第1章光与人眼的视觉特性
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亮度单位为尼特，即: 1尼特=1烛光/平方米 亮度单位还可以用熙提表示： 1熙提=104 大多数面光源只在半球空间辐射，对于漫散射面光源 ，其发光强度是按余弦规律分布的。 漫散面ds在α方向上的亮度为：
B
dI ds cos
dI n（c o5s）
ds cos
dI n ds
Bn
上式说明,理想漫散射面虽然在各个方向上的发光强度不 同，但亮度相同。
敏函数，称V′(λ)为暗视觉相对视敏函数。
1.0
相 对 视 0.8 敏 度 0.6
0.4
0.2
暗视觉
明视觉
4 00
500 600
700
波长（毫微米）
2、光学基本参量：
光通亮
辐射功率相同波长不同的光所引起的亮度感觉不同； 辐射功率不同，波长也不相同的光可能引起相同的亮度感 觉。 为了按人眼的光感觉去度量辐射功率，引入光通量的概念。 单一波长光（单色光）光通量F（i）等于辐射功率P（i） 与相对视敏度的乘积：
水晶体的后面是后室，它充满了透明的胶质，起着保护眼 睛的滤光作用。
后壁则为视网膜，它由无数的光敏细胞组成。光敏细胞按 其形状分为杆状光敏细胞和锥状光敏细胞，锥状光敏细胞有 700万个，主要集中在正对瞳孔的视网膜中央区域称为黄斑 区。
黄斑区无杆状光敏细胞，越远离黄斑区，锥状光敏细胞越 少，杆状光敏细胞越多，在接近加缘区域，几乎全是杆状光敏 细胞。
分辨彩色图像细节的能力称彩色分 辨力。
分辨力的大小可用分辨角(视敏角)
57.3 60 d (9)3834 d
L
L
d L
图6 人眼的分辨率测定原理
观察静止图象时，分辨角θ约为1′～1.5′; 运动物体，分辨角将大些，即分辨力要低些。
当 <380nm 和 >780nm时， V（） ＝0
这说明紫外线和红外线的辐射功率再大， 也不能引起亮度感觉，所以红外线和紫 外线是不可见光。这也是自然选择的结 果。假如人眼对红外线也能反映，那么 这种近似光雾的热辐射将会成为人们观 察外部世界的一种干扰。
4
如果在夜晚或微弱的光线下，测得的人眼相对视敏函数曲线 向左移，如图5中V′(λ)曲线所示。常称V(λ)为明视觉相对视
角膜内是前室，含有水状液，对可见光是透明的，能吸收 一部分紫外光。
前室后面是虹膜，其中间有一直径可在2～8mm间变化的 小孔，称为瞳孔，相当于照相机的光圈，调节进入眼睛的光 通量。
瞳孔后面是水晶体，它是扁球形弹性透明体，能起透镜作 用，其曲率由两旁的睫状肌调节，从而改变它的焦距，使远 近不同的景物都在视网膜上清晰成象。
• 可见光谱的波长范围在380～780nm之间，随着波长的 变化，人眼主观感觉随之变化，表现为两个重要特性：
• 1、不同波长的光具有不同的颜色。若光的波长从 780nm依次递减变化到380nm，光的颜色红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫，比780nm更长的电磁辐射是红外线， 比380nm更短的电磁辐射是紫外线。
人眼的明暗感觉是相对的，在不同的亮度背景下 ，对同一景物亮度的主观感觉并不相同。
例如，在晴朗的白天，环境亮度为10,000尼特，此时可 分辨的亮度范围是200～20,000尼特；
等于或低于200尼特的亮度都引起黑色感觉； 在环境亮度为30尼特时，人眼可分辨的亮度范围为1～ 200尼特，此时200尼特的亮度引起极为明亮的感觉，而低 于1尼特的亮度才引起黑色感觉；
