Effects of lighting parameters on contrast threshold in the mesopic and photopic luminance ranges

Thumbnail Image

Files

isbn9512283344.pdf (1.73 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Doctoral thesis (monograph)
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2006-10-05

Department

Department of Electrical and Communications Engineering
Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

69

Series

Report / Helsinki University of Technology, Lighting Laboratory, Teknillinen korkeakoulu, valaistuslaboratorio, 41

Abstract

The first objective of this thesis was to find out how the background luminance level, spectra of the background and stimulus, and eccentricity of the stimulus affect contrast thresholds in the mesopic luminance range. The background luminance levels used were between LB=0.01…20 cd/m2. They cover the typical luminance levels of road lighting. The spectra of the background and stimulus were broadband white, blue, green, and red. The measurements were made at eccentricities of 0 and 10°. The results of this thesis confirmed that when the photopic background luminance level decreases from LB=10 cd/m2 to LB=0.01 cd/m2 the contrast threshold increases at stimulus eccentricities of both 0 and 10°. It was found that the contrast threshold increased the least with blue and the most with red background spectra when the background and stimulus had the same spectrum. When the background was white, the contrast threshold increased the least with blue and the most with red stimulus spectra. The results show that the spectral sensitivity of the eye is shifted towards shorter wavelengths when photopic background luminance levels are reduced from LB=10 to LB=0.01 cd/m2. The second objective was to find out the differences in the contrast threshold when a white or coloured background spectrum was used. It was found that the differences between the contrast thresholds measured with different stimuli and background spectra were larger when the measurements were taken with a coloured stimulus and a white background. The measured contrast thresholds were applied to existing models for mesopic spectral sensitivity. The goal was to find out if the models describe the mesopic contrast threshold in the same way for different stimulus and background spectra. The models used were Palmer's model [Palmer 1968], the X model [Rea et al 2004], and the MOVE model [Eloholma and Halonen 2005]. It was found that all the models used describe the spectral sensitivity at an eccentricity of 10° at the photopic background luminance levels LB=0.01…10 cd/m2 better than the photopic spectral luminous efficiency function V(λ), when contrast threshold is used as a visual task. It was found that the MOVE model describes the mesopic contrast threshold best at the photopic background luminance levels LB=0.01…3 cd/m2 when a white background and a coloured stimulus were used.

Väitöskirjan ensimmäisenä tavoitteena oli selvittää, kuinka taustan luminanssitaso, taustan spektri ja ärsykkeen epäkeskeisyys vaikuttavat kontrastikynnykseen mesooppisella luminanssialueella. Käytetyt taustan luminassit olivat välillä LB=0.01…20 cd/m2. Nämä luminanssitasot käsittivät tyypilliset tievalaistuksessa esiintyvät luminanssitasot. Taustan ja ärsykkeen spektrit olivat laajakaistaiset sininen, vihreä ja punainen. Mittaukset tehtiin 0 ja 10° epäkeskisyyksillä. Väitöskirjan tulokset vahvistivat sen, että taustan luminanssitason laskiessa arvosta LB=10 cd/m2 arvoon LB=0.01 cd/m2 kontrastikynnys nousee sekä 0 että 10° epäkeskisyyksillä. Tuloksista nähtiin myös, että kontrastikynnys kasvaa vähiten sinisellä ja eniten punaisella taustan spektrillä kun taustan ja ärsykkeen spektrit olivat samat. Kun tausta oli valkoinen, kasvoi kynnyskontrasti vähiten sinisellä ja eniten punaisella ärsykkeellä. Tuloksista voitiin nähdä, että silmän spektriherkkyys siirtyy kohti lyhyitä aallonpituuksia kun taustan luminanssitaso laskee arvosta LB=10 cd/m2 arvoon LB=0.01 cd/m2. Toinen tavoite oli selvittää, onko kynnyskontrastissa eroja kun taustan spektri oli valkoinen tai värillinen. Tuloksista nähtiin, että erot kontrastikynnyksissä olivat suuremmat, kun mittaukset oli tehty värillisellä ärsykkeellä ja valkoisella taustalla. Mitattuja kontrastikynnyksiä sovellettiin olemassa oleviin mesooppisiin malleihin. Tavoitteena oli selvittää, kuvaavatko mallit mesooppisia kontrastikynnyksiä samalla tavalla kun taustan ja ärsykkeen spektrit ovat samanlaiset ja kun ne olivat erilaiset. Sovelletut mallit olivat Palmerin malli [Palmer 1968], X-malli [Rea et al 2004] ja MOVE-malli [Eloholma ja Halonen 2005]. Tuloksista nähdään, että sovelletut mallit kuvaavat mesooppista spektriherkkyyttä 10° epäkeskisyydellä taustan luminanssitasoilla LB=0.01…10 cd/m2 paremmin kuin fotooppinen silmän spektriherkkyysfunktio V(λ) kun kontrasti kynnystä käytetään näkötehtävänä. Tuloksista nähdään myös, että MOVE-malli kuvaa mesooppista kontrastikynnystä parhaiten taustan luminanssitasoilla LB=0.01…3 cd/m2 kun tausta on valkoinen ja ärsyke on värillinen.

Description

Keywords

contrast threshold, mesopic vision, peripheral vision, mesopic spectral sensitivity, models for mesopic vision, kontrastikynnys, mesooppinen näkeminen, ääreisnäkö, mesooppinen spektriherkkyys, mesooppinen malli

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-008206

Collections

[diss] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC