在之前“會(huì)議室報(bào)告廳到底需要多亮的投影機(jī)的“文章中簡(jiǎn)單介紹了圖像對(duì)比度，本文通過(guò)對(duì)人眼視覺(jué)特性和各“對(duì)比度”的深入了解，更能深刻認(rèn)識(shí)和理解圖像對(duì)比度，從而設(shè)計(jì)好顯示系統(tǒng)。圖像、視頻是供人眼觀看的,投影和視頻顯示系統(tǒng)的綜合質(zhì)量，最終要由人眼做出鑒定，因此投影顯示系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)精確地模擬人眼的視覺(jué)特性。只有掌握了人眼視覺(jué)特性及對(duì)顯示系統(tǒng)的要求，才能合理選擇投影系統(tǒng)的主要參數(shù),以保證其視覺(jué)質(zhì)量符合人眼的視覺(jué)特性。

  究竟什么是人眼的視覺(jué)特性？

  答：

  人眼的視覺(jué)特性是因人而異的，我們?cè)谶@里討論的是正常人的統(tǒng)計(jì)平均狀況。而且只討論跟亮度有關(guān)系的視覺(jué)特性。

  要了解人眼的視覺(jué)特性，首先得知道有關(guān)人眼感光的一些基本知識(shí)

  01明視覺(jué)和暗視覺(jué)

  人眼的感光細(xì)胞層有兩種視細(xì)胞,錐狀細(xì)胞Cones和桿狀細(xì)胞Rods，用來(lái)感受光線的明暗和顏色刺激。

  錐狀細(xì)胞分布在視網(wǎng)膜中心部分：

 1）錐狀細(xì)胞分布在視網(wǎng)膜中心部分

  a. 數(shù)目:600~700萬(wàn), 位于中心凹附近

  b. 空間分辨率高,

  c. 分辨色彩能力強(qiáng)

  d. 感光靈敏度低（明視覺(jué)）

  e. 主要負(fù)責(zé)高亮度的視覺(jué)過(guò)程

  2) 桿狀細(xì)胞分布在視網(wǎng)膜邊緣部分

  a. 數(shù)目:7500萬(wàn)~1.5億

  b.空間分辨率低

  c.不能分辨別色彩

  d.感光靈敏度高（暗視覺(jué)）

  e.主要負(fù)責(zé)低亮度的視覺(jué)過(guò)程

 

 

  02 視覺(jué)范圍與視覺(jué)適應(yīng)性

  視覺(jué)范圍是指人眼所能感覺(jué)的亮度的范圍，這一范圍非常寬，可以感受到10-4 cd/m²—106cd/m²的亮度：

  1）人的視覺(jué)系統(tǒng)能適應(yīng)的光強(qiáng)度級(jí)別范圍很寬，從夜視域到閃光高達(dá)1010數(shù)量級(jí)；

  2）與整個(gè)巨大的適應(yīng)范圍相比, 人眼在某一時(shí)刻能鑒別的亮度級(jí)別范圍卻很??；

  3）對(duì)于某種給定條件, 視覺(jué)系統(tǒng)當(dāng)前的靈敏度級(jí)別稱為亮度適應(yīng)級(jí)別(Brightness Level)；

  4）主觀亮度是進(jìn)入人眼的光強(qiáng)的對(duì)數(shù)函數(shù)，圖中Ba附近的曲線稱為對(duì)應(yīng)亮度適應(yīng)級(jí)Ba的主觀亮度感覺(jué)范圍

  感覺(jué)亮度（主觀亮度）與實(shí)際亮度的關(guān)系(韋伯-費(fèi)赫涅爾定理)：亮度感覺(jué)（主觀亮度）S與實(shí)際亮度B的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系，用公式表示就是：