正因为如此，不论是电影还是电视所映出的画面，并不需 要恢复原景物的亮度，而只需具有一定的对比度和亮度层次， 就能给人以相当真实的亮度感觉而得出较高质量的黑白图像。
3.2、对比度和亮度层次
原景物图像或重现图像的最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之 比称对比度或反差，用C标记。在画面的最大亮度与最小亮度 之间能分辨的亮度感觉级数为亮度层次，也称黑白灰度，用n 标记。一般来说，对比度越大，画面的亮度层次应当越丰富 。但另一方面，能分辨的亮度层次还受人眼的对比度灵敏度 阈δ的制约。
在一定的照明光源下，电视图像的对比度为: (6) c BMAX BP BMAX
BMIN BP BMIN
式中，BMAX、BMIN和BP分别表示图像最大、最小亮度和杂散 光亮度。
3.3 视觉惰性和闪烁感觉
视觉惰性
视觉的建立和消失都具有一定的惰性。 视觉的建立： 当一定强度的光突然投射到视网膜上时。人眼并不即刻形成稳 定的亮度感觉，而有一段短暂的建立过程。随着时间的增长，亮度 感觉先由小到大，很快达到最大值，然后回降至稳定值； 视觉的消失： 光线消失后的残留视觉被称为视觉暂留。 通常，视觉暂留时间约为0.05～0.2秒。
第三步：视网膜上各点的电位分别促使各对应的视神经放电 ，放电电流是振幅恒定而频率随视网膜电位大小变化的电脉冲 。换句话说，视神经将视网膜的“电位象”按频率编码方式传 送给视觉皮质。
第四步：视觉皮质通常接收到多达200万个频率编码的电脉 冲信号，大脑综合的图像信息处理使人产生视觉，看到景物的 图象。关于大脑综合的图像信息处理使人产生视觉还是一个谜 ，人们正处于研究与探索之中。
• 2、辐射功率相同但波长不同的光给人眼的亮度感觉不 相同。
电子枪
• 单色光(谱色光):单一频率电磁辐射所发出的光称为
单色光或谱色光，人眼对此感到的是一种单纯的颜色， 称为单色或谱色。
实际上，一般光源不会发出纯净的谱色光，它们或者 象日光和白炽灯光那样发出的是连续光谱的光，或者 象高压汞灯那样发出具有若干条谱线的线状光谱的光。 无论连续光谱光源或线状光谱光源,它们发出光都称为
每1个锥状光敏细胞通过1根视神经与大脑相连； 数个杆状光敏细胞通过1根视神经与大脑相连； 视神经汇集视网膜的一点，此点无光敏细胞，称为盲点。
人眼的感光机理
感光过程大致分为四个步骤： 第一步：景物经过水晶体聚焦于视网膜形成“光象”；
第二步：光象在视网膜上点产生与光照度成正比的电位，即 在视网膜上将“光象”变成“电位象”；
式 中 ， B1 是 脉 冲 光 源 亮 度 ， B2 是 背 景 亮 度 。 常 取 α=9.6,b=26.6,
fc 9.6 lg(B1 (8B)2 ) 26.6
荧光屏的最高亮度约100尼特，这样电视图象的fc=45.8HZ。
4、人眼的分辨力
人眼分辨图像细节的能力称为人眼 的分辨力。
分辨黑白图像细节的能力称亮度分 辨力；
电视荧光屏上，有数十万个像素按一定的顺序在轮流发光， 但人眼看到的却像是整幅画面在同时发光，获得的是恒定亮度 的完整的形象。这同样是视觉暂留特性产生的结果。
闪烁感觉 临界闪烁频率fC ：不再引起闪烁感觉的光源最低重复频率。 常用fC 表示，它与亮度的对数成线性关系，有公式：
fc a lg(B1 B2 )(7)b
