Ανάπτυξη μοντέλου στην περιοχή της μεσοπικής οράσεως

Abstract

The aim of this dissertation was the study of human vision in low lighting levels. The vision sense is provoked by the activation of the photo receptors of the human eye, cones and rods. At very low lighting levels (clear sky during night) only rods are active and the adaptation level of the human eye is given by the scotopic luminous efficiency function. At high lighting levels (daylight) only cones are active and the adaptation level of the human eye is given by the photopic luminous efficiency function. In the intermediate region, which is named mesopic region, vision sense is due to the activation of both cones and rods. The spectral luminous efficiency function of the human eye in this region is luminance dependent. The goals of this dissertation are two. The first is to investigate the dependence of the central vision on the spectral power distribution of the lighting source. For this purpose, an experimental apparatus was designed in order to make measurements with the help of human observers. The results of these measurements imply such dependence. The second and primary aim is to develop a model suitable for the mesopic vision, using experimental methods based on purely optical criteria. A novel experimental apparatus was designed in order to make measurements with the help of human observers. There was paid a lot of attention to the uniformity of the background and to the avoidance of the mixture of the radiations which create the background, the reference and the test stimuli. The mathematical elaboration of the results led to the construction of a non linear model which describes the mesopic vision. This model was compared with other models, especially with the linear ones. At last there are applications of this model in street lighting.

Αντικείμενο της διατριβής είναι η μελέτη της ανθρώπινης όρασης σε χαμηλά επίπεδα φωτισμού. Το αίσθημα της όρασης προκαλείται από την ενεργοποίηση των φωτοανιχνευτών του ανθρώπινου οφθαλμού, τα κωνία και τα ραβδία. Σε πολύ χαμηλά επίπεδα φωτισμού (έναστρος ουρανός) ενεργά είναι μόνο τα ραβδία και η απόκριση του ανθρώπινου οφθαλμού περιγράφεται από τη σκοτοπική καμπύλη φασματικής ευαισθησίας του ανθρώπινου. Σε υψηλά επίπεδα φωτισμού (φως ημέρας) μόνο τα κωνία είναι ενεργοποιημένα και η απόκριση του ανθρώπινου οφθαλμού περιγράφεται από τη φωτοπική καμπύλη φασματικής ευαισθησίας του ανθρώπινου. Στην ενδιάμεση περιοχή, τη μεσοπική, η όραση οφείλεται στη συνδυασμένη δράση κωνίων και ραβδίων. Η καμπύλη φασματικής ευαισθησίας στη περιοχή αυτή εξαρτάται από τα επίπεδα λαμπρότητας. Η παρούσα διατριβή έχει δύο στόχους. Ο πρώτος εξετάζει την εξάρτηση της κεντρικής όρασης από τη φασματική κατανομή της φωτίζουσας ακτινοβολίας. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκε πειραματική διάταξη για τη διεξαγωγή μετρήσεων με ανθρώπινα υποκείμενα. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων πιστοποιούν μια τέτοια εξάρτηση. Ο δεύτερος και κύριος στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός μοντέλου για τη μεσοπική όραση με χρήση πειραματικών μεθόδων που να βασίζονται σε καθαρά οπτικά κριτήρια. Σχεδιάστηκε πρωτότυπη πειραματική διάταξη για τη διεξαγωγή μετρήσεων με ανθρώπινα υποκείμενα. Δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στην ομοιομορφία υποβάθρου και στην αποφυγή ανάμιξης των ακτινοβολιών οι οποίες δημιουργούν το οπτικό υπόβαθρο, το ερέθισμα αναφοράς και το ελεγχόμενο ερέθισμα. Η μαθηματική επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων οδήγησε στη κατασκευή ενός μη γραμμικού μοντέλου που περιγράφει την μεσοπική όραση. Το μοντέλο ελέγχθηκε και συγκρίθηκε με άλλα ήδη υπάρχοντα, κυρίως όμως έγινε σύγκριση σε όλα τα επίπεδα με τα γραμμικά μοντέλα. Τέλος γίνεται και εφαρμογή του μοντέλου σε μελέτες φωτισμού δρόμων.