第5讲第四章工业照明与视觉保护.ppt

1、,第五讲（第四章）工业照明与视觉保护,主讲人：李晓伟安全学院,本章内容,5.1 前言5.2 光与视觉的基本知识5.3 常用照明度量单位及其应用5.4 环境光学与工作场所照明5.5 色彩调节及其在安全生产中的应用5.6 矿山井下照明与视觉保护,1.照明研究现状一方面：建筑照明研究，是建筑工程的一个分支；另一方面：劳动管理、工业卫生、人机工程学等，目的各不相同；工业卫生学研究的照明称为卫生学照明；,5.1 前言,完善建筑功能，满足生产生活需要，也考虑经济、美观等；,照明条件对生产工人生理和心理的影响；如何改善视觉条件，减少由于照明不良而造成的事故和差错；保障工人身体健康和安全生产,2.照明研究的意

2、义人通过视觉从外界获得约7580的信息；光是人们通过视觉来认识世界的媒介，也是人类社会不可缺少的基本能量之一；照明条件与获得信息的效率和质量有密切关系；设计良好的照明，在劳动卫生和经济效益上都有着重要意义；,5.1 前言,5.2 光与视觉的基本知识,5.2.1 光学基本知识1、光的本质光是一种特殊频段的电磁辐射波；可见光波只有波长在380nm至780nm的这部分辐射才能刺激人的视觉系统引起光的感觉；,2、波长与颜色,在可见光范围内，不同波长的光在视觉上引起不同的颜色感觉，这是光在视觉反应上的一个重要特征；如波长为700nm左右的光呈红色，580nm左右的呈黄色，470nm左右的呈蓝色等；,单一

3、波长的光表现为一种颜色单色光；日光和灯光等常见光都是由不同波长的光混合而成复色光；复色光的颜色？,蜡烛光、日光灯、路灯光谱分布不同,2、波长与颜色,3、光效率函数曲线,光在视觉反应上的另一重要特征：辐射功率相同但波长不同的各种单色光引起人眼的视觉感受也不一样；即不同波长的电磁波，从物理量转化为感觉量的比例（效率）是不一样的；Eg：红外线、紫外线不管辐射量有多大，我们几乎都看不到，我们称其转化效率为零；,实验发现：明亮的环境中，黄绿光最敏感555nm明视觉曲线；昏暗的环境中，蓝绿光最敏感507nm暗视觉曲线；,人眼对波长为555nm的黄绿光最敏感该波长的光转化效率最高记为：V（555）1；其它波

4、长的光：V（）1；其它波长的单色光，要想使人眼获得相同的视觉反应，则其辐射功率就要相应大些；（转化效率低）,视觉器官是一个能将光的刺激变为主观视觉的复杂的光的感受系统；组成：眼睛(眼球)感光部分；内导视神经纤维传输信号部分；视神经中枢加工合成部分；两种感光细胞：锥体&杆体,5.2 光与视觉的基本知识（续）,5.2.2 视觉器官,视野的概念及其应用：视野头和眼睛不动的时候，视觉能观察到的全部空间范围；两眼的综合视野，在垂直方向的角度约为130，在水平方向约180；即人的眼睛在同一时刻内能清晰分辨的观察范围是很小的；,应用：在某些设计工作中(如控制室仪表盘的布置)，应充分考虑到眼睛的这个生理特点；

5、,5.2.2 视觉器官,眼睛对光环境的适应能力；辨认物体细节的能力；辨认对比的能力；视觉感受速度,5.2.3 视觉特性与视觉功能,主要内容：,1、眼睛对光环境的适应能力适应与调节,适应视觉顺应环境亮度变化的能力；暗适应：明暗，锥杆，慢，3060min，瞳孔放大；（易发生事故）明适应：暗明，杆锥，快，几几十秒，瞳孔缩小；明暗适应太频繁容易加快眼睛疲劳，使视力迅速下降，同时易对生产安全造成不利影响；调节视觉适应观察距离变化的能力；调节与适应不同，经常变换观察距离的远近能使眼睛免于疲劳或减少疲劳；,5.2.3 视觉特性与视觉功能,2、辨认物体细节的能力视觉敏锐度,视觉敏锐度医学上规定眼睛能分辨的最小

