高速公路广告牌背景色彩对驾驶员注视特性的影响分析

罗青山

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)



高速公路广告牌背景色彩对驾驶员注视特性的影响分析

罗青山

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

从驾驶员动态视觉角度出发，利用眼动仪设备对6名驾驶员进行眼动试验，基于试验数据分析高速公路广告牌背景色彩对驾驶员平均注视次数及平均注视时间的影响情况，并利用回归函数对试验数据进行拟合。研究结果表明：高速公路广告牌背景色彩越鲜艳，与周围环境对比性越强，其越能引起驾驶员的关注，驾驶员辨识它所需的时间也就越短，反之则越长；高速公路广告牌背景色彩与驾驶员平均注视次数及平均注视时间之间存在一定的定量变化关系。

高速公路；广告牌背景色彩；平均注视次数；平均注视时间

近年来，我国高速公路建设快速发展，其沿线景观及附属设施也得到越来越多的关注。广告牌作为改善高速公路单调景观环境及宣传企业、品牌形象的有效手段也得到广泛推广。目前，广告牌已成为高速公路上不可或缺的一部分，对驾驶员的注视特性及行车安全有较大影响。

早在20世纪末，户外广告牌就在欧美等发达国家得到重视并广泛推广，但学者们对高速公路广告牌的研究相对较少。在国内，杜姗姗、王红等人[1-2]利用眼动仪设备研究了高速公路广告牌文字、图形、色彩、面积及设置位置对驾驶员视觉的影响。徐洪亮、张太雄等人[3]研究了色彩对人所产生的生理、心理效应与不同天气环境下的色彩视认性，并对道路交通中的色彩体系框架进行了设计。李永芳等人[4]以广告牌面积、高度等为研究对象，分析了高速公路广告牌设置参数对安全驾驶的影响。刘燕等人[5]通过模拟试验和分析，对高速公路广告中的色彩、图案及文字提出了相应的选择方法和建议。

国内外研究现状表明，目前关于高速公路广告牌对驾驶员视觉影响的研究已有很多，也取得了不少研究成果，但很多研究还不够深入，且还没有建立起高速公路广告牌各设置参数与驾驶员视觉指标之间的定量变化关系。鉴于色彩是驾驶员行车过程中最易感知的视觉信息，故本文主要研究高速公路广告牌背景色彩对驾驶员注视特性的影响变化关系，为高速公路广告牌背景色彩的选择提供借鉴。

1 驾驶员注视特性分析

注视是人将眼睛对准某一观察对象的一种眼动行为[6]，是反映驾驶员视觉感知的一项重要参数。驾驶员的注视特性主要包括平均注视次数和平均注视时间。

1.1 驾驶员平均注视次数

平均注视次数是指单位时间内的注视次数，一般用驾驶员的注视总次数与注视时间的比值来表示。驾驶员的平均注视次数表达了其对外界环境的感兴趣程度。通常，驾驶员对其感兴趣的区域或信息会进行2次关注。

1.2 驾驶员平均注视时间

平均注视时间是指驾驶员对观察对象每进行1次注视行为所需要的时间，一般用驾驶员注视的总时间与注视次数的比值表示。驾驶员的平均注视时间反映了外界环境信息的复杂程度或其对外界环境的感兴趣程度。通常，外界环境越复杂，驾驶员就需要花费越长的时间来理解。此外，驾驶员也会在其感兴趣的区域或信息上花费较长的时间。

2 试验设计

2.1 试验路段

为能较好地观测高速公路广告牌背景色彩对驾驶员注视特性的影响情况，本文选取试验路段时，尽量使选择的路段包含多种颜色背景的广告牌，且每一个广告牌的背景色尽量为单一色。试验路段广告牌设置如图1所示。

图1 试验路段广告牌

2.2 试验设备

试验过程中，主要采用瑞典的Smart Eye Pro5.7眼动仪进行测试。该眼动仪与头盔式眼动仪的区别在于，其在整个试验过程中与驾驶员都无直接接触，可避免由于试验设备而干扰驾驶员的正常注视行为。

2.3 试验人员

考虑到驾驶员自身注视特性的差异，选择了6名技术熟练的驾驶员来分别进行该眼动仪试验，最后取6位驾驶员注视指标的平均值作为数据分析对象。

3 数据分析与建模

3.1 数据分析

通过让多名驾驶员参与眼动仪试验来获取试验过程中驾驶员的注视指标数据，并根据这些数据来分析高速公路广告牌背景色彩对驾驶员平均注视次数及平均注视时间的影响情况。驾驶员对不同背景颜色广告牌的平均注视次数如图2所示。

图2 驾驶员对不同背景色广告牌的平均注视次数

由图2可以看出，驾驶员对不同背景颜色广告牌的平均注视次数多少的顺序为红、黄、橙、蓝、绿，且驾驶员对背景色为红、黄、橙色的广告牌的平均注视次数比平均注视次数最低的绿色分别高出了65.58%、49.35%、30.52%，但其对背景色为蓝色和绿色广告牌的平均注视次数相差不大。分析其原因，可能是蓝色与天空颜色相近，绿色与周围植物色彩相近，所以以这2种颜色为背景色的广告牌不易引起驾驶员的关注，而红、黄、橙等颜色与周围环境色彩对比较明显，且能给驾驶员较大的刺激，易引起驾驶员的2次关注。

