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金沙国际欢迎你红光、橙光?打破夜视照明的传统认知

光,在我们的生活中无处不在,发挥着难以想象的重要作用。在这里,我们将可能遇到的场景按照不同照度归纳为三种不同类型:日光环境过渡光环境暗弱光环境请注意,虽然我们按照自然条件

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光,在我们的生活中无处不在,发挥着难以想象的重要作用。

胡国剑老师的课程另辟了蹊径,从他研究的视知觉角度谈照明设计,把光如何被视觉神经接受,最后形成我们的情绪入手,角度独特刁钻,像个独步武林功夫了得却神秘莫测的高手。

相信有观星经验的小伙伴们都熟悉红光手电筒这样一件利器,让你的双眼可以在地面和天空间自如转换。一直以来,我们都相信夜视应选用红光保护视力,但现在,这种传统认知需要重新被审视了!

在这里,我们将可能遇到的场景按照不同照度归纳为三种不同类型:

严格意义上来说,我们设计的不是照度,而是每个空间不同立面的亮度。

红光照明

日光环境

过渡光环境

暗弱光环境

我们在讨论照明方案的时候,对观感的舒适性程度衡量谈及甚多,但这只是知其然的表面而已,而要知其所以然,这门对视知觉研究的课程你一定不能错过。

像在Stellafane2星空大会这样的观测基地,常常会采用弱红光照明。但是红光波长真的是保护夜视的最好选择吗?

请注意,虽然我们按照自然条件来命名,但是请注意这些定义在人造环境下依然适用。与这三种光环境对应的,人体视觉也分为三种:明视觉、过渡视觉、暗视觉。

太多知识隐藏的奥妙,或许会让你豁然开朗,恍然大悟。

保护眼睛适应暗环境的能力对于目视天文学家们来说至关重要。在这一点上,他们与飞行员、海员、军人乃至安保人员有着共同的需求,即使只是夜间活动的行人,也会因为没有“夜盲症”而受益。但还很少有研究人员研究暴露在微弱的光源下会对视力造成怎样的损害,或者说哪种颜色的光最不容易干扰人眼对黑暗的适应能力。


上次我们谈及了照度标准值的制定是根据视知觉效用,那么这次我们来看看,那些不同的照度数值之间,会构成何种关系,对于照明设计而言,为何其中有设计伦理的存在?

红光一直是目视天文学家们所选择的传统照明色,它既可以帮助他们安全夜行,也可以用来于查阅星表。但实际上并没有数据能够佐证红光就是最合适这些需求的颜色。

三种光环境

我们先来看看暗适应和明适应的关系:

当被询问使用红光的原因时,天文学家们经常(并且错误地)解释称在黑暗状态下我们的视网膜感受器无法检测到红光,因此夜视对红光免疫。天文学家们选用红光的另一个可能或许可以归结于在摄影暗室中常选用红光这一历史因素。然而,暗室中的红色灯光与视觉暗适应并无关联;更确切地说,黑白摄影相纸通常会被做成对红光不敏感的材质,这样使用者可以在不影响摄影相纸的光线环境中工作,而不是在完全的黑暗环境中操作。

日光环境

明适应和暗适应

《天空与望远镜》杂志2016年6月刊中,作者罗伯特·迪克认为,从视觉生理学的角度来看,对于大多数人来说,橙色光可能比红光对视觉影像更小,但他的测试仅限于个人经验,我作为一位受过视觉生理学研究生训练的医生,决定检验他的理论。

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当人长时间在明亮环境中突然进入暗处时,最初看不见任何东西,经过一定时间后,视觉敏感度才逐渐增高,能逐渐看见在暗处的物体,这种现象称为暗适应(dark
adaptation)。

视觉生理学速成课程

标准日光环境就是晴朗天气下正午的光照强度。这时的光强度最高,最为明亮。

相反,当人长时间在暗处而突然进入明亮处时,最初感到一片耀眼的光亮,不能看清物体,只有稍待片刻才能恢复视觉,这称为明适应(light
adaptation)。

人视网膜后方的视细胞——视杆和视锥细胞,扮演着感受器的角色,它们可以将接收到的光子转化成神经脉冲。两者对不同颜色的光的响应也不同:视杆细胞对绿光的敏感程度比视锥细胞要高大约1000倍,但二者对红光的敏感程度相当。其中视锥细胞能够在明亮光线下分辨颜色,产生明视觉,但无法感知暗弱的光线;视杆细胞则负责在昏暗的光线下提供单色视觉,引起暗视觉,而明亮的光线会使它们很快饱和。而介于明视觉和暗视觉适应亮度范围之间,由视锥细胞和视杆细胞同时起作用的视觉称为中间视觉。

