Schiller, Christoph (2015)
Untersuchungen über spektrale Kontrastempfindlichkeitsfunktionen des menschlichen Auges im mesopischen Bereich und ihre Einflussparameter.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der spektralen Strahldichteverteilung von Kfz-Lichtquellen im Gesichtsfeld eines Kraftfahrers (Adaptationsspektrum) auf die Detektion von Objekten auf Basis des Kontrastes an der Wahrnehmungsschwelle untersucht.

Anhand der Unfallstatistik wird gezeigt, wie wichtig die Detektionsleistung eines Kraftfahrers für die Vermeidung von nächtlichen Unfällen ist. In der Kfz-Lichttechnik stehen drei Lichtquellen mit völlig unterschiedlichen spektralen Lichtverteilungen zur Verfügung (Halogenglühlampe, Entladungslampe, LED). Durch die Entwicklung von Scheinwerfern auf Basis von LED-Arrays ergibt sich die zentrale Fragestellung, ob eine Änderung der spektralen Zusammensetzung des Lichts in Abhängigkeit vom Winkel Vorteile für die Detektion bringt.

Die Literaturrecherche zeigt, dass es für den mesopischen Bereich nur wenige verwendbare und zudem kaum vergleichbare Untersuchungen gibt. Aus diesem Grund wurde nach einer methodischen Analyse als ein zentraler Aspekt der Arbeit ein geeigneter Versuchsstand entwickelt. Dabei wurde die Parameterwahl gezielt auf typische Bedingungen des nächtlichen Straßenverkehrs ausgelegt. Der Versuchsstand wurde kalibriert und durch Vortests auf den Normalbeobachter der CIE zurückgeführt. Anhand einer Probandenstudie wurde im zweiten Teil der Arbeit der Einfluss von vier unterschiedlichen spektralen Strahldichteverteilungen des Adaptationsfeldes (HAL, ISO, D65, LED) auf die Detektion von Objekten untersucht. Wichtige Parameter wie die Adaptationsleuchtdichte LU und der Beobachtungswinkel Θ wurden dabei kontrolliert variiert. Die Rohdaten wurden statistisch aufbereitet und einer Signifikanzanalyse unterzogen.

Die Ergebnisse zeigen eine deutlich erkennbare interindividuelle Streuung. Die Annahme eines „Normalbeobachters“ kann nicht gestützt werden. Die statistische Analyse zeigt, dass eine Variation des Adaptationsspektrums keinen signifikanten Einfluss auf die Detektion von Objekten dicht an der Sehachse (Θ = 2,65°; LU = 1 cd/m² und 0,1 cd/m²) hat. Jedoch konnte für einen zunehmenden Beobachtungswinkel und eine geringere Adaptationsleuchtdichte (Θ = 10°; LU = 0,1 cd/m²) ein signifikanter Einfluss des Adaptationsspektrums auf die Detektion im Bereich der Empfindlichkeit der Stäbchenrezeptoren festgestellt werden. Durch Variation des Beobachtungswinkels und der Adapta-tionsleuchtdichte wurde die Beteiligung des chromatischen und achromatischen Systems im mesopischen Bereich nachgewiesen und mit anderen Untersuchungen verglichen. Die spektrale Hellempfindlichkeitsfunktion V(λ) ist hier nachweislich nicht zur Anwendung geeignet. In Übereinstimmung mit der Literatur konnte ein signifikanter Einfluss des Objektspektrums, der Adaptationsleuchtdichte und des Beobachtungswinkels auf die Detektion nachgewiesen werden.

Durch einen Vergleich der ermittelten Daten mit dem mesopischen Wahrnehmungsmodell der CIE konnte eine grundlegende Übereinstimmung festgestellt werden. Das vorhergesagte Niveau für Θ = 10° und LU = 0,1 cd/m² ist jedoch zu hoch. Im Vergleich zwischen dem zur Adaptation verwendeten Spektrum ähnlich dem einer Glühlampe (HAL) und dem einer LED ist festzuhalten: das verwendete LED-Spektrum erzeugt im Vergleich zu HAL für Θ = 10° eine um 7 % (LU = 0,1 cd/m²) bzw. 19 % (LU = 1 cd/m²) höhere mesopische Leuchtdichte.

Eine spektrale Anpassung der Lichtverteilung ist auf Basis der vorliegenden Daten nur für größere Beobachtungswinkel und niedrige Adaptationsleuchtdichten (Θ = 10°; LU = 0,1 cd/m²) sinnvoll.

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