明视觉的原理

不同波长的光刺激在两种亮度范围内作用于视觉器官而产生的视觉现象。光刺激的亮度在约3个坎德拉(cd)/m2以上时，主要由人眼锥体细胞获得的视觉称明视觉或锥体细胞视觉；光刺激的亮度约在10-3尼特以下，即在暗适应情况下主要由杆体细胞获得的视觉称暗视觉或杆体细胞视觉。人眼视网膜中央凹内锥体细胞最多，视网膜边缘只有少数锥体细胞掺杂在杆体细胞中。杆体细胞主要分布在视网膜的边缘，中央凹内没有杆体细胞，而偏离中央凹20°时，单位面积上的杆体细胞密度最大。明视觉主要是中央视觉，而暗视觉则是边缘视觉。因此在微光条件下，如想发现发光暗淡的星星，把目标保持在视觉注视中心反而不如以边缘视觉观察时清楚。

(1) 视野

人的眼睛视野是比较广的,但也有一定的范围,双眼视线左右各约100°,上约50°,下约75°.在注视一个方向物体的形状,色彩,亮度时,能看清楚的仅为视线中心1°～2°范围,要感知该范围以外的物体,视线需要在那个方向上固定0.1～0.2秒.

(2) 可见光

肉眼所能感觉到的光,即可见光,仅是电磁波中的一小部分,其波长约为380～760nrn(1nm=10-9m)之间.不同波长的光给人们以不同颜色的感觉,各种颜色是逐渐过渡的,没有截然分开的界线.波长大于760nm和小于380nm的电磁波不能引起视觉.

在可见光中,人眼对不同波长的光的感觉,具有不同的灵敏度.在亮环境中,亮视觉对波长为555nm的黄绿光线最敏感.即各种辐射能量相同而波长不同的光,给人的感觉是黄绿光最亮,波长偏离555nm越远,则感觉越暗.在光线很弱的环境中,暗视觉对绿光最敏感,它与亮环境相比,最灵敏处向短波方向偏移.

(3) 人的视觉

视网膜是人眼感觉光的始端,上面分布着两种感光细胞:锥状体细胞和杆状体细胞.锥状体细胞多位于视网膜的中心,在黄斑上特别密,它对光亮的敏感性较小,需要较强的光刺激才兴奋,但对不同长度的光波具有不同的感觉能力,专管明亮时的视力,称为明视觉.柱状体细胞多在视网膜的周边,具有感觉弱光的能力,专管暗时的视力,强光反而会破坏它.但是它不能辩别颜色,在黑暗环境中观察到的景物是灰色的,它只能分辩亮度的大小.

眼睛对于外界的亮度变化,能适当地调节锥状体细胞和柱状体细胞使之具有合适的感度.这种现象叫做"亮度适应".对暗环境的适应(视野内的亮度在0.01cd/m2 以上,如白天,室外)主要是锥状体细胞呈工作状态.因此,暗适应过程很缓慢,而亮适应过程则快得多.

(4) 司机的注视范围

由于视觉取决于亮度,所以隧道照明质量以视场内的亮度为依据.国际照明委员会(CIE)建议:司机观察路面的平均视点高度为1.5m,大体相当与汽车司机的人眼高度,若向前注视的视角约为1°则注视的范围约为正前方60~160m左右,在此范围内的路面亮度分布状况,对司机视觉直接起作用,如图9.2.4所示.在此范围内视看条件的好坏,对司机辨认障碍物的可靠性和保持视觉的舒适性起决定作用.有良好的视看条件,才能保证司机准确了解道路交通状态及其变化情况,作出及时的判断和采取正确的机动动作.

图9.2.4 司机视觉的注视范围

(5) 司机的看视条件

司机的看视条件与一般人不同,几乎完全是在动态条件下进行的,比静态条件的观察困难得多.由静态观测所得实验数据不能直接引用到动态条件中,一般应提高数倍至数十倍.通常影响司机视看条件的基本点是:

路面平均亮度,对隧道来说还有作为背景的墙面亮度

路面亮度的均匀度

3)物体的亮度

4)物体与背景的亮度对比

5)观察物体时的有效时间

6)眩光程度等.

此外还与物体的形状,轮廓的清晰度,在视野中的位置,以及是否出现在预料的位置上,或是突然出现在非预料位置上等有关,视觉是以生理量度量的,受观察者的精神,视力,身体状况的影响.还受气象(如雾等)和空气混浊程度的影响.

影响视觉的主要因素

明视觉和暗视觉(PhotopicandScotopicVision)不同波长的光刺激在两种亮度范围内作用于视觉器官而产生的视觉现象。在光亮条件下，视锥细胞能够分辨颜色和物体的细节。当刺激物作用于视网膜中央凹时，视敏度最高，偏高中央凹5°时，视敏度几乎降低一半，在偏离中央凹40-50°的地方，视敏度只有中央凹的1/20。社网膜不同部位视敏度的判别与视锥细胞的分布情况是一致的。视风膜一定区域的视锥细胞数量决定着视觉的敏锐程度。视杆细胞只在较暗条件下起作用，适宜于微光视觉，但不能分辨颜色与细节。1912年。J.V.凯斯根据上述事实，提出了视觉的两重功能学说，认为视觉有两重功能:视网膜中央的“视锥细胞视觉”和视网膜边缘的“视杆细胞视觉”，也叫做明视觉和暗视觉。

不同波长的光刺激在两种亮度范围内作用于视觉器官而产生的视觉现象。光刺激的亮度在约3个坎德拉(cd)以上时，主要由人眼锥体细胞获得的视觉称明视觉或锥体细胞视觉光刺激的亮度约在10-3尼特以下，即在暗适应情况下主要由杆体细胞获得的视觉称暗视觉或杆体细胞视觉。人眼视网膜中央凹内锥体细胞最多，视网膜边缘只有少数锥体细胞掺杂在杆体细胞中。杆体细胞主要分布在视网膜的边缘，中央凹内没有杆体细胞，而偏离中央凹20°时，单位面积上的杆体细胞密度最大。明视觉主要是中央视觉，而暗视觉则是边缘视觉。因此在微光条件下，如想发现发光暗淡的星星，把目标保持在视觉注视中心反而不如以边缘视觉观察时清楚。

在明视觉的情况下，人眼能分辨物体的细节，也能分辨颜色，但对不同波长可见光的感受性不同，因此能量相同的不同色光表现出不同的明亮程度。一般说来黄绿色看着最亮，光谱两端的红色和紫色则暗得多。不同波长的光的这种相对发光效率通常称作光谱相对视亮度函数(简称V(λ)函数)或相对发光效率函数、视见函数等，可用光谱相对视亮度曲线表示(见图)。V(λ)函数是人们看不同色光时产生同等亮度感觉所需要的能量的倒数，即V(λ)=1/E(λ)。式中:V(λ)为相应波长λ的光谱视亮度函数值E(λ)为波长λ的单色光能量。目前通用的V(λ)函数主要是K.S.吉布森和E.P.T.廷德尔用步进法与W.科布伦茨和W.B.埃默森用闪烁法测定结果的平均值。1924年为国际照明委员会(简称CIE)所采纳。其峰值在555纳米处。

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