3.1. Относительная спектральная чувствительность глаза.
Чувствительность глаза к излучениям различных длин волн неодинакова. Свойство глаза по-разному оценивать одинаковую лучистую энергию или мощность различных длин волн видимого спектра называется спектральной чувствительностью. Причём при этом учитывается восприятие света всеми рецепторами глаза одновременно, без разделения на палочки и три разновидности колбочек.
Особенность нашего зрения такова, что при равной мощности излучения всех длин волн видимого спектра мы лучше всего воспринимаем желто-зеленый цвет, т.е. излучение с длиной волны, равной 555 нм. Поэтому чувствительность глаза на этой длине волны принимается за единицу, а для остальных длин волн светового излучения она будет меньше единицы (при одинаковой мощности излучения).
Способы измерения спектральной чувствительности глаза достаточно сложны. Начиная с середины ХIX века исследованиям спектральной чувствительности глаза было посвящено большое число работ. В результате проведенных работ установлено, что у разных наблюдателей спектральная чувствительность глаз заметно различается, поэтому необходимо ввести усредненную оценку восприятия видимого спектра глазом человека. Такая усредненная кривая спектральной чувствительности светоадаптированного глаза (рис. 3.2, кривая 1) была определена при поле зрения, равном 2°, что соответствует угловому размеру центрального углубления желтого пятна сетчатки. Усредненная кривая спектральной чувствительности глаза, принятая Международным соглашением еще в 1924 г., используется и сейчас при всех расчетах светового воздействия сложного по составу излучения.
Рис. 1.3.2 – Относительная спектральная чувствительность глаза
Спектральная чувствительность палочкового зрения (рис.1.3.2, кривая 2 – глаз адаптирован к ночным яркостям) характеризует работу глаза при столь малом количестве света, что его не хватает даже для частичного возбуждения колбочек. Кривая относительной спектральной чувствительности глаза имеет максимум на длине волны в 507 нм.
Следует отметить, что относительная спектральная чувствительность глаза тождественна таким понятиям, как спектральная эффективность глаза и кривая видности глаза.
Для глаза, адаптированного к дневным яркостям (кривая 1), на длинах волн 510 нм и 610 нм характерно двукратное снижение чувствительности. Если же глаз адаптирован к ночным яркостям (кривая 2), то снижение чувствительности в два раза наблюдается на длинах волн 455 нм и 550 нм. В табл.1.3.1. приведены усредненные значения спектральной чувствительности глаза в условиях дневной V(l ) и ночной V¢(l ) адаптации (кривые 1 и 2 соответственно).
Максимумы на кривых 1 и 2, равные единице, относительны. Дело в том, что палочковый аппарат ночного зрения человека намного чувствительнее, и для восприятия предельно малого светового сигнала (например, едва видимой точки на темном фоне) палочкам необходима примерно в пятьсот раз меньшая мощность, чем колбочкам. При этом палочки, действующие при периферическом (боковом), зрении, не позволяют определить цвета точки, в то время как колбочки, фиксирующие точку при прямом зрении, дают возможность увидеть и ее цвет.
На спектральную чувствительность глаза оказывает влияние резкое изменение уровня освещенности, которое в естественных условиях можно наблюдать после захода и перед восходом Солнца. Например, во время захода Солнца происходит постепенное изменение аппарата зрения от колбочкового, которое описывается кривой 1, до палочкового, характеризующегося кривой 2, кривая спектральной чувствительности смещается в сторону коротких длин волн, а ее максимум – с 555 нм до 507 нм.
Таблица 1.3.1. Относительная спектральная чувствительность глаза
Длина волны l, нм |
V(l )
|
V¢ (l )
|
Длина волны l, нм |
V(l ) |
V¢ (l) |
380 |
0,00004 |
0,0000589 |
580 |
0,870 |
0,1212 |
390 |
0,00012 |
0,002209 |
590 |
0,757 |
0,0685 |
400 |
0,0004 |
0,00929 |
600 |
0,631 |
0,03315 |
410 |
0,0012 |
0,03489 |
610 |
0,503 |
0,01593 |
420 |
0,0040 |
0,0966 |
620 |
0,381 |
0,00737 |
430 |
0,0116 |
0,1998 |
630 |
0,265 |
0,003335 |
440 |
0,023 |
0,3281 |
640 |
0,175 |
0,001497 |
450 |
0,038 |
0,455 |
650 |
0,107 |
0,000677 |
460 |
0,060 |
0,567 |
660 |
0,061 |
0,0003129 |
470 |
0,091 |
0,676 |
670 |
0,032 |
0,0001480 |
480 |
0,139 |
0,793 |
680 |
0,017 |
0,0000715 |
490 |
0,208 |
0,904 |
690 |
0,0082 |
0,0000353 |
500 |
0,323 |
0,982 |
700 |
0,0041 |
0,0000178 |
510 |
0,503 |
0,997 |
710 |
0,0021 |
0,00000914 |
520 |
0,710 |
0.935 |
720 |
0,00105 |
0,000005092 |
530 |
0,862 |
0,811 |
730 |
0,00052 |
0,000002546 |
540 |
0,954 |
0,650 |
740 |
0,00025 |
0,000001379 |
550 |
0,995 |
0,481 |
750 |
0,00012 |
0,000000760 |
555 |
1,000 |
0,4015 |
760 |
0,00006 |
0,000000428 |
560 |
0,995 |
0,3288 |
770 |
0,00003 |
0,000000241 |
570 |
0,952 |
0,2076 |
780
|
0,000015
|
0,000000139 |
Изменение спектральной чувствительности глаза обусловливает ряд специфических явлений, к которым относится, в первую очередь, эффект Пуркинье, названный по имени чешского ученого Пуркинье (1787-I869 гг.), открывшего это явление в 1823 г. Сущность эффекта заключается в том, что
красная и синяя поверхности, которые днем кажутся примерно одинаково светлыми (в качестве примера обычно ссылаются на красный мак и голубой василек), ночью воспринимаются по-разному: синяя – намного светлее красной, а красная – совершенно черной.
Кривая относительной спектральной чувствительности глаза является одной из основных характеристик светотехники, ее используют во всех определениях, световых и цветовых расчетах и определениях.