第2章视觉与成像
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第2章 眼科学基础(第九版眼科学) PPT
1.房水（aqueous humor） 眼内透明液体，充满前房与后房，总量约占眼内容积的4%，处 于动态循环中。 ➢ 前房（anterior chamber）：角膜后面与虹膜和瞳孔区晶状体前面之间，容积约0.2ml。
中央部较深，周边部渐浅。 ➢ 后房（posterior chamber）：虹膜后面、睫状体内侧、晶状体悬韧带前面和晶状体前
连紧密。
眼科学（第9版）
二、眼眶和眼附属器
由眼眶、眼睑、结膜、泪器和眼外肌所组成
（一）眼眶 ➢ 开口向前，锥朝向后略偏内侧的四边锥形骨窝。 ➢ 构成：即额骨、蝶骨、筛骨、腭骨、泪骨、上颌
第二章
眼科学基础
第一节 眼的组织与解剖 第二节 眼的胚胎发育 第三节 眼的生理生化 第四节 眼遗传学概述 第五节 眼科用药概述 第六节 眼科流行病学
重点难点
掌握 掌握眼和视觉系统的组织解剖、胚胎发育和生理生化代 谢，以及眼科用药的特点，是学习临床眼科学各系统疾 病的重要基础。
熟悉 从眼科学基础来认识眼部各组织结构的病理变化，并着 眼于视觉功能保护和重建的前提下，采取最有效的方法 诊断处理、治疗和预防眼病。
眼科学（第9版）
一、眼球
➢ 近似球形，成年人正常眼球前后径为24mm
➢ 由眼球壁和眼球内容物所组成
（一）眼球壁 前部：单层，角膜（纤维膜） 后部：分为三层 外层-巩膜（纤维膜） 中层-葡萄膜（虹膜-睫状体-脉络膜） 内层-视网膜
眼球立体剖面图
眼科学（第9版）
1.外层 角膜和巩膜构成眼球完整封闭的外壁。 （1）角膜（cornea） 前部中央、透明，重要的屈光系统构成部分。 厚度：中央约0.5mm，周边约1.0mm。 组织学（从前向后）分为： ①上皮细胞层：厚35μm，鳞状上皮细胞，无角化； ②前弹力层（Bowman膜）：厚12μm，一层均质无细胞成分的透明 膜； ③基质层：厚500μm，占角膜厚度的90%，排列规则的胶原纤维束薄 板组成； ④后弹力层（Descemet膜）：成年人厚约10～12μm，较坚韧的透 明均质膜； ⑤内皮细胞层：厚5μm，单层六角形扁平细胞。
中央部较深，周边部渐浅。 ➢ 后房（posterior chamber）：虹膜后面、睫状体内侧、晶状体悬韧带前面和晶状体前
连紧密。
眼科学（第9版）
二、眼眶和眼附属器
由眼眶、眼睑、结膜、泪器和眼外肌所组成
（一）眼眶 ➢ 开口向前，锥朝向后略偏内侧的四边锥形骨窝。 ➢ 构成：即额骨、蝶骨、筛骨、腭骨、泪骨、上颌
第二章
眼科学基础
第一节 眼的组织与解剖 第二节 眼的胚胎发育 第三节 眼的生理生化 第四节 眼遗传学概述 第五节 眼科用药概述 第六节 眼科流行病学
重点难点
掌握 掌握眼和视觉系统的组织解剖、胚胎发育和生理生化代 谢，以及眼科用药的特点，是学习临床眼科学各系统疾 病的重要基础。
熟悉 从眼科学基础来认识眼部各组织结构的病理变化，并着 眼于视觉功能保护和重建的前提下，采取最有效的方法 诊断处理、治疗和预防眼病。
眼科学（第9版）
一、眼球
➢ 近似球形，成年人正常眼球前后径为24mm
➢ 由眼球壁和眼球内容物所组成
（一）眼球壁 前部：单层，角膜（纤维膜） 后部：分为三层 外层-巩膜（纤维膜） 中层-葡萄膜（虹膜-睫状体-脉络膜） 内层-视网膜
眼球立体剖面图
眼科学（第9版）
1.外层 角膜和巩膜构成眼球完整封闭的外壁。 （1）角膜（cornea） 前部中央、透明，重要的屈光系统构成部分。 厚度：中央约0.5mm，周边约1.0mm。 组织学（从前向后）分为： ①上皮细胞层：厚35μm，鳞状上皮细胞，无角化； ②前弹力层（Bowman膜）：厚12μm，一层均质无细胞成分的透明 膜； ③基质层：厚500μm，占角膜厚度的90%，排列规则的胶原纤维束薄 板组成； ④后弹力层（Descemet膜）：成年人厚约10～12μm，较坚韧的透 明均质膜； ⑤内皮细胞层：厚5μm，单层六角形扁平细胞。
华师大八年级科学下册2-4眼的成像原理 视力的矫正
新知讲解
苍蝇的眼和许多昆虫的眼一样，是由数百上千个单眼组合构成的，称 做复眼。看周围物体的时侯这许多单眼一起工作，把各自接受到的信息 传给脑部。我们人类的眼在明亮的光照下，1min传送60次信息到大脑， 而 昆虫的眼1min可以传送200~300次的信息。这样可使它们能够察觉运 动中的敌人或猎物，以便迅速逃离或捕食。
近处的 小丽
远处的 小丽
原来，定焦相机是靠 伸缩镜头改变暗箱的 长度即改变像距，使 远近不同的物体在底 片上成清晰的像。
新知讲解
一 眼的成像原理 那我们是怎样看清远近不同的物体的呢？
晶状体、角膜等组织共同作用相当于一个凸透镜，从物体发出 的光线经过它会聚在视网膜上，形成物体的像。
人眼看清远近物体的原理：晶状体的调节作用。
处物体时，晶状体凸度 减小 ，相当于凸透镜的焦距
变长
，来自远处物体的光线正好聚焦在视网膜上；看
近处物体时(一般不小于10 cm)，晶状体凸变度大
变短
，从而使近处物体在视网膜上成像。
，焦距
课堂练习
3.如图所示的四幅图中分别表示近视眼的成像情况和矫正做法
的是( B )
A.②① B.③① C.②④ D.③④
课堂练习
1.人眼看物体和凸透镜成像的原理相似，关于人眼的成像情况,
下列说法正确的是( B
)
A.成倒立、放大的实像
B.成正立、缩小的实像
C.成倒立、缩小的实像
晶状体与周围的肌肉相连,肌肉的收缩程度改变，晶状体