驾驶员对不同背景颜色广告牌的平均注视时间如图3所示。

由图3可以看出，驾驶员对不同背景色广告牌平均注视时间的大小顺序正好与其对应的平均注视次数相反。分析其原因，可能是蓝色和绿色与周围环境颜色很接近，驾驶员若要辨识其上面的内容就需要花费较长的时间，而红、黄、橙等色彩与周围环境对比差异较大，所以以这3种颜色为背景色的广告牌更易被驾驶员辨识。

图3 驾驶员对不同背景色广告牌的平均注视时间

3.2 数据建模

为定量分析广告牌不同背景色对驾驶员平均注视次数及平均注视时间的影响，还需对试验数据进行拟合分析。为将广告牌背景色量化，现用下式求取在广告牌上提取色彩的色彩平均值[7]。

(1)

式中：C为色彩平均值；R、G、B分别为红、绿、蓝3个通道的色彩值。

根据试验数据得到驾驶员在不同背景色广告牌下的平均注视次数及平均注视时间，如表1所示。

表1 驾驶员在广告牌不同背景色下的平均注视次数及平均注视时间

由表1可知，色彩均值、驾驶员平均注视次数及驾驶员平均注视时间之间数量级差距较大，故为避免拟合过程中出现较大误差，在对试验数据进行拟合前还需对上述试验数据进行归一化处理，其计算公式如下[8]：

(2)

利用matlab对表1中色彩均值与驾驶员平均注视次数归一化值进行拟合，得到如下拟合公式：

y=6 005x8-18 640x7+21 460x6-10 950x5+2 162x4-43.2x3+21.54x2-13.79x+0.996 9

(3)

式中：x为广告牌背景色彩均值；y为驾驶员平均注视次数，由于式中x、y为归一化后的值，故二者均为无量纲变量。

经计算，得到上述拟合公式的拟合系数R2为0.747 1，相关系数R达到0.8以上，说明上式拟合效果较好。广告牌背景色与驾驶员平均注视次数的拟合曲线如图4所示。

图4 广告牌背景色与驾驶员平均注视次数拟合曲线

利用同样的方法，在matlab中可得到广告牌背景色彩均值与驾驶员平均注视时间之间的拟合公式为：

y=-4 149x7+13 550x6-16 960x5+10 110x4-2 884x3+293.6x2+3.764x+0.010 41

(4)

式中：y为驾驶员平均注视时间，由于式中x、y为归一化后的值，故二者均为无量纲变量。

经计算得到，上述拟合公式的拟合系数R2为0.710 1，虽然拟合效果没有公式(3)的拟合效果好，但仍满足要求。广告牌背景色与驾驶员平均注视时间的拟合曲线如图5所示。

图5 广告牌背景色与驾驶员平均注视时间拟合曲线

4 结束语

本文基于眼动仪试验对高速公路广告牌背景色彩对驾驶员注视特性的影响进行了分析，并得到以下结论：

1) 驾驶员对不同背景颜色广告牌的平均注视次数多少的顺序为红、黄、橙、蓝、绿，且驾驶员对于背景色为红、黄、橙广告牌的平均注视次数明显高于广告牌背景色为蓝色和绿色的，表明高速公路广告牌背景色彩越鲜艳，其与周围环境颜色对比性就越强，其也就越能引起驾驶员的关注。

2) 驾驶员对不同背景色广告牌平均注视时间的大小顺序正好与其对应的平均注视次数相反，表明高速公路广告牌背景色彩越鲜艳，与周围环境颜色对比性就越强，驾驶员辨识它所需时间就越短，反之则越长。

3) 高速公路广告牌背景色彩与驾驶员平均注视次数及平均注视时间之间存在一定的定量变化关系。

[1] 杜姗姗.高速公路广告牌对驾驶员视觉影响的研究[D].西安：长安大学，2007.

[2] 王 红.基于眼动仪的高速公路广告牌对安全驾驶影响的研究[D].西安：长安大学，2007.

[3] 徐洪亮，张太雄，唐伯明，等. 基于颜色视觉的道路交通安全色彩体系设计[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2009(1)：45-51.

[4] 李永芳，王 红，钱宇彬. 高速公路广告牌设置参数对安全驾驶的影响[J].工业安全与环保，2011，37(12)：24-25.

[5] 刘 燕，胡永举，施卓效，等. 动态视觉下高速公路广告牌设计研究[J]. 经济研究导刊，2013(29)：113-115.

[6] 冀秉魁.基于驾驶员视觉特性的驾驶行为预测方法研究[D].长春：吉林大学，2014.

[7] 何韵旺.色彩基础[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

[8] 于英川.现代决策理论与实践[M].北京：科学出版社，2005.

Analysis to Influence by Background Color of Ads Plates on Highway to Fixation Characteristics of Drivers

LUO Qingshan

From the dynamic visual angle of drivers, this paper introduces using eye tracker device to give eye tracking experiments to 6 drivers, with the test results, the test data is used to analyze the influence by background color of ads plates on highway to average fixation times and average fixation time of drivers, and use regression function to fit the test data. Results show that the brighter background color of Ads plates is on highways, the greater contrast is with ambient environment, which can better draw attention of drivers, who need less time to identify it. The background color of Ads plates on highway has certain quantitative relationship with average fixation times and average fixation time of drivers.

highway; background color of Ads plates; average fixation times; average fixation time

10.13607/j.cnki.gljt.2016.05.028

2016-03-31

罗青山(1986-)，男，重庆市人，本科，工程师。

1009-6477(2016)05-0124-04

U412.36+6

A