Optische Technologien im Automobil

Transkript

1 Optische Technologien im Automobil Messtechnik und ambiente Beleuchtung Karsten Klinger Sommersemester 2007

2 Inhalt Messtechnik für Körperfarben und Reflektoren Leuchtdichte und Helligkeit Erkennung farbiger Signale Ausleuchtung der Straße Pulsweitenmodulation Ambiente Innenraumbeleuchtung

3 Beleuchtungsstärkemessgerät Flächenelement Legt Fläche fest Cosinus - Anpassung Filter V(λ) - Anpassung Si - Empfänger Empfängt Strahlung

4 Simultan Kontrast

5 Simultan Kontrast

6 Simultan Farbkontrast

7 Farbstimmung Das Auge misst Farbe vergleichend zum Umfeld.

8 Bewertung von Farbreizen Schematische Darstellung der 3 grundsätzlichen Anwendungsbereiche der farbmetrischen Bewertung von Farbreizen. Primär gilt das Normvalenzsystem für unbezogene, freie Farben, da die Spektralfarbwerte nur für diese Beobachtungssituation gemessen wurden. Die Anwendung erstreckt sich aber auch für Selbstleuchter und beleuchtete Objekte unter realen Bedingungen, also auf bezogene Farben.

9 Messung von Reflexionen Gerichtete Reflexion 0 = ca. 8 Diffuse Reflexion

10 Messgeometrie nach DIN 5033 Diese Messgeometrie ist auch, hinsichtlich der Betrachtung mit Tageslicht, für retro-reflektierende Farbproben anzuwenden, wobei die Lichtart D65 (früher die Lichtart C) zur Beleuchtung benutzt wird.

11 Messung von retroreflektierenden Materialien Im Fall von retro-reflektierenden Proben in Bezug auf die retroreflektierende Wirkung Farbmesssystem Lichtquelle der Lichtart A

12 Spektrale Reflexion Lichtquelle Material Sichtbares Licht

13 Reflexionsmessung mit Spektrometern Optische Anordnung bei Messung mit Spektrometern

14 Simultan Kontrast

15 Leuchtdichte und Helligkeit

16 Erkennbarkeit von Sehobjekten Schwellenreize - Schwellenkontrast Erkennbarkeit: P = 0,5 In 50% aller Fälle wird das Sehzeichen erkannt. Leuchtdichtekontrast C: C = L t - L u L u L u Umfeldleuchtdichte (hier: 100 cd/m 2 ) L t Sehobjektleuchtdichte (L t > L u ) [Quelle: Kokoschka: "Beleuchtung, Bildschirm, Sehen", S. 22]

17 Einfluss der Adaptationsleuchtdichte

18 Einfluss der Schwelle Weitere Einflüsse: Darbietungszeit Leuchtdichte Sehwinkel

19 Beobachtungswahrscheinlichkeiten Farbgrenzen mit Beobachtungswahrscheinlichkeiten 50%, 70% und 90%

20 Erkennung farbiger Lichtsignale am Tag

21 Farben von Lichtsignalen

22 Farbsättigung Je höher die Sättigung der Farbe eines Signals, um so höher ist dessen Auffälligkeit.

23 Überlegungen zur Auslegung der Beleuchtung Gesetzliche Grundlagen ECE-Regelungen SAE-Paper CCC Taiwan Stand der Technik Wirtschaftlichkeit Wahrnehmung

24 Scheinwerfer: Minimalanforderung nach ECE Guter Scheinwerfer ECE-Minimal-Scheiwerfer [Quelle: Michael Hamm, AL]

25 Target [Quelle: Dirk Kliebisch, L-Lab, HdT 2006, Gütekriterien und Bewertung von Scheinwerfern]

26 Wie sehen wir? Über Kontraste [Quelle: Dirk Kliebisch, L-Lab, HdT 2006, Gütekriterien und Bewertung von Scheinwerfern]

27 Beleuchtungsstärke und Sichtweite [Quelle: Dirk Kliebisch, L-Lab, HdT 2006, Gütekriterien und Bewertung von Scheinwerfern]

28 Leuchtdichte und Sichtweite Leuchtdichtekontraste am Target-Rand [Quelle: Dirk Kliebisch, L-Lab, HdT 2006, Gütekriterien und Bewertung von Scheinwerfern]

29 Straßengeometrien Auswertung der Damasky-Daten: Breite der Landstraßen, Kurvenradien Landstraßen 6,2 m breit LKW ist maximal 2,5 m breit Häufigster Kurvenradius Landstraßen: 717 m Kurve mit r = 400 m, v max = 100 km/h Position von Verkehrszeichen [Quelle: J. Damasky, Dissertation]

30 USA Gesetzgebung FMVSS Standard No. 108 Lamps, reflective devices and associated equipment. Leuchten SAE: Größe der leuchtenden Fläche festgelegt ECE: Lichtstärke festgelegt Leuchtdichte Anbau der Leuchten SAE: Mindestanzahl ECE: Mindest- und Maximumanzahl

