[科普中國]-視覺功效

視覺功效人完成一定視覺作業(yè)的能力。通常用速度和梢度兩項(xiàng)指標(biāo)來評價(jià)。它與作業(yè)細(xì)節(jié)的大小、形狀、位置、作業(yè)細(xì)節(jié)與背景的對比度等，也與外界照明條件有關(guān)。

簡介視覺功效是人借助視覺器官完成一定視覺作業(yè)的能力。通常用完成作業(yè)的速度和精度來評定視覺功效。除了人的因素外，在客觀上上，它既取決于作業(yè)對象的大小、形狀、位置、作業(yè)細(xì)節(jié)與背景的亮度對比等作業(yè)本身固有的特性，也有照相密切相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，隨著照明的改善，視覺功效會有顯著的提高。研究視覺功效與照明之間的定量關(guān)系可為制定照明標(biāo)準(zhǔn)提供視覺方面的依據(jù)。我國曾對青年工人的視覺功效進(jìn)行試驗(yàn)研究，繪制出了說明視角、對比和照度相互關(guān)系的視覺功效曲線。

其數(shù)學(xué)模型如：x=logE，y=log（100xC）y=a（α）+b1（α）x+0.0757x2loga（α）=0.378-0.2931logαb1=-0.615+0.017α式中：E為照度；C為對比；α為視角；α（α）和b1（α）是α的函數(shù)1。

基于司辰視覺理論和中間視覺理論，研究了高壓鈉燈和金屬鹵化物燈在不同亮度條件下的發(fā)光效率，進(jìn)行了反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出在中間視覺條件下金屬鹵化物燈對 高壓鈉燈的亮度對比系數(shù)。結(jié)果表明，金屬鹵化物燈的司辰視覺發(fā)光效率是高壓鈉燈發(fā)光效率的3倍多；當(dāng)亮度大于3cd/m 時(shí)高壓鈉燈的發(fā)光效率高于金屬鹵化物燈，當(dāng)亮度在 0．01～3cd/m 時(shí)金屬鹵化物燈的發(fā)光效率高于高壓鈉燈；在道路照明條件下，金屬鹵化物燈照明的反應(yīng)時(shí)間效果比高壓鈉燈好。視覺功效是完成給定視覺作業(yè)的定量評價(jià)，它不僅取決于作業(yè)的大小 、形狀 、位置 、作業(yè)與背景的光反射比，也取決于照明水平 、亮度對 比等 照明條件。視覺功效就是根據(jù)視覺作業(yè) 的速度和精確度評價(jià)的視覺能力。實(shí)際上 ，視覺功效不但與視覺生理功能有關(guān) ，還受視覺心理影響。因此，在道路照明水平下，必須要考慮人眼中新發(fā)現(xiàn)的第 3種感光細(xì)胞對人的機(jī)敏程度等光生物效應(yīng)的影響；同時(shí)還要研究人眼中錐狀感光細(xì)胞和桿狀感光細(xì)胞均起作用的中間視覺的規(guī)律；確定不同道路照明光源的有效性，從而合理地指導(dǎo)道路照明設(shè)計(jì)。

光生物效應(yīng)人眼視網(wǎng)膜上第3種感光細(xì)胞——視神經(jīng)結(jié)感光細(xì)胞對進(jìn)人人眼的輻射產(chǎn)生生物效應(yīng)而獲得對外界的認(rèn)識 ，這種視覺效應(yīng)就是司辰視覺 (Citopic)。司辰視覺雖然是一種非映像的視覺效應(yīng) ，卻控制了人的生物節(jié)律和強(qiáng)度，并影響人眼瞳孔大小 。在道路照明條件下 ，當(dāng)目標(biāo)的亮度、亮度對比、視角 、觀察時(shí)間和眩光等相同時(shí)，人眼的視覺功效好壞由瞳孔大小決定 ：瞳孔收縮變小時(shí)，具有較好的視覺高效，視看目標(biāo)感到清晰，可見度好；反之，視覺功效就差。研究表明，若照明光源的輻射光譜 中藍(lán)綠色光含量多，則可使人眼的瞳孔收縮得多；反之，瞳孔收縮就少。因此，照明光源的光譜功率分布影響著光生物效應(yīng)作用的大小 ，同時(shí)會對道路照明安全產(chǎn)生影響。道路照明光源常采用高壓鈉燈(HPS)或金屬鹵化物燈(MH)，它們的光潛功率分布可測量得到；于是，就可以參照計(jì)算不同光源在明視覺時(shí)的發(fā)光效率的方法 ，即根光譜光效率以及光效能最大值，計(jì)算出不同視覺條件下 400W 的 HPS和400W 的 MH(鏑燈)的發(fā)光效率。

