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城市照明与中间视觉 倪孟麟 杨惠琴 郭姝蓉 （天津光电星球显示设备有限公司） 摘 要： 城市照明与道路照明和人类中间视觉密切相关，人类视觉器官的锥体细胞与杆体细胞同时参与相应的观察与感知。目前国际上还没有中间视觉的定量数据与数学模式，本文提出用同一测试仪器1980A彩色亮度计分别测出明视觉暗视觉的光度数据，以为确切获取S/P数据和建立中间视觉的数学模式奠定必要的基础。 关键词：中间视觉 杆体细胞 锥体细胞 明视觉滤光片 暗视觉滤光片 1980A彩色亮度计 1.前言 本文提出在城市照明与道路照明中必须同时测出人类的明视觉和暗视觉并研究中间视觉。明视觉状态下，人眼的锥状细胞起主导作用，对波长为555nm的黄绿光最敏感；暗视觉环境下，人眼的杆状细胞发挥作用，对波长为507nm的蓝绿光最敏感。 夜景照明和道路照明在有些情况下属于中间视觉，两种视觉细胞同时感知，对波长为507～555nm范围的绿光最敏感。但目前国际上尚没有中间视觉的定量数据与数学模式，用同一测试仪器1980A彩色亮度计可分别测出明视觉暗视觉的光度数据，为确切获取S/P数据和建立中间视觉的数学模式奠定必要的基础。 2 人类的明视觉与暗视觉 2.1 锥状细胞和杆状细胞 图1．是人眼视网膜上锥状细胞和杆状细胞的形状图。从图1可以看出：视网膜可以粗略的分为三层，最外层是锥状细胞和杆状细胞。这两种细胞是以它们的形状命名的，图中D、E、F、G是锥状细胞系统；A、B、C是杆状细胞系统，H是锥状细胞与杆状细胞的混合系统。锥状细胞b和杆状细胞a的末端靠近脉络膜，它们位于视网膜的最后层。光线由角膜进入眼球至视网膜，先通过视网膜的其它层次，最后才到达杆状细胞和锥状细胞。第二层为双极细胞（d、e、f、h）和其它细胞，杆状细胞和锥状细胞都与双极细胞连结。一般来说，每一个锥状细胞都与一个双极细胞相连接。这是为了在光亮条件下，每一个锥状细胞作为一个单元，能够精细地分辨外界景象的细节。而杆状细胞则不同，几个杆状细胞只连结一双极细胞。这是为了在黑暗条件下通过几个杆状细胞对外界的微弱光起总合作用。第三层是最内层，主要含有神经节细胞（m、s）神经节细胞与视神经相连接。 图1 杆状细胞与椎状细胞形状图 人眼的锥状细胞的长度大约为0.025 mm～0.0075mm，杆状细胞比锥状细胞长，其长度大约为0.04 mm～0.06mm，平均直径只有0.002mm。在视网膜中央的黄斑区部位和中央窝大约30视角范围内主要是锥状细胞，几乎没有杆状细胞。在黄斑区之外，杆体细胞逐渐增多，而锥体细胞大量减小。从图1.可以看出：越靠近视网膜边缘部分，杆状细胞越多。杆状细胞的灵敏度极高，在低照度下，主要靠它来辨别明暗，但对彩色不敏感，主要确定人眼的暗视觉特性；越靠近视网膜中心部分，锥状细胞越密，它既能辨别光的强弱，又能辨别颜色，主要确定人眼的明视觉特性，白天视觉过程主要由锥状细胞完成；夜晚的视觉过程主要由杆状细胞起作用，所以人们在夜晚只能看到黑白画面，无法辨别颜色。这些光敏细胞都与视神经末梢相连接。视神经汇集到视网膜上一点，然后通向大脑，完成视觉作用。 科学工作者奥斯特伯格（G ﹒Osterberg）曾以视网膜的164个代表区为取样区，计算了锥状细胞与杆状细胞的分布情况，发现人眼视网膜大约有650万个锥状细胞和1亿个杆状细胞，视网膜的中央窝每平方毫米有14万～16万个锥状细胞。离开中央窝，椎状细胞急剧减少，而杆状细胞急剧增多，在离开中央窝200的地方，杆状细胞的数量最多，这就是人眼对中心和边缘图像具有不同分辨力的原因。 2.2 明视觉特性与暗视觉特性 现代物理学认为：光是属于一定波长的电磁辐射，电磁辐射的范围很广，可见光的光谱范围在380nm～780nm之间，即只有在这一范围内的电磁辐射才能够引起人眼的视觉感受。 在可见光的范围内，不同波长的电磁辐射引起人眼的不同颜色感觉。例如700nm为红色，580nm为黄色，510nm为绿色，470nm为蓝色。光的颜色决定于进入人眼的可见光谱不同波长的辐射的相对功率分布。上述单一波长的光表现为一种颜色，称为单色光。 大量实验证明：人眼对不同的波长具有不同的灵敏度，引起杆状细胞与锥状细胞的相对能量，可以看出：人眼对杆状细胞与锥状细胞的最大感受在光波的不同部位；杆状细胞决定人眼的暗视觉特性，它在510nm（蓝绿色）时具有最低相对辐射能量，即波长为510nm处具有最高灵敏度；锥状细胞决定人眼的明视觉特性，它在波长为555nm（黄绿色）处具有最高灵敏度；在400nm和700nm处明视觉特性具有最低灵敏度。 1924年国际照明委员会（Commission Internationale de l，Eclairage，简称CIE）规定了明视觉特性曲线，1951年规定了暗视觉曲线，两