视觉研究十分重要，而且包括的范围很广，本节介绍视觉研究中的一些基本实验，作为进一步视觉研究工作的基础。

一、视觉适应的研究

视觉适应一般涉及“暗适应”和“明适应”。

（一）暗适应

当我们走进电影院，最初什么也看不见，需经过一段时间才逐渐适应，并能区分周围物体的轮廓。这种对低亮度环境的感受性缓慢提高的过程，称为暗适应（dark adaptation）。如果用白光测定，会发现暗适应曲线由两部分组成，表示人眼有两套适应机制。若用红光照射中央凹检查感光阈，只得到图中上部的均匀曲线，没有下部的曲线，这是视锥细胞的暗适应，这个过程约五分钟就基本完成。人眼对白光经过七分钟的适应以后，出现进一步的感光阈的减低，这是视杆细胞（或杆状细胞）（rod）的暗适应，约20分钟基本完成。视杆细胞的暗适应出现慢，但适应程度很高。关于暗适应机制的解释，主要是化学反应说。克劳福德（Crawford，1947）用分光描记法确定视杆细胞中的视紫红质的化学反应过程
是暗适应过程的机制。视紫红质（visual purple）是一种化学感光物质，在曝光时被破坏变色，在暗适应中又重新合成而恢复活性。

克劳福德表述视紫红质的化合过程是：

在光刺激时，视紫红质发生了分解而退色，变为视黄质（视黄醛+蛋白质）。光刺激继续作用，视黄质再分解退色，变为视白质（维生素A+蛋白质）。因此，眼睛受到的光刺激时间愈长，视紫红质分解就愈彻底，反之，暗适应时视紫红质循原路线重新合成的时间愈长，完成暗适应时间就较慢。

外界条件会影响暗适应过程。布兰查德（Blanchard，1966）研究了适应前的照明作用，暗适应前的视野亮度愈高，视觉感受性就愈低，但经过相当长的时间之后，视觉感受性都基本趋于一致。

伴随暗适应的还有瞳孔大小的变化。从明亮处进入黑暗处，在10秒钟瞳孔扩大到最大直径的三分之二，达到完全扩大约需要5分钟。这个过程中，瞳孔的直径由2毫米扩大到8毫米，进入眼球的光线增加到10到20倍。

除了上述因素外，影响暗适应的因素还与机体有关。例如，在视网膜（retina）（即眼球最内一层）的不同部位测试暗适应过程，它们反映出的结果有所不同，缺乏维生素A会引起暗适应机制紊乱。另外，年龄也是影响暗适应的因素，以30岁为界，30岁后暗适应的感受性就逐渐降低。

在20世纪50年代，克拉夫科夫（Kpabkob，1954）研究认为，人长期禁食缺乏营养后，光感受性只达到正常状态时的十分之一到十五分之一。

他还发现一只眼睛对光的感受性可以因另一只眼睛受到各种有关刺激而发生变化，如用白光刺激一只眼睛可使另一只眼睛的敏感性提高，而如用红光刺激一只眼睛可使另一只眼睛的敏感性降低，这也是同一感受器内部的相互作用。

暗适应机制使人类有能力在更大范围内适应环境的明暗变化。同时，暗适应机制的认识能使人类运用这些规律更好地适应环境。根据贾德（Judd，1951）和沃尔德（Wald，1945）的研究资料表明，在几种不同的适应色光中，只有红色光暗适应保持得最好。而且，尤其在波长为600毫微米以上的视场中，视杆细胞的感受性比视锥细胞（或锥体细胞）（cone）的感受性高很多。二次世界大战期间，迈尔斯（Miles，1944）曾经特制一种红色护目镜，戴上这种红色护目镜后既能使视锥细胞在明暗视场中都有较高的感受性，又能使视杆细胞相对地不受视场光线的变化而保持暗适应状态。之后，一些暗室用红灯照明，也是运用同样的道理。

（二）明适应

人从暗处到亮处，眼睛大约经过一分钟就能适应，这是明适应（或亮适应）（light adaptation）。明适应时，眼的感受性不是提高，而是降低，与暗适应正好相反。布兰查德（Blanchard 1931）用阈限法揭示：视杆细胞在极端黑暗转入极亮的条件下，其感受性下降100万倍。赖特（Wright，1934）用间接方法求得光适应曲线，发现中央凹的光适应过程很快，它暴露在光线中一分钟后就几乎全部完成。