凸度改变，从而改变了晶状体作为凸透镜的焦距。当我们看远
课堂练习
4.如图所示，将凸透镜看作眼睛的晶状体，光屏看作眼睛的视网膜， 烛焰看作眼睛观察的物体。拿一个近视眼镜给“眼睛”戴上，光屏上 出现烛焰清晰的像，而拿走近视眼镜则烛焰的像变得模糊。那么在拿
图像图像处理系统及视觉系统(第-讲)
2.4.2、三基色混色及色度表示原理 根据光的波动说，单一波长的光称为单色光。从人
们可以区别种种不同颜色这样一个事实出发，似乎
可以假设视网膜上也存在着许多不同类型的锥状体，
每一类型的锥状体只“谐振”于某一特定的颜色。
如果锥状体果真有这样的单色响应，那么某一彩色
感觉只能由相应波长的电磁能引起。
• 然而，事实却不完全如此，照射到视网膜上的某 一单色光并不是引起该彩色的唯一因素。例如， 有几种单色黄光可以由射到视网膜上的红光和绿 光配出来。几乎所有的彩色都能由三种基本彩色 混配出来。这三种彩色就叫做三基色。
候可以很容易地进行转换。由于T单位的采用
就除掉了复杂数字带来的麻烦。
由三基色原理可知，任何颜色都可由三基色混配而
得到。为了简单又方便地描绘出各种彩色与三基色的
关系，采用了彩色三角形与色度图的表示方法。
这是一个等边三角形，三个顶点分别为红、绿、蓝
三色。其中黄色位于红与绿之中间，紫色落在蓝色和
红色中间，青色在绿色与蓝色中间。
波定理。
关于光觉门限与时间的关系由布洛克（Block） 定理来描述，它在时间较短的范围内才成立。布 洛克定理是指光强等于光觉门限时，刺激时间T 与光强度I的关系如下：
IT 常数
(2—49)
刺激时间长，光觉门限小 式（2—49）约在0.1S 以下的范围内成立。
光觉门限是指产生光觉的最小值，而辨别门限是指 辨别亮度差别而必须的光强度差的最小值。这个最 小值 △I 随光强 I 的大小而异。有时也采用相对辨
光觉门限的适应状态受多种因素的影响：
生理条件、
光的波长、
光刺激的持续时间、
刺激面积、
视网膜上的位置等。
光觉门限的值大约为1×10－6 （尼特)(cd/m2)。人感 觉光的范围的最大值和最小值之比达到 1010以上。
第2章 视觉感知与视觉通道-SDU
纯度，与灰色的距离
亮度（Lightness）
– 从黑色到亮色 感知上不均匀
C. Ware, “Visual Thinking for Design”
HSL颜色空间
Lab颜色空间
感知上均匀分布 L用来近似人类对亮度的 感知 a, b用来近似“红/绿” 和“黄/蓝”通道
Lab颜色空间
色盲
红色盲 （Protanope）
原（蕴涵律）
接近性（proximity） 相似性（similarity） 连续性（continuity） 闭合性（closure） 简单性（simplicity）
格式塔（Gestalt）原则
结构比元素重要，视觉形象首先作为统 一的整体被认知
原则（蕴涵律）
接近性（proximity） 相似性（similarity） 连续性（continuity） 闭合性（closure） 简单性（simplicity）
Wolgang Köhler 1887-1967 为什么我们在观看 事物的时候会把一 部分当做前景，其 余部分当做背景？
Kurt Koffka 1886-1941 为什么我们能区分 形状？
Max Wertheimer 1880-1943 什么形状是好的？
格式塔（Gestalt）原则
结构比元素重要，视觉形象首先作为统 一的整体被认知
格式塔（Gestalt）原则
结构比元素重要，视觉形象首先作为统 一的整体被认知 原则（蕴涵律）
共势原则（common fate） 好图原则（similarity） 对称原则（symmetry）
经验原则（past experience）
相对性&绝对性
感知系统基于相对判断，而非绝对判断 (Weber‘s Law)
亮度（Lightness）
– 从黑色到亮色 感知上不均匀
C. Ware, “Visual Thinking for Design”
HSL颜色空间
Lab颜色空间
感知上均匀分布 L用来近似人类对亮度的 感知 a, b用来近似“红/绿” 和“黄/蓝”通道
Lab颜色空间
色盲
红色盲 （Protanope）
原（蕴涵律）
接近性（proximity） 相似性（similarity） 连续性（continuity） 闭合性（closure） 简单性（simplicity）
格式塔（Gestalt）原则
结构比元素重要，视觉形象首先作为统 一的整体被认知
原则（蕴涵律）
接近性（proximity） 相似性（similarity） 连续性（continuity） 闭合性（closure） 简单性（simplicity）
Wolgang Köhler 1887-1967 为什么我们在观看 事物的时候会把一 部分当做前景，其 余部分当做背景？
Kurt Koffka 1886-1941 为什么我们能区分 形状？
Max Wertheimer 1880-1943 什么形状是好的？
格式塔（Gestalt）原则
结构比元素重要，视觉形象首先作为统 一的整体被认知
格式塔（Gestalt）原则
结构比元素重要，视觉形象首先作为统 一的整体被认知 原则（蕴涵律）
共势原则（common fate） 好图原则（similarity） 对称原则（symmetry）
经验原则（past experience）
相对性&绝对性
感知系统基于相对判断，而非绝对判断 (Weber‘s Law)
【精品讲义】浙教版 科学 7年级下册 2.6.2 透镜和视觉——凸透镜成像应用、眼睛(学生版)
