视觉发生器-眼睛.ppt

视觉发生器眼睛,吴迪 2009.3.17,人眼的结构,角膜 巩膜,外层由角膜、巩膜组成。前1/6为透明的角膜，其余5/6为白色的巩膜，俗称“眼白”。眼球外层起维持眼球形状和保护眼内组织的作用。角膜是接受信息的最前哨入口。角膜是眼球前部的透明部分，光线经此射入眼球。角膜稍呈椭圆形，略向前突。横径为11.512mm，垂直径约10.511mm。周边厚约1mm，中央为0.6mm。角膜前的一层泪液膜有防止角膜干燥、保持角膜平滑和光学特性的作用。角膜含丰富的神经，感觉敏锐。因此角膜除了是光线进入眼内和折射成像的主要结构外，也起保护作用，并是测定人体知觉的重要部位。巩膜为致密的胶原纤维结构，不透明，呈乳白色，质地坚韧。,虹膜 瞳孔,虹膜：呈环圆形，在葡萄膜的最前部分，位于晶体前，有辐射状皱褶称纹理，表面含不平的隐窝。不同种族人的虹膜颜色不同。中央有一2.5-4mm的圆孔，称瞳孔。睫状体前接虹膜根部，后接脉络膜，外侧为巩膜，内侧则通过悬韧带与晶体赤道部相连。脉络膜位于巩膜和视网膜之间。脉络膜的血循环营养视网膜外层，其含有的丰富色素起遮光暗房作用。,视网膜 中心凹,内层为视网膜，是一层透明的膜，也是视觉形成的神经信息传递的第一站。具有很精细的网络结构及丰富的代谢和生理功能。视网膜的视轴正对终点为黄斑中心凹。黄斑区是视网膜上视觉最敏锐的特殊区域，直径约1-3mm，其中央为一小凹，即中心凹。黄斑鼻侧约3mm处有一直径为1.5mm的淡红色区，为视盘，亦称视乳头，是视网膜上视觉纤维汇集向视觉中枢传递的出眼球部位，无感光细胞，故视野上呈现为固有的暗区，称生理盲点。,颜色感觉的产生,人眼睛的视网膜中，有锥体细胞和杆状细胞两种不同的感光细胞。锥体细胞和杆状细胞在处理可见光时是有分工的，锥体感光细胞集中于黄斑区的中心凹处，专门处理较强的光，而较暗的光则由黄斑区以外的视网膜中杆状细胞处理，中间强度的光则由锥体细胞和杆状细胞共同处理。,正常人的眼睛不仅能够感受光线的强弱，而且还能辨别不同的颜色。人辨别颜色的能力叫色觉，换句话说，是指视网膜对不同波长光的感受特性，即在一般自然光线下分解各种不同颜色的能力。这主要是黄斑区中的锥体感光细胞的功劳，它非常灵敏，只要可见光波长相差35毫微米，人眼即可分辨。色的感觉有色调、亮度、色彩度(饱和度)三种性质，正常人色觉光谱的范围，由400毫微米紫色到约760毫微米的红色，其间大约可以区别出16个色相。,三色原说,P. T. Young（英国物理学家），于1807年提出色觉的3色学说，这种学说假定有三种基本色觉，即红、绿和蓝，并认为在视网膜上，相应地存在着三种不同的锥状细胞：一种含红感光色素，一种含绿感光色素，一种含蓝感光色素。当三种锥状细胞同等地受刺激时，产生白色的感觉。其中任何一种锥状细胞单独受刺激，或三种锥状细胞都受刺激，但其中只有一种锥状细胞的兴奋占绝对优势时，则产生与这种占绝对优势的锥状细胞相应的色觉。如果三种锥状细胞不同比例地受刺激时，则产生各种不同的相应的色觉。,近年来，有人研究人视网膜中央凹附近的锥状细胞吸收光谱的特性，发现有三种不同的锥状细胞：一种锥状细胞对一定波长的红光吸收最大，称为感红锥状细胞；另一种锥状细胞对一定波长的绿光吸收最大，称为感绿锥状细胞；第三种锥状细胞对一定波长的蓝光吸收最大，称为感蓝锥状细胞。这些事实给三原色学说以很大的支持。但三原色学说对于色对比和负后像等现象还不能给予合理的解释。,除了三原色说，黑林（Ewald Hering）提出了另一种颜色理论，称拮抗理论(opponent-prrocess theory)，也简称四原色说。他提出人眼对光反应的视觉的基本单位是成对组织的，有红、绿、黄、蓝四种原色，加上黑与白共成三对，在光波影响下起作用。每一队的两个要素如红与绿、蓝与黄，其作用相反，具有拮抗作用，表现是其中一个停止作用，另一个就激活。 拮抗原理也能解释颜色互补现象。如果产生两种颜色的光波相混合，结果出现灰色，记做两种颜色互补，或称为互补色。互补色在色环上的位置比本相对，红与绿、蓝与黄是互补色。根据拮抗原理，互补现象是由于两个互补色以相反方向刺激统一视觉单元，结果相互抵消而造成的。这三对相互拮抗的活动已得到研究证明。它们不是在视网膜上，而是在视神经通路坐功图的神经结细胞（ganglia）发生的。 总之，三原色说可以解释视觉感受器的活动，拮抗理论可以解释视觉信息自感受器输出后在神经结细胞上的活动过程，两种理论相互补充，在解释人类色觉的复杂现象中都起了总要作用,相应点和双眼单视界,物体同时刺激双眼形成了两个独立的网膜视像，而人们仍能把它融合为单一的物体。这是由于物体的同一部分落在两个视网膜上相应点的缘故。在两视网膜上一对中央凹中心点，以及相对中央凹中心的方位和距离都相同的点，成为网膜上的一对相应点。