第1章 輻射度量、光度量基礎(chǔ)

1、輻射度、光度與色度及其測量輻射度、光度與色度及其測量 第第1章章 輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ)輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ) 輻射度量是用能量單位描述輻射能的客觀物理量。光輻射度量是用能量單位描述輻射能的客觀物理量。光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度量，即光度量是具有平均人眼視覺響應(yīng)特性的人眼所接收到量，即光度量是具有平均人眼視覺響應(yīng)特性的人眼所接收到的輻射量的度量。因此，輻射度量和光度量都可定量地描述的輻射量的度量。因此，輻射度量和光度量都可定量地描述輻射能強(qiáng)度，但輻射度量是輻射能本身的客觀度量，是純粹輻射能強(qiáng)度，但輻射度量是輻射

2、能本身的客觀度量，是純粹的物理量；而光度量則還包括了生理學(xué)、心理學(xué)的概念在內(nèi)。的物理量；而光度量則還包括了生理學(xué)、心理學(xué)的概念在內(nèi)。 1.1 1.1 輻射度量輻射度量1.2 1.2 光度量光度量1.3 1.3 人眼視覺特性人眼視覺特性1.4 1.4 朗伯輻射體及其輻射特性朗伯輻射體及其輻射特性1.5 1.5 幾種典型光輻射量的計(jì)算公式幾種典型光輻射量的計(jì)算公式第第1章章 輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ)輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ) 1.1.1 1.1.1 立體角立體角 任一光源發(fā)射的能量都輻射在它周圍一定的空間。因此，任一光源發(fā)射的能量都輻射在它周圍一定的空間。因此，在進(jìn)行光輻射的討論和計(jì)算時，是一個立體

3、空間問題。在光在進(jìn)行光輻射的討論和計(jì)算時，是一個立體空間問題。在光輻射測量中，常用的幾何量就是立體角。輻射測量中，常用的幾何量就是立體角。立體角立體角 描述輻描述輻射能向空間發(fā)射、傳輸或被某一表面接收時的發(fā)散或會聚的射能向空間發(fā)射、傳輸或被某一表面接收時的發(fā)散或會聚的角度。角度。定義：以錐體的基點(diǎn)為球心作一球表面，錐體在球表面上所定義：以錐體的基點(diǎn)為球心作一球表面，錐體在球表面上所截取部分的表面積截取部分的表面積 d dS S 和球半徑和球半徑 r r 平方之比，即：平方之比，即：式中，式中， 為天頂角；為天頂角； 為方位角；為方位角；d d , ,d d 分別為其增量。分別為其增量。單位：球

4、面度單位：球面度(sr)(sr)。 dsrdddo222dsindddsinddSrrr sindd )2(sin4)cos1 (2sin2200 dd整個球面度為整個球面度為: : ，半個球面度為，半個球面度為: : 。42立體角是平面角向三維空立體角是平面角向三維空間的推廣。在二維空間，間的推廣。在二維空間，2 2角度覆蓋整個單位圓。角度覆蓋整個單位圓。在三維空間，在三維空間， 4 4的球面的球面度立體角覆蓋整個單位球度立體角覆蓋整個單位球面。面。1.1.2 1.1.2 輻射度量的名稱、定義、符號和單位輻射度量的名稱、定義、符號和單位(1) (1) 輻射能輻射能( (Q Q，Radiant

5、 energy) )簡稱輻能，描簡稱輻能，描述以輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的能量。述以輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的能量。hVQw(3) (3) 輻射通量輻射通量( ( ，Radiant flux) ) 以輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的功率，用以描述輻能的時間特性。以輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的功率，用以描述輻能的時間特性。dtdQ在給定傳輸方向上的單位立在給定傳輸方向上的單位立體角內(nèi)光源發(fā)出的輻射通量，輻射強(qiáng)度描述體角內(nèi)光源發(fā)出的輻射通量，輻射強(qiáng)度描述點(diǎn)光源輻射的方向特性。點(diǎn)光源輻射的方向特性。(4) (4) 輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度( (I I，Radiant intensity) ) ddI 均勻點(diǎn)輻射源（