锥状光敏细胞既能感光，又能感色。 杆状光敏细胞只能感光，不能感色，但感光灵敏度极高， 是锥状光敏细胞感光灵敏度的10，000倍。 两类细胞有明确的分工： 在强光作用下，主要由锥状光敏细胞起作用，所以在白天 或明亮环境中，看到的景象既有明亮感，又有彩色感，这种视 觉叫做明视觉（或白日视觉）； 在弱光作用下，主要由杆状光敏细胞起作用，所以在黑夜 或弱光环境中，看到的景物全是灰黑色，只有明暗感，没有彩 色感，这种视觉叫做暗视觉。
F（ i ）＝P（ i ）V（ i ）光瓦 （1）
两个或两个以上波长的光称为复合光。其光通量等于各波长 光通量之和：
（2）
光通量的单位是光瓦和流明。 1光瓦等于辐射率为1瓦、波长为555nm的黄绿光产生的 光通量； 1流明＝1/680光瓦； 1光瓦＝680流明；
发光强度
光源在单位立体角内发出的光通量定义为发光强度；
• 图1.2示出几种标准光源的光谱功率分布曲线例子。
充气钨丝白炽灯(A光源): 波长越长辐射功率越大。
等能白光源(E光源): 可见光范围内辐射功率完全均匀。它 发出某一种白色光。不过，等能白光源是假想的，这种光 谱功率分布的光源在自然界中是不存在的，然而，它在彩 色电视的色度计算中十分有用，是一个方便而有意义的人 为规定的基准白色光源，简称为E白。 C光源和D光源分别是NTSC制和PAL制彩色电视照明光源。
从黑暗环境进入明亮环境也需要一个短暂的亮适应过程， 才能由锥状细胞起作用。
尽管人眼感光范围极其广阔，但它并不能同时感觉如此宽 广的亮度范围。当人眼适应某一环境亮度后，可感受的亮度 范围就有一定的限度：
在平均亮度适中时，能感受的亮度上、下限之比约为 1000∶1；
平均亮度过高或过低时，这一比值只有10∶1。
复合光。我们日常接触到的各色的光源或者由客观景
物反射入眼睛的光线，均为复合光。
• 光谱功率分布曲线：一种光源同时发射多种谱色光,
那么在各个波长上将具有各自的功率。光源的光谱辐 射功率按波长的分布称为光谱功率分布。光源的光谱 功率分布可以用直角坐标上的一种曲线来表示。横坐 标为光谱波长，纵坐标为辐射功率或相对能量。
实验表明：在同一亮度环境中，辐射功率相同的条件下， 波长等于555nm的黄绿光对人眼的亮度感觉最大，并令其 亮度感觉灵敏度为1，即相对视敏度V（）=1 ；人眼对其 它波长光的亮度感觉灵敏度均小于黄绿光（555nm），故 其它波长光的相对视敏度V（）都小于1。例如波长为 660nm光线的相对视敏度V（660）=0.061，那么，这种 红光的辐射功率应比黄绿光（555nm）大16倍（即 1/0.061＝16），才能给人相同的亮度感觉。
E光源5500K
C光源6770K
A光源2854 K
D光源6500K
图1.2 几种光源的光谱功率分布曲线
二、人眼的构造与感光机理
• 眼睛的外形是一个直径大约为23mm的球体，其水平 断面，如图2所示。
2
眼球由多层组成，最外层是较硬的膜，前面1/6部分是透 明的角膜，光线由此进入，其余5/6部分为巩膜，作为外壳保 护眼球。
三、人眼的视觉特性
1、相对视敏函数 辐射功率相同波长不同的光对人眼产生的亮度感觉是不相
同的。1933年国际照明委员会（CIE）经过大量实验和统 计，给出人眼对不同波长光亮度感觉的相对灵敏度，称为 相对视敏度（相对视敏函数） V（） 。
表1给出了相对视敏度的最佳数据，图3是根据表1作出的 曲线，称为相对视敏函数曲线。它的意义是：人眼对各种 波长光的亮度感觉灵敏度是不相同的。
3、人眼的亮度视觉特性
3.1、人眼的亮度视觉范围和亮度感觉
亮度视觉范围指人眼所能感觉的亮度范围。这个范围非常宽 ：
