交通标志逆反射材料广泛应用于道路交通领域，主要是利用车辆前照灯照射在其逆反射表面后，反射光沿靠近入射光线的反方向返回，并且当入射光线的方向在较大范围内变化时，仍能保持这种特定的反射性质。因此，通过控制反射光的角度范围及强度分布达到传递指示、警告等信息的作用，对于保障交通运输安全，提高通行效率有着重要的意义。 交通标志逆反射材料的逆反射光学参数受材料自身性能、入射光源、入射及观测角度和距离等多要素影响。例如，入射光源发射光谱对逆反射材料光谱反射率曲线的影响具有多种相对关系及变化趋势^[1]；逆反射材料的逆反射微膜结构(玻璃珠型、微棱镜型)影响逆反射特性^{[2, 3]}；入射光(正入射无效光)影响逆反射光学参数^[4]；入射角度及观测角度、距离和旋转角等参数影响逆反射光学参数的测量^{[5, 6, 7, 8]}。上述研究多集中于对逆反射材料逆反射系数相关的研究，而对于逆反射材料的逆反射色度性能关联因素的研究少有涉及。

交通标志逆反射材料表达的色度信息是交通信息的重要组成部分，其中明确要求红色代表禁止，黄色代表警告，蓝色代表安全，绿色代表指示，而人眼识别到的交通标志逆反射颜色取决于逆反射光的光谱构成。由于逆反射材料自身并不发光，其逆反射光谱主要取决于入射光光谱构成和材料的光谱反射率曲线，传统的逆反射材料逆反射色测试方法和仪器所选用的光源是标准A光源，但车辆前照灯光源的种类却包括卤素、氙灯、白光LED等多种光源，且新型光源的应用比例越来越高。因此夜间行车时由于车辆光源光谱的不同导致的交通标志逆反射材料颜色变化就可能影响道路使用者对交通标志信息的有效视认。

针对上述问题，本文通过试验和分析不同前照灯入射光源的光谱性能对逆反射材料逆反射光色度指标的关联，并通过对不同颜色交通标志逆反射材料进行相关试验，得到了入射光源光谱性能对交通标志逆反射光色度的影响。

颜色的表征包括3个基本参数，分别是明度、色度和饱和度。明度表示颜色的明亮程度，光源色的明度与光源的亮度有关，逆反射色的明度主要与材料的反射比有关；色度表示不同彩色的特征，在可见光谱范围内，不同波长不同辐射能量呈现不同的颜色；饱和度表示颜色接近光谱色的程度，光谱色成分与消色成分的比例愈高，饱和度愈高。

在颜色的表征方法中，色品坐标及色品图是较为常用的表征系统，以CIE 1931标准色度XYZ系统最为常用。该系统选用X，Y，Z代替实际三原色刺激值红(R)、绿(G)、蓝(B)来表示颜色，两者的变换关系为^[9]：

根据x，y，z的数值，可用色品坐标的形式表征色度指标。CIE 1931标准色品坐标图，如图 1所示。

图 1 CIE 1931标准色品坐标图 Fig. 1 Chromaticity coordinate diagram in CIE 1931 standard

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若照亮逆反射材料的入射光源的辐照强度发射光谱分布为p(λ)， 逆反射材料的光谱反射率为β(λ)， 则进入人眼睛的相对光谱分布(颜色刺激函数)为p(λ)β(λ)。其颜色三刺激值分别为：

其中，

通过上式可计算出该逆反射光的色品坐标(x，y)为：

综上可得，逆反射光的色度指标与入射光源的辐照强度发射光谱和逆反射材料的光谱反射率曲线密切相关，因此交通标志逆反射光的色度影响因素研究应从入射光源光谱性能和逆反射材料光谱反射率分析开始。

随着多种新型光源技术的发展，新型氙灯、白光LED和传统卤素灯等典型光源逐步应用于机动车照明中。因此选择了目前常用的典型机动车前照灯光源为研究样本，对其发射光谱进行测试，得到不同种类光源的发射光谱。

卤素灯光源的发射光谱如图 2所示。

图 2 卤素灯光源辐照强度发射光谱 Fig. 2 Emission spectrum of halogen light source irradiation intensity

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氙灯光源的发射光谱如图 3所示。

图 3 氙灯光源辐照强度发射光谱 Fig. 3 Emission spectrum of xenon light source irradiation intensity

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白光LED光源的发射光谱如图 4所示。

图 4 白光LED光源辐照强度发射光谱 Fig. 4 Emission spectrum of white LED light source irradiation intensity

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由测试结果可以分析得到，卤素光源光谱在可见光区间为连续谱，辐射强度随波长增加呈上升趋势；氙灯光源光谱覆盖整个可见光区域，在437，53，90 nm等处有多个发射峰；白光LED光源光谱由峰值位于460 nm附近的蓝光和峰值位于570 nm附近的黄光叠加得到，表现为双峰宽谱。

由于白光LED采用的是半导体芯片发光与激发荧光粉发光的双(多)色混合发光得到白光，因此通过调节基色光的光强比可以得到不同色温的白光，根据调光原理进一步测试了不同白光LED的发光光谱，对辐照强度发射光谱从低色温向高色温的变化情况进行比较，如图 5所示。

图 5 不同色温白光LED光源辐照强度发射光谱 Fig. 5 Emission spectra of white LED light source irradiation intensity with different color temperatures

