技術資料

QUAPIX™(写真測光法)を用いた道路照明環境の評価手法 - その2 -
- 視機能低下グレア(TI値)の評価 -

• QUAPIX™(写真測光法)を用いた道路照明環境の評価手法 - その1 -　- 路面輝度の測定 -

国内営業本部 営業技術部 照明研究課

1．はじめに

照明器具のグレアが大きくなると視野内に等価光幕輝度^1),2),3),4)が発生し，目の視機能が低下する。図1は，等価光幕輝度の発生原理を示したものである。目に強い光が入射すると，眼球内で光が散乱し視野内にベールがかかったように見える。このときの眼球内の散乱光を光幕といい，この光幕と等価な作用をもつ一様な輝度を等価光幕輝度という。グレアが発生すると，この等価光幕輝度により対象物と背景とのコントラスト(輝度比)が落ちるため，対象物の視認性が下がってしまう。これを視機能低下グレアという。「道路照明施設設置基準・同解説」⁵⁾では，道路照明環境において良好な視認性を確保するために，視機能低下グレアの評価方法として，相対閾値増加(以下，TI値)を用いて指標を定めている。

TI値とは，最小輝度差弁別閾値の増加割合を表すもので，数値が高いほど視対象物の識別に必要な輝度対比が大きくなる，すなわちモノが見づらくなることを示す。

TI値は，運転手の視野内の光源からの直接光による等価光幕輝度L_vlと平均路面輝度L_rがわかれば，式(1)(2)により求めることができる。

等価光幕輝度は，光源からの直接光による等価光幕輝度(以下，L_vl)と，床や壁などからの反射光による等価光幕輝度(以下，L_ve)に分類できる。L_vlは，観測者の視点位置，照明器具の位置と配光データから，各照明器具から視点への直射照度を計算することにより求められる。しかしL_veは，間接照度になるため，照度計算からは正確に求めることはできない。また，等価光幕輝度の測定には，グレアレンズといわれる特殊なレンズを輝度計に装着した等価光幕輝度計を用いる必要がある(図2参照)が，グレアレンズは現在製造されておらず入手することが困難である。そのため実測によるTI値の評価は行われていないのが現状である。そこで我々は，市販のデジタルカメラを用いた写真測光により，簡単で高速にかつ正確に等価光幕輝度を測定し，TI値の評価ができるソフトを開発した。既往研究⁶⁾では，写真測光によるL_veの測定精度の検証が行われており，その妥当性が確認されている。しかしながら，グレア源となる光源からの直接光による等価光幕輝度(L_vl)の測定精度の検証は行われておらず，写真測光のみではグレア評価を行うことができなかった。はじめに我々は，実験室で写真測光によるL_vlの測定精度の検証を行い，その妥当性の確認を行った。また開発したソフトを用いて，実環境にてTI値の評価を行ったのでその結果について報告する。

2．写真測光による等価光幕輝度の測定原理

図3は，観測者の視線方向と個々の照明器具との角度との位置関係を示したものである。このとき，個々の照明器具によって生じるL_vlは，式(3)によって求められる。式(3)より，L_vlを測定するには，光源の位置情報が必要であることがわかる。

つぎに観測者の位置にカメラを設置し，観測者の視線方向を画像中心としたときの輝度画像を考える。なお輝度画像はデジタル画像から写真測光により求めることが可能である。

図4は，輝度画像と各ピクセルの位置関係を示したものである。このとき，画像の各ピクセルから画像中心(カメラ設置位置)への照度E_P(i,j)は式(4)により計算することができる。

したがってE_Vは，各ピクセルの輝度の総和として式(5)により求めることができる。

式(3)，(5)より輝度画像から等価光幕輝度L_vは式(6)により求めることができる。ここで，L_P(i,j)が2000cd/m²以上であれば直接光による等価光幕輝度L_vl，以下であれば反射光による等価光幕輝度L_veとする。

このように，輝度画像を用いてL_vを求めることで，画像のピクセル位置から光源位置を特定することができ，各ピクセルの輝度によってL_vl，L_veの分離も可能になる。

3．基礎実験による等価光幕輝度の測定精度の検証

3.1 実験装置

写真測光によるL_vlの測定精度の検証のため実験室で基礎実験を行った。図5は実験装置を示したものである。実験装置はグレア源となる光源と，そのL_vlを測定する等価光幕輝度計およびカメラにより構成されている。光源は，視線方向によって発光面の見かけの大きさが変化しないように，直管型の蛍光ランプ(FL D65)を立てて使用した。光源の光度Iは，発光面の輝度と面積から求めた結果，41(cd)であった。等価光幕輝度計は輝度計(TOPCON BM-5AS)にグレアレンズ(GL-1961)を装着したものである。表1は，写真測光に使用したカメラおよびレンズの型番である。レンズは輝度画像の画素分解能の違いによる測定精度を検証するために透視射影の「広角レンズ」と等立体角射影の「魚眼レンズ」を用意した。画素分解能は1画素あたりの画角(deg/pixel)で表される。