6、各向同性）輻射強(qiáng)度均勻點(diǎn)輻射源（各向同性）輻射強(qiáng)度I I不隨方向變化，故整個球面的輻不隨方向變化，故整個球面的輻射通量為：射通量為：II4(5) (5) 輻射出射度輻射出射度( (M M，Radiant exitance) ) dAdMddAx xMM AdAxMMA(6) (6) 輻亮度輻亮度( (L L，Radiance) )輻出度輻出度 M M 和輻亮度和輻亮度 L L 的關(guān)系的關(guān)系輻強(qiáng)度輻強(qiáng)度 I I 和輻亮度和輻亮度 L L 的關(guān)系的關(guān)系coscos2dAdIdAddL,dAdMcos2dAddL,cosddML2cos dLM,ddIcos2dAddL,cosdAdIL 2cos

7、dALI(7) (7) 輻照度輻照度( (E E，Irradiance) ) 輻照度和輻射出射度具有相同的定義方程和單位，但卻分別用來描述輻照度和輻射出射度具有相同的定義方程和單位，但卻分別用來描述微面元發(fā)射和接收輻射通量的特性。微面元發(fā)射和接收輻射通量的特性。dAdEddAx(8) (8) 吸收比、反射比、透射比吸收比、反射比、透射比由于輻射度量也是波長的函數(shù)，當(dāng)描述光譜輻射量時，可在相應(yīng)名稱前由于輻射度量也是波長的函數(shù)，當(dāng)描述光譜輻射量時，可在相應(yīng)名稱前加加“光譜光譜”，并在相應(yīng)的符號上加波長的符號，并在相應(yīng)的符號上加波長的符號“ ”作為下標(biāo)，例如光作為下標(biāo)，例如光譜輻射通量記為譜輻射通量

8、記為 或或 ( ( ) ) 等等。等等。isra / , / , /isiriairsa11.1.3 1.1.3 光譜輻射量與光子輻射量光譜輻射量與光子輻射量dXX0dXX21X12XXXlim0PPP0limdPP21dPP0IIlimI0MMlimM0LLlimL0EElimE02、光子輻射量PNQhQdhQdNPdPdNdQhNP1tNPPPPPIAcosLP2PdcosLAMPPPAEPP1.1 1.1 輻射度量輻射度量1.2 1.2 光度量光度量1.3 1.3 人眼視覺特性人眼視覺特性1.4 1.4 朗伯輻射體及其輻射特性朗伯輻射體及其輻射特性1.5 1.5 幾種典型光輻射量的計(jì)算公

9、式幾種典型光輻射量的計(jì)算公式第第1章章 輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ)輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ) 1.2.1 1.2.1 光度量的名稱、定義、符號和單位光度量的名稱、定義、符號和單位 光度量和輻射度量的定義、定義方程是一一對應(yīng)的。下表列出了基本光度量和輻射度量的定義、定義方程是一一對應(yīng)的。下表列出了基本光度量的名稱、符號、定義方程及單位、單位符號。有時為避免混淆，在光度量的名稱、符號、定義方程及單位、單位符號。有時為避免混淆，在輻射度量符號上加下標(biāo)輻射度量符號上加下標(biāo)“e e”，而在光度量符號上加下標(biāo)，而在光度量符號上加下標(biāo)“v v”。 (1)(1)光量光量( (Q Q，quantity of lig

10、ht ) ) 光源在指定時間內(nèi)發(fā)出的光能。光源在指定時間內(nèi)發(fā)出的光能。(2)(2)光通量光通量( ( ，luminous flux) luminous flux) 光源在單位時間內(nèi)發(fā)出的光能。光源在單位時間內(nèi)發(fā)出的光能。(3)(3)光強(qiáng)度光強(qiáng)度( (I I，luminous Intensity)luminous Intensity) 光源在指定方向上通過單位立體角內(nèi)的光通量。光源在指定方向上通過單位立體角內(nèi)的光通量。(4)(4)光亮度光亮度 ( (L L，luminance)luminance) 面光源在給定方向上，單位正投影面積的發(fā)光強(qiáng)度。面光源在給定方向上，單位正投影面積的發(fā)光強(qiáng)度。(5)

