人眼视觉特性

人眼视觉特性 Prepared on 22 November 2020
人眼视觉特性
1.各种视觉范围
光谱范围：
我们知道，光线可以分为两类，也就是我们常说的可见光与不可见光。

“可见”与“不可见”是以人眼能否直接观察到为衡量标准的。

那么，人眼可以观察到的光谱范围，到底是多少呢
研究发现，人眼可以识别的光线波长范围为400nm—800nm，而光波在390—455nm 内呈紫色，在455—492呈蓝靛色，在492—577nm呈绿色，577—597nm呈黄色，597—622nm呈橙色，770～622nm呈红色。

而人眼能分辨色彩的原因为，在人眼的视网膜上有两种视觉细胞，即锥状细胞和杆状细胞。

锥状细胞分为三种，分别对红、绿、蓝三种色光最敏感，称为红感细胞、绿感细胞、蓝感细胞。

当一束光射入人眼时，三种锥状细胞就会产生不同的反应，不同颜色的光对三种锥状细胞的刺激量是不同的，产生的颜色视觉各异，使人能够分辨出各种颜色。

锥状细胞不但可以接受色彩的刺激，还可以感受亮度的刺激。

所以，在白光下，人眼可以同时识别彩色与非彩色的物体，但到了夜间或暗处，锥状细胞即失去感光作用，视觉功能由杆状细胞取代。

此时，人眼便无法感觉彩色，仅能辨别白色和灰色。

既然人眼可看到的光线具有不同的颜色，那么自然人眼对不同的颜色有不同的灵敏度。

在较亮的环境中人眼对黄光最为敏感，而在较暗的环境中对绿光最为敏感。

无论在何种明暗条件中，对白光都较敏感，对红光和蓝紫光都不敏感。

如果用一个尺度来衡量，那就相当于，人眼对黄绿色敏感度为10，对蓝红色敏感度为1。

亮度范围：
人眼能感受的亮度范围约为10−3—106cd/m2（坎德拉每平方米，1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量），当平均亮度适中时（亮度范围约为10—104cd/m2），能分辨的最大和最小亮度比为1000:1(当亮度为1000 cd/m2时，识别能力最高，有资料称:最小可识别黑度差ΔDmin≈; 当平均亮度很低时，能分辨的最大和最小亮度比不到10:1。

人的眼睛能够适应的最高亮度，大约为3000尼特（尼特，单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流）。

这个数值，是与白天天空的亮度以及阳光下比较深色物体的亮度（如土地、植物）是相符合的，也是人类在地球上生存所必须的。

超过这个亮度，人眼就无所适从，长时间暴露在高亮度的环境下会对眼睛造成伤害。

例如，登山运动员在有雪的高山上一定要带上深色眼镜，否则高海拔太阳本来就非常强烈，再加上白雪的反射，会使人很快患上雪盲。

时间空间范围：
人眼的空间分辨率为12LP/mm，也就是说，在1mm的尺度下，人最多只能分辨清楚12对线。

我们知道，影片是由一帧一帧的图片连续衔接而成，而让我们之所以能由静止的图像感受到运动的原因是，活动图像的帧率至少为15fps（每秒传输帧数）时，人眼有图像连续的感觉；活动图像的帧率在25fps时，人眼就感受不到闪烁。

2.明暗变化适应特性
人由亮处走到暗处时的视觉适应过程，称为暗适应。

当人由亮处走到暗处时，人眼一时无法辨认物体，需要大约三十分钟的调整适应时间，其调整过程分为三个阶段：
(1)瞳孔放大，增加光线的进入。

(2)锥状细胞敏感度减弱，感光度逐渐增加。

(3)杆状细胞敏感度迅速增加，以取代锥状细胞，担负视觉功能。

与之相对的，人由暗处走到亮处时的视觉适应过程，称为明适应。

当人由暗处走到亮处时，人眼一时无法辨认清物体，需要大约一分钟的调整适应时。

其调整过程分为三个阶段：
(1)瞳孔缩小，减少光线的进入。

(2)锥状细胞敏感度逐渐增加。

(3)杆状细胞敏感度迅速降低。

但是值得注意的是，经过长期不见光的环境后，人眼高度灵敏，直接突然暴露在强光下会造成永久性伤害，乃至失明。

这一点需要引起我们的高度警觉。

3.视觉暂留（视觉惰性）
当人们所见到的物体突然从眼前离开时，物体在视网膜上的影像并非同时消失，而会短暂的保留在视觉中，这种现象叫视觉暂留。

视觉暂留的时间长短与光线的颜色，强弱，观看时间长短有关，一般在1/20秒左右。

4.视觉受心理特性影响（视觉错误的形成）
由于视觉神经受大脑控制，人们在看某些事物时，会根据性格、知识、经验、思维惯性等对所看到的东西进行“修正”，这就是我们在看一些图片形成错觉的原因。

下面我将用一个例子来说明。

这张图片我相信几乎所有人看上去都不会认为图中的A与B两块区域是相同的颜色，但实际上A与B就是相同颜色的。

只要我们将他们单独提取出来就能一目了然了。

这是由于，图片在A于B区域之间加入黑白相间的格子，使得A与B区域的颜色有了其他的参照物，再巧妙的利用了“阴影”这一概念，让人将B区域误解为阴影之下的白色块，而A区域为白光之下的黑色块，产生“这两个区域是不同颜色”的错觉。

这与我们现实生活中的经验是相符的，因为生活中我们看阴影之下的物体时，物体的颜色会变得暗淡。

而我们看到的只是图片，是由不同色块组成的信息，而不是图片所表达的现实生活中的场
景。

现实生活中符合的规律在图片中并不适用。

这也是很多视觉错误图片常用的误导人眼的方法。