浙教版七年级下科学同步学习精讲精练第2章对环境的感觉2.6-2透镜和视觉——凸透镜成像应用、眼睛目录 (1) (4) (5) (10) (13)一、眼的结构和功能1.人的眼睛的结构和功能与照相机非常相似，眼睛主要由眼帘和眼球组成。
眼球前有眼帘，可随时合上以防止其他物体进入眼睛，具有保护眼睛功能.眼睛眼球2.眼球如图所示，晶状体相当于一个凸透镜，它把来自物体的光会聚在视网膜上，形成物体的像。
瞳孔在虹膜的中央，根据环境中光的强弱，控制进入眼睛的光的量；睫状肌起到改变晶状体的形状，从而改变晶状体的焦距的作用。
(1)角膜：眼球最外层，光线通过透明的角膜进入眼里。
(2)瞳孔：在虹膜的中央，可随时调节进入眼里的光线强弱。
(3)晶状体：相当于一个凸透镜，能使物体的像成在视网膜上。
(4)玻璃体：一种透明的胶状物质充满着整个眼球的内部。
(5)白色巩膜：眼球的一层坚韧的保护外壳。
(6)视网膜：相当于光屏，有很多对光很敏感的感光细胞，物体的图象成在视网膜上。
(7)视神经：把感光细胞感受到的信息传入大脑。
3.虹膜：瞳孔周围有颜色的一圈。
虹膜的作用：可以改变瞳孔的大小。
【活动】仔细观察同桌同学的眼睛，观察他的虹膜的颜色和瞳孔。
并用小手电照这位同学的一只眼，观察瞳孔有什么变化。
现象：(1)虹膜的颜色是棕褐色的；(2)用小手电照同学眼时观察到瞳孔会变小。
瞳孔缩小是为了减少进入眼睛光线的量。
虹膜的颜色具有人种差异，是由虹膜含有的色素的细胞决定，随着色素的不同，眼珠的颜色也不同。
黄种人含色素较多，呈现棕褐色，远看如黑色。
而白种人色素少，呈浅灰色或淡蓝色。
颜色的深浅体之间也有区别，通常是由所含色素的多寡而定。
二、视觉的形成1.眼睛的工作原理(如下图所示)眼睛中的角膜、房水、晶状体和玻璃体共同作用，形成一个折光系统(凸透镜)，折射后的光线在视网膜上形成一个倒立、缩小的实像。
视网膜上有很多感光细胞，这些细胞受到光刺激后发出信息，信息沿着视神经传到大脑而形成视觉。
第二章视觉生理与视觉心理
光的本质
人们通常所说的光是指“可见光”，它是由光源 发出的辐射能中的一部分，并能产生视觉效应。从量 子物理的观点，光具有二重性：粒子性和波动性。单 个光子呈粒子性，密集光子的集合衍射便呈现出波动 性。 所以，光是一种电磁辐射能，即电磁波，光线的方 向也就是波传播的方向。将各种电磁波按波长依次排 列，就成为电磁波谱。
眼球的运动
• 人们在观察外部信息时，眼球始终处于不停运动的状态。 只有静止的景物，没有静止不动的眼睛。 • ？眼球要不停的运动 答：只有眼球不断的跳跃、颤动的 刺激，才能引起大脑的注意。因此也有人认为眼球转动快 的人更聪明。 • 眼球运动起到对视觉信息的选择与处理的作用，其中包括 直接接受物理的“近刺激”和应对外界视野范围较广的 “远刺激”的两种眼球运动的重要分工。 • 对于视觉信息的选择，前者是一种眼球的瞬间运动，是一 种“ 跳跃性的运动”。而后者是一种“追随性”运动。
• 3.3.3立体知觉与深度知觉 • 所谓立体，只是一种被感知的立体，这是由于人们的视觉 心理的立体知觉所决定的。 • 1、双眼视觉：人对立体和空间的视觉感受主要通过两眼 同时观察而获得。在观察外界物体时，每只眼睛都在各自 的视网膜上形成单独的视像，并将这两个视像引起的神经 冲动传送到大脑的视觉皮层，经大脑皮层的综合作用便形 成了单一的具有立体感的视觉映像。 • 双眼视野大于单眼 • 中央眼
• 几何型：根据几何的透视原则而产生的透视关系，如远处 在上，近处在下。东方绘画中国日本都属于这类。
Hale Waihona Puke • 概念型透视：主要通过社会观念等所表现的透视关系，如 主要人物放大，突出其主要性等。 • 增强或减少视觉纵深的方法： • （1）大小：大的物体感觉较近，小的物体感觉较远 • （2)遮挡：前面的物体遮挡住后面的物体，可以体现出一 定的纵深感。 • （3）质地：组成质地或纹理单元大的近，小的则显的远 • （4）焦距：观察到的细节，清楚的比模糊的更显得近。
八年级科学(华师大版)下第二章第四节视觉第2课时
3、物体反射的光线进入眼球到达视网膜前 依次经过了 角膜 、 房水 、 晶状体 和 玻璃体 。
律睡眠不可太少,作息有规：睡眠源自足身体容易疲 劳,易造成假性近视。
小结：
近视眼： 晶状体凸度过大，或眼 球前后距离过长，成像 在视网膜前使物像模糊 不清。
矫正：戴凹透镜
1、视力的缺陷：
远视眼： 晶状体凸度过小，或眼 球前后距离过短，成像 在视网膜后使物像模糊 不清。
矫正：戴凸透镜 2、近视的预防
下表列出眼球的一些特点.每一项或属于正常眼睛,或属于 近视眼,或属于远视眼.判别每一项特点属于哪种类型的眼睛, 用“ ○ ”填入适当的空格．
特点 眼球前后径太长 视觉模糊 可用凸透镜矫正 可用凹透镜矫正 眼球前后径太短 视觉完全正常 光线会聚点在视网膜上 光线会聚点在视网膜前方 光线会聚点在视网膜后方 正常眼睛 近视眼 远视眼
思考题：
1、不同人种的眼珠的颜色不同，如白种人是 蓝色的，黄种人是黑色的，这颜色来自眼的哪 一结构？( C ) A 角膜 B 巩膜 C 虹膜 D 脉络膜
2、有人把人的眼球比喻成一架照相机，那么， 照相机的镜头相当于眼球的( D )，装入的底片 相当于( C )。 A 角膜 B 脉络膜 C 视网膜 D 晶状体
第二章 光与视觉
第四节 视觉（2）
横河初级中学 李圣年 陈莉
问:这两幅图有何不同？
近视
远视
近视眼及其矫正
近 视
近视眼的缺陷： 晶状体凸度过大，或眼球前后 距离过大，成像在视网膜前使 物像模糊不清。
矫 正