11、(5)光出射度光出射度( (M M，Lminous exitance)Lminous exitance) 面光源單位元表面內(nèi)向外所發(fā)射的光通量。面光源單位元表面內(nèi)向外所發(fā)射的光通量。(6) (6) 光照度光照度( (E E，illuminance)illuminance) 被照物體單位元表面里入射或獲得的光通量。被照物體單位元表面里入射或獲得的光通量。dtdQ2/cos/cosLdddAdI dAdAdQM dAdQE ddI 常見光源的光視效能常見光源的光視效能: 為了描述光源的光度與輻射度的關(guān)系，通常引入光視效能為了描述光源的光度與輻射度的關(guān)系，通常引入光視效能 K K ，其定，其定義為目

12、視引起刺激的光通量義為目視引起刺激的光通量 與光源發(fā)出的輻射通量與光源發(fā)出的輻射通量 之比，單位為之比，單位為（lm/Wlm/W）。）。eKeeK)()(Knm555lm/W683mKeeKeK)( dKdevvdee ddKKee dKK注意！注意！ 反反映人眼對各種不同波長光的視覺靈敏度映人眼對各種不同波長光的視覺靈敏度 mKKV nm555lm/W683mKmKKV)()(700555nm380)(V mKKV ddKKee ddKKVeem1 ddVeedVV注意！注意！V V( ( ) )是是CIECIE推薦的平均人眼光譜光視效率推薦的平均人眼光譜光視效率( (或稱視見函數(shù)或稱視見函

13、數(shù)) )。對于明視覺，。對于明視覺，對應(yīng)為輻射通量對應(yīng)為輻射通量 e e(555)(555)與某波長與某波長 能對平均人眼產(chǎn)生相同光視刺激的輻射能對平均人眼產(chǎn)生相同光視刺激的輻射通量通量 e e( ( ) )的比值。的比值。K Km m是最大光譜光視效能是最大光譜光視效能( (常數(shù)常數(shù)), ), 對于明視覺，對于明視覺，K Km m=683 =683 lm/Wlm/W。對暗視覺，。對暗視覺，K K m m=1725 lm/W=1725 lm/W。明視覺條件下。明視覺條件下V V( ( ) )所對應(yīng)的峰值波長為所對應(yīng)的峰值波長為555nm555nm，暗視覺條件下，暗視覺條件下V V( ( ) )

14、所對應(yīng)的峰值波長為所對應(yīng)的峰值波長為507nm 507nm 。 視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜有兩種感光細(xì)胞有兩種感光細(xì)胞錐體細(xì)胞錐體細(xì)胞桿體細(xì)胞桿體細(xì)胞明視覺明視覺暗視覺暗視覺)(V)(V700555nm380)(V505)(V1.2.2 1.2.2 光度量與輻射度量的關(guān)系光度量與輻射度量的關(guān)系 ( (光譜光譜) )光度量光度量 和和( (光譜光譜) )輻射度量輻射度量 可通過人眼視覺特性進(jìn)行可通過人眼視覺特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即轉(zhuǎn)換，即: : 光譜光度量和光譜輻射度量光譜光度量和光譜輻射度量: : 光度量和輻射度量光度量和輻射度量: : 光通量光通量 V V和輻射通量和輻射通量 e e可通過人眼視覺特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即

15、可通過人眼視覺特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即 ( )( )( )VmeK V0( )( )VmeKVd 明視覺明視覺:dVKemv780380暗視覺暗視覺:dVKemv780380dXXvvdXVKXemv)(evXKX)(emvXVKX)()(vX)(eX1.1 1.1 輻射度量輻射度量1.2 1.2 光度量光度量1.3 1.3 人眼視覺特性人眼視覺特性1.4 1.4 朗伯輻射體及其輻射特性朗伯輻射體及其輻射特性1.5 1.5 幾種典型光輻射量的計(jì)算公式幾種典型光輻射量的計(jì)算公式第第1章章 輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ)輻射度量、光輻射度量基礎(chǔ) 人眼在光度量和色度學(xué)評價中起著極為重要的作用。研人眼在光度量和色度