3.2 測定方法

等価光幕輝度L_vlの測定は，視線方向と光源方向とのなす角(θ)を任意の値となるように，等価光幕輝度計とカメラの視線方向を回転させて行った。

図6は，角(θ)が11°，17°，22°のときの撮影画像である。図より，撮影画像中の光源位置が角(θ)に応じて変化していることが確認できる。この撮影画像から写真測光(図7参照)により求めたL_vlと，等価光幕輝度計の測定結果と計算値との比較を行った。

図8は，L_vlの測定結果を示したものである。図8(a)は，角(θ)に対するL_vlの測定結果を示したものである。図は，角(θ)が5°以上の場合では，いずれの測定結果も計算値に近似した結果となっていることを示している。しかし，等価光幕輝度計による測定結果は，角(θ)が5°以下になる場合(図中，赤破線円)，計算値ならびに写真測光による測定結果よりも低い値となっていることがわかる。図8(b)は，計算値と測定値を直接比較したものである。図は，デジタル画像測光による測定結果は，画像の画素解像度(広角レンズ，魚眼レンズ)によらず，等価光幕輝度計の測定結果，計算値ともによく近似しており，計算結果(理論値)に対して約10％以内の差で測定が可能であることを示している。以上の結果より，写真測光によるL_vlの測定は，等価光幕輝度計と同等程度の測定精度を有しており，視線方向が光源に近い場合(θが5°以下)の測定では，より正確な測定が可能であることが確認できた。

4．写真測光ソフト(QUAPIX™)の概要

本節では，開発した写真測光ソフト(QUAPIX™)の概要について述べる。

図9は，開発したソフトウェアの起動画面である。ソフトウェアは，以下の手順で輝度画像を計算する。①デジタルカメラにより撮影された異なる露出の複数枚の画像を取り込む。②取込まれた画像の中から視線方向となる計算の中心点(図中，緑十字線)と計算範囲(図中，赤線)を設定する。③撮影時に用いた減光フィルタの透過率などを入力する。④輝度画像を計算する。

図10は，計算された輝度画像の解析画面である。この輝度画像からグレアを評価する。ソフトウェアでは，輝度画像から求められた等価光幕輝度より，TI値の算出が可能である(図中，赤破線)。さらに，輝度画像を用いることで車のルーフを考慮した20度遮光の有無などを任意に設定することができる。このように写真測光では，グレア評価の際に重要なパラメータとなる視線方向などを任意に調整することができ，簡単なだけではなくより正確なグレア評価を可能としている。

5．実フィールドでのTI値の評価結果

図11は，実際の道路照明の施工環境にて，TI値の測定を等価光幕輝度計と写真測光(広角レンズ)で行い，結果を比較したものである。

図より，等価光幕輝度計による測定結果は写真測光の測定結果よりも高くなる傾向にあることが確認できた。これはデジタル画像の測定範囲(画角)がグレアレンズよりも狭いため測定値が低くなったためであると考えられる。そのため，より広範囲の輝度情報が取得できる魚眼レンズでの測定が必要になってくる。

6．活用事例

開発した写真測光ソフトウェア(QUAPIX™)の実際の活用イメージを示す(図12参照)。測定対象となる空間のデジタル画像の測定は，写真撮影の要領で行うことができる。そのため，測定を容易に行うことが可能である(図12(a)(b)参照)。また撮影した画像からグレアを評価する手順は4節に述べたように，ソフトウェア上で簡単に行うことができる(図12(c)(d)参照)。

7．おわりに

本稿では，実験室で写真測光とグレアレンズを用いた場合の等価光幕輝度の測定結果を比較し，測定精度の検証を行った。その結果，写真測光によるL_vlの測定は，等価光幕輝度計と同等程度の測定精度を有しており，視線方向が光源に近い場合(θが5°以下)の測定では，より正確な測定が可能であることが確認できた。また，実フィールドにおける測定においては，画角の広いレンズを用いることが望ましいことを確認した。

以上の結果より，本研究では，写真測光により等価光幕輝度を測定することで，これまで実測が困難であった実環境でのTI値の評価を可能にし，その妥当性を確認した。
今後は，さらに実フィールでの測定を行い，各種条件下(LED照明器具，屋内など)における測定精度の検証を重ねていく。