专利名称：视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试仪及测试方法
技术领域：
本发明属于公路交通工程设施领域，特别涉及一种视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试仪及测试方法。
背景技术：
公路光环境条件对于保障车辆、行人交通安全，提高公路运输运力具有重要的意 义，尤其是在夜间、黄昏、隧道和恶劣气象情况等低或无日照条件下，由照明设施提供的人 工照明条件已成为交通运营安全、畅通的重要保证，并在公路建设中获得了广泛的应用。随着公路照明设施应用和研究的深入，以及光源、灯具种类的多样化，如何合理的 选择照明设施，降低能耗，同时提高公路使用者的视认性能已备受公路建设、设计、运营等 各方面的关注。公路隧道为半封闭式构造物，人工照明对于保障行车安全和驾驶人员的视 觉舒适性具有非常重要的影响光源显色性和色温，路面照明的亮度、均勻度，都对驾驶人员 路况判断、障碍物识别能力具有显著的影响，而识别的难易程度则直接表现为驾驶员反应 时间，即视认反应时间。车辆制动距离是衡量异常情况下交通事故发生概率、严重程度的重 要指标，其制动距离除了与道路状况、车辆性能有关外，驾驶人员对异常情况的视认反应时 间也是一个重要的影响因素。不考虑人体行为反应时间个体差异的情况，在目标物状态一 定的条件下，驾驶人员视野范围内的(人工/自然)照明背景条件的不同，使人眼对目标物 的视觉感知能力存在巨大的差异，进而导致反应时间、制动距离、安全性的差异。在缺乏相应研究设备的条件下，由于足尺实物实验所需场地、被试人员，照明设施 的数量、安装等条件成本及其高昂，以往的研究基本局限于理论研究和计算机模拟，相关验 证试验也具有模型简单、参数单一的不足，无法涵盖种类繁多的照明设施、复杂的使用者需 求，难以开展系统、有效的分析验证工作。以上情况导致相关研究工作进展缓慢，尤其是LED 照明灯具、无极灯等在公路照明领域的广泛应用，由于白光LED灯具产品相比于传统的钠 灯、汞灯等具有发射光谱、色温、显色性等可调的特点，一方面为改善照明质量提供了更多 的选择，另一方面也带来了已有公路照明标准、设计方法的滞后问题，已成为制约相关行业 和产品深化发展的一大瓶颈。
发明内容
本发明实施的目的是针对上述现有研究测试技术的缺陷，提供了一种测试观察者 对视觉作业视认反应时间的视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试仪及测试方法。本发明实施例的另一个目的是提供利用本发明的测试仪测试视认反应时间的方法。为了实现上述目的本发明实施例采取的技术方案是一种视觉环境光照条件可调 的视认反应时间测试仪，包括视觉环境生成模块、观察暗箱、视觉作业生成模块和控制/计 时模块；所述视觉环境生成模块用于将光源通过光学器件组的调整后，在屏幕上形成均勻的、亮度能够调节的被测视觉环境；所述观察暗箱内设有屏幕，所述观察暗箱的箱体上设有观察孔；所述视觉作业生成模块能够在屏幕上投射出形状、大小、亮度、颜色和位置能够调 节的视觉作业图像；所述观察暗箱一侧设有所述视觉环境生成模块，另一侧设有所述视觉作业生成模 块；所述控制/计时模块用于控制视觉作业生成模块向屏幕投射预设的被试视觉作 业，同时触发计时。所述视觉环境生成模块包括光源、光源的光线依次通过的集光器、积分球、光阑和 透镜组I ；所述视觉作业生成模块包括投影装置和透镜组II，所述投影装置投射的影像经 透镜组II后投射在屏幕上；所述控制/计时模块包括微机、与微机相连的计时终止按键，所 述微机用来调整投影装置投射在暗室屏幕上形成视觉作业的形状、大小、颜色、亮度和投影 位置。本发明实施例的另一个技术方案一种视认反应时间测试仪的测试方法，包括以 下步骤(1)视觉环境生成模块从屏幕一侧投射光源，光源通过光学器件组的调整后，在观 察暗箱的屏幕上形成均勻的、亮度能够调节的被测视觉环境；(2)在控制/计时模块的控制下视觉作业生成模块从屏幕的另一侧投射预设的被 试视觉作业到观察暗箱的屏幕上，此时控制/计时模块同时触发计时；(3)观察者位于视觉作业生成模块一侧，观察孔中心位于屏幕中心法线方向上，观 察者的眼睛正对观察孔，在观察者有效视认视觉作业后，观察者即时触发计时终止按键，反 应时间计时截止，最后通过微机计算出相应视觉环境和视觉作业条件下的观察者本次测试 的视认反应时间。所述观察者通过调节定位下颂支架使人眼正对观察孔。本发明测试仪还包括定位下颂托架。本发明实施例的有益效果是本发明解决了公路照明设施产品效果及理论研究缺 乏有效实验分析、验证手段的问题，具有仿真度高、视觉环境光照条件变量多样，视觉作业 信息丰富、系统的优点，利用本实用新型可开展有关照明质量对人体视认、反应功能影响的 测试。本发明也适用于其它条件下有关环境光学指标与人体、设备反应/响应时间的测试。
