Введение
Визуальное восприятие при слабом освещении
В изучении визуального восприятия скотопическое зрение (или скотопия) – это зрение глаза в условиях низкой освещенности. Термин происходит от греческих слов skotos, означающего «темнота», и opia, означающего «состояние зрения». В человеческом глазу колбочковые клетки не функционируют при слабом видимом свете. Скотопическое зрение обеспечивается исключительно палочковыми клетками, которые наиболее чувствительны к длинам волн около 498 нм и нечувствительны к длинам волн длиннее примерно 640 нм. В условиях скотопического зрения свет, попадающий на сетчатку, не кодируется с точки зрения спектрального состава. Более сложное зрительное восприятие происходит при скотопическом зрении, как и при фотопическом зрении.
Возникновение
Скотопное зрение возникает при уровнях светимости от 10−3 до 10−6 кд/м2. Другие виды не являются повсеместно дальтониками в условиях низкой освещенности. Бражник слоновий хвост (Deilephila elpenor) демонстрирует развитое цветоразличение даже при слабом звездном свете. Мезопическое зрение возникает при промежуточных условиях освещения (уровень светимости от 10−3 до 100,5 кд/м2) и представляет собой эффективную комбинацию скотопного и фотопического зрения. Это приводит к снижению точности остроты зрения и цветового различения. При нормальном освещении (уровень светимости от 10 до 108 кд/м2) доминирует зрение колбочек, и это фотопическое зрение. Наблюдается хорошая острота зрения (ВА) и цветовое различение.
Чувствительность к длине волны
Относительная спектральная чувствительность нормального человеческого наблюдателя не изменяется при изменении фонового освещения в условиях скотопического зрения. Спектральная чувствительность определяется фотопигментом родопсином. Это красный пигмент, который можно увидеть на задней части глаза у животных, имеющих белую отражающую мембрану глаза, называемую Tapetum lucidum. Пигмент незаметен в фотопических и мезопических условиях. Тот факт, что спектральная чувствительность не меняется в условиях скотопического зрения, позволил обнаружить два функциональных класса колбочек у людей. Если присутствуют два класса колбочек, то их относительная чувствительность будет влиять на поведенческую спектральную чувствительность. Следовательно, экспериментально можно определить "наличие двух классов колбочек, измеряя спектральную чувствительность на двух разных фонах и отмечая изменение относительной спектральной чувствительности наблюдателя". Функция скотопической яркости – это стандартная функция, установленная Международной комиссией по освещению (CIE) и стандартизированная совместно с ISO. Максимальная скотопическая эффективность составляет 1700 лм/Вт при 507 нм (по сравнению с 683 лм/Вт при 555 нм для максимальной фотопической эффективности). Хотя отношение скотопической и фотопической эффективности составляет всего около 2,5 при пиковой чувствительности, это отношение значительно возрастает при длинах волн менее 500 нм.
Резолюция
Чтобы адаптация происходила на очень низких уровнях освещенности, человеческому глазу требуется большой объем световой информации по всему сигналу для формирования надежного изображения. Это приводит к тому, что при слабом освещении человеческий глаз не способен различать детали с высокой пространственной частотой, поскольку наблюдатель усредняет световой сигнал в пространстве. Еще одна причина ухудшения зрения в условиях скотопического зрения заключается в том, что колбочки, которые являются единственными активными клетками при скотопическом зрении, сходятся к меньшему числу нейронов в сетчатке. Такое соотношение "многие к одному" снижает чувствительность к пространственным частотам.