31 Wirtschaftlichkeit (PWM) Pulsweitenmodulation - PWM Augenbewegungen Typische Winkelgeschwindigkeiten Perlschnureffekt [Bildquelle: Alex Wernicke, Diplomarbeit, Die analytische und experimentelle Untersuchung des Einflusses pulsweitenmodulierter Lichtquellen auf die visuelle Wahrnehmung]

32 Ansteuerung von LEDs - Gleiche Leuchtdichten LEDs können in einem Array nur durch PWM gepulst werden. Gleiche Leuchtdichten aller LEDs [Quelle: Alex Wernicke, Diplomarbeit, Die analytische und experimentelle Untersuchung des Einflusses pulsweitenmodulierter Lichtquellen auf die visuelle Wahrnehmung]

33 Ansteuerung von LEDs - PWM Frequenz: 80 Hz Tastverhältnis: 8 % Schlussleuchte: cd/m 2 Bremsleuchte: cd/m 2 [Quelle: Alex Wernicke, Diplomarbeit, Die analytische und experimentelle Untersuchung des Einflusses pulsweitenmodulierter Lichtquellen auf die visuelle Wahrnehmung]

34 Wahrnehmung Motivation Wenn 0,5...1,0 Sekunden früher reagiert wird, treten 50% weniger Unfälle auf. [Nagayama 1978] Definitionen Auffälligkeit eines Objektes = Fixation eines Objektes Sehfeld = verarbeitetes Gesichtsfeld Einfluss des Auges Sehschärfe von Pupillenöffnung abhängig Pupillenöffnung von Umfeldhelligkeit abhängig siehe z.b. ambiente Beleuchtung

35 Ambiente Innenraumbeleuchtung

36 Ambiente Beleuchtung zur Bedienung Bedienelemente der Mittelkonsole mit und ohne ambienter Beleuchtung

37 Sehschärfe in Abhängigkeit der Umfeldleuchtdichte nächtlicher Straßenverkehr [Quelle: kis-pacs/archiv/2001/mi1150.pdf ]

38 Abhängigkeit der Gesichtsfeldgröße von der Farbe [Quelle: wirsehen/ gif]

39 Fragestellung Ist eine Veränderung des Kontrastsehens durch ambiente Innenbeleuchtung möglich? Wenn: Verbesserung Verschlechterung Psychophysikalische Experimente Veränderung der ambienten Beleuchtung Helligkeit Farbe Position Alter der Versuchspersonen

40 Versuchsaufbau Testmonitor Lichtfalle 20m 10m Scheinwerfer Versuchsfahrzeug

41 Versuchsdurchführung Variation der ambienten Beleuchtung: Helligkeit in 3 Stufen (0,002 bis 1,3 lx) 4 Farben (weiß, rot, blau, grün) 5 Positionen 60 verschiedene Beleuchtungssituationen im Fahrzeug

42 Positionen der Beleuchtung Himmel Türverkleidung Kombi- Instrument Fußraum

43 Sehzeichen Pelli-Robson-Tafeln Landolt-Ring [Quelle:

44 Landoltring

45 Landoltring

46 Landoltring

47 Landoltring

48 Landoltring

49 Landoltring

50 Landoltring

51 Versuchsablauf Referenzmessung Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1 Kombiinstrument Helligkeitsstufe 2 Kombiinstrument Helligkeitsstufe 3 Wiederholung für die Beleuchtungen: a) Referenz b) Himmel + Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1 c) Türverkleidung + Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1 d) Fußraum + Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1 e) Gesamter Fahrzeuginnenraum

52 Ergebnisse Altersgruppe 30 bis 39 Jahre 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Referenzmessung weiß Kombiinstrument 1 weiß Fußraum 1 rot Kombiinstrument 2 rot Kombiinstrument 3 rot Alles 3 blau Himmel 1 blau Himmel 3 blau Türverkleidung 3 blau Fußraum 1 blau Fußraum 3 blau Alles 1 blau Alles 3 grün Kombiinstrument 1 grün Himmel 2 grün Türverkleidung 1 grün Fußraum 1 grün Fußraum 2 Verbesserung des Kontrastsehvermögens für 16 Beleuchtungssituationen

53 Ergebnisse Altersgruppe 40 bis 71 Jahre 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Referenzmessung rot Fußraum 3 blau Fußraum 3 blau Alles 2 grün Kombiinstrument 1 grün Fußraum 1 grün Fußraum 2 grün Alles 3 Verschlechterung des Kontrastsehvermögens für 7 Beleuchtungssituationen

54 Fazit Ambiente Beleuchtung Bei jüngeren Personen verbessert sich das Kontrastsehvermögen bei verschiedenen ambienten Beleuchtungen. Bei älteren Personen verschlechtert sich das Kontrastsehvermögen bei verschiedenen ambienten Beleuchtungen. Die Farbe Blau sollte vermieden werden. In den Grenzen von 0,002 bis 1,3 lx Beleuchtungsstärke am Auge des Fahrers sind keine signifikanten Beeinflussungen des Kontrastsehvermögens festzustellen. Da es zu einer psychologischen Blendung kommen kann, sollte die Helligkeit der Innenraumbeleuchtung individuell einstellbar sein.