眼睛适应光强度变化的范围很大，这个范围约达到13个对数单位，大约要比最弱的绝对阈限的光强一万亿倍。

在光适应过程中，眼睛首先通过调节瞳孔大小来适应光线刺激的强弱变化。光量的增加，瞳孔在3至4秒钟内就能迅速缩小以保护视网膜，免使过强光线对它的损伤。与此同时，视杆细胞作用转到视锥细胞作用。瞳孔的放大和缩小是调节的第一道关口，它的大小根据进入眼睛的光线强度的变化，表6-7列出不同视场亮度下，眼睛进行适应时的瞳孔直径、瞳孔面积的平均值。但是仅仅凭借缩小了的瞳孔还无法适应高强度的光。研究者发现，在视网膜的外层还有许多黑色颗粒，它们是一些具有保护作用的物质，能减少直接作用于感光细胞的光能量。所以，遇上强光刺激，人们会保护性地闭上眼睛，或戴上太阳镜，使眼睛逐渐适应光照水平的变化。

间视觉是介于暗视觉和明视觉之间的一个视觉阶段。研究者一般认为，当光亮达到10-3烛光/平方米以上时，视锥细胞便被激发，这是间视觉的表现。间视的上限是视杆细胞的饱和，它随着视野（visual field）（指在眼不转头不摇的情形下目光所见及的广阔面）的大小而改变，但还不能真正地确定下来。现在的研究表明，间视阶段是视锥细胞和视杆细胞相互作用的阶段，不能简单地理解为两种细胞的简单混合。

二、视敏度

视敏度（visual acuity）是指分辨物体细节和轮廓的能力，是人眼正确分辨物体的最小维度。视敏度通常以找出两个物体之间的最小间隔来表示，它受物体的网膜映象、照明等因素的制约。下面我们就分别阐述与此有关的四个问题。

（一）视角和网膜映象

人眼好比一架照相机，物体AB通过节点n，形成物体的视网膜映象。对象与眼睛所成的张角，叫做视角。视角的大小决定映象在视网膜上投射的大小。An和Bn在节点所成的夹角（AnB）称为视角（visual angle），它与眼到物体的距离成反比。视网膜映象是倒置的，但经大脑皮层的调整，我们感受到的还是正的像。

计算视角时，可以把物体大小AB近似作为圆周的弧，把从节点至物体的距离Bn作为圆周的半径，用下面简便的方法计算，即
α：视角大小（单位是度、分、秒，本式α的单位是度）（1弧度=57.3度）
A：物体的大小
D：距离

例如，某人的身高为1.8米，在6米远处，我们看到他时所形成的视角为：

由于∠AnB和∠anb相等，利用相似三角形原理，计算视网膜映象的大小，可有等比公式：

代入上例得出的数据：
因为： AB=1.8， An=6.0， an=0.015
所以：x＝ab＝0.0045米=4.5毫米
即：此人在观察者的视网膜映象上的大小为4.5毫米。

（二）视敏度测定及其特征

医学界用视力表测定视敏度，它是以视角的倒数来表达的，其公式为：
但是，检查视敏度的方法有好几种。下面的图示列出了检查视敏度的几种常用的刺激项目，它们可分别测试受测者对物象的觉察（detection）、再认（recognition）、解象（resolution）和定位（localization）能力。
医学上用的视力表属于认知测试，通常以5米为标准观视距离。在图6－9中，认知类测试的“℃”型视标是国际通用的视标，称为蓝道环（Landolt ring）视标。它的规格结构标准是：黑线条宽度为直径的五分之一，环的开口也是直径的五分之—，即等于线条宽度。我国目前采用“E”型视表来检查视敏度，它的黑线条宽度和空白区宽度也是全字的五分之—。当视标“C”的直径为7.5毫米时，环的开口是1.5毫米。在5米距离处，被试者如能指出缺口方向，他的视角约等于1分。1分视角时的视网膜映象约等于0.004毫米，这个数字接近单个视锥细胞的直径。医学上一般认为1.0的视敏度是正常的。医学上正是根据这一原理制成视力检查表，能看清第一行为0.1，看清第二行为0.2，看清第十行正是视角等于1分。在日常生活中，有的人具有很高的视敏度，而有的人视敏度较低，有的国家规定视敏度为0.05就是“法定盲人”，即残疾人标准。