  韋伯定理說(shuō)明以下幾個(gè)問(wèn)題：

  1、人眼在適應(yīng)于某一環(huán)境的平均亮度級(jí)后，視覺(jué)范圍要小得多，人眼在某一時(shí)刻所能感受到的主觀亮度是以此平均亮度為中心，在較小的亮度范圍內(nèi)就會(huì)有黑——白的感覺(jué)，而不是由絕對(duì)亮度來(lái)決定黑白感覺(jué)。

  2、人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)亮度的對(duì)比度敏感,而非亮度值本身。

  3、人眼對(duì)某個(gè)區(qū)域感覺(jué)到的亮度不僅依賴于它自身的亮度還與它的背景有關(guān)。

  圖中中間灰塊的亮度都是一樣的，但在最左邊感覺(jué)比較暗，最右邊的感覺(jué)比較亮。

  4、當(dāng)平均亮度適中時(shí), 人眼能分辨的最大亮度與最小亮度之比為1000:1; 這也稱為人眼的動(dòng)態(tài)對(duì)比度，而當(dāng)平均亮度很低時(shí), 這個(gè)比值只有10:1。

  任何落在1000:1場(chǎng)景的“1”端的值在眼睛看來(lái)都是黑色的，即使它不是黑色的實(shí)體。

  任何落在“1000”端的值都將顯示為白色。

  舉例說(shuō)明：

  1.盛夏晴天中午，你從明亮的戶外快速走進(jìn)一間昏暗的屋子，這時(shí)突然會(huì)感覺(jué)眼前一片漆黑，感覺(jué)什么也看不見(jiàn)，眼睛眨幾下過(guò)一會(huì)兒就覺(jué)著屋里也挺明亮。其實(shí)屋里的亮度并沒(méi)發(fā)生任何變化，只是眼晴從屋外的平均亮度級(jí)適應(yīng)成屋里的平均亮度級(jí)。

  2.去看電影時(shí)，從大廳走進(jìn)放映屋里，也是感覺(jué)眼前一片漆黑，腳都不知往哪邁，過(guò)了幾秒，覺(jué)得屋里看得也挺清楚，座位也能找到，雖然屋里還是很昏暗。

  3.晚上在屋里開(kāi)著燈看手機(jī)，覺(jué)得屏幕亮度剛好，要是把燈都關(guān)了，覺(jué)得屏幕亮度好刺眼

  4.晚上起來(lái)上洗手間，開(kāi)了燈覺(jué)得太亮了，太刺眼以至眼睛都睜不開(kāi)得瞇著，過(guò)一會(huì)才緩過(guò)來(lái)。

  人眼的這種視覺(jué)特性給景物的傳送和重現(xiàn)帶來(lái)了方便。

  一方面，重現(xiàn)景物的亮度范圍無(wú)需與實(shí)際景物的亮度相同，而只需保持二者的具有相同的對(duì)比度即可重現(xiàn)。

  另一方面，人眼不能察覺(jué)的亮度差別，在重現(xiàn)景物時(shí)也無(wú)需精確的體現(xiàn)出來(lái)。

  總之，要重現(xiàn)的景物與實(shí)際景物對(duì)人眼的主觀感覺(jué)來(lái)說(shuō)具有相同的對(duì)比度和亮度差別級(jí)數(shù), 就能給人以真實(shí)的感覺(jué)。

  除光源外，自然界中各種物體的亮度決定于它所反射的光的強(qiáng)弱。因此,在相同的照明條件下,各種物體的亮度決定于物體對(duì)入射光的反射能力。

 （白石膏的反射系數(shù)最大,可達(dá)100%，黑絨的反射系數(shù)最小，只有1%。可見(jiàn),大部分景物的對(duì)比度不超過(guò)100。

  例如,當(dāng)從電視機(jī)屏幕上觀看運(yùn)動(dòng)會(huì)的實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí),雖然現(xiàn)場(chǎng)的亮度范圍可能是:200~20000cd/m2, 而屏幕上的亮度范圍卻僅有:2~ 200cd/m2, 但仍可獲得真實(shí)的主觀感覺(jué),因?yàn)閷?duì)比度同為100。