什么是視覺(jué)函數(shù)濾光片?有哪些作用及應(yīng)用?
我們都知道,人眼對(duì)自然光的感覺(jué)在不同波長(zhǎng)上有不同的反饋,人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的單色光,產(chǎn)生相同的視覺(jué)效應(yīng)有不同的輻射功率。人眼對(duì)可見(jiàn)光譜內(nèi)不同波長(zhǎng)的光敏感度是不同的。在明亮環(huán)境下(明視覺(jué)),眼睛對(duì)黃綠光(約555納米)最敏感,而對(duì)紅光和紫光的敏感度較低,越靠近光譜兩端,越不敏感。
國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)定義了標(biāo)準(zhǔn)化的明視光譜光視效率函數(shù) V(λ) 和 暗視光譜光視效率函數(shù) V'(λ)。V(λ) 描述了人眼在白天或明亮光照條件下的平均光譜響應(yīng)特性。在引起相同的視覺(jué)響應(yīng)條件下,若光波長(zhǎng)為λ的光所需要的光輻射功率為 P(λ),而對(duì)光波長(zhǎng)為 555nm的光(人眼對(duì)此波長(zhǎng)的光最敏感)所需要的光輻射功率為 P(555),則定義 V(λ)=P(555)/P(λ) 為波長(zhǎng)λ的視覺(jué)函數(shù)。
一、光電探測(cè)器的局限性
光電探測(cè)器的響應(yīng)通常都與視覺(jué)函數(shù)相差比較多,常用的光電探測(cè)器(如硅光電二極管、光電倍增管、CCD/CMOS傳感器)本身的光譜響應(yīng)度與人眼的V(λ)函數(shù)完全不同。例如,硅光電二極管對(duì)近紅外光(700-1100nm)非常敏感,而人眼對(duì)這個(gè)區(qū)域的光幾乎沒(méi)有反應(yīng);同時(shí),它對(duì)藍(lán)光和紅光的響應(yīng)度比例也與V(λ)不同。
(光電探測(cè)器-圖源網(wǎng)絡(luò),侵刪)
因此需要一個(gè)視覺(jué)函數(shù)校正濾光片來(lái)修正光電探測(cè)器的光譜響應(yīng),從而使得光電探測(cè)器的響應(yīng)符合人眼視覺(jué)。視覺(jué)函數(shù)濾光片就是這樣可以加在探測(cè)器前面用于校正探測(cè)器的光譜響應(yīng),從而使得探測(cè)器的響應(yīng)和人眼感知的光強(qiáng)度進(jìn)行關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵元件,可以用于照度、亮度、光通量、發(fā)光強(qiáng)度等的測(cè)試儀器探測(cè)器內(nèi)。
二、視覺(jué)函數(shù)校正濾光片的作用特點(diǎn)
校正光譜響應(yīng)度: 視覺(jué)函數(shù)濾光片(通常是V(λ)校正濾光片)被放置在光電探測(cè)器前面。它的透射率曲線被精心設(shè)計(jì)成:當(dāng)它與探測(cè)器的原始光譜響應(yīng)度曲線相乘后,最終組合的光譜響應(yīng)度曲線盡可能完美地匹配V(λ)曲線。
實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的光度測(cè)量: 這是濾光片最關(guān)鍵的作用!光度學(xué)的基本單位(如流明、勒克斯、坎德拉)都是基于人眼的V(λ)函數(shù)定義的。只有當(dāng)一個(gè)測(cè)量?jī)x器的響應(yīng)度與V(λ)一致時(shí),它測(cè)量得到的“亮度”或“光通量”才能真實(shí)反映人眼實(shí)際感知到的光的強(qiáng)弱。
過(guò)濾無(wú)關(guān)輻射: 它有效地阻擋了人眼看不見(jiàn)但對(duì)探測(cè)器可能有響應(yīng)的紫外光和紅外光,確保測(cè)量只針對(duì)可見(jiàn)光范圍內(nèi)人眼能感知的部分。
三、主要應(yīng)用領(lǐng)域
光度計(jì): 這是最核心的應(yīng)用。用于測(cè)量光源的光通量(流明)、照度(勒克斯)、亮度(坎德拉/平方米)的儀器,內(nèi)部必須包含V(λ)校正濾光片(配合光電探測(cè)器)。
色度計(jì)/亮度計(jì): 在測(cè)量顏色或亮度的設(shè)備中,用于光度測(cè)量的通道同樣需要V(λ)校正。
顯示器校準(zhǔn): 校準(zhǔn)屏幕亮度和白點(diǎn)時(shí)使用的測(cè)量?jī)x器需要V(λ)校正。
照明設(shè)計(jì)與測(cè)試: 評(píng)估燈具、燈泡等光源的光輸出是否符合設(shè)計(jì)要求和人眼感知。
攝影與攝像測(cè)光表: 高級(jí)的測(cè)光表會(huì)考慮V(λ)校正,以提供更符合人眼視覺(jué)的曝光建議(盡管相機(jī)傳感器本身通常有色彩濾鏡陣列,其整體響應(yīng)也力求接近V(λ))。