一、定义
CIE 标准光视效率函数 $V(\lambda)$ 是国际照明委员会（CIE）建立的基准响应函数，用于描述标准观察者在特定光度条件下对不同波长可见光的相对视觉敏感度。
其严格定义为：在给定光度条件下，若两种不同波长的可见光产生相同强度视觉感受时，则峰值敏感波长 $\lambda_m$ 处的辐射通量 $\Phi_{e,\lambda_m}$ 与目标波长 $\lambda$ 处的辐射通量 $\Phi_{e,\lambda}$ 之比值即为 $V(\lambda)$。

二、单位
光谱光视效率为无量纲量，单位为 1，仅表征辐射通量的相对比值，无物理量纲。

三、不同光度条件的光视效率函数
人眼的光谱敏感度受视觉适应状态、视场角、光源入射方向等因素影响，CIE 针对不同应用场景定义了多组标准函数，核心分类如下：

明视觉\(V(\lambda)\)

• 适用场景：亮度$L > 5 cd·m⁻²$的白天或强照明环境，如办公室、商场、户外晴天。
  
• 生理机制：锥状细胞主导，含 3 种光敏色素（对应红 / 绿 / 蓝感知），光灵敏度低，暗环境噪声大，仅在亮环境下工作，负责色觉与细节分辨。
  

• 相关标准：ISO 23539:2005 (E) / CIE S 010
  
• 视轴上：
  
  • $V(\lambda)$：CIE 1924 明视觉光谱光视效率（对应视网膜中央凹）
  • $CIE 1988 (CIE 086-1990)$：修正了 CIE 1924 在短波长的缺陷
• 视轴外：
  
  • $4^\circ$视角以下：沿用 \(V(\lambda)\) CIE 1924 明视觉光谱光视效率函数，峰值 555 nm（绿光波段）；
  • $4^\circ$视角以上：\(V_{10}(\lambda)\) CIE 1964 (CIE 165:2005) \(10^\circ\) 标准色度观察者中的 \(y_{10}(\lambda)\)，适配大视场、轴外视觉任务。
• 实际应用：LED照明设计中，通过匹配555 nm峰值可提升灯具光效；汽车前大灯利用明视觉曲线优化白光光谱，提升道路可见度。
  

暗视觉\(V'(\lambda)\)

• 适用场景：亮度$L < 0.005\ \mathrm{cd\cdot m^{-2}}$的极低亮度环境，如夜间无照明户外、暗室。
  
• 生理机制：杆状细胞主导，仅含单一光敏物质（视紫红质），光灵敏度极高但亮环境下易饱和，仅能感知明暗、无法分辨颜色，负责弱光下的轮廓与运动感知。
  

• 核心特征：$V'(\lambda)$ CIE 1951 暗视觉光谱光视效率函数，峰值偏移至 507 nm（蓝绿光波段）。
  
• 相关标准： ISO 23539:2005 (E) / CIE S 010
  
• 实际应用：夜视仪、天文望远镜通过匹配507 nm蓝绿光波段增强夜间探测能力；夜间道路标识采用蓝绿色反光材料，提升低亮度环境下的人眼识别度。
  

中间视觉\(V_{\text{mes},m}(\lambda)\)

• 适用场景：亮度$0.005\ \mathrm{cd\cdot m^{-2}} < L < 5\ \mathrm{cd\cdot m^{-2}}$ 的过渡照明环境，如傍晚街道、地下车库、影院等。
  
• 生理机制：杆状细胞与锥状细胞协同主导，视觉敏感度随环境亮度动态调整，色觉随亮度降低逐渐弱化。
  
• 核心特征：函数由适应水平系数m决定，函数形态随环境亮度动态变化，是明、暗视觉函数的加权组合。
  
• 相关标准：CIE 191:2010
  
• 实际应用：城市夜景照明设计需根据中间视觉曲线调整光谱，在保证视觉舒适度的同时降低能耗；智能路灯通过实时检测环境亮度动态调整光谱，适配人眼在黄昏到夜晚的视觉变化。
  

明/暗视觉函数对比曲线
（图像来源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LuminosityCurve1.svg）
上图清晰展示了明视觉与暗视觉的光谱敏感度差异，暗视觉对蓝绿光（507 nm）更敏感，明视觉对绿光（555 nm）最敏感。横轴为波长，单位为纳米（nm）。

四、基于光视效率函数的光度学计算
光视效率函数的核心应用是将辐射度量转换为光度量，其通用计算模型为：
$$\varPhi_{\text{v}} = K_{\text{m}} \int_{0}^{\infty} \varPhi_{\text{e},\lambda}(\lambda) \cdot V(\lambda) \, d\lambda$$
其中：
- \(\varPhi_{\text{v}}\) 为光通量（单位：lm），代表光源被人眼感知的总光输出。
- \(\varPhi_{\text{e},\lambda}(\lambda)\) 为光谱辐射通量（单位：W·nm⁻¹），描述光源在不同波长的物理辐射功率分布。
- \(K_{\text{m}}\) 为最大发光效能（单位：lm·W⁻¹），是光视效能函数的最大值，代表最敏感波长处的转换效率。
- \(V(\lambda)\) 为明视觉光谱光视效率函数，对暗或中间视觉场景则替换为\(V'(\lambda)\)或\(V_{\text{mes},m}(\lambda)\)。

以明视觉条件为例，人眼对 490 nm 单色光的光谱光视效率约为 555 nm 光的 20%，因此当 490 nm 单色光源的辐射功率为 555 nm 单色光源的 5 倍时，二者会在人眼中产生相同的明亮程度感知。

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