Мезопическое зрение

Возможность видеть в условиях низкой освещенности

Мезопическое зрение , иногда также называемое сумеречным зрением , представляет собой комбинацию фотопического и скотопического зрения в условиях низкой освещенности (но не обязательно темноты). ^[1] Мезопические уровни яркости варьируются примерно от 0,01 до 3,0  кд/м ² . Большинство условий ночного наружного и уличного освещения находятся в мезопическом диапазоне. ^[2]

Человеческие глаза по-разному реагируют на определенные уровни освещенности. Это связано с тем, что при высоком уровне освещенности, типичном для дневного времени (фотопическое зрение), глаз использует колбочки для обработки света. При очень низком уровне освещенности, соответствующем безлунным ночам без искусственного освещения (скотопическое зрение), глаз обрабатывает свет с помощью палочек . На многих ночных уровнях зрение поддерживается сочетанием колбочек и палочек. Фотопическое зрение обеспечивает превосходное цветовосприятие , тогда как при скотопическом зрении цвета едва различимы . Мезопическое зрение находится между этими двумя крайностями. В большинстве ночных условий достаточное количество окружающего света препятствует истинному скотопическому зрению.

По словам Дуко Шрейдера:

Не существует ни одного значения люминесценции, при котором фотопическое и скотопическое зрение совпадают. [Скорее] между ними существует широкая переходная зона. Поскольку она находится между фотопическим и скотопическим зрением, ее обычно называют зоной мезопического зрения. Причина существования зоны мезопического зрения заключается в том, что деятельность ни колбочек, ни палочек просто не включается и не выключается. Есть основания полагать, что и колбочки, и палочки работают во всех условиях люминесценции. ^[3]

В результате плавного перехода от колбочек к палочкам при обработке света возникает ряд визуальных эффектов: ^[4]

• Палочки имеют разную чувствительность к длине волны, в результате чего синие объекты кажутся ярче, а красные — темнее. Это называется « сдвиг Пуркинье ». ^{[4] : 7}
• Цвет кажется ненасыщенным, оттенки меняются, приближаясь к тускло-фиолетовому. ^{[4] : 8}
• Пространственная острота уменьшается линейно с логарифмом яркости. Меняющийся «шум» постепенно становится более заметным. ^{[4] : 8}

Кинематографисты намеренно имитируют мезопические эффекты, чтобы сцены выглядели темнее, чем на самом деле может обеспечить дисплей. ^{[4] : 1}

Фотометрия

Традиционный метод измерения освещенности предполагает фотопическое зрение и часто не позволяет предсказать, как человек видит ночью. Обычно исследования в этой области фокусируются на улучшении уличного и наружного освещения, а также авиационного освещения .

До 1951 года не существовало стандарта скотопической фотометрии (измерение освещенности); все измерения основывались на функции фотопической спектральной чувствительности V(λ), которая была определена в 1924 году. ^[5] В 1951 году Международная комиссия по освещению (CIE) установила скотопическую функцию светоотдачи V'(λ). Однако системы мезопной фотометрии еще не существовало. Отсутствие надлежащей системы измерения может привести к трудностям в сопоставлении измерений освещенности при мезопической яркости ^[6] с видимостью. Из-за этого недостатка CIE создал специальный технический комитет (TC 1-58) для сбора результатов исследований мезопических зрительных характеристик. ^[7]

Две очень похожие системы измерения были созданы для объединения скотопической и фотопической функций световой эффективности, ^{[8] [9] [10]} создавая единую систему фотометрии. Это новое измерение было хорошо воспринято, поскольку использование только V(λ) для характеристики освещенности в ночное время может привести к использованию большего количества электрической энергии, чем могло бы потребоваться в противном случае. Потенциал энергосбережения при использовании нового способа измерения сценариев мезопического освещения значителен; В некоторых случаях превосходная производительность может быть достигнута за счет снижения энергопотребления на 30–50 % по сравнению с натриевыми лампами высокого давления. ^[11]

Мезопическая функция светимости

Мезоскопическую функцию светимости на длине волны можно записать в виде взвешенной суммы ^[12] ${\displaystyle \lambda }$