6、(临界)视角的倒数值；旧视力标准中所说的视力；因人而异，如果观察者能够在5m远处正确地辨认出细节单位为1.46mm的视标的开口方向，由公式41就可算出他有辨别1分视角的能力，则他的视力就是1(旧标准)；若仅能辨别2分视角，则视力为0.5，余此类推；自1990年5月1日起，我国采用对数视力表，其关系为：,L对数视力；V旧视力；,5.2.3 视觉特性与视觉功能,3、辨认对比的能力对比灵敏度,任何视觉对象都有它的背景，对象和背景在亮度和颜色上的差别，是视觉认知世界的基本条件；亮度对比&颜色对比亮度对比（C值）用背景与对象的亮度差的相对值来表示；,人眼刚刚能辨别对象与背景的最小亮度差叫做临界亮度差Lc

7、，临界亮度差与背景亮度之比叫做临界对比Cc；,5.2.3 视觉特性与视觉功能,临界对比Cc的倒数可以用来评价人眼辨别最小对比的能力对比灵敏度；视力好的人临界对比约为0.01，也就是说，对比灵敏度达到100；对某个人来说，对比灵敏度并非常数，而是随着照明条件和眼的适应情况而变化的；,5.2.3 视觉特性与视觉功能,4、视觉感受速度,光线从作用于视网膜开始到形成视觉印象，需要一定的时间，这是生理上要完成许多复杂的过程所需要的；定义：从“看”到“看到”所必须的最小时间t的倒数称为视觉感受速度；,5.2 光与视觉的基本知识（续）,5.2.4 颜色视觉,1、颜色本质人的视觉器官对不同波长的光的一种主观感

8、受；光源、物体的表面色；我们所看到的物体的颜色，是在照明条件下物体的一个固有属性；,一张红纸我们之所以看成是红的，是因为它只反射出640780nm波长的光，而将其余波长的光吸收掉，所以就引起红色感觉；,色盲 颜色感受存在盲区者：占8.5 男8，女0.5 以红（700nm）、绿（510nm）色盲为主 蓝、黄色盲次之，极少数为全色盲；,5.2.4 颜色视觉,2、颜色的基本特征和表示方法,人眼对光的感觉可分为非彩色和彩色两大类；非彩色黑色、白色以及各种深浅不同的灰色所组成的黑白系列；彩色黑白系列以外的各种颜色；如何表述颜色？和声音的三要素类似，颜色也可用色调、明度和彩度三个基本特征来表示，称颜色三要

9、素；,颜色,5.2.4 颜色视觉,色调是颜色彼此相互区分的主要特征，也是人们识别颜色的主要标志；取决于光的波长，即一定波长的光在视觉上的表现；太阳光谱上的色调，再加上紫红系列(这是太阳光谱中所没有的色调)，可以包括自然界的所有色调；在太阳光谱上，波长大约变化2nm，人就能分辩出色调的差别来，所以人眼大约能分辨出160种色调；,5.2.4 颜色视觉,明度颜色的亮度特性，是表示物体表面反射光线的能力（可用反射率表示）；明度越大的颜色，反射的光线越多；纯白色明度（100）最大，可反射100的光线，而纯黑色则完全不反射光线；色调相同的颜色可由明度的差异而互相区别；,5.2.4 颜色视觉,彩度饱和度，是

10、指颜色的纯洁程度，即波长范围越窄颜色越纯；光的颜色完全饱和是很少见的，只有纯光谱的颜色才接近饱和，彩度最大；色调相同或相近的颜色，可由彩度加以区分,如西红柿和玫瑰花；颜色具有的这些特征，大大提高了人们识别物体的能力，有助于改善视觉条件；,5.2.4 颜色视觉,为了方便的表述各种颜色，目前国际上广泛采用孟塞尔(AHMunsell)所创立的颜色系统；它是以色调(H)、明度(V)和彩度(C)三个要素配以数字标号，并根据颜色的视觉特点所制定的颜色分类和标定系统；立体模型,5.2.4 颜色视觉,3、颜色的视觉特性,（1）颜色对比颜色对比包括明度对比、色调对比和彩度对比；颜色对比遵守明视度顺序，利用这个规

11、律可以突出各种颜色的作用效果；如在黑色背景上黄色最显眼；在白色背景上黑色最显眼，其次是红、紫等颜色；,5.2.4 颜色视觉,5.2.4 颜色视觉,（2）颜色适应颜色适应人的眼睛受某种单一颜色长时间刺激后造成的颜色视觉变化；表现在：对色调微小变化的分辨能力将下降；当眼睛对某一颜色光适应以后再去观察另一颜色时，后者将带上前者的补色成分；颜色适应对视觉是不利的，容易造成判断和操作失误；指导：工作场所的视野中，不应当只有一种色调；,5.2.4 颜色视觉,眼睛注视大面积红色一段时间。,再看黄色，此时黄色会带有青绿色。,4、三原色学说和颜色的光学混合定律,光谱上的全部颜色可以用红、绿、蓝三种纯光谱波长的光

