視覺的亮度與人眼所感受到的物體的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。在心理學(xué)領(lǐng)域,有一個(gè)與之密切相關(guān)的名詞叫主觀亮度,其指的是人眼依據(jù)視網(wǎng)膜所感受到的光刺激的強(qiáng)弱,從而判斷出被觀察物體的亮度。
同時(shí)對(duì)比度
人從物體表面所感受到的主觀亮度,不但和表面自身的亮度相關(guān),還和表面與周圍環(huán)境(也就是背景)亮度之間的相對(duì)關(guān)系存在關(guān)聯(lián)。
倘若兩個(gè)自身亮度有差異的物體和各自的背景有著相似的亮度相對(duì)關(guān)系(比值),那么它們或許看起來具有相同的亮度。在這種情況下,人們所感知到的主觀亮度與物體自身亮度的絕對(duì)值并無關(guān)聯(lián)。
反之,同一個(gè)物體表面,若置于較暗的背景中就會(huì)顯得更亮,而處在較亮的背景中則會(huì)顯得更暗。這種現(xiàn)象被稱作同時(shí)對(duì)比度,也叫條件對(duì)比度。
圖1:同時(shí)對(duì)比度示例
在圖 1 當(dāng)中,所有處于中心位置的小正方形都擁有完全相同的亮度(自身亮度)。然而,當(dāng)它處于暗背景時(shí)看起來更亮,處于亮背景時(shí)看起來更暗。所以,給人的感覺是這 4 幅圖像從左往右,中心的小正方形在逐漸變暗。
馬赫帶效應(yīng)
在物體亮度不同的區(qū)域邊界處,人類的視覺有可能過高或者過低地估計(jì)亮度值。換個(gè)說法,從一個(gè)物體表面所感受到的主觀亮度并非物體所受照度的簡單比例函數(shù)。這個(gè)現(xiàn)象由馬赫發(fā)現(xiàn),故而被稱為馬赫帶效應(yīng)。
圖 2:馬赫帶效應(yīng)
圖 2(a)是一個(gè)馬赫帶圖形,涵蓋了三個(gè)部分:左邊是均勻的低亮度區(qū),右邊是均勻的高亮度區(qū),中間是從低亮度向高亮度逐步過渡的區(qū)域。
圖 2(b)展示了從左到右的實(shí)際亮度分布(三段直線)。人們通過眼睛觀察圖 2(a)能夠發(fā)現(xiàn):在左側(cè)區(qū)和中間區(qū)的交界位置有一條比左側(cè)區(qū)更暗的暗帶,在中間區(qū)和右側(cè)區(qū)的交界位置有一條比右側(cè)區(qū)更亮的亮帶,即存在如圖 2(c)所示的主觀亮度。
實(shí)際上,暗帶和亮帶在客觀上是不存在的,它們僅僅是主觀亮度的感受結(jié)果。
圖 3:馬赫帶效應(yīng)
同樣,在圖 3 里,每個(gè)色條從左到右亮度逐步遞增,但是人眼會(huì)看到兩條色條之間的過渡區(qū)域,在左邊低亮度區(qū)域會(huì)顯得更暗,在右邊高亮度區(qū)域會(huì)顯得更亮。
對(duì)比敏感度
對(duì)比敏感度(也被稱為對(duì)比感受性)反映了人眼區(qū)分亮度差別的能力,會(huì)受到觀察時(shí)間和被觀察目標(biāo)大小的影響。
如果使用由粗細(xì)不同、對(duì)比度不同的線條組成的柵格來進(jìn)行測試,人眼所覺察到的柵格亮暗線條之間的對(duì)比度和原測試柵格亮暗線條之間的對(duì)比度越接近,就會(huì)認(rèn)為對(duì)比敏感度越大。
在理想狀況下,視力良好的人能夠分辨 0.01 的亮度對(duì)比,即對(duì)比敏感度最大能夠達(dá)到 100。
如果用橫坐標(biāo)表示測試柵格亮暗線條的粗細(xì)程度,用縱坐標(biāo)表示對(duì)比敏感度,那么實(shí)測結(jié)果就會(huì)給出視覺系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù),也就是給出人的視覺系統(tǒng)將測試圖像準(zhǔn)確轉(zhuǎn)化成光學(xué)圖像的能力。這里測試柵格亮暗線條的粗細(xì)程度能夠用空間頻率來表示,其單位是每度視角中包含的周數(shù)(線條數(shù)目),即周/度(CPD)。
對(duì)比敏感度可以用光的調(diào)制系數(shù) M 來規(guī)范,設(shè) Lmax、Lmin 和 Lav 分別代表最大、最小和平均亮度值,則有