視覺的空間和時間分辨

關于視覺的空間和時間分辨第1頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三掌握視角的概念和視力的分類影響視力的因素及影響對比敏感度的生理因素對比敏感度相關概念第2頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)視覺的空間分辨一、視角和視力視角：表示從物體的兩端點各引直線到眼節(jié)點的夾角。視角大小直接關系視網膜像的大小。最小視角是指人眼能分辨物體兩點間的最小距離對應的視角。最小視角的倒數是視力，被檢者能分辨的視角越小，其視力越好。第3頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三正常眼的視力是1.0，分辨力是1′視角，相當于視網膜上4.96um的距離。通常視力以Snellen分數表示，即V=d/D，公式中d是視標與被檢者的距離，通常檢查距離為5m、6m或20呎；D為設計距離，即不同大小的視標其最小分辨細節(jié)的視角為1′時所對應的距離。第4頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（一）廣泛視力分類1.最小可見力：指發(fā)現最小單個目標存在的能力。通過改變目標的大小，可以測量最小可見力。2.最小分辨力或視力：又稱視銳度，指分辨出兩點或兩條線的能力。點或線在視網膜像的光能分布呈點擴散或線擴散函數，當兩點或兩線很靠近時，兩個分布函數重疊形成一個大點和一條粗線，而不能被分辨開。3.最小空間可辨力或超變力：有些空間差異，其視角低于常規(guī)視力閾值也能分辨，稱為最小空間可辨力或超視力，例如游標視力和立體視覺。第5頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（二）常用視力表有遠、近兩種，均依據視角大小來設計。

