Experimentelle Studie zu Protanopie und Wahrnehmung von Bremsleuchten

Ziel dieses Projekts ist es, den Einfluss einer Protanopie (Rotblindheit) auf die Erkennbarkeit des Bremssignals von roten Bremsleuchten auf Basis einer explorativen Probandenstudie zu ermitteln.
In der Studie wird modellhaft die Situation einer plötzlichen Bremsung mit 15 m Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug nachgebildet, was einer realitätsnahen innerstädtischen und potenziell kritischen Situation bei 50 km/h entspricht. Zur Sicherstellung der Übertragbarkeit der Erkenntnisse werden die lichttechnischen Randparameter der Bremsleuchten im Rahmen der gesetzlichen Regelungen möglichst kritisch hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Sicherheitsrisiko gewählt. ... mehr
In der Studie wird eine maßstabsgetreue Modellnachbildung eines Fahrzeughecks vor einem Fahrzeugsitz mit Pedalen und Lenkrad aufgestellt. Im Modell des Fahrzeughecks befinden sich konventionelle Heckleuchten eines aktuell zugelassenen Kraftfahrzeugs (Kfz) in einer Version mit Glühlampen- und in einer mit LED-Lichtquellen mit vergleichbarem Erscheinungsbild.
In der Studie werden vier Situationen in den möglichen Kombinationen aus einer Tag- bzw. Nachtsituation mit beiden Lichtquellentechnologien getestet. Pro Situation werden dem Probanden 20 unterschiedlich helle Bremsleuchtenniveaus zwischen 12 cd und 120 cd mit je zwei Wiederholungen in zufälliger Folge dargeboten. Als Maß zur lichttechnischen Bewertung wird der Lichtstärkekontrast zwischen dem dauerhaft dargebotenen Schlusslicht und dem jeweiligen Bremsleuchtenniveau herangezogen.
Die Untersuchung der Wahrnehmungsunterschiede von roten Bremsleuchten zwischen Protanopen und Normalsichtigen wird mit folgenden Nullhypothesen durchgeführt.
H0,1: Es gibt in Bezug auf die ermittelten Kontrastschwellen des Bremssignals von Bremsleuchten keinen Unterschied zwischen protanopen Probanden und Probanden mit normalem Sehvermögen.
H0,2: Die verwendeten Technologien von Glühlampe und LED zeigen keinen Unterschied in Bezug auf die Kontrastschwellen zwischen protanopen Probanden und Probanden mit normalem Farbsehvermögen.
H0,3: Bei separater Betrachtung von Glühlampe und LED gibt es jeweils keinen Unterschied der Reaktionszeit zwischen protanopen Probanden und Probanden mit normalem Farbsehvermögen.
Zur Prüfung der ersten Nullhypothese H0,1 wird die Erkennbarkeitsschwelle bei einer Wahrscheinlichkeit von 50 % und 80 % der einzelnen Kontraststufen bestimmt. Die Erkennbarkeitsschwelle ist für beide Probandengruppen unter Berücksichtigung der Streubreiten gleich, was zur Annahme der Nullhypothese H0,1 führt. Aus der UN-Regelung Nr. 7, die die gesetzlichen Anforderungen für Schluss- und Bremsleuchten festlegt, ergibt sich ein minimaler Kontrast zwischen Schluss- und Bremsleuchten von 4 bis zum Jahr 2010 und 2,5 seit 2010. Diese minimalen Kontraste wurden von beiden Gruppen sicher erkannt.
Die zweite Nullhypothese H0,2 klärt den Einfluss der relativen spektralen Verteilung der verwendeten Lichtquellentechnologie, hier Glühlampe bzw. LED, auf die Wahrnehmbarkeitsschwelle für Protanope. Die gemessenen Kontrastschwellen zeigen keine Unterschiede zwischen den Technologien. Der Einfluss der relativen spektralen Verteilung der untersuchten Technologie auf die Wahrnehmung kann ausgeschlossen werden und die Nullhypothese H0,2 ist ebenfalls angenommen.
Die dritte Nullhypothese H0,3 untersucht den Einfluss der Lichtquellentechnologie auf Basis der Betrachtung der Reaktionszeiten über den Kontraststufen. Eine Differenzierung zwischen den Probandengruppen ist auch hier nicht zu erkennen, sodass die dritte Nullhypothese H0,3 ebenfalls angenommen ist.
Anhand der in dieser Studie ermittelten Daten kann kein sicherheitsrelevanter Einfluss einer vorliegenden Protanopie auf die Wahrnehmung von Kfz-Bremsleuchten (UN-Regelung Nr. 7) im Straßenverkehr nachgewiesen werden. Es hat sich gezeigt, dass im beschriebenen Untersuchungssetting in Bezug auf die ermittelten Kontrastschwellen des Bremssignals kein Unterschied zwischen protanopen Personen und Personen mit normalem Sehvermögen belegbar ist.
