1、前言

目前很多汽車照明系統(tǒng)中均應(yīng)用了LED光源，以實(shí)現(xiàn)多功能動態(tài)效果。對于動態(tài)信號燈，通過控制LED光源打開或關(guān)閉順序來實(shí)現(xiàn)燈具的動態(tài)效果，常用的調(diào)光控制方法為PWM（脈沖寬度調(diào)制）。但是，光源調(diào)制過程中可能會對人眼視覺產(chǎn)生幻影效應(yīng)。本文研究了導(dǎo)致幻影效應(yīng)的兩種不同原因：一種是眼球運(yùn)動，另一種是光源運(yùn)動。

2、實(shí)驗(yàn)方法

A.實(shí)驗(yàn)儀器

我們開發(fā)了一個可旋轉(zhuǎn)圓盤，LED光源安裝在圓盤的邊緣，可隨圓盤同步轉(zhuǎn)動。LED光源的PWM頻率通過手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行控制。LED光源及其控制器由電池進(jìn)行驅(qū)動。如圖1所示，當(dāng)觀察者的眼睛位于距圓盤中心50cm處時，觀察者眼睛的視角為40度。該系統(tǒng)通過電機(jī)對圓盤轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，該實(shí)驗(yàn)所用裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法如圖2所示。

圖1 觀察者眼睛位置與圓盤設(shè)置方法示意圖

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

B.實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)中使用紅色LED光源作為視覺刺激。紅色光源的色坐標(biāo)為(0.691,0.308)，亮度為252.87cd/m²。實(shí)驗(yàn)使用的PWM頻率如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)使用的PWM頻率

我們通過控制圓盤的轉(zhuǎn)速來控制光源的運(yùn)動速度，實(shí)驗(yàn)中一共使用了四種不同的旋轉(zhuǎn)速度，如表2所示。其中RPM表示每分鐘圓盤的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。例如：120RPM表示圓盤每秒旋轉(zhuǎn)兩圈，角速度為720度/秒。

表2 實(shí)驗(yàn)中使用的圓盤旋轉(zhuǎn)速度

共有11名被試參與本實(shí)驗(yàn)，其中包括2名女性和9名男性，平均年齡為28.7歲。實(shí)驗(yàn)是在暗室中進(jìn)行的，除了LED光源之外，沒有其他光源。在實(shí)驗(yàn)開始之前，被試首先進(jìn)行7分鐘暗適應(yīng)，在暗適應(yīng)過程中，主試對幻影效應(yīng)的視覺效果進(jìn)行解釋。每個被試參與實(shí)驗(yàn)的時間約20分鐘。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

每個被試產(chǎn)生幻影效應(yīng)的閾值頻率如圖3所示。結(jié)果表明每個個體的差異很大。但是，根據(jù)光源的旋轉(zhuǎn)速度，閾值頻率存在一定趨勢。電機(jī)轉(zhuǎn)速與平均閾值頻率的關(guān)系如圖4和表3所示。由圖表可知，幻影效應(yīng)的閾值頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。

圖3被試的幻影效應(yīng)閾值頻率

表3 實(shí)驗(yàn)中電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度

圖4 產(chǎn)生幻影效應(yīng)的閾值頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系

4、討論

通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，我們得到以下結(jié)論：一個是幻影效應(yīng)閾值頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的相關(guān)性，另一個是眼睛掃視運(yùn)動與實(shí)驗(yàn)得到的眼動速度的閾值頻率具有相似性。

第一個結(jié)論表明，視網(wǎng)膜上有光源快速移動時，即PWM頻率非常高時，易產(chǎn)生幻影效應(yīng)。在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)前車的尾燈非?？拷{駛員并且前車尾燈與后車駕駛員眼睛之間的相對運(yùn)動速度非常快時，就會發(fā)生這種情況。

第二個結(jié)論與眼睛掃視運(yùn)動速度相關(guān)。人類眼睛掃視的角速度最高可達(dá)700度/秒至1000度/秒，對應(yīng)的頻率為116.7RPM至166.7RPM。本實(shí)驗(yàn)中，我們對11名被試關(guān)于光源轉(zhuǎn)速與幻影效應(yīng)閾值頻率的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，如圖5所示。結(jié)果表明，在120RPM的運(yùn)動速度下，大部分參與者的閾值頻率與眼睛掃視運(yùn)動頻率相近。

圖5 光源轉(zhuǎn)速與幻影效應(yīng)閾值頻率關(guān)系直方圖

5、結(jié)論

本文發(fā)現(xiàn)幻影效應(yīng)的閾值頻率與光源運(yùn)動速度成正比。此外，光源運(yùn)動與眼睛掃視運(yùn)動具有相似的結(jié)果?；糜靶?yīng)閾值頻率有很大的個體差異。我們將基于單個眼球運(yùn)動速度和視敏度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步研究，以解釋幻影效應(yīng)閾值的個體差異。

還有許多其他因素會影響幻影效應(yīng)的閾值，例如：光束幾何形狀、亮度、色度等。需要進(jìn)一步進(jìn)行研究，以探索這些因素對幻影效應(yīng)的影響。