明视觉的亮度感觉范围为1尼特至几百尼特; 暗视觉的亮度感觉范围为千分之几尼特至几个尼特。 人眼具有如此宽广的亮度视觉范围，原因在于眼睛的感光作 用具有适应性。当外界光的强弱大幅度突变时，眼睛会通过一定 的生理调节过程来适应新的光强。 眼睛的适应性分暗适应和亮适应两种过程： 从明亮环境进入黑暗环境时--人眼的瞳孔直径可由2毫米扩大到8毫米，使进入眼球的光通 量增加16倍； 更主要的是由灵敏度极高的杆状细胞接替灵敏度较低的锥状 细胞产生感光作用，从而使感光灵敏度提高几万倍；
用I表示。 它与光通量的关系为: I=
（df 3）
dw
F=
( 4 ) Id
例如，处在球心的点光源的光通量假设为F，则在球面上的发光
强度为：
I F R2 F
4 R2 4
亮度
亮度是指发光面在指定方向上的发光强度与发光面在 垂直于所取方向的平面上的投影之比。如果发光面以平方 米为单位，发光强度单位为烛光。
图5所示的视觉惰性中，可以同时看出视觉惰性的两个方面，即 视觉的建立过程和视觉的消失过程。
• 亮度感觉S 光脉冲P
•
•
亮度感觉曲线
•
t1 t2 t3 t4
t
•
（a）视觉惰性 通常，视觉暂留时间约为0.05～0.2秒。
• S P S曲线
•ຫໍສະໝຸດ Baidu
t
•
•
（b） 临界闪烁频率
•
图5 视觉惰性和临界闪烁频率
由于视觉暂留特性，前一幅画面的印象尚未消失时，后一幅 画面的印象又已建立,人眼就会感觉画面不是断续的而是连续 的，暂留时间为0.05秒，则产生连续感的换幅频率(重复频率) 为20赫兹。
第一章 光与人眼的视觉特性
• 电视就是依据人眼的视觉特性以一定的电信号形 式来传送活动景像的技术。
• 一、光的特性
• 光学和电磁场理论指出：光是一种可以看得见的电磁波， 它具有波粒二象性——波形性和微粒性。电磁波的谱极 为宽广，它包括无线电波、可见光谱、紫外线、X射线 和宇宙射线等，它们分别占据的频率范围如图1.1所示。
B
dI ds cos
dI n（c o5s）
ds cos
dI n ds
Bn
上式说明,理想漫散射面虽然在各个方向上的发光强度不 同，但亮度相同。
敏函数，称V′(λ)为暗视觉相对视敏函数。
1.0
相 对 视 0.8 敏 度 0.6
0.4
0.2
暗视觉
明视觉
4 00
500 600
700
波长（毫微米）
2、光学基本参量：
光通亮
辐射功率相同波长不同的光所引起的亮度感觉不同； 辐射功率不同，波长也不相同的光可能引起相同的亮度感 觉。 为了按人眼的光感觉去度量辐射功率，引入光通量的概念。 单一波长光（单色光）光通量F（i）等于辐射功率P（i） 与相对视敏度的乘积：
水晶体的后面是后室，它充满了透明的胶质，起着保护眼 睛的滤光作用。
后壁则为视网膜，它由无数的光敏细胞组成。光敏细胞按 其形状分为杆状光敏细胞和锥状光敏细胞，锥状光敏细胞有 700万个，主要集中在正对瞳孔的视网膜中央区域称为黄斑 区。
黄斑区无杆状光敏细胞，越远离黄斑区，锥状光敏细胞越 少，杆状光敏细胞越多，在接近加缘区域，几乎全是杆状光敏 细胞。
分辨彩色图像细节的能力称彩色分 辨力。
分辨力的大小可用分辨角(视敏角)
57.3 60 d (9)3834 d
L
L
d L
图6 人眼的分辨率测定原理
观察静止图象时，分辨角θ约为1′～1.5′; 运动物体，分辨角将大些，即分辨力要低些。
当 <380nm 和 >780nm时， V（） ＝0