戴凹透镜
远视眼及其矫正
远 视
远视眼的缺陷： 晶状体凸度过小，或眼球前后 距离过短，成像在视网膜后使 物像模糊不清。
第2章 第6节 透镜和视觉(1)
A．一定小于 L B．一定等于 L C．一定大于 L D．可能小于 L，也可能大于 L
17
14．消防专家建议公众，不要随意丢弃尚未喝完的矿泉水瓶。因为这些瓶子 有可能造成森林火灾。一个夏日的中午，某同学将装满水的瓶子和纸板放在太阳
光下，如图所示，约 1 分钟后纸板竟然烧出了个洞。据此，你可以判断( B )
A．a 将沿直线射出 B．b 将沿直线射出 C．c 将沿直线射出 D．三条光线都将沿直线射出
7
7．透镜对光具有发散或会聚作用，下面有关凸透镜和凹透镜的光路图 正确的是( A )
8
8．(2019·盐城)小明利用太阳光测量凸透镜的焦距。下列操作最合理 的是( C )
9
9．(1)凸透镜能使与主光轴平行的入射光线 会会聚聚 于一点，叫 焦焦 点点 ，这一点到凸透镜的光心的距离叫 焦焦距距 ，一个凸透镜有 22 个焦 点，它们位于凸透镜的两侧。
22
19．为了防盗，常常在门上装上一个“猫眼”，如图所示。“猫眼” 是在小孔中嵌入一定形状的玻璃透镜，不仅使屋内的人能看清屋外的人， 还可以扩大观察范围，这是因为“猫眼”对光线具有发散作用，所以“猫 眼”中安装的是 凹 透镜。
谢谢您的观看与聆听
5
5．关于实像与虚像，以下说法中不正确的是( B ) A．实像都是倒立的，虚像都是正立的 B．实像是经凸透镜所成的，虚像不是 C．实像能呈现在光屏上，虚像不能 D．实像是实际光线会聚而成的，而虚像则不是
6
6．如图所示，三条入射光线 a、b、c 都射到光心 O 上，那么哪条光线 将沿着直线射出( D )
(3)实验一段时间后，蜡烛变短，要使烛焰的像仍然成在光屏的中心， 应将光屏向 上 移动。
14
11．如图所示，请将下列光路图补充完整。
17
14．消防专家建议公众，不要随意丢弃尚未喝完的矿泉水瓶。因为这些瓶子 有可能造成森林火灾。一个夏日的中午，某同学将装满水的瓶子和纸板放在太阳
光下，如图所示，约 1 分钟后纸板竟然烧出了个洞。据此，你可以判断( B )
A．a 将沿直线射出 B．b 将沿直线射出 C．c 将沿直线射出 D．三条光线都将沿直线射出
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7．透镜对光具有发散或会聚作用，下面有关凸透镜和凹透镜的光路图 正确的是( A )
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8．(2019·盐城)小明利用太阳光测量凸透镜的焦距。下列操作最合理 的是( C )
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9．(1)凸透镜能使与主光轴平行的入射光线 会会聚聚 于一点，叫 焦焦 点点 ，这一点到凸透镜的光心的距离叫 焦焦距距 ，一个凸透镜有 22 个焦 点，它们位于凸透镜的两侧。
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19．为了防盗，常常在门上装上一个“猫眼”，如图所示。“猫眼” 是在小孔中嵌入一定形状的玻璃透镜，不仅使屋内的人能看清屋外的人， 还可以扩大观察范围，这是因为“猫眼”对光线具有发散作用，所以“猫 眼”中安装的是 凹 透镜。
谢谢您的观看与聆听
5
5．关于实像与虚像，以下说法中不正确的是( B ) A．实像都是倒立的，虚像都是正立的 B．实像是经凸透镜所成的，虚像不是 C．实像能呈现在光屏上，虚像不能 D．实像是实际光线会聚而成的，而虚像则不是
6
6．如图所示，三条入射光线 a、b、c 都射到光心 O 上，那么哪条光线 将沿着直线射出( D )
(3)实验一段时间后，蜡烛变短，要使烛焰的像仍然成在光屏的中心， 应将光屏向 上 移动。
14
11．如图所示，请将下列光路图补充完整。
10351平面构成第02章平面构成的视觉要素
第一节平面构成的形态
三、形态构成的分类
在造型设计领域，形态以不同的构成方式存在，而构成存在于造型艺术设计 各领域中，是造型的基础学科，其存在的基本条件为时间、空间和运动。 空间构成多指点、线、面等造型要素在二次元空间或三次元空间进行的造型 活动，包括形状、色彩和材料等因素，空间形态随着时间的变化而改变。在 三维的基础上增加时间的变量而形成思维的空间造型。 时间和运动的构成强调的是物象在某一时刻、某一瞬间的运动状态。通过对 形的重复移动来体现瞬间运动时连续动态的构成。 五维空间构成是在四维的造型活动中加入声、光等因素而形成。
第二节 形态的制约因素
一、经验的影响
人们对形的认识是通过眼睛的活动来得到的。除了视觉之外，人的眼睛背后 通常还有已知形象和经验支配，这是视觉有意识的行为活动。
二、形之间的影响与制约 （一）形与形的关系
形象的组合 •1. 分离：形与形之间不接触 •2. 接触：形与形边缘正好相切 •3. 覆叠：形与形之间是覆盖关系，由此产生上下，前后的空间关系 •4. 透叠：形与形之间是透明性的交迭，但不产生上下，前后的空间关系 •5. 结合：形与形结合成为较大的新形状 •6. 减缺：形与形相互覆盖，形被覆盖的地方被减掉 •7. 差叠：形与形相互交迭，交迭部分产生的一个新形 •8. 重叠：形与形相互重合，变为一体
第三节 形的获取
