儿童夜光安全服装的等效亮度

闫彦红， 王来力， 顾冰菲

(1. 浙江纺织服装科技有限公司， 浙江 杭州 310009； 2. 浙江理工大学 服装学院， 浙江 杭州 310018)

随着全球范围内发展中国家城镇化进程的推进，个人机动车拥有量迅猛增长，交通事故已成为困扰现代城市居民的主要社会问题之一，交通事故是我国0～17岁少年儿童受伤致死的重大原因之一。因可见度不足，儿童着装不醒目等原因造成的交通事故频发，如在繁忙的城市交叉口、居民小区的出入口等地段，易因为观察不周而遭遇事故，因此，儿童出行的安全问题越来越受到重视，增加儿童出行的可见性和识别度成为亟待解决的问题。

安全服装通常指具有防护功能的服装，将安全要求设计于服装之上用来消除外界对人体产生的安全隐患[1]。安全服装通常以人体工程学分析为基础，系统、全面地考虑人体特殊活动(作业) 下的危险性，以服装包装设计为载体，结合服装款式、色彩和面料，融入服装流行因素和设计工艺技巧[2]。

彩色夜光纤维[3]是一种新型的高科技功能纤维，该纤维不含有放射性元素,对人体不会产生伤害[4],可广泛应用于纺织服装产品的开发[5-7]。彩色夜光纤维在白天吸收光能，在夜间释放光能，从而达到自发光效果[8-9]。将彩色夜光纤维用于开发儿童夜行安全服装，可使服装具有自发光功能，从而起到警示和提醒作用，解决儿童夜间活动安全问题。但由于彩色夜光纤维在光照环境下有不同的颜色，在黑暗环境下可发出不同颜色的光，且颜色对光色具有一定的影响[10-11]，因此，由夜光纤维开发的儿童夜行安全服装对人眼的视觉作用是颜色与光色相互作用的复杂过程。

一般情况下，人眼对于颜色变化比亮度变化更为敏感，在明视觉下，人眼对555 nm波长的光最为敏感，而在暗视觉下人眼对507 nm波长的光最为敏感[12]，因此，儿童夜光安全服装对人眼的视觉作用不能简单由物理仪器测得，需要通过等效亮度来研究。等效亮度与光色的色品坐标和发光亮度有关，表示光色的视亮度与参考白光的视觉效果的关系，等效亮度越大，该光色视亮度效率越高。为使等效亮度更加切合实际，本文设计计算了2°(明视觉)和10°(暗视觉)下儿童安全服装的等效亮度，研究不同颜色夜光纤维搭配制成的儿童夜行安全服装实测亮度与等效亮度之间的关系，揭示等效亮度的变化规律，以期为研究人眼对儿童夜光安全服装的实际可视情况提供理论参考。

1 实 验

1.1 实验原料

蓝、白色夜光缝纫线：由夜光纤维经加捻而成,常熟江辉纤维制品科技有限公司提供。

新型夜光涂层面料：以涤纶磨毛面料[13]作为基布，选用SrAl2O4:Eu2+,Dy3+为发光材料。在涂层浆料中添加质量分数为4%的发光材料、蓝色颜料及其他印染助剂，然后将涂层浆料刮涂在基布上，高温烘干制得新型夜光涂层面料，由常熟江辉纤维制品科技有限公司提供。

1.2 儿童夜光安全服装的制作

采用DG/ML绣花软件设计图案，利用胜佳(SJ)系列单头电脑绣花机进行图案绣织，样品制备方案如表1所示。以白色和蓝色夜光缝纫线为发光原料，采用平针绣在儿童T恤上，绣织10 cm×10 cm 正方形发光图案。然后以蓝白条纹和白色新型夜光涂层涤纶面料为发光原料，以贴布绣方式在儿童T恤上绣织10 cm×10 cm正方形发光区域。样品实际效果图如图1～4所示。

表1 实验样品制作方案Tab.1 Experimental sample

图1 白色绣花T恤Fig.1 T-shirt with white embroidery pattern. (a) With light; (b) Without light

图2 蓝白绣花T恤Fig.2 T-shirt with white-blue embroidery pattern. (a) With light; (b) Without light

图3 蓝白条纹T恤Fig.3 T-shirt with white-blue stripes.(a) With light; (b) Without light

图4 白色绒布T恤Fig.4 T-shirt with white flannel. (a) With light; (b) Without light

1.3 性能测试

采用SC-10型荧光分光光度计测试样品的发射光谱，检测波长为365 nm，检测波长间隔为5 nm，电压为380 V。

采用PR-305型荧光余辉亮度测试仪测试样品的余辉亮度，实验前首先将样品在暗室中放置24 h，确保余辉亮度衰减完毕。照度设置为1 000 lx，光照时间为15 min，光照结束10 s开始测量，测试时间间隔为1 s。

2 结果与讨论

2.1 色品坐标的计算

图5示出4件样衣的发射光谱图。可知：白色绣花、蓝白绣花和白色绒布的发射光谱主要涵盖了波长为380～600 nm，从紫外光到可见光的光谱波段；发射峰在430～450 nm范围内主要是发出蓝色光，其中蓝白绣花样衣的相对发光强度最大，而蓝白条纹样衣的相对发光强度最小。