12、按不同比例相混合而正确地模拟三原色学说；该学说认为锥体细胞含红、绿、蓝三种反应色素，它们分别对不同波长的光发生反应；视觉神经中枢综合三种刺激的相对强度而产生一种颜色感觉；三种刺激的相对强度不同时，产生不同的颜色感觉；颜色的光学混合定律(1)补色律；(2)中间色律；(3)代替色律；,5.2.4 颜色视觉,5.3 常用照明度量单位及其应用,光通量、光强、照度和亮度；,5.3.1 光通量,定义：光源发出的辐射通量中能产生光感觉的那部分辐射能流；即光通量是按照人眼视觉特征来评价的辐射通量；光通量与辐射通量之间关系：,F光通量，流明（lm）；波长为的单色辐射通量，W；V()国际标准明视觉光谱光效率函数；

13、Km最大光谱光效率，683 lm/W；,5.3 常用照明度量单位及其应用（续）,5.3.2 光强,即发光强度，它表示光源在一定方向上光通量的空间密度，即光通量在空间的分布情况；单位为坎德拉(candela)，符号cd；,立体角定义一个球面度的立体角等于在半径为R的球表面上面积等于R2的球面所对的球心角，即SR2；球的总表面积为4R2，所以立体角的最大值为4sr；,光强的定义（即光强与光通量的关系）：如果一个点光源向周围空间均匀发光，则其光强为：,这里F为光源发出的总光通量，光源在所有方向上发光强度相等；如果光源在有限立体角内发出的光通量F是均匀分布的，则在该方向上的光强为：实际上，对于大多数光

14、源都不是均匀发光的，在任一给定方向的发光强度I是该光源在这一方向上立体角元d内发射的光通量dF与该立体角元之比，即：,例如：一只40W白炽灯，不用灯罩时，其正下方的发光强度约为30cd；若装上一白色反光灯罩时，则灯下方的发光强度能提高到7080cd；事实上灯泡发出的光通量并没有改变，只是在空间的分布改变了；,5.3 常用照明度量单位及其应用（续）,光强和光通量都是表示光源特性的重要物理量，光通量表示光源的发光能力，而光强则表示其分布情况；,5.3.3 照度,照度是受照表面上光通量的面密度；,在国际单位制中，照度的基本单位是勒克斯，符号lx，它等于1流明(lm)的光通量均匀地分布在1m2的被照面

15、上。即1 lx1 lmm2；,在实际工作中，人们往往更关注已知光源对于被照面上的照度；点光源在被照面上形成的照度，与该方向上光源的发光强度成正比，与光源到被照表面的距离平方成反比，即：,式中E被照面上的照度，lx；I光源在被照面方向的光强，cd；R光源至被照面的距离，m；,若被照面的法线与光源入射线的夹角不为零，而成角时，容易得到：,上式(4-11)更具有一般性，在照明工程计算中经常用到；实用意义：灯具位置、冬夏之差；距离平方反比定律适用于点光源；一般当光源尺寸d小于它至被照面距离的15时，均可视为点光源；,照度的另一重要特性：直接相加性；若n个光源对于某点的照度分别为Ei(il、2、3 n)

16、，则该点处的总照度为EEi；照度这一光学量在照明工程设计中是很重要的，照明工程的主要任务就是要在工作场所内创造足够的照度；,5.3 常用照明度量单位及其应用（续）,5.3.4 亮度,在同一照度下，不同的物体能引起不同的视觉感受，白色物体看起来要比黑色物体亮得多；这说明物体表面的照度并不能直接反映人眼对物体的视觉感受；,视觉上的明暗感取决于物体在视网膜成像上光通量的密度，即成像的照度；像的照度越高，我们所看到的物体就越亮；,引入亮度概念，它是由视觉直接感受的光学量；视觉真正能看到的光学量只有亮度，光通量、光强、照度都不是直接感觉量；视网膜上成像的照度，主要取决于物体在视线方向上发射或反射出的光通量的密度；物体表面上某微小面积元在视线方向上的发光强度与该面积元在视线方向垂直面上的投影面积之比，即：,式中表示视线与物体表面法线所成的夹角；,亮度物体在视线方向单位面积上发出的光强；发光体(光源)的表面亮度和被照物体的表面反射亮度在视觉感受上是没有本质差别的；但后者的影响因素较多，它的大小取决于该物体表面上的照度、反射系数()以及表面反射特性等；对于均匀漫反射的物体表面，其亮度正比于它的表面照度