这说明紫外线和红外线的辐射功率再大， 也不能引起亮度感觉，所以红外线和紫 外线是不可见光。这也是自然选择的结 果。假如人眼对红外线也能反映，那么 这种近似光雾的热辐射将会成为人们观 察外部世界的一种干扰。
4
如果在夜晚或微弱的光线下，测得的人眼相对视敏函数曲线 向左移，如图5中V′(λ)曲线所示。常称V(λ)为明视觉相对视
角膜内是前室，含有水状液，对可见光是透明的，能吸收 一部分紫外光。
前室后面是虹膜，其中间有一直径可在2～8mm间变化的 小孔，称为瞳孔，相当于照相机的光圈，调节进入眼睛的光 通量。
瞳孔后面是水晶体，它是扁球形弹性透明体，能起透镜作 用，其曲率由两旁的睫状肌调节，从而改变它的焦距，使远 近不同的景物都在视网膜上清晰成象。
• 可见光谱的波长范围在380～780nm之间，随着波长的 变化，人眼主观感觉随之变化，表现为两个重要特性：
• 1、不同波长的光具有不同的颜色。若光的波长从 780nm依次递减变化到380nm，光的颜色红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫，比780nm更长的电磁辐射是红外线， 比380nm更短的电磁辐射是紫外线。
人眼的明暗感觉是相对的，在不同的亮度背景下 ，对同一景物亮度的主观感觉并不相同。
例如，在晴朗的白天，环境亮度为10,000尼特，此时可 分辨的亮度范围是200～20,000尼特；
等于或低于200尼特的亮度都引起黑色感觉； 在环境亮度为30尼特时，人眼可分辨的亮度范围为1～ 200尼特，此时200尼特的亮度引起极为明亮的感觉，而低 于1尼特的亮度才引起黑色感觉；
正因为如此，不论是电影还是电视所映出的画面，并不需 要恢复原景物的亮度，而只需具有一定的对比度和亮度层次， 就能给人以相当真实的亮度感觉而得出较高质量的黑白图像。
3.2、对比度和亮度层次
原景物图像或重现图像的最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之 比称对比度或反差，用C标记。在画面的最大亮度与最小亮度 之间能分辨的亮度感觉级数为亮度层次，也称黑白灰度，用n 标记。一般来说，对比度越大，画面的亮度层次应当越丰富 。但另一方面，能分辨的亮度层次还受人眼的对比度灵敏度 阈δ的制约。
在一定的照明光源下，电视图像的对比度为: (6) c BMAX BP BMAX
BMIN BP BMIN
式中，BMAX、BMIN和BP分别表示图像最大、最小亮度和杂散 光亮度。
3.3 视觉惰性和闪烁感觉
视觉惰性
视觉的建立和消失都具有一定的惰性。 视觉的建立： 当一定强度的光突然投射到视网膜上时。人眼并不即刻形成稳 定的亮度感觉，而有一段短暂的建立过程。随着时间的增长，亮度 感觉先由小到大，很快达到最大值，然后回降至稳定值； 视觉的消失： 光线消失后的残留视觉被称为视觉暂留。 通常，视觉暂留时间约为0.05～0.2秒。
第三步：视网膜上各点的电位分别促使各对应的视神经放电 ，放电电流是振幅恒定而频率随视网膜电位大小变化的电脉冲 。换句话说，视神经将视网膜的“电位象”按频率编码方式传 送给视觉皮质。
第四步：视觉皮质通常接收到多达200万个频率编码的电脉 冲信号，大脑综合的图像信息处理使人产生视觉，看到景物的 图象。关于大脑综合的图像信息处理使人产生视觉还是一个谜 ，人们正处于研究与探索之中。
• 2、辐射功率相同但波长不同的光给人眼的亮度感觉不 相同。
电子枪
• 单色光(谱色光):单一频率电磁辐射所发出的光称为
单色光或谱色光，人眼对此感到的是一种单纯的颜色， 称为单色或谱色。
