眼睛直接观察物体时像的主观亮度

8.5.1　眼睛直接观察物体时像的主观亮度

物体通过眼睛的光学系统成像在视网膜上，由于视网膜上布满感光的神经末稍，因此在成像这一物理过程的同时，还伴随着发生生理过程，即由于光的作用，在感光的神经末稍上引起刺激，产生视觉。根据刺激强弱不同，即产生亮暗的感觉。通常称像在视网膜上产生刺激的强弱程度为像的“主观亮度”。主观亮度与光度特性的关系随物体在视网膜上成像尺寸的大小而不同。下面按点光源及面光源两种情况讨论。

1）点光源

视网膜是不连续的感光层，视神经分支的末稍被不感光的间隔隔开，感光面元的长度不超过6μm。当物体视角不超过1分时，在网膜上所成的像正好覆盖一个感光元，从而造成“点像”的感觉。因此，凡是光源线度对眼构成的视角不大于1分时，均可视为点光源或发光点。

在点光源的情况下，点像小于一个细胞，因此主观亮度取决于射入眼中且完全被一个细胞所接受的光通量dφ，而光通量dφ则取决于点光源的发光强度I（因为点的亮度的概念没有意义）。

如图8.25所示，设点光源A的发光强度为I，到眼睛的距离为l，眼瞳的直径D_e，则根据（8.21）式进入眼瞳孔并到达A＇点的光通量应为dφ=Idω，式中立体角dω及光通量dφ应分别为

上式表明，点光源的像在肉眼中引起的主观亮度与发光强度I和眼瞳直径的平方成正比，而与点光源到眼睛距离的平方成反比。例如，夜间观察具有同样发光强度的两颗星，距离近者感觉亮，距离远者感觉暗就是这个道理。

图8.25　点光源成像的主观亮度

2）面光源

对具有大的角尺度的面光源，物像使视网膜上的大量视细胞受到刺激，由此在眼中所引起的主观亮度并不取决于进入眼瞳的总光通量，而是取决于视网膜上的照度E₀＇。因此，面光源的主观亮度用视网膜上的照度E₀＇来表示。而照度E₀＇则取决于面光源的亮度L，即由式（8.82）决定

上式中，L是物体的亮度；τ_e是眼睛光学系统的透过率；n=1，n＇是眼睛玻璃液的折射率，等于1.336；U＇是眼睛的像方孔径角，且近似有是眼睛的像方焦距，已知f_e＇≈22.785mm）。因此，上式可进一步表示为

由上式看出，面光源在视网膜上的照度只与其亮度L有关。如果忽略掉大气中光的吸收，则视网膜上的照度完全与物体的距离无关，即被观察物体的主观亮度不随其到眼睛距离的远近而改变。表8.15给出了眼睛透过系数τ_e与波长λ的关系。

表8.15　眼睛透过系数τ_e与波长λ的关系