一、发现自然界中美的形态 （一）形的简化 形的简化处理源于视知觉“整平化”的原则， 指人在对形态的认知过程中将自认为次要的 部分省略。简化的形象易于识别，它是将自 然形象的内部结构特征及外部的形状等因素 加以强化，强调统一的同时减弱相异的一面， 从而形成一个完整的形，将复杂的形象变的 单纯、不规则，将规则、不争气的形象变的 整齐有序。 （二）夸张与变形的形 形在简化的过程中对事物的形体特征、动势 特征和情态特征进行明显夸张，也是视知觉 尖锐化的体现。
第2章 人眼视觉原理ok
后房，玻璃体， 透明胶状物质
16
视网膜视部的神经层主要由3层神经细胞组成： • 外层为是感光细胞，视锥和视杆细胞，紧邻色素上皮层。 • 中层为双极细胞，将来自感光细胞的神经冲动传导至内层的节细胞。 • 内层为节细胞，其轴突向视神经盘处汇集，穿过脉络膜和巩膜后构成视 神经。 节细胞
视锥细胞
主要分布在视网膜黄 斑区，有辨色作用， 能感受强光，控制明 视觉，有精细辨别力， 形成中心视力。
视觉惰性 当一定强度的光突然作用于视网膜时，人眼并不 能产生稳定的亮度感觉，而是需要经过一个短暂过程才 会形成稳定的亮度感觉。另外，当作用于人眼的光突然 消失后，亮度感觉并不立即消失，也需要经过一段时间 的过渡过程（视觉残留现象，白天约为0.02秒，夜晚 约为0.2秒）。 一般将人眼亮度感觉变化滞后于实际亮度变化，以 及视觉暂留特性，总称为视觉惰性。 视觉惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主观亮 度与光作用时间的关系。
25
2.4 人眼视觉特性
②亮度感觉
韦伯定律
Bmin / B 常数
在均匀亮度背景下，
说明人眼的亮度 感觉不仅与物体自 身亮度有关，还与 周围环境亮度有关。 一般地，背景 越亮，越不易分辨。
（韦伯－费赫涅尔系数， 0.005-0.02，当背景亮度 很高和很低时，可达 0.05）。其中，B 是背景 Bmin 亮度，∆Bmin 是人眼可觉 察的最小亮度差。）
相对视敏度曲线（光谱响应曲线）
24
2.4 人眼视觉特性
谱尔金效应 不同亮度下，人眼的视敏度曲线会发生变化。弱光条件下，人眼的 视觉过程主要由柱状细胞完成，而柱状细胞对不同波长光的敏感程度不 同于视觉灵敏度，表现为对波长短的光敏程度有所增大，而视敏度曲线 会向左移（下图）。并且弱光条件下，柱状细胞只有明暗感觉，没有彩 源于视网膜 色感觉。 内锥状细胞 和 柱状细胞的不 白 晚 同工作特点 天 上 不 看 懂 花 夜 花 的 不 黑 同 明视觉与暗视觉的视敏度曲线
2-第二章人类视觉与色度学知识
同，就能给人以真实的感觉。
对比度C定义为：C＝Bmax／Bmin。
Bmax和Bmin是重现图象或景物时的最大和最小亮度。
只要保持该C常数，就可实现人眼亮度分辨的重现。
二、人眼的分辨力 1.分辨角和分辨力 人眼的分辨角：指刚能看出两黑点时，两黑点对人眼的张角。 在量值上，分辨角用 表示，有分辨角计算原理图可知：
2.2.2相对视敏函数
人眼对波长为380~780nm内不同波长的光具有不同 的敏感程度，称为人眼的视敏特性，描述人眼视敏特性 的物理量为视敏函数和相对视敏函数。
1）视敏函数
在相同亮度感觉的条件下，不同波长光辐射功率 P ( ) 的 倒数用来衡量人眼对各波长光明亮感觉的敏感程度。称：
K ( ) 1 P( ) 为视敏函数。
2.3.3 视觉适应性
1.人眼适应性 （1） 暗适应：亮→暗：慢（10～30秒左右） （2） 亮适应：暗→亮：快（1～2秒左右）
2 .同时对比效应 由于人眼对亮度有很强的适应性，因此很难精确判断刺激 的绝对亮度。即使有相同亮度的刺激，由于其背景亮度不同， 人眼所感受的主观亮度是不一样的。图2.9可用来证明同时对 比的刺激，图中小方块实际上有着相同的物理亮度，但因为 与它们的背景亮度不同，故它们的主观亮度显得大不一样。 这种效应就叫同时对比效应。
图2.4相对视敏函数曲线
2.2.3光学的术语和计量单位
光通量：每秒钟内光流量的度量。单位：流明（lm）。 发光强度：光源在单位立体角内发出的光通量，用符号 表示 。单位：坎德拉（cd)。 亮度：用来描述物体表面发光的量度，光源单位面积上 I 在法线方向上的发光强度来表示，记为B，单位是：单位 面积上的坎德拉，cd / m2 。是客观亮度。 照度：受照面上某点的照度是通过包含该点单位面积的 光通量。
对比度C定义为：C＝Bmax／Bmin。
Bmax和Bmin是重现图象或景物时的最大和最小亮度。
只要保持该C常数，就可实现人眼亮度分辨的重现。
二、人眼的分辨力 1.分辨角和分辨力 人眼的分辨角：指刚能看出两黑点时，两黑点对人眼的张角。 在量值上，分辨角用 表示，有分辨角计算原理图可知：
2.2.2相对视敏函数
人眼对波长为380~780nm内不同波长的光具有不同 的敏感程度，称为人眼的视敏特性，描述人眼视敏特性 的物理量为视敏函数和相对视敏函数。
1）视敏函数
在相同亮度感觉的条件下，不同波长光辐射功率 P ( ) 的 倒数用来衡量人眼对各波长光明亮感觉的敏感程度。称：
K ( ) 1 P( ) 为视敏函数。
2.3.3 视觉适应性
1.人眼适应性 （1） 暗适应：亮→暗：慢（10～30秒左右） （2） 亮适应：暗→亮：快（1～2秒左右）
2 .同时对比效应 由于人眼对亮度有很强的适应性，因此很难精确判断刺激 的绝对亮度。即使有相同亮度的刺激，由于其背景亮度不同， 人眼所感受的主观亮度是不一样的。图2.9可用来证明同时对 比的刺激，图中小方块实际上有着相同的物理亮度，但因为 与它们的背景亮度不同，故它们的主观亮度显得大不一样。 这种效应就叫同时对比效应。
