4.人眼的生理特性

課次3：人眼的生理特性0.圖像與視覺

圖像是自然界景物的客觀反映，是人類認(rèn)識(shí)世界和人類本身的重要源泉。圖像最終需要由人活機(jī)器來(lái)觀察、辨別、理解。人的視覺系統(tǒng)對(duì)圖形、圖像具有高度的識(shí)別能力。視覺的相關(guān)概念：感覺：人眼對(duì)光刺激的反應(yīng)，如亮度、顏色等；知覺：即直覺，對(duì)圖像形狀、大小、運(yùn)動(dòng)、顏色等變化的反應(yīng)，反映了圖像在時(shí)間和空間的變化特性；認(rèn)識(shí)：即識(shí)別，對(duì)圖像內(nèi)容、含義的理解；感情：圖像引起的不同情緒大腦視覺區(qū)域視神經(jīng)視交叉視放射線視覺皮質(zhì)視神經(jīng)束外側(cè)膝狀體1.眼睛的構(gòu)造及功能

眼睛的功能——一部精巧的照相機(jī)1.眼睛的構(gòu)造及功能

直徑24mm近似球狀體

眼球壁：外中內(nèi)三層角膜、鞏膜脈絡(luò)膜、虹膜（瞳孔）、睫狀體視網(wǎng)膜（黃斑、盲點(diǎn)）

瞳孔：直徑隨光強(qiáng)變化

晶狀體：曲率可變的凸透鏡（18.9～22.7mm）98765432110-410-21102104瞳孔直徑mm亮度cd/m2眼睛構(gòu)造1.眼睛的構(gòu)造及功能

外層：由角膜、鞏膜組成眼球外層起維持眼球形狀和保護(hù)眼內(nèi)組織的作用。前1/6為透明的角膜，光線由此射入其余5/6為白色的鞏膜，俗稱“眼白”，鞏膜為致密的膠原纖維結(jié)構(gòu)，不透明，呈乳白色，質(zhì)地堅(jiān)韌。1.眼睛的構(gòu)造及功能

中層：虹膜、睫狀體和脈絡(luò)膜（又稱色素膜）具有豐富的色素和血管，輸送養(yǎng)料、滋養(yǎng)眼睛。

虹膜，呈圓環(huán)形，脈絡(luò)膜的最前部分，位于晶體前面，眼的顏色由虹膜中的色素決定。虹膜中央的小圓孔叫做瞳孔，控制進(jìn)入人眼的光強(qiáng)。

睫狀體，前接虹膜根部，后接脈絡(luò)膜通過(guò)視網(wǎng)膜睫狀體部及睫狀環(huán)與玻璃體膜緊密相連，外側(cè)為鞏膜，內(nèi)側(cè)則通過(guò)懸韌帶與晶狀體赤道部相連。

脈絡(luò)膜位于鞏膜和視網(wǎng)膜之間。脈絡(luò)膜的血循環(huán)營(yíng)養(yǎng)視網(wǎng)膜外層，其含有的豐富色素起遮光暗房作用。1.眼睛的構(gòu)造及功能

內(nèi)層：視網(wǎng)膜約占眼球內(nèi)表面2/3，是一層透明的膜，也是視覺形成的神經(jīng)信息傳遞的第一站。它包含感光細(xì)胞（桿體細(xì)胞和錐體細(xì)胞）、雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。1.眼睛的構(gòu)造及功能

錐體和桿體細(xì)胞錐體細(xì)胞桿體細(xì)胞分布視網(wǎng)膜中央較邊緣部分作用條件亮光暗光功能明視覺暗視覺顏色辨別能辨別不能辨別細(xì)節(jié)辨別能辨別不能辨別體積大小對(duì)光的敏感性弱強(qiáng)（500倍）神經(jīng)連接一對(duì)一多對(duì)一視紫紅質(zhì)無(wú)有2.明視覺、暗視覺光譜光效率函數(shù)

在明視覺條件下，人眼能對(duì)380～780nm可見光譜范圍的不同波長(zhǎng)輻射有感覺。人們對(duì)不同色光的感受性是不同的，可用光譜光效率函數(shù)來(lái)表征。光譜光效率函數(shù)（視敏函數(shù)）：達(dá)到同樣亮度時(shí)不同波長(zhǎng)所需能量的倒數(shù)————單色光能量相對(duì)視敏函數(shù)：2.明視覺、暗視覺光譜光效率函數(shù)0.0335555073.明適應(yīng)與暗適應(yīng)

暗適應(yīng)（darkadaptation）

人從光亮中進(jìn)入暗室時(shí)，在最初的瞬間什么都看不見，逐漸才適應(yīng)了黑暗，從而區(qū)分出周圍物體的輪廓。在此過(guò)程中眼睛的感受度增高。