若相对中央凹的方位和距离不同的一对点称非相应点,当人们的两只眼睛注视某一物体的时候，这个物体便处在两只眼睛焦点和网膜影像点连线的延长线上，这时，两眼网膜影像点恰好为对应点，这便产生了单一视像。如果这时辐辏角不变，所有被融合为单一视像的点就构成通过两眼焦点的圈。在辐辏角不变时，处在这个圆周上的各个点被看成是单一的 ，这个圆周就为双眼单视界,经试验测定，获得双眼单视的轨迹和图2.5的理论描述有出入，他是随着观察距离和辐辏角的不同而呈现凹形和凸形,理论和实际单视界,潘弄区,当注视这一个点F,另一略远或略近于他的双眼单世界的点，成像在两个视网膜的非相应点上，但只要刺激到两个视网膜相应点附近一定范围内，仍可以获得单视。即在两个视网膜上的像得点没有超出双眼融合的范围，就会产生单一的视觉，视网膜上相应点附近能够双眼融合的范围成为潘弄区。,视差,双眼视差是感觉立体物体和两个物体前后相对距离的重要线索。借助于双眼视差比借助于其他任何线索更能精细的感知相对距离 。特别是在缺乏其他线索来估计对象距离的时候，双眼视差更为重要。距离和深度视觉主要是双眼的技能。两只眼睛的视野发生重叠是双眼视差产生的重要基础。我们将两只眼睛视野重叠部分 成为双眼视野（binocular visual field）.,双眼视野是整个视野的一部分，出现在双眼视野中的物体，两眼都可以看见。虽然，在双眼视野中的物体两眼都可以看到，但是由于人的两只眼睛相距约65mm ，物体在两眼视网膜上的影像并不是完全重叠的，来自两眼的不重叠信息在视觉皮层汇聚，这就导致了双眼视差，对有大脑皮层视觉中枢对双眼视差进行整合后，就产生单一的具有深度感的视觉,视差示意图,视差产生深度感,当有一个点B比注视点F近时,它在两视网膜上的成像在非相应点B1和B2上,在单视界上左眼的视线在右侧,右眼的视线在左侧,这种情况称为交叉视差。而比注视点F远的点A在两视网膜上成的像在非相应点a1和a2上,在一单视界上左眼的视线在左侧,右眼的视线在右侧,这种情况称为非交叉视差,如图2.8所示。虽然B、A两点的成像都在视网膜的非相应点上,但由于它们都在潘弄区内,在大脑皮层的分析综合作用下,仍能融合为单像。这种由于横向视差不同,在融合为单像的过程中生理作用的程度也不同,由此产生了深度不同的 感觉,称为双眼深度感。如交叉视差形成近在深度感觉,又称近交合像;非交叉视差形成远在深度感觉,又称远交合像。因此,双眼横向视差视产生深度感觉的重要生理因素。,应用,立体显示器 三维立体画,三维立体画,三维立体画就是利用这个原理，在水平方向生成一系列重复的图案，当这些图案在两只眼中重合时，就看到了立体的影象。 还有一个视点的问题， 人们看某物时不会前、后都清晰，当我们把视点调到前面时，后面就会模糊，反之前面就会模糊。当然，这些调节是我们无意识的。我们想看清什么物体时，就马上把视点调到它上面。三维立体画也是相同的原理，看画时把视点落在立体画后面合适的位置，使左眼看到的画面与右眼错开一个单位块。左、右眼也就看到不同的图案,三维立体显示器,眩光,由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致因其不舒适感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象。前者称为不舒适眩光，后者称为失能眩光。 眩光的产生大多由于光源亮度的缘故。周围环境亮度越低，光源本身亮度越高，则眩光越显著；光源与眼睛的距离越近，透射方向越靠近视线，则眩光越强烈。,产生原因,光线在眼内的散射造成 研究表明角膜和晶状体造成了70的散射，其中角膜30，晶状体40% 另有实验证明，虹膜和巩膜也会造成散射。,解决方法,为了控制眩光，照明显得特别重要，可以对工作及环境进行良好的设计，使光的强度维持在一定的限度内，并使强光源不在视野之内。通过将天花板、地板、墙壁等涂上颜色，以减少反光，使视野中的亮度适宜，舒适性增加。 偏振片也是解决眩光的好办法，它通过允许一个方向的光线进入，滤去了其它方向的散射光。,后像,盯着灯泡看三十秒种以上，尽力不要移动你的目光 然后把你的目光移到灯泡右边的区域（或者任何白色的区域），你将看到灯泡发光了！ 当你持续看某个刺激物时你的视色素被漂白了,去敏感性的细胞对观察图形亮的部分更为敏感，但对暗的部分不敏感。所以当刺激变成白色时，原来最疲劳的细胞的反应比它邻近细胞更强，产生更亮的后象，好象是一盏点燃的灯。这是一个负后象，亮区域变暗，正后象也存在。 为保护你的眼睛，决不要看强的光源，尤其是太阳。英国心理学家Kenneth Craik右眼视网膜有一个永久的小孔，这是他在注视太阳两分钟时留下的。在这个实验后接下来的几天里，他想看看这种损伤是否对视觉有影响，他闭上眼睛时看到一个淡绿色的圆盘（正后象），睁开眼睛时后象就成了黑色的。幸运的是几年之后他的视觉恢复了正常，这是由于他的大脑的功能弥补了视网膜上的损伤。,消失的雾气,盯着黑点，