图1是本发明实施例的视认反应时间测试仪结构框图；图2是本发明实施例的视认反应时间测试仪设备构成图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。实施例1本发明第一实施例提出了一种视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试仪，其 结构如图1所示，包括视觉环境生成模块103、观察暗箱102、视觉作业生成模块101和控制/计时模块105 ；视觉环境生成模块103用于将光源通过光学器件组的调整后，在屏幕上形成均勻 的、亮度能够调节的被测视觉环境；观察暗箱102内设有屏幕，观察暗箱102上设有观察孔；视觉作业生成模块101能够在屏幕上投射出形状、大小、亮度、颜色和位置能够调 节的视觉作业图像；观察暗箱102 —侧设有视觉环境生成模块103，另一侧设有视觉作业生成模块 101 ；控制/计时模块105用于控制视觉作业生成模块向屏幕投射预设的被试视觉作 业，同时触发计时。实施例2本发明第二实施例提出了一种视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试仪，是 在第一实施例的基础上改进而来，即除第一实施例所述的视觉环境生成模块103、观察暗箱102、视觉作业生成模块 101和控制/计时模块105之外，还包括定位下颂托架。定位下颂托架可以帮助使用者将 头部定位在预设位置，以使观察者可以准确的进行观察。其中，所述视觉环境生成模块103包括光源的光线依次通过的集光器、积分球、光 阑、透镜组I ；所述视觉作业生成模块101包括投影装置，所述投影装置投射的影像经透镜 组II后投射在屏幕上；所述控制/计时模块105包括微机、与微机相连的计时终止按键，所 述微机用来调整投影装置投射在暗室屏幕上形成视觉作业的形状、大小、颜色、亮度和投影 位置。实施例3本发明第三实施例提出了一种视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试方法， 其可以通过如前述的第一、第二实施例的设备对视认反应时间进行测试。测试步骤具体 为(1)视觉环境生成模块103从屏幕一侧投射光源，光源通过光学器件组的调整后， 在观察暗箱102的屏幕上形成均勻的、亮度能够调节的被测视觉环境；(2)在控制/计时模块105的控制下视觉作业生成模块101从屏幕的另一侧投射 预设的被试视觉作业到观察暗箱102的屏幕上，此时控制/计时模块105同时触发计时；(3)观察者104位于视觉作业生成模块一侧，观察孔中心位于屏幕中心法线方向 上，观察者104的人眼正对观察孔，在观察者104清晰视认视觉作业后，观察者104即时触 发计时终止按键，反应时间计时截止，最后通过微机计算出相应视觉环境和作业条件下的 观察者本次测试的视认反应时间。实施例4本发明第四实施例提出了一种视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试方法， 是在前述的第三实施例的基础上改进而来，即第三实施例的方法还包括所述观察者通 过调节定位下颂支架使人眼正对观察孔。利用本发明实施例的测试仪有效解决了公路照明设施产品效果及理论研究缺乏 有效实验分析、验证手段的问题，本发明实施例具有仿真度高、视觉环境光照条件变量多样，视觉作业信息丰富、系统的优点。下面通过一个具体的实例对本发明实施例做进一步的说明参见图1，观察暗箱102—侧设有视觉作业生成模块101，另一侧设有视觉环境生 成模块103，观察暗箱102中部设有漫反射的半透明屏幕，观察暗箱102箱体上设有观察孔， 被试观察者104的观察目标为观察暗箱102的屏幕，视觉环境生成模块103从屏幕背面投 射光源到观察暗箱102的屏幕上，在屏幕的另一侧，视觉作业生成模块101从屏幕正面投射 光源到观察暗箱102的屏幕上，观察者104与视觉作业生成模块101位于同一侧，在控制/ 计时模块105的控制下视觉作业生成模块101向屏幕投射预设的被试视觉作业，控制/计 时模块105同时触发计时，观察者104在视觉环境条件下清晰视认视觉作业后即时触发计 时终止按键后中断计时，即通过控制/计时模块105可获得相应视觉环境和作业条件下的 观察者104本次测试的视认反应时间。视觉环境生成模块103用于将光源通过光学器件组的调整后，在屏幕上形成均勻 的、亮度能够调节的被测视觉环境；视觉环境生成模块103的模拟光源以可更换不同的照 明用灯具光源模拟环境光照条件，通过光学器件组的调整后，在观察暗箱102的半透明屏 幕上形成均勻的、亮度可调的被测视觉环境；观察暗箱102内的屏幕是视觉环境和视觉作业信息的主要载体，也是被试观察者 的观察目标，观察暗箱102用以隔离环境光对测试的干扰；视觉作业生成模块101能够投射出的形状、大小、亮度、颜色和位置可调视觉作业 图像，视觉作业图像通过透镜组II后投射在屏幕上，由于投射光束和屏幕法线夹角导致的 作业图像失真，可通过软件对投射角度的计算，在程序编制阶段予以修正；观察者104位于视觉作业生成模块101 —侧，观察孔中心位于屏幕中心法线方向 上，辅以上下、前后可调的定位下颂托架对观察者104的观察位置予以固定。