图2.4相对视敏函数曲线
2.2.3光学的术语和计量单位
光通量：每秒钟内光流量的度量。单位：流明（lm）。 发光强度：光源在单位立体角内发出的光通量，用符号 表示 。单位：坎德拉（cd)。 亮度：用来描述物体表面发光的量度，光源单位面积上 I 在法线方向上的发光强度来表示，记为B，单位是：单位 面积上的坎德拉，cd / m2 。是客观亮度。 照度：受照面上某点的照度是通过包含该点单位面积的 光通量。
第二章 镜头
对于给定的胶卷尺 寸（或感光元件尺 寸），确定其标准 镜头的方法是测量 画幅的对角线长度。 35mm画幅的对角 50mm 线大约为50mm， 因此135相机的标 准镜头焦距大约就 是50mm。
镜头的种类
）、广角镜头 （1）、广角镜头 ）、
广角镜头又分为普通广角镜头和 超广角镜头两种。135照相机普 通广角镜头的焦距一般为38－24 毫米，视角为60－84度；超广角 镜头的焦距为20－13毫米，视角 为94-118度。由于广角镜头的焦 距短，视角大，在较短的拍摄距 离范围内，能拍摄到较大面积的 景物。
• 焦距固定的镜头，即定焦镜头（一般指单反机型 定焦镜头 定焦镜头 使用的专业镜头），由于焦距固定，所以可以简 化镜头组的结构并有助于提高成像质量。 • 一般的定焦广角和中焦镜头的光圈都在F2. 8以上， 通光量大，便于在低照度情况下拍摄。 • 定焦镜头只能靠移动相机来改变取景范围，所以 不如变焦镜头方便，不利于抓拍。
反过来，，要拍 摄同样的画面， 用焦距长的镜头， 相机就要离物体 远一些；用焦距 短的镜头，相机 就要离物体近一 些。
一、镜头的分类
我们先来比较两张张照片： 它们是站在同一地点分别 用28mm镜头和82mm拍摄 的
很明显，28mm镜头在画 面区域所捕捉的场景更大， 产生了所谓的广角景观。 而另一方面，82mm镜头 得到的确是一小部分长焦 的远摄景观
）、标准镜头 （2）、标准镜头 ）、
前面说过，标准镜头的视 角与人眼的观察视角基本 一致，前后大小、透视关 系、虚实关系都比较符合 人们的视觉习惯，拍出来 的照片自然比较符合人们 正常的审美观
佳能 EF 50mm f/1.4
（3）、长焦镜头 ）、长焦镜头 ）、
长焦距镜头是指比标准镜头的焦距长的摄影镜头。长焦距镜头分为普 通远摄镜头和超远摄镜头两类。普通远摄镜头的焦距长度接近标准镜 头，而超远摄镜头的焦距却远远大于标准镜头。以135照相机为例， 其镜头焦距从85毫米— 300毫米的摄影镜头为普通远摄镜头，300毫 米以上的为超远摄镜头。
视觉成像原理
视觉成像原理
视觉成像原理是指我们眼睛通过感知、接收和处理光线信息，将其转化为我们能够理解的图像的过程。
它涉及了光线的传播、反射、折射和散射等基本光学现象。
视觉成像的过程开始于光线从物体上反射或折射而入眼睛。
光线首先通过角膜，然后进入瞳孔。
瞳孔的大小可以根据光线的强弱进行调节，以控制光线的进入量。
这种调节是通过虹膜的收缩和扩张来实现的。
进入瞳孔的光线通过晶状体进一步聚焦，使得图像能够在视网膜上形成。
晶状体的变化形状调节了光线的折射，从而将焦点放置在视网膜上，确保清晰的图像形成。
如果晶状体的焦距与眼睛的位移不匹配，那么就会导致视觉模糊，即近视或远视等问题。
视网膜上的感光细胞（包括视锥细胞和视杆细胞）将图像信息转化为电信号，然后通过视神经传递到大脑的视觉皮层。
视觉皮层进行进一步的处理和解读，使我们能够感知到图像，并对其进行理解和识别。
视觉成像原理是光学和神经科学的综合应用，它使我们能够通过眼睛看到世界并与之进行互动。
对于设计师、艺术家和摄影师等，了解视觉成像原理可以帮助他们创造出更美观和吸引人的图像作品。
对于医生和科学家来说，理解视觉成像原理对于研究和治疗眼部疾病也非常重要。
机器视觉原理及应用教程 第2章 相机成像与标定
旋转+平移变换
仿射变换
投影变换
平移变换
旋转+平移变换
缩放平移
仿射变换
投影变换
原图像
仿射变化后
投影变化后
2.1.2 三维到二维投影
2.1 摄影几何和几何变换
投影变换将3D空间坐标中的点映射到2D平面中，即空间中点的3D信息投影后变成图像亮度信息，丢失了图像的3D信息，投影后就不可能恢复该点到图像的距离了，因此2D传感器没有办法测量到表面点的距离。
2.3 相机标定方法
2.3.1 DLT相机标定
已知一组3D点的位置，以及它们在相机中的投影位置，直接根据相机线性模型计算出相机的内外参数是较为常用的方法。
摄像机的线性模型为：
将s消去
2.3 相机标定方法
2.3 相机标定方法
2.3.3 张正友标定
1998年，张正友提出了基于二维平面靶标的标定方法，使用相机在不同角度下拍摄多幅平面靶标的图像，比如棋盘格的图像。然后通过对棋盘格的角点进行计算分析来求解相机的内外参数
世界坐标系又叫真实坐标系，是在真实环境中选择一个参考坐标系来描述物体和相机的位置。 相机坐标系是以相机的光心为坐标原点，z轴与光轴重合、与成像平面垂直，x轴与y轴分别与图像物理坐标系的x轴和y轴平行的坐标系。 图像像素坐标系为建立在图像的平面直角坐标系，单位为像素，用来表示各像素点在像平面上的位置，其原点位于图像的左上角。 图像物理坐标系原点是成像平面与光轴的交点，x轴和y轴分别与相机坐标系x轴与y轴平行，通常单位为mm，图像的像素位置用物理单位来表示。
2.2 相机标定基础
世界坐标系与相机坐标系转换示意图
2.2 相机标定基础
如图1所示，成像平面所在的平面坐标系就是图像物相机坐标系与图像物理坐标系的转换示意图 理坐标系。
仿射变换
投影变换
平移变换
旋转+平移变换
