目前大屏幕顯示系統在中國已有了長足的發展,顯示系統的設計和設備技術指標也早已為人所知,當追求高亮度、高對比度已成為一種目標的時候,DNP公司提出的顯示系統的設計必須考慮人眼運作的方式的文章就彌足珍貴,因為顯示系統最終是給人看的。不考慮人眼的運做方式,不考慮人眼的舒適性,片面最求技術指標是不足取的。
一、關于人眼
1、人眼的構造
在這里我們要重點考察的是的人體“光傳感器”— 人眼視網膜,它由無數的光敏細胞組成光敏細胞按其形狀分為桿狀細胞和錐狀細胞,錐狀細胞有700萬個,主要集中在正對瞳孔的視網膜中央區域稱為黃斑區。此處無桿狀細胞,越遠離黃斑區,錐狀細胞越少,桿狀細胞越多,在接近加緣區域,幾乎全是桿狀細胞。桿狀細胞只能感光,不能感色,但感光靈敏度極高,是錐狀細胞感光靈敏度的10,000倍。錐狀細胞既能感光,又能感色。兩者有明確的分工:在強光作用下,主要由錐狀細胞起作用,所以在白天或明亮環境中,看到的景象既有明亮感,又有彩色感,這種視覺叫做明視覺(或白日視覺)。在弱光作用下,主要由桿狀細胞起作用,所以在黑夜或弱光環境中,看到的景物全是灰黑色,只有明暗感,沒有彩色感,這種視覺叫做暗視覺。
錐體細胞和桿狀細胞經過雙極經胞與視神經相連,視神經細胞經過視經纖維通向大腦,視神經匯集視網膜的一點,此點無光敏細胞,稱為盲點。
2、相對視敏度函數輻射功率相同波長不同的光對人眼產生的亮度感覺是不相同的。
1933年國際照明委員會(CIE)經過大量實驗和統計,給出人眼對不同波長光亮度感覺的相對靈敏度,稱為相同視敏度。表1-1給出了相對視敏度的最佳數據,圖1.1-4是根據表1-1作出的曲線,稱為相同視敏函數曲線。它的意義是:人眼對各種波長光的亮度感覺靈敏度是不相同的。實驗表明:在同一亮度環境中,輻射功率相同的條件下,波長等于555nm的黃綠光對人的亮度覺最大,并令其亮度感覺靈敏度為1;人眼對其它波長光的亮度感覺靈敏度均于黃綠光(555nm),故其它波長光的相對視敏度V都小于1。例如波長為660nm的線光的相對視敏度V(660)-0.061,所以,這種紅光的的輻射功率應比黃綠光(555nm)大16倍(即1/0.061=16),才能給人相同的亮度感覺。
當波長<380nm和波長>780nm時,V=0。這說明紫外線和紅外線的射功率再大,也不能引亮度感覺,所以紅外線和紫外線是不可見光。這也是自然選擇的結果。假如人眼對紅外線也能反映,那么這種近似光霧的熱輻射將會成為人們觀察外部世界的一種干擾。
3、人眼察覺亮度變化的能力
人眼是一個非常復雜的構造,能應合不同的環境來調節運作。比如說我們可以在月光下閱讀報紙的標題,也能夠在大白天的日光下閱讀相同的報紙。但兩者的環境亮度的差距大約是30,000:1 (前者的照度是5LUX而后者的照度卻是150.000LUX)
能夠在如此難以置信的動態范圍內觀看的原因是眼睛是以它自身的適應能力所運作的。眼睛不斷的在視線范圍內調節平均亮度。所以當您從較暗的室內走到明亮戶外時,眼睛立刻會看不見事物。這現象是由于眼睛在適應一個新的平均亮度所引起的。
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對數性vs.線性感知度 |
眼睛的一個重要功能以對數運作。當周圍光線亮度增倍或減半時,眼睛感到一個明顯的變化。例如:如果一個物體的亮度是100NIT,那么當另一個物體亮度是50NIT或200NIT時,眼睛可清楚地看到差異。
4、對比感知度
對比度的定義是人的眼睛所看到的黑色與白色之間的差別。
當說到對比度時,人的眼睛也是一個相當精密的儀器。它可以最高觀察到1000:1對比度范圍。這<