应用物理课件：辐射度学与光度学基础.pptVIP

当人观察物体时，物体发出的光通过角膜进入人眼，在角膜、房水、晶状体及玻璃体的作用下，成像在视网膜上。视网膜的视感细胞接受光刺激转化为神经冲动，经视神经进入脑内的视觉中枢，从而产生物体大小、形状、亮暗和颜色等视感觉。

9.3.2视觉的形成

人眼的作用类似于照相机，但只是类似而已。人对光线的知觉—视觉的形成，要比照相机把物体的像记录在感光胶片上的过程复杂的多。正因为如此，我们在研究视觉现象时，就不得不采用一些与纯客观的物理测量不同的研究方法，不得不对客观描述光能量及其分布的辐射量用人眼的视觉特性加以评价。为了说明这一点，我们举一个历史上有名的例子。通过中学阶段几何光学的学习，我们已经知道，物体在视网膜上所成的像应是一个倒立的实像(如图9-9所示)，但是我们并不把外界物体看成倒立的，而看成正立的，这是为什么呢？首先，外界物体的光刺激，作用到视网膜的感光细胞，再以神经冲动的形式传导到大脑皮层。在传导过程中，刺激作用不再具有原来的空间关系。另外，心理学家为了解答这个问题，还在自己身上做了一个实验。他戴上一副特制的眼睛，通过这副眼镜的光学系统，能够使物体投射在视网膜上的像成为正像。但是，在他戴上这幅眼镜时，看到的视场是颠倒的，一切东西看起来都翻了个。开始时，他非常不习惯这种情景，视觉与触觉、动觉之间经常发生矛盾。经过一段时间的适应，视觉逐渐与触觉、动觉协调起来，行动的错误减少了。到了21天以后，他又能够行动自如，完善地适应这种新的空间关系了，不仅如此，他看到的景物又都正过来了，周围的一切都回复正常了。不过，在取掉眼镜之后，又出现整个环境倒转的现象，再需要几天的时间才能恢复正常。

这个有趣的例子说明，人在认识外部世界的时候，是作为一个统一的主体进行活动的，各种感觉器官——触摸觉、运动觉、视觉器官等——协调活动，相互传递和反馈信息，通过实践活动，最后终于能够正常地反应客观现实。视觉的形成，并不是一个单纯的物理过程，而是与一系列生理过程与心理过程相联系的。图9-9物体在视网膜上所成倒像图9.3.3明视觉与暗视觉

我们白天在户外观察周围的物体时，不仅能区分各个物体的颜色在明暗上的不同，而且能区分同一个物体不同部分之间的差别——即能分辨细节，但若在夜晚，当只有微弱的天光照明时，我们会觉得周围的物体都是朦朦胧胧的，失去了白昼的色彩；而且只能看出它们的大致轮廓，无法分辨细节。这种由于入射到人眼的光的强度不同而形成不同视觉感受的现象是由于视网膜上分布着两种感光细胞——锥体细胞和杆体细胞，它们执行着不同的视觉功能。在视网膜中央的黄斑部位和中央凹大约3°视角范围内主要是锥体细胞，几乎没有杆体细胞。在黄斑以外杆体细胞增多而锥体细胞变少。在离中央凹20°的地方，杆体细胞的数目最大。人眼视网膜大约有650万个锥体细胞和1亿个杆体细胞。视网膜的中央凹每平方毫米有140000～160000个锥体细胞，视网膜上锥体细胞的数量决定着视觉的敏锐程度。图9-10绘出了由奥斯特伯格(G.Osterberg)计算的视网膜上两种细胞的分布情况。图9-10锥状细胞与杆状细胞分布图杆体细胞形状细长，往往几十个连在一起向视神经输送信息，导致它对光有高敏感性，能接受微弱光刺激，但不能分辨物体的细节和颜色。因此，在比较暗的条件下，由杆体细胞而形成了暗视觉。暗视觉只能分辨物体的明暗和形状。

在光亮条件下，杆体细胞不起作用。而锥体细胞与视神经是一对一连接的，能在光亮条件下精细地接受外界的刺激，能分辨物体的颜色和细节。锥体细胞的活动只有当亮度达到一定水平时才能被激发起来，称为明视觉。

1912年，冯·凯斯(J.VonKries)根据上述事实，提出了视觉的二重功能学说，认为视觉有两重功能：视网膜中央的“锥体细胞视觉”和视网膜边缘的“杆体细胞视觉”，也分别叫做明视觉和暗视觉。视觉的二重功能得到了病理学材料的证实。锥体细胞退化或机能丧失的日盲症患者的视网膜中央部位是全盲的，同时也是全色盲。夜盲症患者是由于杆体细胞内缺少感光化学物质(视紫红质)，在黑暗条件下视觉便发生困难。另外，在一些昼视动物的视网膜中，只有锥体细胞，而无杆体细胞，昼视动物一般都能分辨颜色。大多数鸟类都是昼视的。在夜视动物的视网膜中则是有杆体细胞而无锥体细胞。夜视动物一般都是色盲的。一些爬虫动物是夜视的。9.3.4视觉的适应

人眼在一个非常大的范围内适应视场亮度。随着外界视场亮度的变化，人眼视觉响应可分为三类。

1．明视觉响应

当外界视场亮度大于或等于3cd/m2(坎德拉每平方米)时，人眼的锥体细胞起作用，称为锥体细胞视觉，也称为明视觉。在明视觉条件下观察大面积表面时，多少也有些杆体细胞参加了活动。当亮度达到10cd/m2以上时可以认为完全是锥体细胞起作