视觉的亮度特性

视觉的亮度对应人眼感受到的物体的光强度。与亮度密切相关的一个心理学名词是主观亮度，主观亮度指人眼依据视网膜感受到的光刺激的强弱判断出的被观察物体的亮度。

1.同时对比度

从物体表面感受到的主观亮度不仅与表面自身亮度有关，也与表面和周围环境（背景）亮度之间的相对关系有关。

如果两个自身亮度不同的物体与各自的背景有类似的亮度相对关系（比值），则它们可能看起来有相同的亮度。此时，人们感知到的主观亮度与物体自身亮度的绝对值无关。

反之，同一个物体表面，如果放在较暗的背景里就会显得比较亮，而放在较亮的背景里就会显得比较暗。这种现象称为同时对比度，也称为条件对比度。

图1：同时对比度示例

在图1中，所有位于中心的小正方形都有完全一样的亮度（自身亮度）。但是，当它处在暗背景中时看起来要亮些，而当它处在亮背景中时看起来要暗些。所以，感觉上这4幅图像从左向右，中心的小正方形逐渐变暗。

2.马赫带效应

在物体亮度不同的区域边界处，人类视觉有可能过高或过低地估计亮度值。换句话说，从一个物体表面感受到的主观亮度并不是物体所受照度的简单比例函数。这个现象由马赫发现，所以称为马赫带效应。

图2：马赫带效应

图2（a）是一个马赫带图形，包括三个部分：左侧是均匀的低亮度区，右侧是均匀的高亮度区，中间是从低亮度向高亮度逐渐过渡的区域。

图2（b）给出从左到右的实际亮度分布（三段直线）。人们用眼睛观察图2（a）可以发现：在左侧区和中间区的交界处有一条比左侧区更暗的暗带，在中间区和右侧区的交界处有一条比右侧区更亮的亮带，即有如图2（c）所示的主观亮度。

事实上，暗带和亮带在客观上都不存在，它们只是主观亮度的感受结果。

图3：马赫带效应 同样，在图3中，每个色条，从左到右亮度逐渐增加，但是人眼会看到两条色条之间的过渡区域，在左边低亮度区域会更暗，在右边高亮度区域会更亮。

3.对比敏感度

对比敏感度（也称为对比感受性）反映人眼区分亮度差别的能力，受观察时间和被观察目标的大小影响。

如果用由粗细不同、对比度不同的线条组成的栅格进行测试，人眼所觉察到的栅格亮暗线条之间的对比度与原测试栅格亮暗线条之间的对比度越接近，就认为对比敏感度越大。

在理想条件下，视力好的人能够分辨0.01的亮度对比，即对比敏感度最大可达100。

如果用横坐标代表测试栅格亮暗线条的粗细程度，用纵坐标代表对比敏感度，则实测结果给出视觉系统的调制传递函数，即给出人的视觉系统将测试图像准确转换成光学图像的能力。这里测试栅格亮暗线条的粗细程度可用空间频率表示，其单位为每度视角中包含的周数（线条数目），即周/度（CPD）。

对比敏感度可用光的调制系数M来规范，设Lmax、Lmin和Lav分别代表最大、最小和平均亮度值，则有