${\displaystyle V_{m}(\lambda )=(1-x)V'(\lambda )+xV(\lambda )}$,

где - стандартная функция фотопической освещенности (с максимумом 683 лм/Вт при 555 нм) и функция скотопической освещенности (с максимумом около 1700 лм/Вт при 507 нм), стандартизированная CIE и ISO . ^[13] Параметр является функцией фотопической яркости . Используются различные весовые функции для источников интенсивного синего и насыщенного красного света, предложенные двумя организациями: MOVE и Центром исследований освещения (LRC). ^[12] ${\displaystyle V(\lambda )}$ ${\displaystyle V'(\lambda )}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle L_{p}}$

Обратите внимание, что кривые L _p – x , определенные двумя организациями, имеют очень разную форму. Взвешенная функция предназначена для определения «визуальной эффективности», то есть того, насколько полезен источник света, помогая человеку обнаружить объект, а не какого-либо воспринимаемого уровня яркости. Разница в том, как оценивается эта «эффективность», приводит к изменению весов. ^[12]

Рекомендации

1. Стокман, А.; Шарп, LT (2006). «В сумеречную зону: сложности мезопического зрения и светосилы». Офтальмологическая физиол. Опц . 26 (3): 225–39. дои : 10.1111/j.1475-1313.2006.00325.x. PMID  16684149. S2CID  6184209.
2. Публикация CIE № 41. Свет как истинная визуальная величина: принципы измерения. 1978.
3. Шредер, Д. (2008). Наружное освещение: физика, видение и восприятие. Берлин и Нью-Йорк: Springer . п. 237. ИСБН 9781402086021.
4. Джейкобс, Дэвид Э.; Галло, Орацио; А. Купер, Эмили; Пулли, Кари; Левой, Марк (8 мая 2015 г.). «Имитация визуального восприятия очень ярких и очень темных сцен» (PDF) . Транзакции ACM с графикой . 34 (3): 1–15. дои : 10.1145/2714573 .
5. «Мезопическое зрение и фотометрия» (PDF) . Проверено 9 июня 2011 г.
6. Публикация CIE № 81. Мезопическая фотометрия: история, особые проблемы и практические решения. 1989.
7. Яндан Линь, Дахуа Чен, Вэньчэн Чен. «Значение мезопических зрительных характеристик и их использование при разработке системы мезопической фотометрии», Building and Environment , Volume 41, Issue 2, февраль 2006 г., страницы 117–125.
8. Ри М., Буллоу Дж., Фрейсинье-Нова Дж., Бирман А. Предлагаемая единая система фотометрии. Исследования и технологии освещения, 2004 г.; 36(2):85.
9. Гудман Т., Форбс А., Уокки Х., Элохолма М., Халонен Л., Альфердинк Дж., Фрейдинг А., Бодроги П., Варади Г. Салмас А. Мезопическая визуальная эффективность IV: модель, имеющая отношение к вождению в ночное время и другим приложениям. Световые исследования и технологии 2007; 39(4):365.
10. «Реакция водителя на периферийные движущиеся цели при мезопическом уровне освещенности» (PDF) . Проверено 9 июня 2011 г.
11. Моранте, Питер. «Заключительный отчет о демонстрации и оценке уличного освещения Mesopic для компании Groton Utilities, Гротон, Коннектикут» (PDF) . Центр исследования освещения Политехнический институт Ренсселера.
12. Фотопический и скотопический просвет - 4: Когда фотопический просвет нас подводит.
13. ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Фотометрия. Система физической фотометрии CIE. ИСО/МКО. 2023.

дальнейшее чтение

• Зеле, Эндрю Дж.; Цао, Динцай (22 января 2015 г.). «Зрение при мезопическом и скотопическом освещении». Границы в психологии . 5 : 1594. doi : 10.3389/fpsyg.2014.01594 . ПМК  4302711 . ПМИД  25657632.(Обзор)
• Аллен, Аннет Э. (23 ноября 2022 г.). «Циркадная регуляция вклада палочек в мезопическое зрение у мышей». Журнал неврологии . 42 (47): 8795–8806. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0486-22.2022. ПМЦ  9698662 . ПМИД  36216501.