实际上，一般光源不会发出纯净的谱色光，它们或者 象日光和白炽灯光那样发出的是连续光谱的光，或者 象高压汞灯那样发出具有若干条谱线的线状光谱的光。 无论连续光谱光源或线状光谱光源,它们发出光都称为
每1个锥状光敏细胞通过1根视神经与大脑相连； 数个杆状光敏细胞通过1根视神经与大脑相连； 视神经汇集视网膜的一点，此点无光敏细胞，称为盲点。
人眼的感光机理
感光过程大致分为四个步骤： 第一步：景物经过水晶体聚焦于视网膜形成“光象”；
第二步：光象在视网膜上点产生与光照度成正比的电位，即 在视网膜上将“光象”变成“电位象”；
式 中 ， B1 是 脉 冲 光 源 亮 度 ， B2 是 背 景 亮 度 。 常 取 α=9.6,b=26.6,
fc 9.6 lg(B1 (8B)2 ) 26.6
荧光屏的最高亮度约100尼特，这样电视图象的fc=45.8HZ。
4、人眼的分辨力
人眼分辨图像细节的能力称为人眼 的分辨力。
分辨黑白图像细节的能力称亮度分 辨力；
电视荧光屏上，有数十万个像素按一定的顺序在轮流发光， 但人眼看到的却像是整幅画面在同时发光，获得的是恒定亮度 的完整的形象。这同样是视觉暂留特性产生的结果。
闪烁感觉 临界闪烁频率fC ：不再引起闪烁感觉的光源最低重复频率。 常用fC 表示，它与亮度的对数成线性关系，有公式：
fc a lg(B1 B2 )(7)b
锥状光敏细胞既能感光，又能感色。 杆状光敏细胞只能感光，不能感色，但感光灵敏度极高， 是锥状光敏细胞感光灵敏度的10，000倍。 两类细胞有明确的分工： 在强光作用下，主要由锥状光敏细胞起作用，所以在白天 或明亮环境中，看到的景象既有明亮感，又有彩色感，这种视 觉叫做明视觉（或白日视觉）； 在弱光作用下，主要由杆状光敏细胞起作用，所以在黑夜 或弱光环境中，看到的景物全是灰黑色，只有明暗感，没有彩 色感，这种视觉叫做暗视觉。
F（ i ）＝P（ i ）V（ i ）光瓦 （1）
两个或两个以上波长的光称为复合光。其光通量等于各波长 光通量之和：
（2）
光通量的单位是光瓦和流明。 1光瓦等于辐射率为1瓦、波长为555nm的黄绿光产生的 光通量； 1流明＝1/680光瓦； 1光瓦＝680流明；
发光强度
光源在单位立体角内发出的光通量定义为发光强度；
• 图1.2示出几种标准光源的光谱功率分布曲线例子。
充气钨丝白炽灯(A光源): 波长越长辐射功率越大。
等能白光源(E光源): 可见光范围内辐射功率完全均匀。它 发出某一种白色光。不过，等能白光源是假想的，这种光 谱功率分布的光源在自然界中是不存在的，然而，它在彩 色电视的色度计算中十分有用，是一个方便而有意义的人 为规定的基准白色光源，简称为E白。 C光源和D光源分别是NTSC制和PAL制彩色电视照明光源。
从黑暗环境进入明亮环境也需要一个短暂的亮适应过程， 才能由锥状细胞起作用。
尽管人眼感光范围极其广阔，但它并不能同时感觉如此宽 广的亮度范围。当人眼适应某一环境亮度后，可感受的亮度 范围就有一定的限度：
在平均亮度适中时，能感受的亮度上、下限之比约为 1000∶1；
平均亮度过高或过低时，这一比值只有10∶1。
复合光。我们日常接触到的各色的光源或者由客观景
物反射入眼睛的光线，均为复合光。
• 光谱功率分布曲线：一种光源同时发射多种谱色光,
那么在各个波长上将具有各自的功率。光源的光谱辐 射功率按波长的分布称为光谱功率分布。光源的光谱 功率分布可以用直角坐标上的一种曲线来表示。横坐 标为光谱波长，纵坐标为辐射功率或相对能量。
