光度学

光度学：光度学

光度学（photometry）是一门研究可见光计算和测量的科学。光度学和心理学有特殊的关系。光度学的测量和计算是以心理学对人们的视觉系统感觉特征的研究为基础的，视觉心理研究则要应用光度学的知识和测量技术。光度测量是一门专门的学问，它不仅度量单位名称多，各单位相互换算关系复杂，而且受测量器械和技术的限制，不易为人们所掌握。

我们之所以比较详细地描述亮度测量，是因为对于实验心理学家来说，规定一个视觉刺激或视觉环境的强度是视觉研究的前提。应该注意到照明值要受从光源到照明表面的距离的影响（如图6－2）。但是，亮度则与从表面到观察者的距离无关。这就是为什么电影银幕从电影院后排看和从电影院的前排看一样亮的原因。因此，在仪器视野的大小所能包括的范围之内，可以在距离刺激任何方便的地方对光进行测量。这种亮度与距离无关的情况当然对摄影机和人眼都是适用的。在摄影时，曝光时间和光圈大小必须以被拍摄物体的亮度而加以调整，但却不必因物体到摄影机的距离而调整，这是同样的道理。

光度学度量的原始标准是以特定规格制成的一支蜡烛作光源的。图6-2


所表明的就是这样的一支蜡烛被放在离屏幕（s）的一段距离（d）处。屏幕以一定比例（R）反射投射到其表面的光。入射光被称作是照射到屏幕上的照度（E）。由于它是以一支特定的蜡烛为光源，又距离屏幕一定的远近，所以是以呎烛光为单位（当然在使用公制时也可以用公尺标定距离），这个值等于光源的烛光数（c）除以从光源到屏幕的距离（d，以英尺或公尺为单位）的平方。将这几个参数列入一个公式，可以表示如下：
c　
E=d2（呎烛光）[公式6-2]
如果一个光源c移近一个表面s，则后者受到光源较强的照明；但如果光源远离屏幕，照明便减弱了。从规范上讲，图中对s的照明直接随烛光以及距离的平方的倒数而改变，即E=C/d2。一个被试在c处所看到的s屏幕上的亮度L，依赖于屏幕的反射率R，因而L=cR/d2。可见不论距离表面远近，屏幕上的亮度维持不变。

照明工程师确定了不同视觉工作所需要的标准照明水平。例如：一个图书馆的设备应为读者提供较高的照明水平，而街道则只需较低的光照明水平即可。这些可用照度计进行测量。

制定工作场所的照明标准既科学，又具有经济效益。若标准订高了，将导致国家电力的浪费；反之，若订得过低，必然会导致工人视力受损。照明的标准与工作物和背景亮度对比有直接关系。计算对比的公式如下：
C=L高-L低[公式6-3]　
　　　　
　L高　
　　　　
式中C为对比值，L为亮度。

照明的标准还与对象在眼睛里所形成的视角有关。喻柏林等（1979）曾求得视觉对象的视角、对比和照度的关系，大对比如图6-3，小对比如图6－4所示。从两图中的视角与照度的关系曲线来看，无论大对比或小对比都具有共同的变化趋势。视角越大，要求照度越低；视角越小，要求照度越高。视角递减时，照度发生递增变化。而且视角递减速度低于照度递增速度。换言之，照度的一个大的正增量才能适应视角的一个小的负增量。而且，若小视角和大视角在纵坐标上发生同样的变化，则照度在横坐标上分别引起的增值量相差越大，前者大大高于后者，这现象可称为照明收效递减律（lawofdiminishingreturns）。

表6－2大对比实验结果（黑环/白背景视标，观察者20人）


照度Lux1.710603602160
辨认结果　　　　　
　　　　　　
平均视角（分）1.420.810.690.580.53
（标准误差）0.110.030.020.020.01
　　　　　　
视敏度(0.70)(1.23)(1.45)(1.72)(1.89)
　　　　　　

（采自喻柏林，1979）


表6-3小对比实验结果（黑环/白背景视标，观察者20人


照度Lux1.710603602160
辨认结果　　　　　
　　　　　　
平均视角（分）9.103.802.701.320.93
　　　　　　
（标准误差）(0.48)(0.13)(0.28)(0.21)(0.06)
　　　　　　
　（采自喻柏林，1979）　　
在上述大量的实验研究的基础上，我国视觉心理学工作者与建筑工程等专业的研究者协作制定了工业照明标准，可以约略综合在表6－4中。

根据图6－3和图6－4所示原则，我们可以看出视角与照度的关系，从而了解到，在视觉工作物细节大小的分级上，小尺寸的分级应较细，大尺寸的分级可较粗。采用这样的等级划分法，可以有针对性地对小物体细节提高照明，而达到节约能源的目的。表6－4很清楚地说明了这一点。

与亮度相关的心理量是明度（brightness），但是不要错误地认为明度只依赖于亮度。明度要受包括眼睛的适应状态、对比效应、曝光时间以及知觉恒常性在内的许多因素的影响。心理量表法可用于对主观明度的直接估计。表6－5列出了各种视觉刺激的亮度值，从这里可以看到眼睛所能感受的亮度的范围很大。表中混合视觉，即间视觉（mesopicvision）。勒格兰德等人（LeGrandetal，.1957）认为在明视和暗视之间应当有间视这一阶段。


表6－4视觉工作类别、物体细节大小与所需要照明的关系

视觉工作类别物体细节大小（毫米照度（勒克斯
　0.10784
　0.11637
Ⅰ0.12505
　0.13377
　0.14326
　0.15258
　0.16234
　0.18200
　0.20173
Ⅱ0.22152
　0.24135
　0.26122
　0.28110
　0.30100
　0.3292
　0.3679
　0.4069
　0.4461
Ⅲ0.4854
　0.5249
　0.5645
　0.6041
　0.6537
　0.7531
　0.8527
　0.9524
Ⅳ1.0521
　1.1519
　1.2518
　1.3516
　1.4515
Ⅴ1.6015
　10.0015
(采自喻柏林，1979）


表6－5典型视觉刺激的亮度值

视觉刺激亮度值（mL）　
中午的太阳表面　　
钨丝灯泡的灯丝　　
日光下的白纸　　
舒适的阅读　　
　1混合视觉
月光下的白纸　　
星光下的白纸　　
绝对刺激阈　　
　　　

（采自Riggs，1965b）