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或者多個光子匯聚而成。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，當原子收到激發(fā)，其電子移至更高的軌道，每當電

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，通過電流對燈絲加熱，來激發(fā)燈絲里面的原子；還有你看到鐵在很熱的時候是紅色的，這個是鐵原子的激發(fā)。光子照射到物體表面后，可能會被吸收、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：當物質(zhì)(分子或離子)吸收了相當可見光能量的電磁波后，就會表現(xiàn)出被人眼所能覺察到的顏色。物質(zhì)之所以具有不同的顏色，這是因為它對不同的波長的可見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。如當白光通過硫酸銅溶液時,銅離子選擇性地吸收了部分黃色光，使透射光中的藍色光不能完全互補，于是硫酸銅溶

3、液就呈現(xiàn)出藍色。由于透射光中其它顏色的光仍是兩兩互補為白色，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色。若物體對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；若透過所有顏色的光則為無色。二、 眼睛結(jié)構(gòu)眼睛等于捕捉光線的攝影機，而大腦是組成影像的機構(gòu)。所有的色彩視覺都是建立在人的視覺器官的生理基礎(chǔ)上的，所以必須了解視覺器官的生理特征及其功能。 人眼的形狀像一個小球，通常稱為眼球。眼球內(nèi)具有特殊的折光系統(tǒng)，使進入眼內(nèi)的可見光匯聚在視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜上含有感光的視桿細胞和視錐細胞，這些感光細胞把接受到的色光信號傳到神經(jīng)節(jié)細胞，再由視神經(jīng)傳到大腦皮層枕葉視覺神經(jīng)中樞

4、，產(chǎn)生色感。眼球壁有三層膜組成。外層是堅韌的囊殼，保護眼睛的內(nèi)部，稱為纖維膜，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，簡稱網(wǎng)膜。 1、 角膜(cornea)：如同相機的濾鏡，光由這里折射進入眼球而成像。2、 晶狀體，水晶體 (lens)：如同相機的鏡片。 光線投射進來以后，經(jīng)過它的折射傳給視網(wǎng)膜。所謂近視眼、遠視眼、老花眼以及各種色彩、形態(tài)的視覺或錯覺，大部分都是由于水晶體的伸縮作用所引起。它像一種能自動調(diào)節(jié)焦距的凸透鏡一樣。 3、 黃斑是網(wǎng)膜中感覺最特殊的部分，稍呈黃色。色覺之所

5、以有很大的個人差異與黃斑是有關(guān)系的，位置剛好在通過瞳孔視軸所指的地方，即視錐細胞和視桿細胞最集中的所在，是視覺最敏銳的地方。我們看到物體最清楚時，就是因為影像剛好投射到黃斑上的緣故，黃斑下面有盲點，雖然是神經(jīng)集中的部位，但缺少視覺細胞，不能看到物體影像。4、 盲點 (blind spot)：視神經(jīng)與眼球的接點，該處無視細胞所以無法感光。 5、 視網(wǎng)膜 (retina)：如同底片。 視網(wǎng)膜是視覺接收器的所在，它本身也是一個復(fù)雜的神經(jīng)中心。眼睛的感覺為網(wǎng)膜中的視桿細胞和視錐細胞所致。視桿細胞能夠感受弱光的刺激，但不能分辨顏色，視錐細胞在強光下反應(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

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

7、視覺：指視桿細胞的活動特性，可以在光線很暗的情況下工作，不能反映色光的差異。3） 、明暗視覺特點：a明視覺對400nm（紫色）和700nm（紅色）附近的色光感受性很低，而對555nm的黃綠色部位最敏感。暗視覺對510nm的藍綠色部位最敏感b明視覺曲線與視覺曲線之間沒有聯(lián)系。明暗視覺特性隨人的年齡，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，相當于一個“凸透鏡”，視網(wǎng)膜相當于照相機的底片。從物體發(fā)出的光線經(jīng)過人眼的凸透鏡在視網(wǎng)膜上形成倒立、縮小的實像，分布在視網(wǎng)膜上的視神經(jīng)細胞受到光的刺激，把這個

8、信號傳輸給大腦，經(jīng)過處理使人可以看到這個物正像的了。而人為什么能感覺到物體的立體性，是因為人的視覺能分辨遠近，這靠的是兩只眼睛的差距。人的兩眼分開約5公分，兩只眼睛除了瞄準正前方以外，看任何一樣?xùn)|西，兩眼的角度都不會相同。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，但對物體遠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影像，然后讓兩只眼睛一邊一個，各看到自己一邊的影像，透過視網(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)，也多是運用這一原理，我們稱其為“偏光原理”。而平面鏡成像的本質(zhì)是因為人眼的觀察結(jié)果，因為平面鏡成的是虛像，如果沒有人眼的觀察，那可以說根本就沒有像(當然，其它動物的觀察也是一樣的)。當觀察反射光線時，人眼會誤認為反射光線的反向延長線的交點處有物體，這個物體就是虛像，因為人的智力的原因，人能夠分別像與物是不同的，而動物卻不能分別像與物的區(qū)別，只是因為它們的智力不夠。四、 總結(jié)人的眼睛是個復(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胞和視柱細胞的視網(wǎng)膜上，在