人眼视觉现象：亮度环境对视觉机制的影响

1.2.2.1　视觉的生理机制

视觉系统主要包括人眼和视觉中枢，人们通过视觉系统感知外部世界包括两个过程：首先，光刺激作用于人眼将物体呈现在视网膜上；然后，利用视网膜上感光细胞的换能机制将光刺激转化为神经冲动，通过视神经传递至大脑皮层的视觉中枢。

图1-3　人眼的构成

人眼形状近似球形，前后径为24～25mm，是人们的视觉器官。眼球由眼球壁和眼球内容物构成（图1-3）。

眼球壁由外到里主要由外层的角膜和巩膜，中层的虹膜、脉络膜和睫状肌，内层的视网膜等构成。视网膜上遍布着大量的视锥细胞和视杆细胞，功能各异、分布不同，两种感光细胞并行处理刺激输入且互相调节。视锥细胞（conecell）是昼视器官，多集中在视网膜中央凹，在光强度较高的明视觉状态中起作用，负责感知物体的色彩、辨认物体的细节；视杆细胞（rodcell）是夜视器官，分布在中央凹以外，在光强度较低的暗视觉状态中起作用，只能感知物体的光度。当环境光照度处于两种状态之间时称作中间视觉状态，此时，两种感光细胞共同起作用。视网膜上还有一个视觉盲区叫作“盲点”（blind spot），物体的投影落在这个区域不能产生视觉，但却是大量的视网膜神经纤维汇聚成视神经的场所。

眼球内容物包括房水、晶状体和玻璃体，其中晶状体有“聚焦”功能，其调节能力会随年龄的增长逐渐退化，出现“老花眼”。三者连同角膜一起，共同构成了人眼的屈光系统。如果以相机工作原理来看待人们的眼睛，将眼球比作相机，那么整个屈光系统就是镜头，通过晶状体的对焦调节相距与物距的位置，将视像映射在“底片”视网膜上。

在光刺激转化为电信号产生神经冲动的过程中，感光细胞的激活总是会受邻近细胞的影响，当某个神经细胞接收刺激后获得比较大的反应时，会抑制邻近细胞的反应，这些与它相邻的细胞再次接收刺激时的反应就会减弱，这种现象叫作视觉系统的侧抑制（lateral inhibition），是引起迷彩伪装中视错觉的重要原因之一。

当视网膜上的一个区域接收到刺激输入时，能够激活与之相关的各层神经元，这一区域被称为视觉感受野（receptive field of vision）[图1-4（a）]。视通路上，各层神经细胞的视觉感受野特性各异，其结构随着层级的提高而越来越复杂、所处理的视觉任务也更加高级。由视网膜发出的电信号通过神经纤维传递至丘脑中负责视觉信息中继传导的外侧膝状体（lateral geniculate body），经由外漆状体发出后终止于大脑皮层的视觉投射区——枕叶的纹状区（布鲁德曼第17区）[图1-4（b）]，形成视觉。(www.xing528.com)

图1-4　视觉感受野和大脑皮层视觉区

1.2.2.2　人眼的视觉现象

正如前文所说，在不同亮度环境下，人们的视觉机制是不同的。当在不同光照条件中转换时，眼睛需要一定的时间来适应这种变化，这种感觉现象叫作视觉适应，包括暗适应和明适应。暗适应（dark adaptation）是人眼从亮处到暗处的适应过程，此时，人眼的视觉感受性逐渐提高，在适应初期，由视杆细胞和视锥细胞共同经历适应过程，在锥细胞暗适应完成后，杆细胞继续独自完成适应过程[图1-5（a）]；明适应（bright adaptation）是由暗处转向亮处时人眼的适应过程，是视觉感受性下降的过程。

同样，在不同的光照条件下，视觉感官细胞对可见光谱的敏感程度也是不同的[图1-5（b）]。明视觉状态下的视觉敏感峰值是处在可见光谱中央的黄绿波段（555nm）；在暗视觉状态下，人眼对可见光谱的最大感受性位于波长较短的蓝绿波段（507nm）。当光照条件由明视觉转向暗视觉时，人眼对可见光谱的最大敏感度将向短波段移动，这种变化叫作普肯耶（Purkinje）现象。

图1-5　暗适应曲线和光谱敏感曲线

根据不同照明环境下视觉生理机制的不同，可以不断探索和发展单兵夜间伪装技术，更新夜视技术装备，提高伪装性能。