人的视觉器官在发展史上是从动物眼睛发展进化而来的。在漫长的进化过程中,由于对太阳光线物理特性的适应,形成了人的视觉器官的特殊结构——复杂构造的眼球以及视网膜上的锥体细胞和柱形(或杆形)细胞。
视觉的光化理论指出,人类和动物的视觉跟一些光化学变化有关。在光的作用下,视网膜内的一些特殊物质(视紫素)就发生分解;分解物刺激了视神经而产生光的感觉。因为视神经有许多分支,散布在视网膜表面上,所以刺激的性质就依这种光化分解发生在视网膜上的什么地方和达到什么程度而定。
在单位时间内被分解的光敏质(视紫素)的量决定了对光感觉的强弱。眼睛对光有很强的适应本领,可通过下述方法实现:眼睛可以通过
改变瞳孔的直径即改变瞳孔的面积,使视网膜上的照度在20倍的范围内变化;眼内有不透明色素(一种染色体,能大量吸收光),在光的作用下这种色素移动到感光膜前面,保护感光膜使它不受太强光的刺激,当光较弱时,它就移走,让感光细胞暴露出来;通过圆锥或圆柱两种细胞的不同作用来适应光强弱不同的外界环境。
圆锥细胞数目可达七百万,绝大部分分布在视网膜中部,相对而言它对光的感觉不太敏感,只在光较强时才能感觉到光,同时能辨别颜色和分辨物体的详情细节。它叫白日(或亮)视觉。颜色视觉的三色理论认为圆锥细胞(或每个圆锥细胞里)有三种机构,它们分别对绿、红和蓝敏感,当三种颜色作各种不同组合时,就可产生各种颜色的感觉。人眼对可见光中不同波长的光敏感度并不相同:在明亮条件下对黄、绿光敏感度最高,对红和紫光敏感度最低;在阴暗条件下对绿光敏感度最高,对红和紫光的敏感度还是最低。圆柱细胞对光特别敏感,在微弱的光照下起主要的视觉作用,所以它也叫暮曙(或暗)视觉。圆柱细胞的数目超过一亿,分布在视网膜的外围,它对光的敏感度比圆锥细胞大得多,但分辨颜色的本领却差得多。它对各种波长的光敏感度虽不相同,但其极大值在波长较短的区域,所以在光很弱时,主要起视觉作用的是圆柱细胞,各种波长的光引起同一种蓝灰色的感觉。
通常是两种感光细胞在不同程度上都同时起作用:在光较强时圆锥细胞起主要作用;在光较弱时圆柱细胞起主要作用。例如,在强烈的照明情况下,看到的红的色调比蓝的色调亮,而在同样的光谱成分的光束作微弱的照明时,看起来倒觉得蓝的色调比红的色调亮。这主要因为两种细胞对色调的敏感度不同:前者是白日视觉在起主要作用,它对红光的灵敏度高;而后者是暮曙视觉起主要作用,而它对蓝色最敏感。
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