光谱对视觉效能的影响

　　在照明对视觉效能的研究中，几乎都是集中在照明的数量对视觉效能的影响方面，也就是照明度（亮度）对于视觉敏锐度或对比敏感度的影响，所不同的是有人研究的是阈限条件，另有一些人比较地接近现实情况研究阈上条件。而研究光源的光谱对于视觉效能的影响却是凤毛麟角。这里指的对于非彩色作业的视觉效能，因为彩色作业的辨认即光源的显色性已经得到普遍接受，在市场上也已作为光源的主要性能指标之一。

　　较早涉及这个问题的极少数人有Smith和 Rea（1979），他们系统地研究了照明水平和光谱这两者的作用。照度的范围是从7至2000Ix，使用了冷白色荧光灯、金卤灯和高压钠灯三种光源进行比较，他们的研究中除这两个变量外，还有亮度对比，视觉作业的“品质”和被试年龄等的影响。被试年龄分成两个年龄（30岁以下与50-60岁）。要求在不同照明条件下，找出两种对比（0.8和0.3）和8-点字型印刷的及手写的数字表中的错误。实验结果表明：不论照明水平、被试年龄、作业对比和印刷质量对于作业效能和被试对难度的评价均有统计上显著的影响，唯有光谱对于作业效能或难度的评价并无统计上显著的影响。

　　稍后Berman等人（1987，1990）发现视网膜上的杆体对于瞳孔大小与在一般室内照明条件下感知的亮度具有显著的影响，他们证明环境照明中的暗视觉光谱含量是决定瞳孔大小的主要因素，并且也是感知白色光视亮度的主要决定因素。他们还发现提供相同间接白色光的明视觉亮度的两个照明体，其中那个具有较大暗视觉亮度的照明体产生较小的瞳孔，并且感觉上也是较亮，由于照明的光谱分布能够影响瞳孔的大小，而瞳孔大小也在一定范围内可以影响视觉效能。因此，很可能光谱对于非色彩作业的视觉效以也具有显著的作用。他们为此进行了一系列研究以证实上述的推论。

　　当瞳孔被缩小后可能对于作业效能有两种相反的作用，一方面瞳孔缩小后，可能通过降低光学象差的作用而提高作业效能；另一方面由于瞳孔缩小而减少了作业视网膜照度，这可能对于作业效能产生负面的影响。在一般室内照明条件下，这两种相反的作用是一个有待讨论的问题，到底产生好处还是负担。Shlaer(1937)指出，对于一个固定的直径为2毫米的人工瞳孔，高对比的L—环的视敏度随着视网膜照度的升高而提高（高至约10.000Tr）。Woodhouse(1975)用垂直的光栅代替L—环，他发现当视网膜照度固定时，光栅的视敏度随着瞳孔大小的增加而下降。Liebowitx（1962）考察了这个问题，他发现光栅的视敏度在一个相当宽的瞳孔尺寸范围内都保持最大，这个瞳孔范围取决于照度。

　　Berman 等人（Berman，1993，1994）假设较小的瞳孔，即使降低了作业的视网膜照度，也能改进视觉效能。为此，他们进行了两个系列实验。第一个系列以20-40岁的成人作为被试，辨认L—环缺口的方向，L—环的开口为2分弧，以四种亮度对比在四种背景亮度下呈现的。使用两种不同的光源，一种光源是富含暗视觉光谱（下称富暗视觉），呈蓝绿色，暗视/明视比为4.31。另一种光源是暗视觉光谱含量低的（下称贫暗视觉），呈粉红色，其暗视/明视比为0.24（为了使读者有一个量的概念，作者给出金卤灯的暗视/明视比为1.4，高压钠灯的暗视/明视比约为0.4），在第一个实验中将作业亮度保持相同，而通过提供相同的明视亮度，但不同的暗视沉亮度的环境照明来改变瞳孔的大小。

　　其结果是辨认L—环的准确度以较小的瞳孔为好。然而，由于环境照明的颜色不同，观看L—环的准确度度即可以有瞳孔大小不同的影响，也可能有观看的作业由于神经诱发的颜色外观不同的影响。因而第二个实验是为了减少这种颜色的作用，故使用同一种光源提供的两种不同的周围环境亮度水平，而作业亮度是不变的，通过比较这两种不同的环境亮度时的不同瞳孔大小对L—环辨认效能的影响。在第三个实验中作业亮度是变化的，以检查瞳孔缩小到什么程度才能抵消作业亮度降低的影响。第二个系列的实验是以61-66岁的老人作为被试，使用与第一个系列相同的步骤进行试验，得到的结果与第一个系列相同。

　　实验中，所用的两种光源显然不会被用作一般室内照明的，但是它们确实在作业效能上产生出差别，富暗视觉光谱的光源比贫暗视觉光谱的光源，对于不同亮度对比和环境亮度，具有较好的作业效能。

　　这两种光源产生的周围视野的明视视亮度为53 cd/m2（摘自Berman，1993）。

　　对于上述结果的解释主要寄望于瞳孔大小的作用。特别是在一个大的视野中，瞳孔的大小主要是由杆状细胞的反应决定的，即使在明视觉条件下也是如此，杆状细胞的反应越大，瞳孔的面积越小。对于上述实验中所用的光源，在富暗视觉光源下瞳孔的面积比贫暗视觉光源下小40%。一个较小的瞳孔面积对视网膜上的映象有三种作用：它降低了视网膜上的照度；增加了视野的深度；同时也减少了象差。这第一种作用可以认为是视觉效能降低，但另两种作用却可以认为是改进了视网膜上映象的品质，因而是改进视觉效能。但所有这些作用都是很小的，并且与个体的眼睛的光学系统的先天品质有关。加以实验条件都接近阈限状态，例如：小尺寸（2分弧），低对比（最大的亮度对比为0.4）和短暂的曝光时间（200ms）。因此可以认为瞳孔尺寸可能对小的、短暂的、闪现的、低对比的非彩色作业效能有所影响。

　　虽然如此，这些发现还是很有意义的，尤其是近来国内都在讨论在中间视觉条件下金卤灯优于钠灯，换言之即为白光（富暗视觉光谱）优于黄光（贫暗视觉光谱），这个问题除了周边视觉的敏感性优于中央视觉外，是否也含有瞳孔大小的问题。这留待青年学者来解决。

同济大学建筑城规学院 杨公侠