应用光学眼睛——林雨

颜色视觉是一种复杂的物理—生理学现象
1. 杨-赫姆霍兹（T.Young-----Helmholt）三原色学说 2. 赫林 （Hering ）四色学说
3. 阶段学说
颜色的三种表观特性
亮度：颜色的亮暗程度。
色调：彩色彼此相互区分的特性。 饱和度（或彩度）：彩色接近光谱色的程度。 色调 饱和度 明 度
1. 白--黑 是对立的 2. 红-绿 是互补的 3. 黄-蓝 是互补的 破坏-白 破坏-红 破坏-黄 重合成-黑 重合成-绿 重合成-蓝
四色理论成功之处：
1. 视网膜上缺少某一种对立的光化学物质如红-绿色盲，缺少红绿物质。 2. 全色盲是缺少红-绿、黄-蓝两种光化学物质 而仅存在黑白光化学物质所致
三色学说存在的问题：
1. 不能解释色盲成对出现，如红色盲和绿色盲 2. 不能解释全色盲随然不能感受颜色，但却能感受黑白色（非色彩、灰色） 3. 红-绿色盲安此理论是不能感觉黄色，事实上却能感受
赫林(E.Hering)-四色理论(Opponent-Color theory) 该假定视网膜上有三种化学物质，由于它们的破坏或再合成 产生6种不同的色觉和规律：
四色学说存在的问题：
1. 最大困难是无法解释红、绿、蓝三种颜色能够配合出所有色彩的配合规律 2. 他的三种对立光化学物质在视网膜光感受平一级始终没有得到解剖学的实 验证实。
阶段学说
颜色视觉过程是分阶段的，包括三原感受、四色传导和中枢 处理三个阶段。 三色感受：
在颜色视觉过程的光感受水平一级，符合T.Young的三色学说；即视网膜 上有三种独立的感色物质。它们各自选择性地吸收光谱上的红色、绿色和兰 色的色光；同时每个感光物质又可单独地产生黑和白的反映，即在强光作用 下产生白的反应，在无刺激时产生黑的反应。
视野检查原理 ： 在单眼固视的情况下，测定在均匀照明背 景中所呈现的动态或静态视标(光斑)的光 阈值，所谓光阈值指的是视野范围内某一 点刚刚能被看见的最弱光刺激；
动态视野检查
所谓动态视野检查指的是用动态的方法来确 定某一光标的等视线位置。光标是从视野周 边不可见区向中心可见区移动以探测该光标 刚好可见的位置，将从不同方向探测到的这 些点连线既是该光标的等视线。
第十四章——眼睛
眼睛的缺陷与校正 双目立体视觉 体视测距原理 颜色视觉
眼睛的缺陷与校正
正视（正常眼）：在自然状态下，平行光线经眼的折光系统后恰好在视网膜黄斑 中心凹聚焦。 折光性近视
近视眼
轴性近视 折光性远视 非正视（反常眼） 远视眼 轴性远视 规则散光 散光眼
不规则散光
近视眼及其矫正
lmax b min 0.065 20600" 1340mm 10"
•即反映了人眼可能分辨出物点远近的最大距离
•Lmax称为立体视觉半径
观察者用双眼能分辨空间两点间的最短空间深度距离以 L 表示称为：立体视觉阀值
b 对 l
即
b 微分得： 2 L L
L L2 / b
静态阈值检查法 所谓静态阈值检查法指的是在光标不动的情 况下，通过逐渐增加该光标的亮度来确定视 野中某一点从不可见到刚刚可见的光阈值的 方法。在可见率100%和可见率为0的视标之 间有一可见率为50%的视标，刚好能看到该 视标的最小刺激强度即为该检查点的阈值。
立体视觉
在三维视觉空间感知物体立体形状和不同物体之间远近 关系的能力
这种放大率称为视角放大率。 用字母Γ 表示

tg仪 tg眼
tg ' tg
由于双目观察有立体感，因此许多目视仪 器采用双目结构。
双眼望远镜，双眼显微镜
双眼仪器提高人眼的体视能力
双眼仪器的体视放大率
仪 眼
人眼直接观察时的视差角α眼为
B
眼
b l
αB眼
lB lA
A
Δα眼 ＝αA眼-αB眼
颜色的辨认（图表）
光线颜色 波长（nm)
紫 蓝 青 绿
黄 橙 红
420 470 485 510
572 620 700
杨-赫姆霍兹 三色理论 T.Young-Helmholtz 在视网膜上有三种形式的锥体细胞受到光的刺激就产生红、 绿、蓝三种色觉。 支持三原色学说的实验：
1. 眼底反射分光光度实验 2. 显微分光光度实验 3. 锥体细胞感受电位光谱感度实验
对比敏感度曲线 空间频率：横坐标 对比敏感度：纵坐标
正弦波条栅：特定视角内条栅循环的数量决定了其 空间频率
视野
定义：当一眼注视空间某一点时它不仅能看清楚该点，同时 还能看见注视点周围一定范围的物体。眼固视时所能看见的 空间范围称为视野。
正常视野须具有两个特点： 1.视野的绝对边界达到一定范围：以白色光视标为例，单眼 上方约至56°，下74°，鼻侧约至65°，颞侧可达91°； 2.全视野范围内各部位的光敏感度均正常，除生理盲点外， 正常视野内不应有光敏感度下降区或暗点。正常视野光敏 感度以中心固视点最高，随偏心度增加而逐渐下降。