16、學(xué)評價中起著極為重要的作用。研究人眼的視覺特性是正確地進(jìn)行各種光度究人眼的視覺特性是正確地進(jìn)行各種光度/ /色度測量的基礎(chǔ)，色度測量的基礎(chǔ)，也是各種光度或色度儀器設(shè)計(jì)的依據(jù)。也是各種光度或色度儀器設(shè)計(jì)的依據(jù)。p 視覺是人的主要感覺功能，人的視覺系統(tǒng)能完美的完成許視覺是人的主要感覺功能，人的視覺系統(tǒng)能完美的完成許多復(fù)雜的信息處理功能。多復(fù)雜的信息處理功能。p 視覺研究所涉及的學(xué)科視覺研究所涉及的學(xué)科：物理學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、解剖學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。物理學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、解剖學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。 人眼的構(gòu)造人眼的構(gòu)造 眼球包括：曲光系統(tǒng)和感光系統(tǒng)眼球包括：曲光系統(tǒng)和感光系統(tǒng) 曲光系統(tǒng)由角膜、房水、晶

17、狀體和玻璃體組成曲光系統(tǒng)由角膜、房水、晶狀體和玻璃體組成 感光系統(tǒng)由充滿了視細(xì)胞的視網(wǎng)膜組成感光系統(tǒng)由充滿了視細(xì)胞的視網(wǎng)膜組成眼睛中圖像的形成眼睛中圖像的形成外界光線射進(jìn)眼球角膜對入射光具有聚光作用瞳孔起了照相機(jī)的光圈作用晶狀體懸掛在睫狀體上睫狀肌的收緊和松弛使晶狀體改變凸度，起著光學(xué)變焦透鏡的作用晶狀體的后面是玻璃體光線最后落在眼底的視網(wǎng)膜上(1)(1)光學(xué)過程光學(xué)過程 15 / 100 = 2.55 / 17(2)(2)化學(xué)過程化學(xué)過程 錐狀細(xì)胞：錐狀細(xì)胞：約有約有700700萬個錐狀細(xì)胞，分布在正對瞳孔的視網(wǎng)膜萬個錐狀細(xì)胞，分布在正對瞳孔的視網(wǎng)膜中央?yún)^(qū)域（黃斑區(qū)）錐狀細(xì)胞既能感光，又能感

18、色，但感光中央?yún)^(qū)域（黃斑區(qū)）錐狀細(xì)胞既能感光，又能感色，但感光靈敏度不高，主要在強(qiáng)光條件下工作。錐狀細(xì)胞直徑為靈敏度不高，主要在強(qiáng)光條件下工作。錐狀細(xì)胞直徑為2.57.5um2.57.5um。桿狀細(xì)胞：桿狀細(xì)胞：約有約有1.21.2億個桿狀細(xì)胞，越遠(yuǎn)離黃斑區(qū)錐狀細(xì)胞越億個桿狀細(xì)胞，越遠(yuǎn)離黃斑區(qū)錐狀細(xì)胞越少，在接近邊緣區(qū)域的幾乎全是桿狀細(xì)胞。桿狀細(xì)胞只能感少，在接近邊緣區(qū)域的幾乎全是桿狀細(xì)胞。桿狀細(xì)胞只能感光，不能感色，但感光靈敏度高，是錐狀細(xì)胞的光，不能感色，但感光靈敏度高，是錐狀細(xì)胞的1000010000倍，主倍，主要在弱光條件下工作。桿狀細(xì)胞直徑為要在弱光條件下工作。桿狀細(xì)胞直徑為20um

19、20um左右。左右。(3)(3)神經(jīng)處理過程神經(jīng)處理過程 p 每個視網(wǎng)膜接收單元都與一個神經(jīng)元細(xì)胞借助突觸（每個視網(wǎng)膜接收單元都與一個神經(jīng)元細(xì)胞借助突觸（synapsesynapse）相連。）相連。p 每個神經(jīng)元細(xì)胞借助其它的突觸與其它細(xì)胞連接，從而構(gòu)每個神經(jīng)元細(xì)胞借助其它的突觸與其它細(xì)胞連接，從而構(gòu)成光神經(jīng)（成光神經(jīng)（optical nerveoptical nerve）網(wǎng)絡(luò)。）網(wǎng)絡(luò)。p 光神經(jīng)進(jìn)一步與大腦中的側(cè)區(qū)域（光神經(jīng)進(jìn)一步與大腦中的側(cè)區(qū)域（side region of the side region of the brainbrain）連接，到達(dá)大腦中的紋狀皮層（）連接，到達(dá)大腦中的