缩放平移
仿射变换
投影变换
原图像
仿射变化后
投影变化后
2.1.2 三维到二维投影
2.1 摄影几何和几何变换
投影变换将3D空间坐标中的点映射到2D平面中，即空间中点的3D信息投影后变成图像亮度信息，丢失了图像的3D信息，投影后就不可能恢复该点到图像的距离了，因此2D传感器没有办法测量到表面点的距离。
2.3 相机标定方法
2.3.1 DLT相机标定
已知一组3D点的位置，以及它们在相机中的投影位置，直接根据相机线性模型计算出相机的内外参数是较为常用的方法。
摄像机的线性模型为：
将s消去
2.3 相机标定方法
2.3 相机标定方法
2.3.3 张正友标定
1998年，张正友提出了基于二维平面靶标的标定方法，使用相机在不同角度下拍摄多幅平面靶标的图像，比如棋盘格的图像。然后通过对棋盘格的角点进行计算分析来求解相机的内外参数
世界坐标系又叫真实坐标系，是在真实环境中选择一个参考坐标系来描述物体和相机的位置。 相机坐标系是以相机的光心为坐标原点，z轴与光轴重合、与成像平面垂直，x轴与y轴分别与图像物理坐标系的x轴和y轴平行的坐标系。 图像像素坐标系为建立在图像的平面直角坐标系，单位为像素，用来表示各像素点在像平面上的位置，其原点位于图像的左上角。 图像物理坐标系原点是成像平面与光轴的交点，x轴和y轴分别与相机坐标系x轴与y轴平行，通常单位为mm，图像的像素位置用物理单位来表示。
2.2 相机标定基础
世界坐标系与相机坐标系转换示意图
2.2 相机标定基础
如图1所示，成像平面所在的平面坐标系就是图像物相机坐标系与图像物理坐标系的转换示意图 理坐标系。
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第31页
2.5.3 图形和背景
形成图形和背景的决定因素
•非刺激性因素 (1)定势（心向） (2)先验知识
•对图形“良好性”的客观测量：(1)图形的“良 好性”可借助信息论进行判定；(2)图形的 “良好性”也可由它能变换出来的图形数量 来定量地说明 {P.30}
第2讲 第32页
2.5.4 几何图形视错觉
第2讲 第21页
2.4.1 视觉的时间特性
2. 感知中的时间因素 （快响应） (1) 闪烁
当入射光的强度变化频率不太快时，视觉系统 能感知到入射光强的变化，当光的频率增加且超 过一个临界（critical）频率（其值依赖于光的 强度）后，这种效果就消失了
(2) 视觉屏蔽
一个接一个快速到来的光刺激有可能互相影响
第2讲 第9页
2.2.1 光度学
扩展光源
有一定发光面积的光源 光度学亮度B
dI dI B≡ ≡ dS' dS cosθ dΦ ≡ dΩ dS cosθ
(单位：cd / m2)
扩展光源 d S' dS θ N dΩ
r
第2讲
第10页
2.2.1 光度学
照度（illumination） 照度
一个被光线照射的表面上的照度定义为照射 在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为 dΦ，则此面元上的照度E为：
第2讲 第17页
2.3 从感觉到知觉
3. 图象的双重感知真实性
人们在观察图象时会同时将图象感知为一个 平面的一部分和一个3-D空间的一部分。这个基本 的心理现象可称为图象的双重感知真实性（double perceptual reality of images） {P.18} (1) 有关图象2-D真实性的信息 (2) 有关图象3-D真实性的信息 (3) 视点假设 (4) 双重真实性和学习
人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉 和热觉等功能都可分为感觉和知觉两个层次 感觉是较低层次的，它主要接收外部 刺激。知觉则处于较高层次，它要将外部刺 激转化为有意义的内容 视知觉的任务是确定“什么东西在什 么地方”（What is where） {P.17}
第2讲 第16页
2.3 从感觉到知觉
2. 视知觉的复杂性
视知觉是一个复杂的过程，在很多情况下只 依靠光投射到视网膜上形成的视网膜图像和人们 已知的眼或神经系统的机制还难以把全部知觉过 程解释清楚 (1) 视觉边缘：随视点而变化 {P.18} (2) 亮度对比：两个可视表面仅在它们被看作处 在同一个视觉平面上时可比较亮度。如果将 它们看作与眼有不同的距离，要比较它们相 对的亮度就很困难
第2讲 第33页
2.5.4 几何图形视错觉
第2讲
第34页
2.6 空间知觉
• 人能从只有高和宽的2-D空间（视网膜） 上形成的视象感知得到一个3-D视觉空间 • 空间知觉本质上是一个深度感知问题
2.6.1 2.6.2 2.6.3
第2讲
非视觉性深度线索 双目深度线索 单目深度线索
第35页
2.6.1 非视觉性深度线索
(1) 眼睛聚焦调节 (2) 双眼视轴的幅合 （有生理基础）
原来平行的视轴向P点幅合 时左眼向内侧转动的角度 为θ L，右眼向内侧转动的 角度为θ R，且有 θ = θ L + θR 知道转角θ 就可以算出物距D
第2讲 第36页
2.6.2 双目深度线索
双目视觉中，每只眼睛的视网膜上先各 形成一个独立的视像。它们不完全相同，导 致双眼视差（横向象差） 双眼视像传到大脑皮层后结合起来，产 生一个单一的具有深度感的视像 对应点：双眼视场中许多点被感知为 一个点，这些点的左右视网膜图像组成对应 点对（双眼单视）
第2章 视觉与成像 章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 视觉过程 光度学和亮度视觉 从感觉到知觉 视觉特2.1 视觉过程