实验表明：在同一亮度环境中，辐射功率相同的条件下， 波长等于555nm的黄绿光对人眼的亮度感觉最大，并令其 亮度感觉灵敏度为1，即相对视敏度V（）=1 ；人眼对其 它波长光的亮度感觉灵敏度均小于黄绿光（555nm），故 其它波长光的相对视敏度V（）都小于1。例如波长为 660nm光线的相对视敏度V（660）=0.061，那么，这种 红光的辐射功率应比黄绿光（555nm）大16倍（即 1/0.061＝16），才能给人相同的亮度感觉。
E光源5500K
C光源6770K
A光源2854 K
D光源6500K
图1.2 几种光源的光谱功率分布曲线
二、人眼的构造与感光机理
• 眼睛的外形是一个直径大约为23mm的球体，其水平 断面，如图2所示。
2
眼球由多层组成，最外层是较硬的膜，前面1/6部分是透 明的角膜，光线由此进入，其余5/6部分为巩膜，作为外壳保 护眼球。
三、人眼的视觉特性
1、相对视敏函数 辐射功率相同波长不同的光对人眼产生的亮度感觉是不相
同的。1933年国际照明委员会（CIE）经过大量实验和统 计，给出人眼对不同波长光亮度感觉的相对灵敏度，称为 相对视敏度（相对视敏函数） V（） 。
表1给出了相对视敏度的最佳数据，图3是根据表1作出的 曲线，称为相对视敏函数曲线。它的意义是：人眼对各种 波长光的亮度感觉灵敏度是不相同的。
3、人眼的亮度视觉特性
3.1、人眼的亮度视觉范围和亮度感觉
亮度视觉范围指人眼所能感觉的亮度范围。这个范围非常宽 ：
明视觉的亮度感觉范围为1尼特至几百尼特; 暗视觉的亮度感觉范围为千分之几尼特至几个尼特。 人眼具有如此宽广的亮度视觉范围，原因在于眼睛的感光作 用具有适应性。当外界光的强弱大幅度突变时，眼睛会通过一定 的生理调节过程来适应新的光强。 眼睛的适应性分暗适应和亮适应两种过程： 从明亮环境进入黑暗环境时--人眼的瞳孔直径可由2毫米扩大到8毫米，使进入眼球的光通 量增加16倍； 更主要的是由灵敏度极高的杆状细胞接替灵敏度较低的锥状 细胞产生感光作用，从而使感光灵敏度提高几万倍；
用I表示。 它与光通量的关系为: I=
（df 3）
dw
F=
( 4 ) Id
例如，处在球心的点光源的光通量假设为F，则在球面上的发光
强度为：
I F R2 F
4 R2 4
亮度
亮度是指发光面在指定方向上的发光强度与发光面在 垂直于所取方向的平面上的投影之比。如果发光面以平方 米为单位，发光强度单位为烛光。
图5所示的视觉惰性中，可以同时看出视觉惰性的两个方面，即 视觉的建立过程和视觉的消失过程。
• 亮度感觉S 光脉冲P
•
•
亮度感觉曲线
•
t1 t2 t3 t4
t
•
（a）视觉惰性 通常，视觉暂留时间约为0.05～0.2秒。
• S P S曲线
•ຫໍສະໝຸດ Baidu
t
•
•
（b） 临界闪烁频率
•
图5 视觉惰性和临界闪烁频率
由于视觉暂留特性，前一幅画面的印象尚未消失时，后一幅 画面的印象又已建立,人眼就会感觉画面不是断续的而是连续 的，暂留时间为0.05秒，则产生连续感的换幅频率(重复频率) 为20赫兹。
第一章 光与人眼的视觉特性
• 电视就是依据人眼的视觉特性以一定的电信号形 式来传送活动景像的技术。
• 一、光的特性
• 光学和电磁场理论指出：光是一种可以看得见的电磁波， 它具有波粒二象性——波形性和微粒性。电磁波的谱极 为宽广，它包括无线电波、可见光谱、紫外线、X射线 和宇宙射线等，它们分别占据的频率范围如图1.1所示。