再论CIE MES2模型

发布时间：2020-07-07 04:04

【摘要】：在光度学系统,根据不同的环境亮度,将人眼视觉状态分为:明视觉、暗视觉和中间视觉。其中明视觉和暗视觉两种环境下的光度测量与计算方法早已成熟,但是中间视觉环境下的相关计算方法在过去一段时间却始终都未能确定,直到2010年在国际照明委员会(CIE)发布的第191号技术报告中,推荐使用中间视觉光度学模型MES2。MES2系统是以视觉实验中的辨认、观察和反应时间作为主要评判的工效学指标,经过大量的视觉实验CIE提出了该系统作为中间视觉下计算亮度标准。MES2模型中的中视觉亮度计算依赖于光源的明视觉亮度、光源参量比值和适应因子。的获得需要求解一个非线性方程。CIE建议使用定点迭代算法(Fixed-Point iteration)求解非线性方程。但是CIE文件中并没有探讨非线性方程解的存在性和唯一性,以及定点迭代方法的收敛性等问题。本文主要探讨这些问题。首先我们发现,MES2系统中的非线性方程有无解和多解的可能,然而实际问题需要解的存在并且唯一。进一步研究发现,非线性方程中的参数影响解的存在与唯一性,我们还发现对参数应该满足两个方程,通过求解这个方程组,便得到了新的参数。同时也证明了,在新的参数下,非线性方程有唯一解。由于新的参数和原来的参数相差不大,因此修改后的模型计算出的亮度与原MSE2模型计算出的亮度一致,因此在MSE2模型中应该使用我们给出的新参数。然后我们探讨了定点迭代算法的收敛性问题。在使用MES2计算亮度时,CIE推荐使用定点迭代方法求解,然后才能计算出中视觉亮度。数值结果表明,对于较大的光源参量时,定点迭代方法存在不收敛的情况。与此同时,我们借用了LED光谱优化思想,分别以四基色LED和纯理论光谱(即没有波峰或基色个数的限制)两种形式,对光源的光谱功率分布进行优化,分别获得了光源的理论最大值为48.92和71.98。对于迭代方法,我们还尝试了熟知的二分法(Bisection method)和牛顿迭代方法(Newton's method)。二分法总是收敛,但收敛速度较收敛的定点迭代方法慢。众所周知,牛顿方法收敛依赖于初值的选取,一旦算法收敛,收敛的速度就很快。结果发现牛顿方法对较大的参量时收敛很快,但对较小的时却不收敛。最后我们提出了一个混合型算法,即将二分法和牛顿法结合起来,称为牛顿二分法(Bisection-Newton method),该方法集中了二分法总是收敛的特点,也继承了牛顿方法收敛速度快的优点。最后我们进行了大量的数值仿真计算,对定点迭代方法、二分法、牛顿法以及牛顿二分法这四种算法进行比较,数值结果表明牛顿二分法要优于其他方法。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O241.7
【图文】：

感官,眼睛,眼内,科学研究

觉系统万千生物都已熟悉了生活在阳光下的状态，人类更是离，人的眼睛就会失去其存在的意义。据科学研究表明，人信息占所有感官所能获取信息的百分之八十。可见，在获对人类的重要性是其它感官不可比拟的。眼睛在获取物体类，一种是物体的颜色，如赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫状、大小以及运动情况等。造近似球形，位于眼眶内。眼球包括眼球壁、眼内腔和内容3]。其结构如图 2.1。

过程图,光源,过程,视杆细胞

人眼之所以能够感受到图像的存在，是可以概括.感光过程：当有光线射入人眼时，光线会透过角膜、瞳孔人眼光学系统，最终落在人眼视网膜上并形成物象。2.视网膜接收到光线的到来时，会将物象的信息转换成神经冲神经冲动传导到大脑视觉中枢，完成人眼视觉的整体功能视觉感受（明暗色彩等）是视网膜中的视杆细胞和视锥细细胞不能分辨颜色，但它对光线较为敏感，且敏感程度所以在明亮程度较低的环境人眼视觉由视杆细胞起作用；及物体细节，但这要在明亮程度较高的情况下；在明亮程杆细胞与视锥细胞一同起作用。在中央凹处，视锥细胞分的很少甚至没有。然而在视网膜边缘，有较多的视杆细胞少。联系生活中的动物（如鸡），之所以它在较暗条件下视网膜内视杆细胞分布较少。还有一些动物（如猫头鹰）原因是，它的视网膜内有大量的视杆细胞分布。

人眼视觉,状态,中间视觉,暗视觉

神经连接组织层和光感受器细胞层，其结构如图2.3。视网膜是连接感光功能和信号处理功能的重要枢纽。光线在进入人眼视网膜过程中要经过其第一层和第二层组织结构，最后到达感光细胞层。图 2.3 视网膜的组成结构Fig. 2.3 Structure of the retina2.1.3 人眼的视觉状态人眼可以在一个相对较大的范围内适应视场亮度。当环境亮度改变时，人眼的视觉状态可分为以下三种：1) 明视觉状态（Photopic vision）：在亮度大于的情况下，人眼视觉主要由视锥细胞起作用。人眼瞳孔会收缩的比较小，能分辨物体的细节（如色彩等）。明视觉的视场较小，一般认为是 2°2) 暗视觉状态（Scotopic vision）：在亮度小于的情况下，人眼视觉主要由视杆细胞起作用。人眼的瞳孔会放大，不能分辨颜色，也不能分辨物体细节，只能看出物体的大概轮廓。暗视觉的视场较大，一般认为是 4°3) 中间视觉状态（ Mesopic vision）：亮度大小在区间或之间。在中间视觉状态下，视锥细胞与视杆细胞共同参与作用。夜间照明大多处于中间视觉状态范畴。2.2 光度学基础光度学（Photometry）是指在可见光光谱波长范围内，总结了人眼视觉光谱

【参考文献】