20、紋狀皮層（striated cortexstriated cortex）。）。p 對光刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過一系列處理最終形成關(guān)于場景的對光刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過一系列處理最終形成關(guān)于場景的表象，從而將對光的感覺轉(zhuǎn)化為對景物的知覺。表象，從而將對光的感覺轉(zhuǎn)化為對景物的知覺。 整體視覺過程整體視覺過程 視覺 “視” “覺” (1) (1) 成像功能成像功能 人眼類似于一個自動調(diào)焦的成像系統(tǒng)。人眼能夠看清不同距離的物人眼類似于一個自動調(diào)焦的成像系統(tǒng)。人眼能夠看清不同距離的物體，是由于正常的眼睛具有調(diào)節(jié)功能。這種調(diào)節(jié)功能是靠調(diào)節(jié)人眼肌肉體，是由于正常的眼睛具有調(diào)節(jié)功能。這種調(diào)節(jié)功能是靠調(diào)節(jié)人眼肌肉的拉緊與松

21、弛來實(shí)現(xiàn)的。在觀察遠(yuǎn)距離物體時，調(diào)節(jié)肌處于松弛狀態(tài)，的拉緊與松弛來實(shí)現(xiàn)的。在觀察遠(yuǎn)距離物體時，調(diào)節(jié)肌處于松弛狀態(tài)，晶體的曲率較小，屈光力較小，使物體成像在視網(wǎng)膜上。當(dāng)觀察近距離晶體的曲率較小，屈光力較小，使物體成像在視網(wǎng)膜上。當(dāng)觀察近距離物體時，調(diào)節(jié)肌處于緊張狀態(tài)，晶體的曲率加大，厚度增加，晶體會聚物體時，調(diào)節(jié)肌處于緊張狀態(tài)，晶體的曲率加大，厚度增加，晶體會聚光線的能力增強(qiáng)，使近處物體的像仍成在視網(wǎng)膜上。光線的能力增強(qiáng)，使近處物體的像仍成在視網(wǎng)膜上。 人眼簡化眼模型的主要參數(shù)人眼簡化眼模型的主要參數(shù)圖象是周圍世界的一種映射圖象是周圍世界的一種映射, ,而周圍世界是一個能量場而周圍世界是一個能量

22、場, ,它可以描述為：它可以描述為：p 其中其中, ,x , y , z 為空間坐標(biāo)為空間坐標(biāo), ,為光波波長為光波波長, ,t 為時間。為時間。p 而圖象而圖象 是客觀世界的一次攝影的結(jié)果是客觀世界的一次攝影的結(jié)果, ,是能量場是能量場E 的一個映射的一個映射, ,即：即：tzyxE, yxI2121212121,tttzzzyyyxxxtzyxEfyxIn 對于運(yùn)動圖象對于運(yùn)動圖象x , y , z 都是時間都是時間 t 的函數(shù)，若在連續(xù)的不同時間獲取圖的函數(shù)，若在連續(xù)的不同時間獲取圖象象,可以獲得序列圖象：可以獲得序列圖象：n 對于按不同波段獲取圖象，可獲得彩色圖象或不同波段的圖象信號對

23、于按不同波段獲取圖象，可獲得彩色圖象或不同波段的圖象信號（如遙感圖象，醫(yī)學(xué)圖象等）。（如遙感圖象，醫(yī)學(xué)圖象等）。n 對于按不同視角，即不同的對于按不同視角，即不同的 x , y , z 間相互關(guān)系，可以得到不同視角間相互關(guān)系，可以得到不同視角的不同圖象。的不同圖象。 nIII,21 因此，視覺現(xiàn)象包括有視覺對光強(qiáng)，對各種波長、彩色的光譜效應(yīng)，因此，視覺現(xiàn)象包括有視覺對光強(qiáng)，對各種波長、彩色的光譜效應(yīng)，對物體邊緣等空間頻率變化的響應(yīng)，以及視覺對時間瞬時變化運(yùn)動的響對物體邊緣等空間頻率變化的響應(yīng)，以及視覺對時間瞬時變化運(yùn)動的響應(yīng)。應(yīng)。 在外界光線的亮度發(fā)生變化時，人眼的感受性也會發(fā)生變化，這種在外

