视觉适应与环境感知的重要性

视觉适应（visual adaptation or eye adaptation）是指视觉感受能力在不同照明环境下会发生变化的现象，是人类适应环境照明从自然照明到暗视觉照明环境的一种能力。视觉适应包括明适应（light adaptation）和暗适应（dark adaptation）。例如，从正常照明环境刚刚进入一个黑暗的屋子时，对屋子里的物体和周围的环境看不清楚，随着视觉适应能力的提高，逐渐对周围的环境物体看得越来越清楚，这个过程就是暗适应；而当从黑暗环境进入正常照明或强光照明环境，就会感觉到非常刺眼，而看不清周围的物体，需要一段时间的适应使用后，才能够恢复正常视觉。如图5-2所示。视杆细胞（rod cells）负责黑暗环境视觉，在暗适应中起着主要作用；视锥细胞（cone cells）负责正常和强照明环境下的视觉，在强光照环境下的明适应过程起作用。

图5-2　视锥细胞和视杆细胞的适应过程

（1）明适应。明适应是从暗照明环境进入正常照明或强光照明环境时，个体对光的感受性下降的现象。一般明适应的时间相对比较短，在暴露在强光下的最初30s内，视觉感受性急剧下降，之后感受性的下降速度逐渐缓慢，2～3min就可以达到完全适应的水平，个别情况可能需要7～8min以上。视锥细胞主要是在中等和强的照明条件下起作用。高强度的照明可能会导致视觉无法适应和瞬时失明的现象，这种情况尤其是在夜间更容易发生，如强光（夜间高速行驶的汽车和降落的飞机的远光灯、高强光的探测灯、直视太阳、手机的LED灯等高强照度的光源）直接照射到眼睛。

（2）暗适应。暗适应是从正常照明或强光照明环境中进入暗照明环境时，视觉感受性迅速下降到逐步恢复的过程。暗适应需要的时间比较长，视觉感受性的变化也比较大。视杆细胞的主要功能是夜间和昏暗环境下起作用，暗适应主要是视杆细胞的功能。视觉适应对人日常工作、生活和完成特殊环境下的任务有非常重要的意义。在工程心理学中，视觉适应的研究和应用对特殊职业群体有十分重要的作用，如驾驶员和飞行员夜间驾驶或飞机起飞降落，要求有较好的暗适应能力，航海、潜艇作业、航空航天、极地极昼极夜以及夜间行动环境下对视觉适应能力均有较高的要求。因此，提高暗适应能力也是人们关注的主要问题。提高暗适应能力的方法有以下几种。

①红光和红色镜片（red lights and red lens glasses）眼镜可以提高暗适应能力。

②补充适当的维生素A有助于提高暗适应能力，维生素A缺乏会导致暗适应能力缺失，也就是人们常说的夜盲症（nyctalopia）。维生素A在蛋类和乳制品以及含有胡萝卜素（合成维生素A的主要物质）的水果蔬菜（南瓜、胡萝卜、西蓝花、菠菜、空心菜、甘薯、芒果、橙子或橘子、哈密瓜、杏及甜瓜等）中含量较高。

③补充花青素（anthocyanins）。花青素可以合成4000种以上的黄酮类植物化学物质（flavonoid phytochemicals），花青素对抵抗神经细胞损伤、抗氧化和避免视觉功能损伤等有重要的作用，是保护身体健康的重要生化物质。花青素的主要来源是紫色或黑色的蔬菜和水果（如蓝莓、覆盆子、黑莓、桑葚、紫甘薯、葡萄、血橙、红球甘蓝、茄子、樱桃、红莓、草莓等）。第一和第二次世界大战期间，英国的飞行员大量使用覆盆子酱（也叫越橘酱）和富含花青素的食物，以改善夜间视觉能力。(www.xing528.com)

④暗适应训练。当然，也可以通过经常性的夜间工作环境下的训练，适应和提高夜间视觉工作环境和工作效率。

（3）生物防御与视觉适应的能力。生态学家对自然环境中的生物防御开展的大量研究发现，绝大部分物种都有自身的生物防御机制，在各种环境中，生物通过自身外表的颜色与环境背景的融合，达到伪装和防御天敌的作用。例如，蜥蜴身体颜色随着环境的变化达到保护自己以防被天敌发现的目的，如图5-3所示，各种颜色的昆虫也通过长时间的自然选择使身体的颜色与环境的颜色融合，达到保护自己的目的。这是生物通过长期自然选择发展的一种复杂的自我适应能力，通过自身外观与环境的融合，提高了自身的伪装能力和天敌对自身的辨别难度，从而达到适应环境和生存的目的。

科学家基于生物环境适应的能力，发展了仿生学（Bionics）。当然，仿生学是更为广泛的学科，涉及的领域不仅仅是视觉仿生学的问题（如伪装和迷彩设计，如图5-3所示模仿蜥蜴的战斗机伪装），还涉及通过不同频段的电磁波（如雷达、红外线探测装置、应用于航空航天和天文学中的复眼照相机等）、生物的结构与各种产品和工具的设计（如模仿鸟类和昆虫的翅膀设计飞机机翼，如图5-4所示）等，发展出来视觉仿生学、触觉（嗅觉）仿生学（各类人造的感受器）、模仿生物结构的仿生学等，并将仿生学应用于智能制造领域，应用于不同的作业环境，尤其是特殊环境、极端环境以及高危险的环境，达到监控环境和保护生命财产安全的目的。

图5-3　模仿蜥蜴的战斗机伪装

图5-4　模仿枯叶蝶的战斗机伪装