w 3 000 i 4 000 K. Referencyjna konfiguracja Amber wykorzystuje źródło 2 200 K LED i daje w przybliżeniu 1 900 K po optyce. LED-źródło CCT i temperatura barwowa oprawy wychodzącej to różne wartości; podać wartość końcową oraz inną opcję CCT dla zamawianej konfiguracji.

Podsumowanie

Wymagania fotograficzne pozostają podstawą weryfikacji klasy. Fotometria mezopowa może uzupełniać ocenę niektórych zadań wzrokowych przy niskich poziomach adaptacji.

Zapytaj o widmo i S/P dla aktualnej konfiguracji. Ani CCT, ani średnia luminancja drogi nie opisują samodzielnie warunków widzenia mezopowego.

Oceń zadanie wizualne wraz z wymaganiami środowiskowymi obiektu. Weź pod uwagę widmo, poziom światła, kierunek i godziny pracy.