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1,第 2 章 视觉与光的量度,2-1 人眼的生理特性,1 眼睛的构造及功能,2,3,4,瞳孔直径与视场亮度的关系,5,2 锥体细胞与杆体细胞,视网膜中含有两类感光细胞，即锥体细胞与杆体细胞。锥体细胞分布在视网膜中央，特别是在中央凹部分，而杆体细胞则多分布在较边缘部分。,这两种视觉细胞有如下一些区别：杆体细胞比锥体细胞小一些，它对光的敏感性较锥体细胞强约500倍，但它不能提供色的信息；在中央凹2范围内没有杆体细胞，但离开中央凹以外便开始出现杆体细胞，锥体细胞在中央凹处密度最大，杆体细胞在离开中央凹20的地方密度最大；锥体细胞在和神经的连接上占有优势，中央凹的锥体细胞是一个细胞连接一根神经纤维，而杆体细胞则是许多个细胞共用一根神经纤维；在杆体细胞中有“视紫红质”，锥体细胞没有，这种物质在亮光下很快褪色，在弱光下或在黑暗中又逐渐复原，它与暗适应有关。,6,3 明视觉、暗视觉光谱光效率函数,在明视觉条件下，人眼对0.38-0.78可见光谱范围的不同波长的辐射，即各种色光具有不同的感受性。对于等能量的各色光，人眼觉得黄绿色最亮，其次是蓝、紫，最暗的是红色。,人眼对不同色光感受性不一样，可用光谱光效率函数来表征，并用光谱光效率曲线来表示。所谓光谱光效率函数就是达到同样亮度时，不同波长所需能量的倒数，即 ,式中： 为光谱光效率函数值， 为单色光能量。由于视网膜包含两种不同的感光细胞，在不同照明水平时， 函数会发生变化。,7,8,4 暗适应与明适应,人眼从光亮中进入暗室时，在最初的瞬间什么都看不见，逐渐地才适应了黑暗，从而区分出周围物体的轮廓，这就是暗适应。,人们从黑暗处走到强光下，开始觉得眩目，睁不开眼睛，大约需要经过1min后才能看清楚周围的景物。眼睛这种由暗到亮的适应过程叫做明适应，在这过程中眼的感受度降低。,9,5 视敏度和细节视觉,视角(分)=,10,视敏度是指分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找出两条线间的最小间隔来说明。若用表示视敏度，则可用视角的倒数来表示视敏度，即：,视敏度受下列因素影响： 物体离观察的距离增加，人眼的视敏度也下降； 亮度增加会提高视敏度，它们之间的关系为：,物体与背景之间对比度加大时，视敏度提高。,11,6 临界闪烁频率,当光刺激人眼时，感觉并不是立即产生的，因为光作用于视网膜，产生兴奋再传导至大脑有关部位引起感觉，这中间需要一段传导时间，而且光刺激在眼睛内所产生的兴奋并不随着刺激的终止而立即消失，而是要维持若干时间。在刺激停止后所留下来的感觉称为视觉后像或称视觉残留。,12,视觉残留时间受如下一些因素影响：(1)由弱的发光物体所得到的后像在12s内就会消失，而由强的光刺激所引发的后像则可持续数分钟；(2)刺激光作用时间越长，后像持续的时间也越长；(3)不同色光的刺激，后像延续时间不同，黄色光的后像消失得最快。,13,对于由一个亮的和一个暗的时相组成的一个周期的断续光，当频率低时，观察者看到一系列的闪光；当频率增加时，变为粗闪、细闪；当闪光频率增加到一定程度时，人眼就不再感到是闪光，而感到一种固定的或连续的光。这样一种频率就叫做闪光融合频率或临界闪烁频率，简称CFF。,14,CFF受许多因素影响,(1) 刺激的强度,(2) 刺激的面积,(3) 视网膜的不同部位,（4）不同背景光及不同的刺激色光,15,7 视觉阈限的量子理论与差别感觉阈限,实验测定，初次觉察出来的光度变化同这种光度原有水平的比始终是一个常数。这种觉察出两个刺激间的最小差别量，叫做差别感觉阈限，也可叫做最小可觉差。,视觉阈限的量子理论: 一个光量子只在一个杆体细胞内分裂一个分子的视紫红质，要使我们感觉到一个闪光亮仍需要5-14个杆体细胞的效果积累起来才能达到反应的阈值。,16,刚刚可觉察出来的刺激物的增加量(差别阈限值)是感觉的单位，用E表示。前面式子的积分表达式为：,17,2-2 光度学,1 光通量和发光强度,光通量( )明确地定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量，单位是lm(流明)。,18,发光强度是用来描述在某一个指定方向上发出光通量的能力的物理量，即在指定方向上单位立体角所包含的光通量,19,2 照度及距离平方反比定律,单位面积上的光通量称为照度,20,距离平方反比定律：,一个发光强度为I的点光源，在距离它所处的平面上产生的照度，与这个光源的发光强度成正比，与距离平方成反比。,21,3 亮度及朗伯定律,亮度是指单位面积上的发光强度,一个亮度在各个方向上都相等的发光面，在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度乘以方向角的余弦，这就是郎伯定律。,22,一个朗伯发射面发出的总光通量等于它的垂直发光强度乘立体角，这是一个常用到的关系式。,23,表2-1 光度学中常用的参量,24, 2-3 色度学概要,1 颜色的基本特性及颜色混合,1.1 颜色的三个基本特性:即色调、饱和度和明度,色调是指在物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的，不同波长产生不同颜色的感觉。,颜色的饱和度是指一个颜色的鲜明程度。 饱和度是颜色色调的表现程度，它取决于表面反射光的波长范围的狭窄性(即纯度)。,明度是人眼直接感受到的物体明亮程度,25,26,1.2 加法混色,光谱中的色光混合是一种加色法。实验证明，全部光色都可以由红、绿、蓝三基色以适当比例混合而得到。,1.2.1 同时加色法,1.2.2 继时加色法,1.2.3 空间加色法,27,红色+绿色=黄色,红色+蓝色=紫色,蓝色+绿色=青色,红色+蓝色+绿色=白色,28,1.3 减法混色,29,30,31,32,33,思考与练习题,2-1瞳孔位于眼睛的何处？它有什么功能？它最大或最小的直径分别为多少？2-2锥体细胞与杆体细胞的主要区别有哪些？2-3有人说适应的主要机制是瞳孔的变化，你赞同吗？请简述暗适应的主要机制?2-4光通量与光辐射是一回事吗？有何关系？2-5一束波长为0.460 的蓝光，其光通量为620lm,射到一白屏上，问屏上在一分钟内接收到多少焦耳的能量？2-6一光源辐射0.555 及0.600 的光波。两者的辐通量分别为2W和1W，求此光源发出的总光通量为多少流明？2-7照度及平方反比定律的内容是什么。有何用？2-8何谓朗伯发光面？朗伯发光面发出的总光量与发光强度是什么关系？2-9光出度与亮度之间有何关系？2-10请阐明颜色立体图的物理含义。,