参见图2，符合测试需要的照明光源202由稳压电源201供电工作，经集光器203 将光源202发散的光束汇聚至积分球204的光输入口，由积分球204漫反射均勻的光束通 过光输出口经光阑205 (衰减片组)、透镜组1206后在观察暗箱内的半透明屏幕301上形成 亮度可调的均勻视觉环境；微机501根据测试需要，由操作者手动或自动向投影装置402发 送视觉作业的影像信息，同步触发反应时间计时开始，投影装置402投射的影像经透镜组 II401后投射在暗室屏幕上形成视觉作业，其形状、大小、颜色、亮度和投影位置均可由微机 501控制调节，投影装置402优选为投影仪；观察孔设置在和屏幕平行且与视觉作业生成模 块投影方向同侧的观察暗箱的箱子壁上，观察孔中心位置位于该箱子壁的几何中心处，并 位于屏幕中心法线方向上，观察者104通过调节定位下颂支架601使人眼正对观察孔，在清 晰视认视觉作业后观察者104按下按键502，此时触发反应时间计时截止，按键502与微机 501相连，通过微机502计算出视认反应时间；通过影像式亮度计701测试视觉环境和视觉 作业的色温、显色性、亮度平均值、亮度均勻性等信息，这些信息结合视认反应时间即获得 一定光学条件下的单次反应时间结果。本发明采用视觉环境中背景光照条件可调的模拟方法，通过测试不同模拟光照环 境和目标物情况下的视觉作业视认反应时间，来寻求照明灯具的最佳光学指标要求，以完 善、修订现行公路照明标准和设计方法，保障行车安全和提高公路安全通行能力。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
一种视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试仪，其特征在于包括视觉环境生成模块、观察暗箱、视觉作业生成模块和控制/计时模块；所述视觉环境生成模块用于将光源通过光学器件组的调整后，在屏幕上形成均匀的、亮度能够调节的被测视觉环境；所述观察暗箱内设有屏幕，所述观察暗箱的箱体上设有观察孔；所述视觉作业生成模块能够在屏幕上投射出形状、大小、亮度、颜色和位置能够调节的视觉作业图像；所述观察暗箱一侧设有所述视觉环境生成模块，另一侧设有所述视觉作业生成模块；所述控制/计时模块用于控制视觉作业生成模块向屏幕投射预设的被试视觉作业，同时触发计时。
2.根据权利要求1所述的视认反应时间测试仪，其特征在于所述视觉环境生成模块 包括光源、光源的光线依次通过的集光器、积分球、光阑和透镜组I ；所述视觉作业生成模 块包括投影装置和透镜组II，所述投影装置投射的影像经透镜组II后投射在屏幕上；所述 控制/计时模块包括微机、与微机相连的计时终止按键，所述微机用来调整投影装置投射 在暗室屏幕上形成视觉作业的形状、大小、颜色、亮度和投影位置。
3.根据权利要求1或2所述的视认反应时间测试仪，其特征在于还包括定位下颂托架。
4.一种权利要求1所述的视认反应时间测试仪的测试方法，包括以下步骤(1)视觉环境生成模块从屏幕一侧投射光源，光源通过光学器件组的调整后，在观察暗 箱的屏幕上形成均勻的、亮度能够调节的被测视觉环境；(2)在控制/计时模块的控制下视觉作业生成模块从屏幕的另一侧投射预设的被试视 觉作业到观察暗箱的屏幕上，此时控制/计时模块同时触发计时；(3)观察者位于视觉作业生成模块一侧，观察孔中心位于屏幕中心法线方向上，观察者 的眼睛正对观察孔，在观察者有效视认视觉作业后，观察者即时触发计时终止按键，反应时 间计时截止，最后通过微机计算出相应视觉环境和视觉作业条件下的观察者本次测试的视 认反应时间。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于所述观察者通过调节定位下颂支架 使人眼正对观察孔。
全文摘要
本发明公开了一种视觉环境光照条件可调的视认反应时间测试仪及测试方法，包括视觉环境生成模块、观察暗箱、视觉作业生成模块和控制/计时模块；视觉环境生成模块用于将光源通过光学器件组的调整后，在屏幕上形成均匀的、亮度能够调节的被测视觉环境；观察暗箱内设有屏幕；视觉作业生成模块能够投射出形状、大小、亮度、颜色和位置能够调节的视觉作业图像在屏幕上；视觉环境生成模块和视觉作业生成模块位于观察暗箱的两侧；控制/计时模块用于控制视觉作业生成模块向屏幕投射预设的被试视觉作业，同时触发计时。本发明仿真度高、视觉环境光照条件变量多样，视觉作业信息丰富、系统。利用本发明可开展有关照明质量对人体视认、反应功能影响的测试。
文档编号G01M11/02GK101813557SQ20101014486
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者朱传征, 朱立伟, 李伟, 杨丰艳, 杨勇 申请人:交通部公路科学研究所;北京中交华安科技有限公司