人眼的生理特性

课次3：人眼的生理特性,0. 图像与视觉,图像是自然界景物的客观反映，是人类认识世界和人类本身的重要源泉。 图像最终需要由人活机器来观察、辨别、理解。人的视觉系统对图形、图像具有高度的识别能力。 视觉的相关概念： 感觉：人眼对光刺激的反应，如亮度、颜色等； 知觉：即直觉，对图像形状、大小、运动、颜色等变化的反应，反映了图像在时间和空间的变化特性； 认识：即识别，对图像内容、含义的理解； 感情：图像引起的不同情绪,大脑视觉区域,1. 眼睛的构造及功能,眼睛的功能一部精巧的照相机,1. 眼睛的构造及功能,直径24mm近似球状体 眼球壁：外中内三层 角膜、巩膜 脉络膜、虹膜（瞳孔）、睫状体 视网膜（黄斑、盲点） 瞳孔：直径随光强变化 晶状体：曲率可变的凸透镜 （18.922.7mm）,眼睛构造,1. 眼睛的构造及功能,外层：由角膜、巩膜组成 眼球外层起维持眼球形状和保护眼内组织的作用。 前1/6为透明的角膜，光线由此射入 其余5/6为白色的巩膜，俗称“眼白”，巩膜为致密的胶原纤维结构，不透明，呈乳白色，质地坚韧。,1. 眼睛的构造及功能,中层：虹膜、睫状体和脉络膜（又称色素膜） 具有丰富的色素和血管，输送养料、滋养眼睛。 虹膜，呈圆环形，脉络膜的最前部分，位于晶体前面，眼的颜色由虹膜中的色素决定。虹膜中央的小圆孔叫做瞳孔，控制进入人眼的光强。 睫状体，前接虹膜根部，后接脉络膜通过视网膜睫状体部及睫状环与玻璃体膜紧密相连，外侧为巩膜，内侧则通过悬韧带与晶状体赤道部相连。 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。,1. 眼睛的构造及功能,内层：视网膜 约占眼球内表面2/3，是一层透明的膜，也是视觉形成的神经信息传递的第一站。 它包含感光细胞（杆体细胞和锥体细胞）、双极细胞和神经节细胞。,1. 眼睛的构造及功能,锥体和杆体细胞,2. 明视觉、暗视觉光谱光效率函数,在明视觉条件下，人眼能对380780nm可见光谱范围的不同波长辐射有感觉。人们对不同色光的感受性是不同的，可用光谱光效率函数来表征。 光谱光效率函数（视敏函数）：达到同样亮度时不同波长所需能量的倒数单色光能量 相对视敏函数：,2. 明视觉、暗视觉光谱光效率函数,3. 明适应与暗适应,暗适应（dark adaptation） 人从光亮中进入暗室时，在最初的瞬间什么都看不见，逐渐才适应了黑暗，从而区分出周围物体的轮廓。 在此过程中眼睛的感受度增高。 锥体细胞适应快，光感提高几十倍；杆体细胞适应慢，光感提高几十万倍。 明适应（light adaptation） 人眼从黑暗到强光下，开始觉得眩晕，睁不开眼睛，大约1分钟后才能看清楚周围的景物。 在此过程中，眼睛的感受度降低。,3. 明适应与暗适应,暗适应的两种基本过程： （主）视网膜感光化学物质变化 （次） 瞳孔大小变化 视紫红质（存在于杆体细胞中）,3. 明适应与暗适应,明、暗适应所需时间 眼睛可感受的最强光强是最弱光强的约一万亿倍。,4. 视敏度和细节视觉,视角：观看的对象与眼睛所形成的张角 视角大小决定着视网膜上投影的映像大小 视角通常以“分”表示 像高：,4. 视敏度和细节视觉,视敏度： 人眼分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找出两条线间的最小间隔来说明 视角的倒数表示： 正常视敏度：可辨视角为1时的视力为正常视敏度，此时像高约4m（视力表：1.0） 视敏度受某些因素影响：距离、亮度、对比度 夫琅禾费圆孔衍射，人眼最小视角：,5. 临界闪烁频率,视觉时滞（视觉惰性）： 人眼视觉感受迟于光照开始，也迟于光照结束 视觉后像（视觉残留）： 正后像和负后像 视后像不是静止不变的，而是由迅速相互交替的几个时“相”所组成，即黑暗“相”代替光明“相”，然后光明“相”又代替黑暗“相”，一直到完全消失。 视后像持续时间的影响因素： 光的强弱、光的作用时间、不同色光 人眼并非完美的记录工具！,5. 临界闪烁频率,视觉后象： 左图：当你持续看某个刺激物时,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，这是一个正后象。 右图：亮区域变暗，这是一个负后象。 这些后象有些是有益的，有些是有害的。 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。,5. 临界闪烁频率,临界闪烁频率（Critical Flicker Frequency） 当闪光频率增加到一定程度，人眼就不再感觉到是闪光，而是感到一种固定或连续的光，此时的频率即为临界闪烁频率（CFF）。 视亮度 临界闪烁频率随光强增加而变高： 弱光下：CFF低到5Hz 强光下：CFF提高到5055Hz,5. 临界闪烁频率,临界闪烁频率的影响因素： 刺激的强度 刺激的面积 视网膜的不同部位 不同的刺激色光 不同的背景光 年龄 疲劳程度 缺氧等,6. 差别感觉阈限,视觉阈限的量子理论： 一个光量子只在一个杆体细胞内分裂一个分子的视紫红质，要使我们感觉到一个闪光亮仍需要5-14个杆体细胞的效果积累起来才能达到反应的阈值。 实验测定：初次觉察出来的光度变化同这种光度原有水平的比始终是一个常数。 这种觉察出两个刺激间的最小差别量，叫做差别感觉阈限，也可叫做最小可觉差。,6. 差别感觉阈限,如果I表示最初刺激的强度，以I+I表示刚刚觉察出变化的较强刺激强度，则I / I是一个常数。I / I=k 对视觉刺激来说，k=1/100。 如果原照度是100lx，那么照度增加1lx，我们