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光度測量:人的視覺機制

作者:宋檢 時間:2022-11-09 來源:互聯網

人對于周圍環境的大多數知識與周圍的光直接相關。光分為自然光或人造光源。與光的相互作用可以處理為波或粒子,這與應用背景有關。德國**物理學家普朗克**引入了光子的概念,即光是由*小的能量而高度分離的波包組成的,用于解釋稱為黑體光源的理想發射體的光譜行為。光子的概念可以用于描述對視覺的物理刺激,光學輻射作用于生物的接收器上,基本上是入射的一個光子與接收體內的一個分子的作用。需要產生*低視覺響應的*小光子數與觀測者的刺激變化有關,據科學家估計,產生*低視覺響應的約為6至9個。

人的視覺——光子與人眼中的吸收光接收器的分子相互作用,是人類*重要的活動之一。人類通過光的輻射和接收,很快獲得周圍環境的信息,并由此作出從情況安全到獲取成果關鍵的決定。然而,并不是所有的光子都會產生相等的效果,只有波長范圍約為(360~830)nm的光子才能有效地激發視覺的“感覺”。波長為λ的光子能量可用式(1)表示:

E(λ)=hc/λ (1)

式中:h=6.6256×10-34Js,是普朗克常數;c=299792458ms-1,是真空中光速。

某一頻率ν的光子能量可以用式(2)表示:

E(ν)=hν (2)

上述公式給出了光子的波動和粒子性質之間的對應性。

1.光子與分子的相互作用

當一束光(多個光子)在介質中行進遇到不同的介質時,出射的光束與介質表面的性質有關:可能是透射、反射、吸收、折射、散射或衍射。由于光子與原子或分子的相互作用影響了光子通量的振幅和方向,由于光子是一個分立的、“不可再分的”輻射能量,它將全部能量傳遞到這個介質的單個原子或分子中,貢獻給一個粒子輸出事件的所有光子對于人的眼睛是不易察覺的。大塊物質對這個分立光子通量的影響是給定相互作用過程量子效率的度量。例如,對一種理想的反射漫射材料,全波長的反射光子(輸出事件)數等于入射光子數,這類理想的反射過程的量子效率等于1。理想的反射漫射體也是具有*大發光反射比值的理想白體。實際上,大多數材料會吸收、反射或透過不同頻率的光子,這種通過觀測物對入射光有選擇的光譜反應,如果眼睛注視著離開物體的光,就能發生這類目視響應。為了理解這類現象,必須考慮光與眼睛結構的相互作用

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