24、界光線的亮度發(fā)生變化時，人眼的感受性也會發(fā)生變化，這種感受性對光刺激產(chǎn)生順應(yīng)變化的特性，稱為眼睛的亮度適應(yīng)性。由于這感受性對光刺激產(chǎn)生順應(yīng)變化的特性，稱為眼睛的亮度適應(yīng)性。由于這種適應(yīng)性，人眼所感覺到的亮度范圍（視覺范圍）非常大。種適應(yīng)性，人眼所感覺到的亮度范圍（視覺范圍）非常大。n 明亮明亮較暗較暗現(xiàn)象？現(xiàn)象？n逐漸能夠看清物體逐漸能夠看清物體暗光適應(yīng)暗光適應(yīng)(2030s)n 較暗較暗明亮明亮現(xiàn)象？現(xiàn)象？n逐漸能夠看清物體逐漸能夠看清物體亮光適應(yīng)亮光適應(yīng)(12s)(2) 視覺的適應(yīng)視覺的適應(yīng)剛從暗室進(jìn)入亮室時人眼觀測情形剛從暗室進(jìn)入亮室時人眼觀測情形(2) (2) 視覺的適應(yīng)視覺的適應(yīng) 人眼

25、能在一個相當(dāng)大人眼能在一個相當(dāng)大( (約約1010個數(shù)量級個數(shù)量級) )的范圍內(nèi)適應(yīng)視場亮度。隨著外界視場亮度的的范圍內(nèi)適應(yīng)視場亮度。隨著外界視場亮度的變化，人眼視覺響應(yīng)可分為三類：變化，人眼視覺響應(yīng)可分為三類：明視覺響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)大于或等于明視覺響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)大于或等于3cd/m3cd/m2 2的視場亮度后，視覺由錐體細(xì)胞起作的視場亮度后，視覺由錐體細(xì)胞起作用。用。暗視覺響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)小于或等于暗視覺響應(yīng)：當(dāng)人眼適應(yīng)小于或等于3 31010-5-5cd/mcd/m2 2視場亮度之后，視覺只由桿體細(xì)視場亮度之后，視覺只由桿體細(xì)胞起作用。由于桿體細(xì)胞沒有顏色分辨能力，故夜間人眼觀察景物呈灰

26、白色。胞起作用。由于桿體細(xì)胞沒有顏色分辨能力，故夜間人眼觀察景物呈灰白色。中介視覺響應(yīng)：隨著視場亮度從中介視覺響應(yīng)：隨著視場亮度從3cd/m3cd/m2 2降至降至3 31010-5-5cd/mcd/m2 2，人眼逐漸由錐體細(xì)胞的，人眼逐漸由錐體細(xì)胞的明視覺響應(yīng)轉(zhuǎn)向桿體細(xì)胞的暗視覺響應(yīng)。明視覺響應(yīng)轉(zhuǎn)向桿體細(xì)胞的暗視覺響應(yīng)。 當(dāng)視場亮度發(fā)生突變時，人眼要穩(wěn)定到突變后的正常視覺狀態(tài)需經(jīng)歷一段時間，這當(dāng)視場亮度發(fā)生突變時，人眼要穩(wěn)定到突變后的正常視覺狀態(tài)需經(jīng)歷一段時間，這種特性稱為種特性稱為適應(yīng)適應(yīng)，適應(yīng)包括明暗適應(yīng)和色彩適應(yīng)二種。適應(yīng)由兩個方面來調(diào)節(jié)。，適應(yīng)包括明暗適應(yīng)和色彩適應(yīng)二種。適應(yīng)由兩個方