錐體細(xì)胞適應(yīng)快，光感提高幾十倍；桿體細(xì)胞適應(yīng)慢，光感提高幾十萬(wàn)倍。明適應(yīng)（lightadaptation）人眼從黑暗到強(qiáng)光下，開始覺得眩暈，睜不開眼睛，大約1分鐘后才能看清楚周圍的景物。在此過(guò)程中，眼睛的感受度降低。3.明適應(yīng)與暗適應(yīng)

暗適應(yīng)的兩種基本過(guò)程：

（主）視網(wǎng)膜感光化學(xué)物質(zhì)變化

（次）

瞳孔大小變化

視紫紅質(zhì)（存在于桿體細(xì)胞中）視紫紅質(zhì)視黃醛＋蛋白質(zhì)光暗3.明適應(yīng)與暗適應(yīng)

明、暗適應(yīng)所需時(shí)間眼睛可感受的最強(qiáng)光強(qiáng)是最弱光強(qiáng)的約一萬(wàn)億倍。4.視敏度和細(xì)節(jié)視覺

視角：觀看的對(duì)象與眼睛所形成的張角視角大小決定著視網(wǎng)膜上投影的映像大小視角通常以“分”表示像高：視角(α)＝物體長(zhǎng)度(A)距離(D)×34384.視敏度和細(xì)節(jié)視覺

視敏度：人眼分辨物體細(xì)節(jié)和輪廓的能力，通常以找出兩條線間的最小間隔來(lái)說(shuō)明視角的倒數(shù)表示：正常視敏度：可辨視角為1’時(shí)的視力為正常視敏度，此時(shí)像高約4μm（視力表：1.0）視敏度受某些因素影響：距離、亮度、對(duì)比度

夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射，人眼最小視角：視敏度(V)＝1視角(α)5.臨界閃爍頻率

視覺時(shí)滯（視覺惰性）：人眼視覺感受遲于光照開始，也遲于光照結(jié)束視覺后像（視覺殘留）：正后像和負(fù)后像視后像不是靜止不變的，而是由迅速相互交替的幾個(gè)時(shí)“相”所組成，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。視后像持續(xù)時(shí)間的影響因素：光的強(qiáng)弱、光的作用時(shí)間、不同色光

人眼并非完美的記錄工具！5.臨界閃爍頻率

視覺后象：左圖：當(dāng)你持續(xù)看某個(gè)刺激物時(shí),去敏感性的細(xì)胞對(duì)觀察圖形亮的部分更為敏感，但對(duì)暗的部分不敏感。所以當(dāng)刺激變成白色時(shí)，原來(lái)最疲勞的細(xì)胞的反應(yīng)比它鄰近細(xì)胞更強(qiáng)，產(chǎn)生更亮的后象，好象是一盞點(diǎn)燃的燈，這是一個(gè)正后象。右圖：亮區(qū)域變暗，這是一個(gè)負(fù)后象。這些后象有些是有益的，有些是有害的。英國(guó)心理學(xué)家KennethCraik右眼視網(wǎng)膜有一個(gè)永久的小孔，這是他在注視太陽(yáng)兩分鐘時(shí)留下的。5.臨界閃爍頻率

臨界閃爍頻率（CriticalFlickerFrequency）

當(dāng)閃光頻率增加到一定程度，人眼就不再感覺到是閃光，而是感到一種固定或連續(xù)的光，此時(shí)的頻率即為臨界閃爍頻率（CFF）。視亮度臨界閃爍頻率隨光強(qiáng)增加而變高：弱光下：CFF低到5Hz

強(qiáng)光下：CFF提高到50～55Hz5.臨界閃爍頻率

臨界閃爍頻率的影響因素：

刺激的強(qiáng)度刺激的面積視網(wǎng)膜的不同部位不同的刺激色光不同的背景光年齡疲勞程度缺氧等6.差別感覺閾限

視覺閾限的量子理論：一個(gè)光量子只在一個(gè)桿體細(xì)胞內(nèi)分裂一個(gè)分子的視紫紅質(zhì)，要使我們感覺到一個(gè)閃光亮仍需要5-14個(gè)桿體細(xì)胞的效果積累起來(lái)才能達(dá)到反應(yīng)的閾值。實(shí)驗(yàn)測(cè)定：初次覺察出來(lái)的光度變化同這種光度原有水平的比始終是一個(gè)常數(shù)。這種覺察出兩個(gè)刺激間的最小差別量，叫做差別感覺閾限，也可叫做最小可覺差。6.差別感覺閾限

如果I表示最初刺激的強(qiáng)度，以I+△I表示剛剛覺察出變化的較強(qiáng)刺激強(qiáng)度，則△I/I是一個(gè)常數(shù)。△I/I=k

對(duì)視覺刺激來(lái)說(shuō)，k=1/100。如果原照