人眼成像原理

1、-作者xxxx-日期xxxx人眼成像原理【精品文檔】人眼成像原理摘要：人能看到大千世界，繽紛萬(wàn)物，這是靠我們的有精密的智能的成像系統(tǒng)眼睛。眼睛是敏感的光感應(yīng)器管，是一切動(dòng)物與外界聯(lián)系的信息接受器。這篇文章從光和顏色原理解釋開(kāi)始到成像原理和眼睛結(jié)構(gòu)比較系統(tǒng)的介紹我們的眼睛是怎么形成圖像的。關(guān)鍵字：光 成像 眼睛一、 光和顏色的概述任何光都以電磁波形式在空間傳播的一個(gè)或者多個(gè)光子匯聚而成。人眼看到的景物是光源或者光源發(fā)出的光從物體上反射而成的光，人眼吸收這些光子并在腦子里成像就是你看到的景物了。有很多種方式產(chǎn)生光源，但所有這些方式都是利用原子激發(fā)的原理，當(dāng)原子收到激發(fā)，其電子移至更高的軌道，每當(dāng)電

2、子從更高的軌道返回正常軌道，就產(chǎn)生了光子。加熱是激發(fā)原子的一種方法，比如白熾燈，通過(guò)電流對(duì)燈絲加熱，來(lái)激發(fā)燈絲里面的原子；還有你看到鐵在很熱的時(shí)候是紅色的，這個(gè)是鐵原子的激發(fā)。光子照射到物體表面后，可能會(huì)被吸收、反射、折射或者散射，這都和物體的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，不做深入分析。物質(zhì)顏色原理則是：當(dāng)物質(zhì)(分子或離子)吸收了相當(dāng)可見(jiàn)光能量的電磁波后，就會(huì)表現(xiàn)出被人眼所能覺(jué)察到的顏色。物質(zhì)之所以具有不同的顏色，這是因?yàn)樗鼘?duì)不同的波長(zhǎng)的可見(jiàn)光具有選擇性吸收的結(jié)果。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與它吸收的光的顏色有一定關(guān)系。如當(dāng)白光通過(guò)硫酸銅溶液時(shí),銅離子選擇性地吸收了部分黃色光，使透射光中的藍(lán)色光不能完全互補(bǔ)，于是硫酸銅溶

3、液就呈現(xiàn)出藍(lán)色。由于透射光中其它顏色的光仍是兩兩互補(bǔ)為白色，所以物質(zhì)呈現(xiàn)出的顏色恰恰就是它所吸收的光的互補(bǔ)色。若物體對(duì)白光中所有顏色的光全部吸收，它就呈現(xiàn)出黑色；若反射所有顏色的光,則呈現(xiàn)出白色；若透過(guò)所有顏色的光則為無(wú)色。二、 眼睛結(jié)構(gòu)眼睛等于捕捉光線的攝影機(jī)，而大腦是組成影像的機(jī)構(gòu)。所有的色彩視覺(jué)都是建立在人的視覺(jué)器官的生理基礎(chǔ)上的，所以必須了解視覺(jué)器官的生理特征及其功能。 人眼的形狀像一個(gè)小球，通常稱(chēng)為眼球。眼球內(nèi)具有特殊的折光系統(tǒng)，使進(jìn)入眼內(nèi)的可見(jiàn)光匯聚在視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜上含有感光的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，這些感光細(xì)胞把接受到的色光信號(hào)傳到神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，再由視神經(jīng)傳到大腦皮層枕葉視覺(jué)神經(jīng)中樞

4、，產(chǎn)生色感。眼球壁有三層膜組成。外層是堅(jiān)韌的囊殼，保護(hù)眼睛的內(nèi)部，稱(chēng)為纖維膜，它的前1/6為角膜，后5/6為白色不透明的鞏膜，中層稱(chēng)葡萄膜（或血素層、血管層），顏色像黑紫葡萄，由前向后分為三部分：虹膜、睫狀體和脈絡(luò)膜。內(nèi)層為視網(wǎng)膜，簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)膜。 1、 角膜(cornea)：如同相機(jī)的濾鏡，光由這里折射進(jìn)入眼球而成像。2、 晶狀體，水晶體 (lens)：如同相機(jī)的鏡片。 光線投射進(jìn)來(lái)以后，經(jīng)過(guò)它的折射傳給視網(wǎng)膜。所謂近視眼、遠(yuǎn)視眼、老花眼以及各種色彩、形態(tài)的視覺(jué)或錯(cuò)覺(jué)，大部分都是由于水晶體的伸縮作用所引起。它像一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)焦距的凸透鏡一樣。 3、 黃斑是網(wǎng)膜中感覺(jué)最特殊的部分，稍呈黃色。色覺(jué)之所

