倪孟麟，張 瑩，張志宏，董樹凱

(天津市照明學會計量測試專業(yè)委員會)

1 錐狀細胞和桿狀細胞

錐狀細胞和桿狀細胞是以它們的形狀命名的，錐狀細胞b 和桿狀細胞a 的末端靠近脈絡膜，它們位于視網膜的最后層。光線由角膜進入眼球至視網膜，先通過視網膜的其他層次，最后才到達桿狀細胞和錐狀細胞。第二層為雙極細胞和其他細胞，桿狀細胞和錐狀細胞都與雙極細胞連結。一般來說，每一個錐狀細胞都與一個雙極細胞相連接。這是為了在光亮條件下，每一個錐狀細胞作為一個單元，能夠精準地分辨外界景象的細節(jié)。而桿狀細胞則不同，幾個桿狀細胞只連結一個雙極細胞。這是為了在黑暗條件下通過幾個桿狀細胞對外界的微弱光起總合作用。

越靠近視網膜邊緣部分，桿狀細胞越多。桿狀細胞的靈敏度極高，在低照度下，主要靠它來辨別明暗，但對彩色不敏感，主要確定人眼的暗視覺特性;越靠近視網膜中心部分，錐狀細胞越密，它既能辨別光的強弱，又能辨別顏色，主要確定人眼的明視覺特性，白天視覺過程主要由錐狀細胞完成;夜晚的視覺過程主要由桿狀細胞起作用，所以人們在夜晚只能看到黑白畫面，無法辨別顏色?？茖W工作者奧斯特伯格(G ﹒Osterberg)曾以視網膜的164 個代表區(qū)為取樣區(qū)，計算了錐狀細胞與桿狀細胞的分布情況，發(fā)現人眼視網膜大約有650 萬個錐狀細胞和1 億個桿狀細胞，視網膜的中央窩每平方毫米有14 萬～16 萬個錐狀細胞。離開中央窩，錐狀細胞急劇減少，而桿狀細胞急劇增多，在離開中央窩20°的地方，桿狀細胞的數量最多，這就是人眼對中心和邊緣圖像具有不同分辨力的原因。

2 明視覺和暗視覺

明視覺狀態(tài)下，人眼的錐狀細胞起主導作用，對波長為555 nm 的黃綠光最敏感;暗視覺環(huán)境下，人眼的桿狀細胞發(fā)揮作用，對波長為507 nm 的藍綠光最敏感;夜景照明有些屬于中間視覺，而道路照明大多屬于中間視覺，兩種視覺細胞同時感知，對波長為507～555 nm范圍的綠光最敏感。目前國際上尚沒有中間視覺的定量數據與數學模式，用同一測試儀器1980A 可分別測出明視覺暗視覺的光度數據，為確切獲取S/P 數據和建立中間視覺的數學模式奠定必要的基礎。

人眼對桿狀細胞與錐狀細胞的最大感受在光波的不同部位。桿狀細胞決定人眼的暗視覺特性，它在510 nm(藍綠色)時具有最低相對輻射能量，即波長為510 nm 處具有最高靈敏度。錐狀細胞決定人眼的明視覺特性，它在波長為555 nm(黃綠色)處具有最高靈敏度，在400 nm 和700 nm 處明視覺特性具有最低靈敏度。

國際照明委員會規(guī)定了明視覺特性曲線和暗視覺曲線，兩種視覺特性見圖1。CIE 明視覺特性和暗視覺特性在色度學中分別稱為“CIE 明視覺標準光度觀察者”和“CIE 暗視覺標準光度觀察者”，它們代表光譜不同波長的能量對人眼產生光感覺的效率，雖然兩條曲線的明亮度相差很大，但為了方便使用，CIE將兩條曲線進行了歸一化處理，使明視覺函數和暗視覺函數均成為相對值。用公式表示，即在引起明亮感相等的條件下

式中φλm和φλ分別為波長λm和λ 的輻射通量。

CIE 正式推薦的明視覺光譜光效率曲線［V(λ)］和暗視覺光譜光效率曲線［V'(λ)］是將原CIE 1924明視覺曲線和CIE 1951 暗視覺曲線修勻后用算術坐標表示，成為兩條近似對稱的圓鐘形曲線，見圖1。［V(λ)］和［V'(λ)］的函數數據見表1。

圖1 明視覺和暗視覺的光譜光效率

表1 明視覺與暗視覺的光譜光效率函數(最大值為1)