Die Untersuchungsergebnisse bieten daher keine Grundlage für eine Änderung der derzeit geltenden gesetzlichen Regelungen der Fahrerlaubnis-Verordnung. Da es sich allerdings um eine Untersuchung unter Laborbedingungen handelt, ist eine di-rekte Übertragbarkeit in den realen Straßenverkehr aufgrund der dort vorliegenden Komplexität nicht ohne weiteres möglich. Soll die Übertragbarkeit dennoch hergestellt werden, werden die ermittelten Werte üblicherweise mit dem sogenannten Praxisfaktor multipliziert. Die Anwendung des Praxisfaktors führt in diesem Fall zu dem Schluss, dass die in der UN-Regelung Nr. 7 festgelegten Anforderungen an die Bremsleuchten für beide Probandengruppen nicht ausreichend sind, um ein rechtzeitiges Erkennen der Bremsleuchten zu gewährleisten. Aufgrund dieser Erkenntnis besteht weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich der Neubewertung der Mindest- und Maximallichtstärken für Schluss- und Bremsleuchten respektive deren Kontrast zueinander.

The aim of this project is to determine the influence of protanopia (red blindness) on the recognisability of red stop lamps based on an explorative study with test subjects.
In the study, a braking situation is simulated at a distance of 15 m from the vehicle in front. This corresponds to a realistic inner-city potentially critical situation at 50 km/h. In order to ensure the transferability of the findings, the legally permitted photometric parameters for stop lamps are chosen as critically as possible with regard to their effect on the recognisability.
In the study, a true to scale model of a vehicle rear is placed in front of a vehicle seat with pedals and steering wheel. ... mehrIn the model of the vehicle rear, there are conventional rear lights of a current vehicle with a comparable appearance between both light source technologies, incandescent lamps and LEDs.
During the study, four different situations are tested: Day- and night-time conditions in each case with both light source technologies. For each situation, the test subject is presented a set of 20 different bright stop lamp levels with two repetitions in random order. The levels are in the range between 12 cd and 120 cd. As a measure for the photometric evaluation, the luminous intensity contrast between the permanently presented rear position lamp and the respective stop lamp level is used.
To investigate perception differences of red stop lamps between protanope and normal vision subjects, the study is performed with the following null hypotheses.
H0,1: There is no difference between protanope subjects and subjects with normal vision with regard to the determined contrast thresholds of stop lamps.
H0,2: The technologies of incandescent lamps and LEDs used show no difference in contrast thresholds between protanope subjects and subjects with normal colour vision.
H0,3: When considering incandescent lamp and LED separately, there is no difference in the reaction time of the determined contrasts between protanope subjects and subjects with normal colour vision.
To verify the first null hypothesis H0,1, the perception threshold of the individual contrast levels is determined at a probability of 50 % and 80 %. The perception threshold shows no differences between both groups of test subjects. Considering the variance ranges leads to accepting the null hypothesis H0,1. From the legal regulation requirements UN Regulation No. 7, there is a theoretically minimum luminous intensity contrast between rear position lamps and stop lamps of 4 up to the year 2010 and 2.5 since 2010. The theoretically minimum contrast of 2.5 was recognised reliably by both groups.
The second null hypothesis H0,2 tests the influence of the relative spectral distribution of the light source technology, incandescent lamp or LED, on the perception threshold. The technology-sensitive contrast thresholds of both groups of test subjects are compared. The measured contrast thresholds show no differences between the technologies. Thus, the influence of the relative spectral distribution of the examined technology on the perception can be excluded and we can also accept the null hypothesis H0,2.
The third null hypothesis H0,3 investigates the influence of the light source technology on the general reaction behaviour in more detail. The determined mean values of the reaction times do not show any differences between both groups of test subjects, also with regard of the presented contrast levels. So, the third null hypothesis H0,3 can also be assumed.
Based on the data determined in this study, no safety-relevant influence of an existing protanopia on the perception of stop lamps (UN Regulation No. 7) in road traffic can be demonstrated. It has been shown that there is no difference between protanope people and people with normal vision with respect to the determined contrast thresholds of stop lamps.
Therefore, the results of the investigation do not provide a basis for changing the currently applicable legal regulations for driving licenses. Because of the fact that the study was conducted under laboratory conditions, it is not possible to transfer the results in real and complex road traffic. If the results are to be transferred, the determined values are usually multiplied by the so-called practice factor. In this case, using this factor leads to the conclusion that the requirements for stop lamps according to UN regulation No. 7 are not sufficient to ensure a timely detection of the brake light as well as for protanope people and for people with normal vision.
Based on this finding, there is a need for further research with regard to the re-evaluation of the minimum and maximum light intensities for the tail lamps and stop lamps respectively their contrast to each other.