Chương II. Cơ sở khoa học xây dựng mô hình đánh giá an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước 20 2.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
2.2. Mắt người và thị giác
2.2.1. Hệ thống quang học của mắt
Ta có thể hình dung mắt giống một camera như hình 2.3 [10], trong đó:
Con ngươi tương tự cơ cấu điều chỉnh độ mở ống kính, thuỷ tinh thể là một thấu kính hai mặt lồi bằng chất trong suốt, đàn hồi và có thể thay đổi độ cong để điều tiết hình ảnh hội tụ đúng võng mạc. Hoạt động điều tiết của thuỷ tinh thể tương tự bộ phận điều chỉnh tiêu cự, còn võng mạc tương tự lớp nhạy ánh sáng hay màn
ảnh camera. Sự điều tiết của mắt nhằm mục đích làm cho các hình ảnh xa, gần rơi đúng trên võng mạc với độ sáng thích hợp giúp ta nhìn rõ các vật.
Hình 2.3: Cơ chế nhìn của mắt Có hai loại tế bào thị giác:
- Tế bào hình nón có số lượng khoảng 7 triệu, chúng được phân bố chủ yếu ở vùng giữa võng mạc và được kích thích bằng mức chiếu sáng cao, còn gọi là thị giác ngày (photopic vision), các tế bào hình nón bảo đảm chức năng nhận biết mầu.
- Tế bào hình que nhiều hơn tế bào hình nón (khoảng 130 triệu) và bao phủ vùng còn lại của võng mạc, tuy nhiên vùng này vẫn có lẫn một số tế bào hình nón.
Các tế bào hình que được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp, còn gọi là thị giác đêm (stocopic vision) và chỉ tạo ra nhận biết mầu đen trắng. Vì vậy, khi chiếu sáng ở mức độ quá thấp, ta không thể phân biệt được mầu của các vật. Không có một ranh giới rõ rệt đối với hai loại tế bào này, chúng hoạt động nhiều hay ít còn phụ thuộc vào mức độ chiếu sáng, nhất là trong miền trung gian giữa thị giác ngày và thị giác đêm.
Trong thực tế việc sử dụng thị giác ngày hoặc đêm để đánh giá đặc tính thị giác trong miền trung gian giữa ngày và đêm là không chính xác và cho đến nay vẫn chưa có các định nghĩa cũng như tiêu chuẩn đối với đặc tính thị giác trong vùng này. Trong một vài năm gần đây, các nhà khoa học đã phát triển một khái niệm mới tạm gọi là thị giác chiều (mesopic vision). Tuỳ thuộc vào mức độ chiếu sáng mà ta
sử dụng các khái niệm thị giác tương ứng để nghiên cứu: Thị giác ngày được áp dụng khi độ sáng (đọ chói) vượt quá 10 cd/m2, thị giác đêm áp dụng khi độ sáng nhỏ hơn 0,01 cd/m2, thị giác chiều được xét đến khi độ sáng nằm trong khoảng từ 0,01 đến 10 cd/m2.
Độ nhạy của mắt đối với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng.
Bảng 2.1: Liệt kê các đặc tính thị giác của mắt người.[10]
Đặc tính thị giác Thị giác ngày Thị giác đêm Tế bào cảm quang Hình nón, đáy 0,005 mm,
cao 0,07 mm
Hình que, dài 0,07 mm đường kính 0,002 mm
Số lượng tế bào 7 triệu 130 triệu
Phân bố tế bào 150000/mm2, giữa võng mạc
Ngoài tâm võng mạc
Độ nhạy cảm nhận >10 cd/m2 < 0,01 cd/m2 Thời gian thích
ứng
dưới 2 phút 30-40 phút
Độ nhạy phổ Cực đại ở λ = 555 nm Cực đại ở λ = 510 nm Cảm nhận màu Tốt, nhạy với độ tương
phản
Kém, ít nhạy với độ tương phản
Phân biệt chi tiết Tốt Không
Với các bước sóng khác nhau thì tiêu cự của thuỷ tinh thể ứng với chúng cũng khác nhau. Ánh sáng vàng đạt hiệu quả lớn nhất vì chúng hội tụ đúng trên võng mạc. Tia sáng mầu xanh da trời hội tụ trước võng mạc một chút, trong khi đó tia mầu đỏ lại hội tụ sau võng mạc một chút. Các tế bào hình nón chỉ cảm nhận được các tia sáng có bước sóng nằm giữa 380 nm (ở đó chúng bắt đầu cảm nhận được) đến bước sóng 780 nm (ở đó chúng mất nhạy cảm). Đường cong đánh giá hiệu quả cảm nhận ánh sáng của mắt theo bước sóng ánh sáng được cho ở hình 2.4.
Trong ánh sáng ban ngày, mắt nhạy cảm nhất với ánh sáng vàng lục có bước sóng 555 nm, còn trong đêm, mắt nhạy cảm với mầu lục có bước sóng 510 nm.
Đường cong hiệu quả cảm nhận ánh sáng đối với thị giác đêm V’(λ) lệch về phía trái
của đường hiệu quả cảm nhận ánh sáng ngày V(λ) khoảng 50 nm. Bảng 2.2 trình bầy độ nhạy của mắt đối với các bước sóng ánh sáng trong vùng nhìn thấy trong điều kiện nhìn ban ngày và ban đêm [10].
Bảng 2.2. Độ nhạy của mắt người
λ(nm) Vλ Vλ’ λ (nm) Vλ Vλ’
380 0,00004 0,000589 600 0,631 0,03315
400 0,0004 0,00929 620 0,381 0,00737
420 0,004 0,0966 640 0,175 0,001497
440 0,023 0,3281 660 0,061 0,0003129
460 0,060 0,567 680 0,017 0,0000715
480 0,139 0,793 700 0,0041 0,0000178
500 0,323 0,982 720 0,00105 0,00000478
520 0,710 0,935 740 0,00025 0,000001379
540 0,954 0,650 760 0,00006 0,000000428
560 0,995 0,3288 780 0,000015 0,000000139
580 0,870 0,1212
(V(λ) Hệ số hiệu quả cảm nhận ánh sáng ban ngày của mắt V’(λ) Hệ số hiệu quả cảm nhận ánh sáng ban đêm của mắt) Hình 2.4 mô tả đường V’(λ) và V(λ) của mắt người [10].
Hình 2.4: Đường V(λ) ban ngày và V’(λ) ban đêm của mắt người