1． 光学过程
15 / 100 = 2.55 / 17
第2讲 第2页
2.1 视觉过程
2． 化学过程
锥细胞和柱细胞： 锥细胞和柱细胞： 锥细胞：数量少，对颜色很敏感 锥细胞视觉：明视觉或亮光视觉 柱细胞：数量多，分辨率比较低 不感受颜色并对低照度较敏感 柱细胞视觉：暗视觉或微光视觉
i (x, y)的值是由光源决定的
0 < i ( x, y ) < ∞
r (x, y)的值是由场景中的目标特性所决定的
0 < r ( x, y ) < 1
第2讲
{典型值：P.40}
第13页
2.2.3 视觉系统对光的感知特点
人眼适应的亮度范围
（1）总体范围大：从暗视觉门限到眩目极限之 间的范围在1010量级 （2）具体范围小：一般范围在102量级
第2讲 第20页
2.4.1 视觉的时间特性
1. (1) 随时间变化的视觉现象 亮度适应
• 当眼睛遇到亮度的突然变化时，眼睛会暂时看 不见一会儿以尽快适应新的亮度 • 对亮光的适应比对暗光的适应要快
(2) 眼睛的时间分辨率
• 60-80微秒区分两种不同步的亮度现象 • 20-40微秒以确定哪个亮度现象先出现
•
当观察线条图形而把注意力只集中于它的 某一特征如它的长度、面积或方向时，由于 各种主客观因素的影响，有时感知到的结果 与实际的刺激模式不相对应
(1) 数量（尺寸）上的视错觉，包括在大小、 长短方面引起的视错觉 {P.30} (2) 方向上的视错觉，指直线或曲线在方向上 变化引起的视错觉 {P.31}
第2讲 第37页
2.6.2 双目深度线索
• 中央眼：从主观感觉上单一的器官 理论上假想的，处于两眼正中 • 主观方向： {P.36} • 随机立体图
轮廓知觉 并不是立体视 觉的先决条件
第2讲
中央眼
C
S
SL CL
FS
FC
SR
CR
第38页
2.6.3 单目深度线索
刺激物本身的一些物理条件
(1) 大小和距离 s = S/D （欧几里德定律） (2) 照明的变化 1) 光亮与阴影的分布； 2) 颜色分布 3) 空气透视 (3) 线性透视 (4) 纹理梯度 (5) 物体的遮挡 (6) 运动视差
2.5.1 形状的感知 2.5.2 轮廓 2.5.3 图形和背景 2.5.4 几何图形视错觉
第2讲 第26页
2.5.1 形状的感知
与形状密切相关的概念 (1) 视觉边缘和目标 (2) 前景和背景的分离 (3) 形状构造的规律
接近，相似，连续，封闭 {P.23}
(4) 形状和信息
第2讲 第27页
2.5.2 轮廓
第2讲 第3页
2.1 视觉过程
3． 神经处理过程
每个视网膜接收单元都与一个神经元细胞借助突触 （synapse）相连 每个神经元细胞借助其它的突触与其它细胞连接， 从而构成光神经（optical nerve）网络 光神经进一步与大脑中的侧区域（side region of the brain）连接，并到达大脑中的纹状皮层（striated cortex） 对光刺激产生的响应经过一系列处理最终形成关于 场景的表象，从而将对光的感觉转化为对景物的知觉
• • 人在知觉一个形状以前一定先看到轮廓 轮廓的构成用数学语言来说： 轮廓对应亮度的二阶导数 亮度变化不产生轮廓，需要亮度的加速变化 • 轮廓不等于形状 {P.25}
第2讲
第28页
2.5.2 轮廓
主观轮廓
• 在没有直接刺激作用下而产生的轮廓知觉 • 在一定感觉信息的基础上进行知觉假设的结果
第2讲
E= dΦ dS
单位：lx（勒[克斯]），1 lx = 1 lm / m2
照度：是光源对物体辐射的一种量度 {表2.3.2} 亮度：观察者对物体表面光强的量度 {表2.3.1}
第2讲 第11页
2.2.2 一个简单的成象模型
图象成象模型
2-D亮度函数：f (x, y) 亮度是能量的量度，一定不为零且为有限值
第2讲 第24页
2.4.2 视觉的空间特性
2. 视敏度
反映对细节的分辨能力 对应观察者所能看见的最小测试物体的尺寸 视敏度为1：表示对应视角为1度（1°）时的 分辨能力（视敏度为2对应视角为0.5度）
{P.22}
觉察
第2讲
E
定位 解象 认知
第25页
2.5 形状知觉
形状知觉是对视野中各种空间关系的知觉
第2讲 第4页
2.1 视觉过程
整体视觉过程
视觉 ＝ “视” ＋ “觉”
第2讲 第5页
2.2 光度学和亮度视觉
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4
第2讲
光度学 一个简单的成象模型 视觉系统对光的感知特点 光度学和亮度视觉
第6页
2.2.1 光度学
辐射度量学
研究各种电磁辐射强弱的学科 光是一种电磁辐射
0 < f ( x, y ) < ∞
(1) 入射到可见场景上的光量 (2) 场景中目标对入射光反射的比率 照度成分 i (x, y)和反射成分 r (x, y)
第2讲 第12页
2.2.2 一个简单的成象模型
图象成象模型
f (x, y)与 i (x, y)和 r (x, y)都成正比
f ( x, y ) = i ( x, y ) r ( x, y )
第2讲 第39页
方向运动视差
v
A
P
B
2.6.3 单目深度线索
知觉恒常性 • 物理尺寸（场景中物体的实际大小） • 视像象尺寸（对应视网膜上视角的大小） • 知觉尺寸（人最终所知觉的大小） •知觉恒常性指实际中人能比较正确地知觉不同距 离外物体的物理大小，不完全因视角大小的 变化而变化 视像尺寸<< 知觉尺寸< 物理尺寸 尺寸<< 知觉尺寸<