我们除了看到属于认知的材料之外，还有觉察、解象和定位三种材料。觉察测试采用一条线或一个点，只需让被试者判断在一个视野里刺激是否存在即可。解象采用等宽黑白条纹图案进行测试，以可分辨的最佳栅条为视敏度指标，一般以空间频率来表示。在最佳条件下成人最小可辨敏度是45到60（周/度），对应于二分之一到三分之二的条纹宽度。定位用游标测定视敏度，是让被试者辨别某一根线对应于另一根线的位移，被试者须区别上面的线是下面一条线的左边或右边，在最佳条件下成人刚好区别的位移约为2弧秒，相当于中央凹（或中央窝）（fovea）中光感受细胞直径的十分之—。

（三）影响视敏度的若干因素

在上面的讨论中，我们已经了解到距离对视敏度的影响呈现一种反比关系，即距离增加，视敏度下降。影响视敏度的因素除了上述的物体大小和距离之外，主要还有：

1.不同亮度会影响视敏度 亮度增加，则视敏度增加，两者关系是对数关系。这在第一节中已作了讨论。
2.物体与背景之间的对比度不同，视敏度将受到影响 当物体与背景之间的对比度加大时，则视敏度提高；反之，视敏度降低。
3.视网膜不同部位的视敏度也不同 因为锥体细胞对细节分辨起主要作用，所以，在视网膜中央凹处（即锥体细胞集中之处）视敏度最大。
4.视觉的适应影响视敏度 暗适应时眼睛的视敏度不如明适应时的视敏度高，这是因为视杆细胞与视锥细胞在功能上不同的结果。克雷克（Craik， 1939）让被试者被适应有一定照明的空旷视野，然后转向另一视野，并要求被试者报告看到的是两条平行黑线还是一条黑线，结果发现，在眼睛适应的空旷视野和试验视野照明条件大致相同的水平时视敏度最高。
5.闪光盲会降低视敏度 在明适应的条件下，突然的强光刺激会暂时降低视敏度，这种现象称为闪光盲（flash blindness）。闪光盲持续的时间长短与闪光强度、曝光时间、照射的视网膜部位、目标大小、瞳孔和眼的适应状态都有关系。闪光盲也许是视觉功能的保护性抑制，但是过强的闪光可能造成永久性损伤。在不同的工作场合，闪光盲会危及机体安全或导致事故发生。
6.练习可以大大提高对目标物的视敏度。

此外，影响视敏度的因素还有不少，这里就不一一列举了。

三、闪光临界融合频率

在18世纪，有人发现了视觉图象的暂留现象。当时把一块炽热的燃料绑在带子的一端，在黑暗中加速转圈，当达到一定转速时，光点就变成连续的光圈。如果用电筒来试，也能达到同样的结果。若要计算视觉图像暂留时间，只要知道看到光圈时转动速度就行。这样，一个间歇频率较低的光刺激作用于我们眼睛时，就会产生一种一亮一暗的闪烁感觉，随着光的刺激的间歇频率逐渐增大，闪烁现象就会消失。由粗闪变成细闪，当每分钟闪光的次数增加到一定程度时，人眼就不再感到是闪光而感到是一个完全稳定的或连续的光。这一现象称闪光的融合（flicker fusion）。闪烁刚刚达到融合时的光刺激间歇的频率称为闪光临界融台频率（critical flicker frequency，简称CFF）。闪光临界融合频率是人眼对光刺激
时间分辨能力的指标，是物理刺激与生理心理机能相互作用的结果，是受刺激的时空因素以及机体状态制约的感觉过程。不同人的CFF的差异相当大，但一般人的临界频率为30～55赫，这个数据也告诉我们差异达一倍左右。