27、面來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)瞳孔大小，改變進(jìn)入人眼光通量。眼瞳大小是隨視場亮度而自動調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)瞳孔大小，改變進(jìn)入人眼光通量。眼瞳大小是隨視場亮度而自動調(diào)節(jié)。視細(xì)胞感光機(jī)制的適應(yīng)。桿體細(xì)胞內(nèi)有一種紫紅色的感光化學(xué)物質(zhì)視細(xì)胞感光機(jī)制的適應(yīng)。桿體細(xì)胞內(nèi)有一種紫紅色的感光化學(xué)物質(zhì)視紫紅質(zhì)。視紫紅質(zhì)。 人眼的明暗視覺適應(yīng)分為亮適應(yīng)和暗適應(yīng)。對視場亮度由暗突然到亮的適應(yīng)稱為亮人眼的明暗視覺適應(yīng)分為亮適應(yīng)和暗適應(yīng)。對視場亮度由暗突然到亮的適應(yīng)稱為亮適應(yīng)，大約需要適應(yīng)，大約需要2 23 3分鐘；對視場亮度由亮突然到暗的適應(yīng)稱為暗適應(yīng)，通常需要分鐘；對視場亮度由亮突然到暗的適應(yīng)稱為暗適應(yīng)，通常需要4545分分鐘，充分暗適應(yīng)則

28、需要鐘，充分暗適應(yīng)則需要1 1個多小時。個多小時。值得注意的是，紅光不破壞桿體細(xì)胞中的視紫紅質(zhì)，即紅光不影響桿體細(xì)胞的暗適應(yīng)過程。因此，在黑暗環(huán)境(如暗室洗相或X光大夫)工作的人們，在進(jìn)入光亮環(huán)境時帶上紅色眼鏡，再回到暗室時，由于視紫紅質(zhì)未被破壞，其視覺感受仍保持原來水平，不需重新暗適應(yīng)便可繼續(xù)工作。重要的信號燈、車輛的紅色尾燈以及飛機(jī)駕駛艙內(nèi)的儀表采用紅光照明等情況也均有利于暗適應(yīng)。 不同視場亮度一人眼瞳孔直徑和面積不同視場亮度一人眼瞳孔直徑和面積(3) 人眼的絕對視覺閾人眼的絕對視覺閾 在充分暗適應(yīng)的狀態(tài)下，全黑視場中人眼感覺到的最小光刺激值，稱為人眼在充分暗適應(yīng)的狀態(tài)下，全黑視場中人眼感

29、覺到的最小光刺激值，稱為人眼的絕對視覺閾。以入射到人眼瞳孔上最小照度值表示時，人眼的絕對視覺閾值在的絕對視覺閾。以入射到人眼瞳孔上最小照度值表示時，人眼的絕對視覺閾值在10-9lx數(shù)量級。以量子閾值表示時，最小可探測的視覺刺激是數(shù)量級。以量子閾值表示時，最小可探測的視覺刺激是58145個藍(lán)綠光個藍(lán)綠光(波波長為長為0.51 m)的光子轟擊角膜引起的，據(jù)估算，這一刺激只有的光子轟擊角膜引起的，據(jù)估算，這一刺激只有514個光子實(shí)際到達(dá)個光子實(shí)際到達(dá)并作用于視網(wǎng)膜上。并作用于視網(wǎng)膜上。 對于點(diǎn)光源天文學(xué)家認(rèn)為正常視力的眼睛能看到六等星，其在眼睛上形成的對于點(diǎn)光源天文學(xué)家認(rèn)為正常視力的眼睛能看到六等星

30、，其在眼睛上形成的照度近似為照度近似為8.510-9lx。實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室“人工星點(diǎn)人工星點(diǎn)”測定的視覺閾值約為測定的視覺閾值約為2.4410-9lx。對。對具有一定大小的光源具有一定大小的光源(張角小于張角小于10)，自身發(fā)光或被照明的圓形目標(biāo)，在瞳孔上的，自身發(fā)光或被照明的圓形目標(biāo)，在瞳孔上的照度閾值與張角無關(guān)，并等于照度閾值與張角無關(guān)，并等于510-9 lx。u 在一定背景亮度在一定背景亮度Lb條件下條件下(10-91 cd/m2)，人眼能觀察到的最小照度，人眼能觀察到的最小照度Emin約約 u 當(dāng)當(dāng)Lb 16.4cd/m2后將產(chǎn)生眩目現(xiàn)象，絕對視覺閾值迅速提高。實(shí)驗(yàn)表明，眩目后將產(chǎn)生眩目