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从变化趋势图分析得到，不同色温白光LED光源辐照强度发射光谱的共同点在于蓝光和黄光的光谱峰值位置基本相同，主要区别在于蓝光和黄光峰值的相对强度不同，其中色温较高的光源中蓝光峰值也相对较高。

根据国家标准的规定，交通标志逆反射材料按反射结构的不同分为透镜埋入型(Ⅰ类、Ⅱ类)、密封胶囊型(Ⅲ类)和微棱镜型(Ⅳ类、Ⅴ类、Ⅵ类、Ⅶ类)3种^[10]，针对每种结构类型选取Ⅰ类、Ⅲ类和Ⅴ类3种类型的各5种不同颜色典型逆反射材料进行光谱反射率的测试^{[11, 12]}。

每种类型、每种颜色的逆反射材料制作成4块被测样品，使用OL750D型光谱辐射分析仪进行光谱发射率的测试，取其测试的统计平均值作为最终结果，得到相应的光谱反射率。

透镜埋入型逆反射材料光谱反射率曲线，如图 6所示。

图 6 Ⅰ类逆反射材料光谱反射率曲线(1：白，2：黄，3：红，4：绿，5：蓝) Fig. 6 Spectral reflectivity curves of typeⅠ retro-reflective materials(1:white,2:yellow,3:red,4:green,5:blue)

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密封胶囊型逆反射材料光谱反射率曲线，如图 7所示。

图 7 Ⅲ类逆反射材料光谱反射率曲线(1：白，2：黄，3：红，4：绿，5：蓝) Fig. 7 Spectral reflectivity curves of type Ⅲ retro-reflective materials(1:white,2:yellow,3:red,4:green,5:blue)

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微棱镜型逆反射材料光谱反射率曲线，如图 8所示。

图 8 Ⅴ类逆反射材料光谱反射率曲线(1：白，2：黄，3：红，4：绿，5：蓝) Fig. 8 Spectral reflectivity curves of type Ⅴ retro-reflective materials(1:White,2:Yellow,3:Red,4:Green,5:Blue)

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从不同类型的交通标志逆反射材料的光谱反射率曲线可以得出，白色逆反射材料在整个可见光谱范围内反射率较高；蓝色逆反射材料在450 nm附近达到峰值，并迅速下降，在550 nm附近达到最小值；绿色逆反射材料在450 nm附近开始上升，在500 nm附近达到峰值，并迅速下降，在580 nm附近达到最小值；黄色逆反射材料在500 nm附近开始上升，在600 nm附近达到峰值并缓慢下降；红色逆反射材料在630 nm附近达到峰值并缓慢下降。

为了研究入射光源光谱对交通标志逆反射材料色度指标的影响，针对Ⅴ类逆反射材料进行了一系列的研究分析。分析所用的交通标志逆反射材料包括白、黄、蓝3种颜色，入射光源包括卤素光源(色温3 056 K)、氙灯光源(色温8 855 K)、低色温的白光LED光源(色温4 868 K)和高色温的白光LED光源(6 924 K)4种类型。按照入射光源光谱性能、逆反射材料光谱反射率曲线和逆反射光的色度指标的关系进行数学计算，得到在不同类型光源入射条件下逆反射材料的色品坐标，见表 1。

将不同入射光源条件下，每种颜色逆反射材料的逆反射色的色品坐标绘制于色品坐标图，见图 9～图 11。

图 9 白色逆反射材料在不同入射光源条件下的逆反射色品坐标图 Fig. 9 Retro-reflection chromaticity coordinate diagram of white retro-reflective material in different types of incident light

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图 10 黄色逆反射材料在不同入射光源条件下的逆反射色品坐标图 Fig. 10 Retro-reflection chromaticity coordinate diagram of yellow retro-reflective material in different types of incident light

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图 11 蓝色逆反射材料在不同入射光源条件下的 逆反射色品坐标图 Fig. 11 Retro-reflection chromaticity coordinate diagram of blue retro-reflective material in different types of incident light

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根据对入射光源光谱性能和交通标志逆反射材料色度指标的研究分析得到如下结论：

(1)卤素光源光谱在可见光区间为连续谱，辐射强度随波长增加呈上升趋势；氙灯光源光谱覆盖整个可见光区域，并在部分波长附近具有发射峰；白光LED光源光谱由两个在蓝光区域和黄光区域的峰值叠加得到，表现为双峰宽谱。

(2)不同色温白光LED光源辐照强度发射光谱的共同点在于蓝光和黄光的光谱峰值位置基本相同，其中色温较高的光源中蓝光峰值也相对较高。

(3)卤素光源作为入射光源的条件下，不同颜色逆反射材料的逆反射色均向黄色区域发生了偏移，主要是因为卤素光源在可见光波段的发光以黄光为主，不同颜色的逆反射光光谱中黄光成分含量较高。氙灯和高色温白光LED作为入射光源的条件下，逆反射材料的逆反射色均向蓝光区域发生了偏移，也与这两种光源中短波成分含量较高有关。低色温白光LED作为入射光源条件下，逆反射材料的逆反射色向黄光区域或蓝光区域偏移的情况介于卤素光源和氙灯或高色温白光LED之间。

(4)逆反射材料的逆反射色度性能在氙灯和高色温白光LED作为入射光源的条件下基本一致。

(5)通过研究发现，不同入射光源光谱对交通标志逆反射色度性能的影响较大，部分情况下能够使逆反射色品坐标偏离标准区域，导致颜色辨识误差。因此后续应开展新型机动车前照灯光源对交通标志逆反射色度的影响评价研究，修订相关标准参数。