这种时滞的存在对于我们知觉物体是一种优点。若我们的眼睛在时间上具有完全的分辨能力，那么我们在现代的交流电的灯光下，任何物体都将显得闪烁了。例如，电影画面每秒钟放映24幅，这个频率对许多人而言远达不到临界，为了避免闪烁，就得通过一幅画面连续闪烁三次。这样，虽然每秒仅24幅画面，但人们受到的刺激速率却是每秒72次的闪光，因而我们看到的就不再是闪烁的光。

（一）测量闪光临界融台频率的方法

闪光临界融合频率最早是用制成扇形的圆盘在光源前旋转来测定的。顾名思义，称之为转盘闪烁方法（rotation disc flicker method）。

转盘闪烁方法在测试时由被试者控制转速，旋转慢时，可以看到间断的闪光，但是达到一定速度就可以感到连续的光亮，即闪光临界融合频率。这种闪烁还可以测量闪光强度。用转盘闪烁方法测量CFF的缺点是，由于光源来自外部，光源即使照射到黑的部分也会有光反射出来，因此，亮度控制较差，转速的频率测量有时也不太准确。

电子技术的发展已使闪光临界融合频率的测定有了更完善的仪器。用现代的电子仪器，实验者可以随意呈现由不同电脉冲组成的刺激。这些刺激的波形可以是脉冲波、方波、正弦波、锯齿波和三角波等。通过改变电信号的波幅，就可以改变电信号对光信号进行调制时的图形亮度，改变电信号的周期就可以获得图形呈现的不同频率，改变电信号相位就可以改变图形中黑白部分的比例。实际证明，用这些方法能够精确控制亮度、频率和亮度间隔，而且结果是稳定的，功能也多样化。例如，光源也可用不同的色光等等。

（二）影响闪光临界融合频率的因素

闪光临界融合频率是很复杂的现象，目前其生理机制还在探索之中，但它是一种较有用的视觉生理指标。我国一些研究者曾采用闪光临界融合频率作为视觉疲劳指标进行研究，指出，在海拔2000米～4000米高的路上驾车，经6小时工作后，闪光临界融合频率将明显下降。同时它也是电影、电视放映的一个重要参数。当其他条件相同时，若闪光临界融合频率越高，就表明眼睛对于时间上的明暗变化的分析能力越强；也可以说，对时间的视敏度越好。影响闪光临界融合频率的因素很多，主要有以下几种：

1.闪光临界融合频率随光相的强度增高而增高 闪光在时间和强度上可分为二相，一为暗相，一为光相。假如暗相强度为零，则闪光临界融合频率和光相强度的对数成正比，其数学式为：
n=algI＋b
n：闪光临界融合频率
I：光相的强度
a，b：参数

此式称为费里-波特律（Ferry－Porter law）。此律和费希纳定律在形式上有相同之处，这种相似性表明闪光临界融合频率也是一种强度关系，但也只适合于中等强度，当光相的强度太大或太小，此公式就不适用了。闪光临界融合频率在低光强度时，可低至5Hz；在高强度时，可高至50～55Hz。

2.刺激面积 小面积的闪光临界融合频率比大面积的闪光临界融合频率来得低。闪光临界融合频率随闪光照射的区域面积的增大而增大。和上述随强度的增加而提高一样，二者也是有同样的对数关系：
n＝ClgA＋ d
A：面积
C，d：参数
大面积具有较高的闪光临界融合频率，这一事实也是空间累积的进一步证明。空间累积的效果可以用这样一个方法来表明：用四个小点同时闪亮，测定融合频率，然后再测定一个点闪光时的融合频率。四点比一点的闪光临界融合频率要高，这是由于四个小点同时闪亮增大了刺激面积。

3.在视网膜中，杆体细胞和锥体细胞的闪光临界融合频率是不同的 总的说来，当刺激区域小时，闪光临界融合频率在中央凹比边缘高，这表明锥状细胞比杆状细胞有较高的空间视觉敏度。

另外，一些附加刺激的作用，如声音、味觉、嗅觉等刺激都可以改变闪光临界融合频率。一些材料表明，年龄、疲劳、缺氧等因素都影响到闪光临界融合频率。 55岁以上的人的闪光临界融合频率相对较低，视觉疲劳及缺氧也会降低闪光临界融合频率。