图5 4件样衣发射光谱Fig.5 Emission spectra of 4 kinds of samples

样衣发射光光色色品坐标(x，y)可通过发射光光色三刺激值(X,Y,Z)计算得到。光色的三刺激值可通过样衣发射光光谱分布P(λ)与三原色波长相关的函数计算得到，计算公式为：

(1)

(2)

(3)

由式(1)～(3)计算得到X、Y、Z值，再由式(4)计算得到色品坐标(x，y)。

(4)

根据样衣发射光谱以及式(1)～(4)，分别计算出在2°视场的色品坐标(x2、y2)和10°视场的色品坐标(x10、y10)，结果如表2所示。

表2 样品的色品坐标Tab.2 Color chromaticity coordinates of samples

2.2 等效亮度分析

图6示出样衣的余辉衰减曲线图。可知，样衣的发光亮度随时间的变化呈递减趋势。在光照停止时刻，发光亮度由大到小顺序为白色绒布>白色绣花>蓝白绣花>蓝白条纹。在停止光照后100 s内亮度衰减速率最快，蓝白绣花余辉亮度小于蓝白条纹样衣。100～400 s内亮度衰减速率缓慢，400 s时 4件样衣的发光亮度基本不再变化，且趋于一致。

图6 样衣余辉衰减曲线图Fig.6 Decay curves of samples

余辉衰减曲线反映了样衣的实测亮度随时间的变化规律，但并不能表示人眼实际的视觉情况，需要转换成等效亮度来进行比较。国际照明委员会建议了2°视场和1°视场下将亮度换算成等效亮度的经验公式[12]：

E2=10c(x2,y2)L

(5)

式中：E2为2°视场下等效亮度；L为亮度(物理亮度，即用亮度计测得)，cd/m2；x2、y2为色品坐标。c(x2,y2)计算公式为

(6)

将式(5)中的2°视场的色品坐标(x2、y2)换为10°视场的色品坐标(x10、y10)，便得到在10°视场中的等效亮度，公式为

E10=10c(x10,y10)L

(7)

由式(5)、(7)可得样品等效亮度与实测亮度的比值，即E/L=10c(X，Y)，该比值可有效表明样品等效亮度与实测亮度的之间的关系，其值如表3所示。

表3 样品等效亮度和实测亮度的比值Tab.3 Values of E/L of luminous samples

从表3可知，4件样衣的等效亮度和实测亮度的比值均大于1，说明样衣的可视效率都较高，人眼可视亮度均大于由仪器测得的亮度。4件样品等效亮度和实测亮度的比值之间相差不明显，说明可视效率没有明显差别，蓝白条纹贴布的比值最高，即可视效率最高。白色绣花的等效亮度和实测亮度的比值高于白色绒布，说明白色绣花的可视效率比白色绒布高。蓝白绣花的等效亮度和实测亮度的比值高于白色绣花，蓝白条纹贴布的等效亮度和实测亮度的比值高于白色绒布，即多色搭配的夜光纤维材料之间光色的干涉对样衣的可视效率起到积极的作用。10°视场的等效亮度和实测亮度的比值均低于2°视场，说明样衣在大视角情况下的可视效率比小视角情况下的可视效率低。

利用式(5)、(7)计算得到2°视场和10°视场时的等效亮度，结果如图7所示。可知，相比实测亮度，4件样衣的可视亮度均有所提高，2°视场和10°视场下的可视亮度相差不明显，样衣等效亮度的稳态发光亮度由强到弱依次为白色绒布、白色绣花、蓝白条纹、蓝白绣花。由以上分析可知：颜色性能使得样衣对人眼的视看效果有所提高，但亮度仍起到主要作用，实测亮度越高，等效亮度也越高，视看效果越好。等效亮度随时间变化与实测亮度随时间变化相似，由快、中、慢3个衰减阶段组成：在10～100 s内衰减速率最快；100～400 s内衰减速率缓慢；400 s 时4件样衣的等效亮度趋于稳定，说明当时间达到一定值时，4件样衣的视觉效率近似于相等，对人眼的视觉效果没有明显差别，可同等作用于人眼，起到相同的警示和提醒作用。

图7 样衣等效亮度曲线图Fig.7 Equivalent luminance curves of samples. (a) With field of view 2°；(b) With field of view 10°

3 结 论

本文实验制备的4件样衣在2°和10°视场时的等效亮度均大于实测亮度，颜色性能对视觉效果起积极作用，提高了人眼对样衣的识别程度。双色夜光面料比单色夜光面料的可视效率好，实测亮度越高，可视效率越好，因此，在设计夜光儿童夜行安全服装时可采用发光亮度高的多种颜色彩色夜光纤维、面料搭配使用，可有效提高安全服装的识别程度。

夜光纤维的等效亮度随时间的衰减变化规律与实测亮度相似，亮度衰减分为快、中、慢3个阶段。样衣在停止光照后短时间内可视效率变化较大，人眼对4件样衣的识别程度也有明显不同，但在一定时间后，可视效率不再有明显变化，人眼对样衣视觉效果也逐渐趋于稳定，且各样衣的人眼识别程度趋于相似。

FZXB