5、以有很大的個(gè)人差異與黃斑是有關(guān)系的，位置剛好在通過(guò)瞳孔視軸所指的地方，即視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞最集中的所在，是視覺(jué)最敏銳的地方。我們看到物體最清楚時(shí)，就是因?yàn)橛跋駝偤猛渡涞近S斑上的緣故，黃斑下面有盲點(diǎn)，雖然是神經(jīng)集中的部位，但缺少視覺(jué)細(xì)胞，不能看到物體影像。4、 盲點(diǎn) (blind spot)：視神經(jīng)與眼球的接點(diǎn)，該處無(wú)視細(xì)胞所以無(wú)法感光。 5、 視網(wǎng)膜 (retina)：如同底片。 視網(wǎng)膜是視覺(jué)接收器的所在，它本身也是一個(gè)復(fù)雜的神經(jīng)中心。眼睛的感覺(jué)為網(wǎng)膜中的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞所致。視桿細(xì)胞能夠感受弱光的刺激，但不能分辨顏色，視錐細(xì)胞在強(qiáng)光下反應(yīng)靈敏，具有辯別顏色的本領(lǐng)。在中央凹處之內(nèi)，只有視錐細(xì)

6、胞，很少或沒(méi)有視桿細(xì)胞。在網(wǎng)膜邊緣，靠近眼球前方各處，有許多視桿細(xì)胞，而視錐細(xì)胞很少。某些動(dòng)物（如雞）因視桿細(xì)胞較少，所以在微光下，它們的視覺(jué)很差，成為夜盲。也有些動(dòng)物（如貓和貓頭鷹）因視桿細(xì)胞很多，所以能在夜間活動(dòng)。 視覺(jué)細(xì)胞的兩重功能:明視覺(jué)與暗視覺(jué)1） 、視錐細(xì)胞與明視覺(jué)a視錐細(xì)胞特性：包含感紅，感綠，感藍(lán)細(xì)胞主要感受顏色的差別，而對(duì)明暗的感覺(jué)比較低，對(duì)光的敏感性小，只有達(dá)到一定照度的情況下，視錐細(xì)胞才起作用。b明視覺(jué)：指在光亮的條件下，由錐體細(xì)胞起作用的辯認(rèn)物體細(xì)節(jié)和顏色的視覺(jué)。2） 、視桿細(xì)胞與暗視覺(jué) a.視桿細(xì)胞特性：感受物體的明暗，對(duì)光的敏感程度高，不能感受物體顏色的差別。b.暗

7、視覺(jué)：指視桿細(xì)胞的活動(dòng)特性，可以在光線很暗的情況下工作，不能反映色光的差異。3） 、明暗視覺(jué)特點(diǎn)：a明視覺(jué)對(duì)400nm（紫色）和700nm（紅色）附近的色光感受性很低，而對(duì)555nm的黃綠色部位最敏感。暗視覺(jué)對(duì)510nm的藍(lán)綠色部位最敏感b明視覺(jué)曲線與視覺(jué)曲線之間沒(méi)有聯(lián)系。明暗視覺(jué)特性隨人的年齡，性別等因素的變化而變化。 如下表所示：三、 成像原理眼睛成像是透鏡成像規(guī)律的重要應(yīng)用。照相機(jī)與眼睛有相似的結(jié)構(gòu)，眼球中的角膜和晶狀體的共同作用，相當(dāng)于一個(gè)“凸透鏡”，視網(wǎng)膜相當(dāng)于照相機(jī)的底片。從物體發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)人眼的凸透鏡在視網(wǎng)膜上形成倒立、縮小的實(shí)像，分布在視網(wǎng)膜上的視神經(jīng)細(xì)胞受到光的刺激，把這個(gè)

8、信號(hào)傳輸給大腦，經(jīng)過(guò)處理使人可以看到這個(gè)物正像的了。而人為什么能感覺(jué)到物體的立體性，是因?yàn)槿说囊曈X(jué)能分辨遠(yuǎn)近，這靠的是兩只眼睛的差距。人的兩眼分開(kāi)約5公分，兩只眼睛除了瞄準(zhǔn)正前方以外，看任何一樣?xùn)|西，兩眼的角度都不會(huì)相同。雖然差距很小，但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦里，腦子就用這微小的差距，產(chǎn)生遠(yuǎn)近的深度，從而產(chǎn)生立體感。一只眼睛雖然能看到物體，但對(duì)物體遠(yuǎn)近的距離卻不易分辨。根據(jù)這一原理，如果把同一景像，用兩只眼睛視角的差距制造出兩個(gè)影像，然后讓兩只眼睛一邊一個(gè)，各看到自己一邊的影像，透過(guò)視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感了。各式各樣的立體演示技術(shù)，也多是運(yùn)用這一原理，我們稱(chēng)其為“偏光原理”。而平面鏡成像的本質(zhì)是因?yàn)槿搜鄣挠^察結(jié)果，因?yàn)槠矫骁R成的是虛像，如果沒(méi)有人眼的觀察，那可以說(shuō)根本就沒(méi)有像(當(dāng)然，其它動(dòng)物的觀察也是一樣的)。當(dāng)觀察反射光線時(shí)，人眼會(huì)誤認(rèn)為反射光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)處有物體，這個(gè)物體就是虛像，因?yàn)槿说闹橇Φ脑?，人能夠分別像與物是不同的，而動(dòng)物卻不能分別像與物的區(qū)別，只是因?yàn)樗鼈兊闹橇Σ粔?。四?總結(jié)人的眼睛是個(gè)復(fù)雜的成像系統(tǒng)，而人的大腦像CPU處理這些圖像，讓人能在視覺(jué)上感知到圖像。人眼成像最主要的是晶狀體和視網(wǎng)膜。晶狀體調(diào)整眼睛的焦距是光束集中到富有視錐細(xì)胞和視柱細(xì)胞的視網(wǎng)膜上，在