[科普中国]-明视觉

释义

明视觉，与暗视觉（Photopic and ScotopicVision）相对，是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。人眼视网膜上分布有锥体细胞，集中在视网膜的中央窝及其附近，接受强光的刺激，在强光下起作用，所以叫明视觉器官。锥体细胞能分辨物体的细节和颜色，这是明视觉。

视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。视网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。1

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。2

影响在明视觉的情况下，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。3

明暗视觉的区别由于人眼存在的两种光感受器细胞——视锥和视杆细胞的不同特性，人眼的视觉根据亮度的变化可分为明视觉、暗视觉和中间视觉。根据国际照明学会（CIE）1983年的定义，明视觉指亮度超过几个cd/m2（通常认为超过3 cd/m2）的环境，此时视觉主要由视锥细胞起作用，最大的视觉响应在光谱蓝绿区间的555nm处；暗视觉指环境亮度低于10-3 cd/m2时4的视觉，此时视杆细胞是主要作用的感光细胞，光谱光视效率的峰值约在507nm；中间视觉介于明视觉和暗视觉亮度之间，此时人眼的视锥和视杆细胞同时响应，并且随着亮度的变化，两种细胞的活跃程度也发生了变化。一般从白天晴朗的太阳到晚上台灯的照明，都是在明视觉范围内的；而道路照明和明朗的月夜下，为中间视觉照明；昏暗的星空下就是暗视觉了。人眼的明视觉和暗视觉特征见下表，中间视觉介于明视觉与暗视觉之间。

在中间视觉状态下,人眼视网膜上的两种光感受器细胞———视锥和视杆细胞同时发生作用,当适应亮度逐渐由明到暗时,光谱灵敏度曲线逐步向短波方向移动,这种现象称为普尔金偏移(Purkinje Shift)。由于这种偏移,对于夜间照明的设计、测量和计算仍沿用明视觉光谱光视效率V (λ) 的基础将产生不恰当的甚至是错误的结果。目前国际上照明界越来越多的专家注意到了这一现象,并从各个方面研究中间视觉照明下的特性及其对夜间照明应用的影响。4