中間視覺研究中間視覺的方法很多，歸納起來主要有異色視亮度匹配法、閃爍光度測量法、基于反應(yīng)時(shí)間的視覺功效法等。中間視覺在道路照明中應(yīng)用的焦點(diǎn)已轉(zhuǎn)向?qū)φ系K物和危險(xiǎn)情況的早期識別的最有效照明問題，并采用反應(yīng)時(shí)間法研究行車時(shí)的視覺行為?？杉有苑▌t是光度測量的基本原則 ，基于反應(yīng)時(shí)間的視覺功效法遵循 Abney可加性法則?，F(xiàn)采用由反應(yīng)時(shí)間法確定的光度學(xué)系統(tǒng)來計(jì)算光源的發(fā)光效率。計(jì)算光源的發(fā)光效率之前應(yīng)首先確定中間視覺時(shí)光譜光效率和光視效能最大值 。研究表明 ，在中間視覺條件下 ，光譜光效率 曲線不是單一的一條曲線 ，而是隨著人 眼的適應(yīng)水平與照明光源的光譜功率分布變化而改變的一組 曲線 ；光視效能最大值也不是單一 的值 ，也是隨著人眼的適應(yīng)水平與照明光源的光譜功率分布變化而改變的一組值。

反應(yīng)時(shí)間人的視覺反應(yīng)過程包括 5個(gè)階段 ：縱覽、發(fā)現(xiàn)、識別 、鑒別和決定。反應(yīng)時(shí)間是從刺激開始到觀察者開始作出反應(yīng)的時(shí)間。在 道路照明模擬實(shí)驗(yàn)里，可以測得在道路照明條件下被測人員觀測視標(biāo)的反應(yīng)時(shí)間。道路照明反應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)由觀測箱、光學(xué)系統(tǒng)、燈箱 、電子計(jì)時(shí)儀4部分組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)共選擇了18名具有正常的色覺和矯正視力的被測人員，在實(shí)測前均經(jīng)過幾輪的練習(xí)，以保證熟悉實(shí)驗(yàn)的操作過程，同時(shí)用不少于40min的時(shí)間來適應(yīng)較暗的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。當(dāng)視標(biāo)偏心角為 0。時(shí)，不同背景亮度對應(yīng)的 HPS和 MH反應(yīng)時(shí)間實(shí)測值。在道路照明條件下，可以用反應(yīng)時(shí)間來衡量照明光源的光生物效應(yīng)和照明光源在 中間視覺條件下對駕駛員的視覺效果的影響 ，也就是說反應(yīng)時(shí)間這個(gè)指標(biāo)反映了道路照明時(shí)視覺心理和生理對行車視覺行為的綜合效果 ，是行車時(shí)對障礙物和危險(xiǎn)情況早期識別最有效的一個(gè)重要評價(jià)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間可以用道路照明反應(yīng) 時(shí)間測量系統(tǒng)來測定，并可以用來比較不同的道路照明光源照明的有效性，指導(dǎo)道路照明設(shè)計(jì)，從 而使道路照明設(shè)計(jì)在確保道路交通安全的前提下更有利于道路照明節(jié)能。從道路照明的安全、快速 、舒適和節(jié)能的角度看 ，采用 MH照明更為有效；但是從道路照明系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)看，還應(yīng)該考慮 MH和 HPS的性價(jià)比和環(huán)境適應(yīng)性等，這樣才能最終確定不同光源在道路照明中的適宜性2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黃頭生 - 副教授 - 華北電力大學(xué)