第1章光与人眼的视觉特性

• 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。
• 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。
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。 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。 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。
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。
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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 视敏函数，称V′(λ)为暗视觉相对视敏函数。
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。 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。
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。 • 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。 • 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。
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”；
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，看来自百度文库景物的 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。
C光源6770K E光源5500K 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。
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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。 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。 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。
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 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。