31、現(xiàn)象，絕對視覺閾值迅速提高。實(shí)驗(yàn)表明，眩目亮度亮度L0與像場亮度與像場亮度L(cd/m2)之間有之間有 由此可說明為何由此可說明為何100W的燈在白天眼光下不感眩目，但在暗室將產(chǎn)生眩目效應(yīng)。的燈在白天眼光下不感眩目，但在暗室將產(chǎn)生眩目效應(yīng)。5min3.5 10bEL308LL(4) 人眼的閾值對比度人眼的閾值對比度 人眼的視覺探測是在一定背景中把目標(biāo)鑒別出來。人眼的視覺敏銳程度與背景人眼的視覺探測是在一定背景中把目標(biāo)鑒別出來。人眼的視覺敏銳程度與背景的亮度及目標(biāo)在背景中的襯度有關(guān)。目標(biāo)的襯度以對比度的亮度及目標(biāo)在背景中的襯度有關(guān)。目標(biāo)的襯度以對比度C來表示來表示式中式中, LT和和LB分別為目

32、標(biāo)和背景的亮度。有時也將分別為目標(biāo)和背景的亮度。有時也將C 的倒數(shù)稱為反襯靈敏度。的倒數(shù)稱為反襯靈敏度。 把人眼視覺在一定背景亮度下可探測的最小襯度對比度稱為閾值對比度，或稱把人眼視覺在一定背景亮度下可探測的最小襯度對比度稱為閾值對比度，或稱亮度差靈敏度。亮度差靈敏度。 實(shí)驗(yàn)表明：人眼視覺特性與視場亮度、景物對比度和目標(biāo)大小等參數(shù)相關(guān)。通實(shí)驗(yàn)表明：人眼視覺特性與視場亮度、景物對比度和目標(biāo)大小等參數(shù)相關(guān)。通常背景亮度常背景亮度LB、對比度、對比度C和人眼所能探測的目標(biāo)張角之間具有下述關(guān)系和人眼所能探測的目標(biāo)張角之間具有下述關(guān)系(Wald定律定律) 式中式中, x值在值在02之間變化。之間變化。

33、對于小目標(biāo)對于小目標(biāo) 7，則，則x=2，上式變?yōu)椋鲜阶優(yōu)?即著名的即著名的Rose定律。若定律。若R，ll0，cos1，則圓盤接收的通量為，則圓盤接收的通量為 即圓盤可認(rèn)為是微面元，圓盤上各點(diǎn)輻照度相等。分析點(diǎn)源向圓盤發(fā)射的輻射通量即圓盤可認(rèn)為是微面元，圓盤上各點(diǎn)輻照度相等。分析點(diǎn)源向圓盤發(fā)射的輻射通量可用于計(jì)算距點(diǎn)源一定距離的光學(xué)系統(tǒng)或接收器接收的輻射通量?？捎糜谟?jì)算距點(diǎn)源一定距離的光學(xué)系統(tǒng)或接收器接收的輻射通量。 1.5.3 1.5.3 面輻射在微面元上的輻照度面輻射在微面元上的輻照度設(shè)設(shè)A為面輻射源，為面輻射源，Q為受照面，為受照面，n1為微面元為微面元dA的法線，與的法線，與輻射方向夾角為輻射方向夾角為，n2為為Q平面平面o點(diǎn)處的法線，與入射輻射點(diǎn)處的法線，與入射輻射方向的夾角為方向的夾角為，dA到到o點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為l。對面源。對面源A上微面元上微面元dA，運(yùn)用距離平方反比定律得，運(yùn)用距離平方反比定律得o點(diǎn)形成的輻照度點(diǎn)形成的輻照度dE。式中，式中，I為面元為面元dA在在方向上的發(fā)光強(qiáng)度方向上的發(fā)光強(qiáng)度則則面輻射源面輻射源A對對o點(diǎn)處微面元所形成的照度值點(diǎn)處微面元所形成的照度值E，得，得對各方向亮度相等的朗伯輻射源對各方向亮度相等的朗伯輻射源式中，式中，