过渡光环境

图:我们能明显从上图看到,从明入暗适应时间长,从暗到明的适应时间短(红色框内)。这些感觉我们也能在我们日常生活经验中找到感觉。

视杆和视锥细胞

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理论上解释的话,暗适应是人眼在暗处对光的敏感度逐渐提高的过程。一般是在进入暗处后的最初约7分钟内,人眼感知光线的阈值出现一次明显的下降,以后再次出现更为明显的下降;大约进入暗处25-30分钟时,阈值下降到最低点,并稳定于这一状态。

视杆和视锥感受器对可见光的光谱有不同的响应。视杆系统比视锥系统对于大多数颜色的光都更加敏感。但当光波长超过620nm以后,两种系统的光敏感度趋于一致。

旭日东升和太阳西下这段时间的光照强度远低于日光照度,此时人眼仍具备部分明视觉,但是也有暗视觉存在,故称为过渡视觉。

据分析,暗适应的第一阶段主要与视锥细胞视色素的合成增加有关;第二阶段亦即暗适应的主要阶段,与视杆细胞中视紫红质的合成增强有关。

在目视天文学中,望远镜的一个重要功能就是收集足够的光线,从而使眼睛能够在中间视觉的状态下工作。

暗弱光环境

明适应的进程很快,通常在几秒钟内即可完成。其机制是视杆细胞在暗处蓄积了大量的视紫红质,进入亮处遇到强光时迅速分解,因而产生耀眼的光感。只有在较多的视杆色素迅速分解之后,对光较不敏感的视锥色素才能在亮处感光而恢复视觉。

许多观测者误以为目视天文学仅仅依赖于暗视觉,但视杆细胞仅在边缘视野中提供较低分辨率的单色视觉。视觉的中心落在视网膜上被称为中央凹的部位,它由紧密排列在一起的视锥细胞组成。因为只有这里才聚集着这么多密集的视锥细胞,这也就是为什么只有中央凹才可以感知视觉的细节。而离轴视觉(也被称为余光)的敏感度会随着每1度的偏离下降50%甚至更多。当偏离中心轴10°时,观测者的视力甚至低于中心视力的20%,我们感知到的边缘细节往往是我们的大脑如法炮制出来的结果。

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照明规划的专业伦理体现

因此,只有视锥感受器才能看到月球或行星上错综复杂的纹路,或区分出两颗彼此接近的额恒星;视杆感受器在目视天文学中的作用基本上仅限于检测不位于视觉中央的黯淡恒星或星云到底存在与否。这也是为什么观测者有时需要借助余光,让图像偏离视轴大约20°,使成像最终落在视杆细胞密度最大的区域来观测星云才会更清晰。不仅如此,视杆细胞对绿光敏锐的敏感度还能微弱增强观测者的色彩感知能力。

太阳下山之后的野外,就是典型的暗弱光环境。正如前文所述,暗弱光并不只存在于自然界,人造环境中大量存在暗弱光环境。比如电影院的放映厅内,没有灯光的烂尾楼内,夜间的室外停车场,没有路灯的马路,深夜的小巷等。

那么问题来了,所谓照明规划的伦理,体现在哪里呢?体现在专业性上,举个典型的例子:

暗适应

在这种光环境下,人眼辨识物体会有难度,不依赖照明手段很可能会寸步难行,更不必提开展工作。

下图是一个剧院(电影院)的照明设计分析:

完全适应黑暗的眼睛要比完全适应光亮的眼睛要敏感500,000倍。瞳孔的扩张在暗适应中只起次要作用,它可以使人眼对光的敏感度迅速增加30倍。暗适应的主要过程发生在视杆细胞和视锥细胞内,在黑暗的条件下,光化学物质不断耗尽再生,最终完成对光照敏感的自我调节。


请试想,室外的照度通常达到的范围是多少?晴天时高达100,000lx,剧院或影院呢?如果仅仅开启安全照明时不会超过10lx,我们假设室外是10,000lx,观众走到10lx的影院室内,这过程中眼睛承受了1000倍的光照度级别差别。

视锥细胞完全适应黑暗需要15分钟,而视杆细胞则需要至少30到40分钟。为了区分极暗弱的物体与深色背景,视杆感受器与许多其它的视杆感受器相互连接,产生共同信号,降低背景噪声,但也会导致视力对边缘区域的敏感度被进一步削弱。