摘要
视觉是人类获取外界信息的重要感知通道。人们常处在各种复杂的环境中，同一亮度的物体在不同环境下，给人的亮暗感受并不完全相同。对周围环境或目标物体的亮暗感受是人类视觉的重要功能，即人眼感知到的亮度和实际物体的物理测量亮度之间存在一定差异。事实上，人眼对发光物体的亮暗感受不仅与目标物体的亮度有关，也与周围环境有关。 本论文针对物理亮度与人眼感知亮度效果不能完全匹配的问题，通过模拟实际室内环境条件，设计实施了感知亮度等级评分实验，建立了感知亮度模型。并针对感知亮度中的重要参数——瞳孔直径，设计了多亮度水平和多视角范围等实验条件，研究瞳孔直径调节机制并建立瞳孔直径计算模型。论文的主要研究工作包括： 首先，设计了人眼感知亮度等级评分实验，分析不同环境光和不同屏幕亮度，被试对目标屏幕的亮度感知，并记录了不同环境光，不同屏幕亮度下，被试的瞳孔直径。结果显示固定照明环境光时，感知亮度与屏幕亮度呈正相关；固定屏幕亮度时，感知亮度与环境照度呈负相关。目标屏幕亮度对感知亮度均具有显著影响。进一步分析发现，环境光对瞳孔大小具有显著影响，其影响规律与环境光对屏幕感知亮度的影响规律相吻合。 进一步，论文将目标屏幕亮度，瞳孔直径和感知亮度等级评分拟合出定量公式形式。结合外界物体在视网膜上的物理成像过程，定义了“视网膜成像亮度 Lr”，基于瞳孔直径和屏幕亮度计算得到的Lr与感知亮度等级评分呈线性关系，拟合优度达到0.93。因此环境光对显示屏幕亮度感知的影响是通过瞳孔大小调节实现的。从而论文提出视网膜成像亮度 Lr作为屏幕感知亮度的客观度量。视觉舒适度评分实验结果表明舒适度评分与感知亮度Lr两者显著相关且呈高斯分布关系，并得出基于Lr的舒适度估算公式。 瞳孔直径作为感知亮度模型中的重要参数，对瞳孔直径调节机制的研究显得十分必要，尤其当无法通过设备直接测量瞳孔直径时。探究了不同屏幕亮度与不同视角大小对瞳孔直径的影响，提出了基于空间加权角膜通量密度的瞳孔大小计算模型，且该模型适用于人眼全视野范围。包括水平和垂直方向上对瞳孔直径影响的不对称性，定义了“最敏感视角”以及为屏幕尺寸比例提供参考建议。并分析了色彩对瞳孔直径的显著影响。 总之，论文提出“视网膜成像亮度Lr”作为感知亮度的表征参数，通过参数瞳孔大小影响视网膜成像亮度，即感知亮度。在无法探测瞳孔大小的情况下，根据视野中空间光分布可以估算出瞳孔的大小。
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