在之前“会议室报告厅到底需要多亮的投影机的“文章中简单介绍了图像对比度，本文通过对人眼视觉特性和各“对比度”的深入了解，更能深刻认识和理解图像对比度，从而设计好显示系统。图像、视频是供人眼观看的,投影和视频显示系统的综合质量，最终要由人眼做出鉴定，因此投影显示系统应当精确地模拟人眼的视觉特性。只有掌握了人眼视觉特性及对显示系统的要求，才能合理选择投影系统的主要参数,以保证其视觉质量符合人眼的视觉特性。

  究竟什么是人眼的视觉特性？

  答：

  人眼的视觉特性是因人而异的，我们在这里讨论的是正常人的统计平均状况。而且只讨论跟亮度有关系的视觉特性。

  要了解人眼的视觉特性，首先得知道有关人眼感光的一些基本知识

  01明视觉和暗视觉

  人眼的感光细胞层有两种视细胞,锥状细胞Cones和杆状细胞Rods，用来感受光线的明暗和颜色刺激。

  锥状细胞分布在视网膜中心部分：

 1）锥状细胞分布在视网膜中心部分

  a. 数目:600~700万, 位于中心凹附近

  b. 空间分辨率高,

  c. 分辨色彩能力强

  d. 感光灵敏度低（明视觉）

  e. 主要负责高亮度的视觉过程

  2) 杆状细胞分布在视网膜边缘部分

  a. 数目:7500万~1.5亿

  b.空间分辨率低

  c.不能分辨别色彩

  d.感光灵敏度高（暗视觉）

  e.主要负责低亮度的视觉过程

 

 

  02 视觉范围与视觉适应性

  视觉范围是指人眼所能感觉的亮度的范围，这一范围非常宽，可以感受到10-4 cd/m²—106cd/m²的亮度：

  1）人的视觉系统能适应的光强度级别范围很宽，从夜视域到闪光高达1010数量级；

  2）与整个巨大的适应范围相比, 人眼在某一时刻能鉴别的亮度级别范围却很小；

  3）对于某种给定条件, 视觉系统当前的灵敏度级别称为亮度适应级别(Brightness Level)；

  4）主观亮度是进入人眼的光强的对数函数，图中Ba附近的曲线称为对应亮度适应级Ba的主观亮度感觉范围

  感觉亮度（主观亮度）与实际亮度的关系(韦伯-费赫涅尔定理)：亮度感觉（主观亮度）S与实际亮度B的对数成线性关系，用公式表示就是：

  韦伯定理说明以下几个问题：

  1、人眼在适应于某一环境的平均亮度级后，视觉范围要小得多，人眼在某一时刻所能感受到的主观亮度是以此平均亮度为中心，在较小的亮度范围内就会有黑——白的感觉，而不是由绝对亮度来决定黑白感觉。

  2、人眼视觉系统对亮度的对比度敏感,而非亮度值本身。

  3、人眼对某个区域感觉到的亮度不仅依赖于它自身的亮度还与它的背景有关。

  图中中间灰块的亮度都是一样的，但在最左边感觉比较暗，最右边的感觉比较亮。

  4、当平均亮度适中时, 人眼能分辨的最大亮度与最小亮度之比为1000:1; 这也称为人眼的动态对比度，而当平均亮度很低时, 这个比值只有10:1。

  任何落在1000:1场景的“1”端的值在眼睛看来都是黑色的，即使它不是黑色的实体。

  任何落在“1000”端的值都将显示为白色。

  举例说明：

  1.盛夏晴天中午，你从明亮的户外快速走进一间昏暗的屋子，这时突然会感觉眼前一片漆黑，感觉什么也看不见，眼睛眨几下过一会儿就觉着屋里也挺明亮。其实屋里的亮度并没发生任何变化，只是眼晴从屋外的平均亮度级适应成屋里的平均亮度级。

  2.去看电影时，从大厅走进放映屋里，也是感觉眼前一片漆黑，脚都不知往哪迈，过了几秒，觉得屋里看得也挺清楚，座位也能找到，虽然屋里还是很昏暗。

  3.晚上在屋里开着灯看手机，觉得屏幕亮度刚好，要是把灯都关了，觉得屏幕亮度好刺眼

  4.晚上起来上洗手间，开了灯觉得太亮了，太刺眼以至眼睛都睁不开得眯着，过一会才缓过来。

  人眼的这种视觉特性给景物的传送和重现带来了方便。

  一方面，重现景物的亮度范围无需与实际景物的亮度相同，而只需保持二者的具有相同的对比度即可重现。

  另一方面，人眼不能察觉的亮度差别，在重现景物时也无需精确的体现出来。

  总之，要重现的景物与实际景物对人眼的主观感觉来说具有相同的对比度和亮度差别级数, 就能给人以真实的感觉。

  除光源外，自然界中各种物体的亮度决定于它所反射的光的强弱。因此,在相同的照明条件下,各种物体的亮度决定于物体对入射光的反射能力。

 （白石膏的反射系数最大,可达100%，黑绒的反射系数最小，只有1%。可见,大部分景物的对比度不超过100。

  例如,当从电视机屏幕上观看运动会的实况转播时,虽然现场的亮度范围可能是:200~20000cd/m2, 而屏幕上的亮度范围却仅有:2~ 200cd/m2, 但仍可获得真实的主观感觉,因为对比度同为100。