视觉质量的评价
视锐度：
眼睛能分辨两物点间最小距离的能力，通常以视角来衡量。 视锐度=实际测试距离/看清的视标对应于5′字母的距离 我国使用的标准视力表是标准对数视力表，视标从小到大每行增率为
10
10=1.2589254
对比敏感度
在日常生活中,人眼需要
分辨边界清晰的物体,也 需要分辨边界模糊的物 体.后一种分辨能力则称 为对比敏感度(contrast
A αA B αB lB
a2b2
A
B αA
lA
αB
b2
a2
b
a1
b1
b2
a2
b1
a1
A B
min
其极限值称为“体视锐度”
min
约为10”，有可能达到5”或3”
• 当物点对应的视角差α等于 min 时，人眼刚能 分辨出两个物点之间的远近差别
min 10"
当定位点在不同距离处，即L取值不同时，立体视觉阀值有 不同数值，将 min 10" 视觉基线b=0.065m代入可得：
L 7.5 10 L mm
2
4
体视测距原理
与眼睛一起使用的目视光学仪器，其放大作用不能由横向 放大率来表征。
通过光学仪器观察物体时，放大率为物体像的视角ω’正切 值与人眼直接观察该物体时的视角ω正切之比。
双目立体视觉
空间深度感觉：眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外， 还能够产生远近的感觉（单眼或双眼都能产生这种感觉）
单眼深度感觉来源： 1）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近 2）物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对位置 3）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉 4）眼睛的调节程度来判断物体的远近。 双眼观察的深度感觉除上述因素外： 5）物体的距离越近，视轴之间的夹角越大，这种感觉使眼球 发生转动的肌肉紧张程度就不同，据此就能判断物体的远近；
又因为：
仪
' 仪
B ' l
体视光学系统
双眼仪器的立体视觉阀值显然应比人眼直接观察时小1/ 双眼仪器的立体视觉阀值公式：
4.7 10 L 5 L L 4.7 10 16 B B
2 2
4
良好的体视感觉条件： （1）双眼仪器左右两个光学系统的光轴要平行； （2）两个光学系统的视放大率应该一致； （3）两个光学系统之间不应该有相对的像倾斜
散光眼矫正：
球柱面透镜：
——光线透过轴向 子午线（图中垂 直方向）不会出 现聚散度的改变 ——光线通过屈光 力子午线方向会 出现聚散度的改 变
环曲面透镜：
给柱面的无曲率方向 也加上了一定曲率
预防近视“三要”“四不看”：
①读写姿势要正确，眼与书的距离要在33厘米左 右。 ②看书、看电视或使用电脑1小时后要休息一下， 要远眺几分钟。 ③要定期检查视力，认真做眼保健操。 ④不在直射的强光下看书。 ⑤不在光线暗的地方看书。 ⑥不躺卧看书。 ⑦不走路看书。
双目立体视觉
α称为“视差角”
A α l
a2
b
a1
设人眼左右两瞳孔距离为b，物体距离为l，由于通常α很小
则视差角为
b l
B
A
αB
αA
a2
b2
a1
b1
a1b1 a2b2
A B
则感觉 A ，B 距眼睛距离相等
• 当A、B两点距离不等时， A B 或 a1b1 • 产生了远近的感觉 , 被称为双眼立体视觉
四色传导：
锥体细胞兴奋刺激在向视觉中枢传导过程中符合E.Hering的四色学说； 在神经兴奋由锥体细胞感受器向视觉中枢的传导过程中，这三种反映重 新组合，结果产生三对对立的神经反应，既红或绿、黑或白、黄或蓝的反映。
中枢处理：
大脑视觉皮质中枢把由视神经纤维传来的神经冲动根据已有的颜色经验 进行处理，引起对颜色的心理感受；颜色心理感受的最常用的描述是： 色相、明度和彩度；上述描述被称之为颜色视觉的三属性。
αA眼
b
人眼能否分辨两个物点A 与B 的远近，取决 于αA眼－ αB眼
假设双眼观察仪器的二个入射光轴之间为距离B, 称为该仪器的基线长，则同一物体对仪器的二入射 瞳孔所构成的视差角α为
B l
若系统的视（角）放大率为Г，则物方视差角α 和像方视差角α’ 存在以下关系：
B ' 统后聚焦在视网膜的前方
折光性近视：角膜或晶状体曲率过大，折光能力过强。
轴性近视：眼轴长度超出正常
近视眼及其矫正
1、成因：
角膜或晶状体曲率过大， 折光能力太强或眼轴长 度超出正常范围，成像 于视网膜前。
2、矫正： 配戴用凹透镜做成的近 视眼镜。