續(xù)表

在圖1 中，V(λ)和V'(λ)的相對值代表等能光譜波長λ 的單色輻射所引起的明亮感覺的程度，明視覺曲線V(λ)的最大值在555 nm 處，即光譜555 nm 波長的黃綠色最明亮，越向光譜兩端的光愈來愈暗;暗視覺曲線V'(λ)的最大值在507 nm 處，即507 nm 波長的光譜最明亮。整個暗視覺曲線V'(λ)相對于明視覺曲線V(λ)向短波方向推移，長波端的能見范圍減小，短波端的能見范圍略有擴大。暗視覺曲線V'(λ)的形狀主要決定于桿狀細胞的視覺特性，適用于0.001 cd/m2以下的亮度水平;明視覺曲線V(λ)的形狀主要決定于錐狀細胞的視覺特性，適用于1 cd/m2以上的亮度水平。在明視覺和暗視覺之間的亮度稱為中間視覺。中間視覺既有錐狀細胞參與，也有桿狀細胞參與。在明視覺條件下觀察大面積表面時(＞10°視場角)，多少也有桿狀細胞參與，因此明視覺特性略有變動。

在人眼可以感覺的部分，人眼對各個波長光的感覺也不同，因而按照CIE 標準光度觀察者的視覺特性［V(λ)和V'(λ)］來評價的輻通量Φe即為光通量Φv，輻通量與光通量的關系為:

對于明視覺

對于暗視覺

式中Km是明視覺的最大光譜光效率函數。

3 嚴格和確切獲取S/P 是研究中間視覺的關鍵與中心

夜景照明與人類中間視覺密切相關，在夜景照明和道路照明的光環(huán)境中，人類視覺器官的錐狀細胞與桿狀細胞同時參與相應的觀察與感知。目前國際上尚沒有中間視覺的定量數據與數學模式，本文提出用同一測試儀器1980A 分別測出明視覺和暗視覺的光度數據，以克服不同儀器帶來的誤差，為確切獲取S/P數據和建立中間視覺的數學模式奠定必要的基礎。

對不同光源的光譜分布P(λ)，可用暗視覺范圍的光譜光視效率V'(λ)分光迭加后得到暗視覺時的光通S(相對)和用明視覺范圍的光譜光視效率V (λ)分光迭加后得到明視覺時的光通P(相對)，為此，S/P能代表一個光源在暗視覺和明視覺下產生的光通之間的差異。

文章認為最中心的問題是確切和嚴格測出明視覺S 與暗視覺P，獲取S/P 數值，其中最關鍵是應采用同一測試儀器分別測出人類明視覺與暗視覺的定量數據，以克服儀器之間所帶來的差別。

1980A 彩色亮度計亮度測試范圍寬達10-4cd/m2到108cd/m2。

1980A 有兩組濾波器旋轉支架，每組可分別裝入七種濾波器，因此可以實現在一臺1980A 分別裝入明視覺濾光片PHOTOPIC 和夜視濾光片Scotopic(night vision)Filter，可以確切嚴格地實現測量相應情況下人類的明視覺和暗視覺并獲取S/P 數值，2010年v國際照明委員會正式出臺了基于視覺功效的中間視覺光度學推薦系統(tǒng)，這是一個重大的突破，對未來LED 道路照明的發(fā)展和推廣有著重要的意義。

同時能測量明視覺和暗視覺的彩色亮度計的測試結果將會有助于逐漸建立準確的中間視覺評價體系。

1980A 彩色亮度計同時含夜視濾光片Scotopic(night vision)Filter measuring below 0.34 cd/m2，可以測量和研究相應情況下人類的視覺，我們可提供該儀器和各種類型的技術服務。

［1］倪孟麟.彩色電視的彩色還原［J］.電視技術通訊，1979

［2］荊其誠，等.色度學［M］.科學出版社，1979

［3］倪孟麟，等.彩色電視彩色復現的測量與理想色度值的測定［J］.世界廣播電視，1996

［4］倪孟麟.數字圖像系統(tǒng)的色度測定及顏色校準［R］.世界廣播電視，1995

［5］倪孟麟.彩色電視的彩色復現［R］電視技術論壇，2001

［6］殷玉喆，馬煜，周慶國，等.光源色度國家基標準裝置體系的建設［S］

［7］安永成，等.彩色電視機性能測量與方法［M］.電子工業(yè)出版社