4.人眼的生理特性

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
锥体细胞 分布 作用条件 视网膜中央 亮光 杆体细胞 较边缘部分 暗光
功能 颜色辨别
1 K ( ) Pr ( ) ————单色光能量
相对视敏函数：
Pr (555) K() K() V() K max K(555) Pr ()
2. 明视觉、暗视觉光谱光效率函数
0.03 3
507 555
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。
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
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。
感情：图像引起的不同情绪
外侧膝状体 视神经束 视放射线 视交叉
大 脑 视 觉 区 域
视神经
视觉皮质
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 （18.9～22.7mm）
像高： (弧度) 15mm
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 1 视角的倒数表示： 视敏度(V)＝ 视角(α) 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4μm（视力表：1.0） 视敏度受某些因素影响：距离、亮度、对比度
• 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。
临界闪烁频率随光强增加而变高：CFF a log I b 弱光下：CFF低到5Hz 强光下：CFF提高到50～55Hz
1 L T

T
0
L(t )dt
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wk.baidu.com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
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
细节辨别 体积 对光的敏感性
明视觉 能辨别
能辨别 大 弱
暗视觉 不能辨别
不能辨别 小 强（500倍）
神经连接
视紫红质
一对一
无
多对一
有
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380～780nm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
9 8
瞳 孔 6 直 5 径 mm 4
7
3 2
1
10-4 10-2 1
102 104
亮度cd/m2
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。
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；
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，我们才能觉 察出照度的增加；如果原照度是200lx，那么照度增加 2lx，我们才能觉察出照度的增加。 刚刚可觉察出来的刺激物的增加量(差别阈限值)是 感觉的单位，E表示。由上式积分得：E = k· logI +C 由此式知，感觉的大小同刺激强度的对数成正比。
（次） 瞳孔大小变化
• 视紫红质（存在于杆体细胞中）
光 视紫红质 视黄醛＋蛋白质
暗
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
物体长度(A) 视角(α)＝ ×3438 距离(D)
1.22 0 夫琅禾费圆孔衍射，人眼最小视角： 0 nd 0
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。
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。