1.Snellen視力表

2.國際視力表

3.標準對數視力表

4.新型E型視力表

5.圖形視力表

6.近視力表第6頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（三）影響視力的主要因素1.屈光狀態(tài)2.瞳孔大小3.屈光間質4.照明光強度5.受檢的視網膜部位6.目標運動和眼的運動7.年齡第7頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三二、對比敏感度在日常生活中，人眼不但需要分辨邊界清晰、高對比度的物體，也需要分辨邊界模糊的多種對比度物體。前一種分辨能力對應于臨床上通用的視力檢查，常用高對比度的方波視標（如Snellen視標）來檢測；后一種分辨能力成為對比敏感度（contrastsensitivity,CS），常用不同對比度正弦光柵視標來檢測。第8頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（一）對比敏感度1.對比度：指視標與背景之間的光強度對比，本節(jié)討論的對比度是指一定空間上的對比度，嚴格地講是空間調制對比度，用公式表示：C=(Lmax-Lmin)/(Lmax+Lmin)公式中，C=空間調制對比度，Lmax=空間上最高光強度，Lmin=空間上最低光強度?？臻g調制對比度等于光柵的最高光強度與最低光強度的差值和最高光強度與最低光強度之和的比值。視標的空間對比度越大，越容易被視覺系統(tǒng)識別。第9頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2.空間頻率：指單位空間上黑白光柵的周期數。通常用1°視角內黑白光柵的周期數來表示，周期數越多，條柵越密集，空間頻率越高。3.對比敏感閾值：指一定空間頻率上，分辨光柵的最低對比度。如在識別一個固定頻率的條柵時，當條柵對比度很低時，對被檢者而言像是一個灰面，逐漸增高條柵的對比度，當被檢者剛剛能發(fā)現條柵存在時，所對應的條柵對比度即為該空間頻率下的對比敏感度閾值。對于每種空間頻率的條柵，被檢者均有與之對應的對比敏感度閾值。第10頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三4.對比敏感度：指對比敏感閾值的倒數，被檢者的空間視覺閾值越低，敏感度越高，越容易分辨低對比度的光柵，反之亦然。5.對比敏感度函數：是對比敏感度和空間頻率之間的函數，以空間頻率為橫坐標，對比敏感度為縱坐標就可以表示為一條對比敏感度曲線。嚴格來講是空間對比敏感度函數。第11頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（二）對比敏感度曲線對于一個被檢者，每種空間頻率的條柵，即有與之相對應的對比敏感度閾值；因此，多種空間頻率的條柵就會存在與之對應的多個對比敏感度閾值。以不同的空間頻率為坐標，可以得到對比敏感度曲線。該曲線呈鐘形，在3-5周/度的頻率時，對比敏感度最高，為曲線的峰值，最能識別低對比度的條柵。在高頻段，曲線急劇下降，提示對高空間頻率的辨認需要較高的對比度。原因可能是眼的光學系統(tǒng)同所有光學系統(tǒng)一樣，具有高頻截止現象，對高頻段的通過率下降。高頻段與橫坐標的交點與常用視力表所測得的視力有一定的相關性，截止頻率越大，意味著細節(jié)分辨能力越強。第12頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（三）影響對比敏感度曲線的生理因素1.年齡兒童的CSF值比成人低，青年人的CSF值較高，20-30歲最高，在視覺系統(tǒng)發(fā)育完全后，CSF曲線隨著年齡的增長而有下降的趨勢。主要表現為高頻段下降，低頻段改變不明顯。第13頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2.屈光因素屈光不正患者在高頻段的CSF有明顯下降。3.瞳孔瞳孔擴大使高頻段的CSF下降，可能與高階像差的增加和雜散光的干擾有關。4.視網膜受刺激部位第14頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三5.雙眼或單眼6.眼部疾病特別是神經源性眼病，如球后視神經炎、開角型青光眼、多發(fā)性硬化等主要累及神經節(jié)細胞的基本，早期就可表現出CSF下降，所以CSF檢查容易發(fā)現視神經的早期異常。第15頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（四）對比敏感度檢查的優(yōu)缺點優(yōu)點：視標具有多種對比度，而日常生活中的物體也是有各種對比度的，并非全是高對比，因此對比敏感度檢查比常規(guī)視力表更能反映實用視力。應用廣泛，可作為白內障患者手術適應癥的依據，對低視力患者和屈光手術患者視覺質量評價中特別有意義。對發(fā)現一些疾病的早期視功能改變如青光眼等，比常規(guī)視力表要敏感。另外，在疾病恢復的監(jiān)控中有特殊意義。可見，視力恢復僅僅是視功能恢復的第一階段，只有在CSF恢復正常后，視功能才能說較為完全恢復。缺點：檢查過程相對復雜和耗時，不適于視力普查。第16頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（五）幾種常用的對比敏感度檢查方法1.Vistech對比敏感度檢查表和在其基礎上改進后的功能性視力表為最常用的對比敏感度檢查表，由不同對比度、不同朝向和不同空間頻率的圓形光柵組成。第17頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2.AdamsAJ對比敏感度檢查表3.Bailey-Lovie表4.Pelli-Robson表5.Regan表第18頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三三空間總合對應視覺系統(tǒng)而言，一個神經元的感受野可定義為視網膜某個特定區(qū)域，在該區(qū)域上的信號可以各種不同的方式影響該神經元的活動。在一定的時間內，同一個神經節(jié)細胞感受野上的光感受器將各自的視覺信號都傳遞給該神經節(jié)細胞，參與同一個視覺閾值形成。即該神經節(jié)細胞能將其感受野上不同空間上各點的信號進行總會后傳遞，這種年齡即稱為空間總合。研究者發(fā)現有以下幾個規(guī)律：第19頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（一）Ricco法則當刺激時間不變，光斑的刺激范圍以黃斑中心凹為中心，其強度與刺激面積有下列關系：A×I=C其中，A為刺激范圍，I為刺激強度，C為視覺閾值。在一定的臨界范圍內，引起一個視覺閾值的刺激光總量是恒定的，刺激強度的變化可由刺激范圍的大小得到補償，這一規(guī)律稱為Ricco法則。換句話說，如果刺激強度下降，我們可以通過刺激范圍的增大而得到同樣的視覺閾值，反之亦然。第20頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（二）Piper法則當刺激時間不變，在黃斑以外，10°-24°視角時，刺激強度與刺激范圍有下列關系：S1/2×I=C其中，A為刺激范圍，I為刺激強度，C為視覺閾值。在10°-24°視角范圍內，如果刺激強度下降，我們要進一步增大刺激范圍而得到同樣的視覺閾值，反之亦然。第21頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)視覺的視覺分辨一、時間調制對比度視覺系統(tǒng)有時需要辨別在時間上變化的刺激，很多光源會產生閃爍刺激光，如陰極射電管、電視機等。當閃爍光的光強度在時間上逐漸變化，呈正弦分布時間正弦波刺激光（圖7-6），明暗光強在時間上呈瞬時變化為方波刺激光。在空間上與前者對應的光強度呈正弦變化為空間正弦波，如空間對比敏感度檢查時所用的光柵；與后者對應的是常規(guī)視力表的方波視標。第22頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三1.時間調制對比度與空間調制對比度相仿，是指閃爍光和背景的光強相比，是在時間上變化的光強對比度，可用公式表示：C=(Lmax-Lmin)/(Lmax+Lmin)公式中，C代表時間調制對比度，Lmax代表時間上分布的最高光強度，Lmin代表時間上分布的最低光強度。時間調制對比度等于時間正弦波最高光強度與最低光強度的差值和最高光強度與最低光強度之和的比值。C值越大，對比度越大，越容易被發(fā)現在閃爍。第23頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三低空間調制對比度閾值的光柵看起來像均勻的灰面，沒有明暗的區(qū)別，只有增高對比度后才能分辨存在黑白光柵；而低時間調制對比度的閃爍刺激看起來是穩(wěn)定光，只有增高對比度才能分辨出其在閃爍。第24頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2.時間頻率指在單位時間內光閃爍的次數。一般以1秒內閃爍的次數來表示，單位為1Hz。50Hz表示在1秒內完成了50次最亮到最暗的過程，頻率越高，閃爍變化越快。3.閃爍融合頻率當閃爍刺激光的頻率增快或減慢至某一值時，閃爍光可產生穩(wěn)定光的感覺，不能被分辨出閃爍。閃爍光從較低頻率加快到高頻而產生穩(wěn)定光感覺的最低頻率，或從較快頻率減慢到低頻而產生穩(wěn)定光感覺的最高頻率均可被稱為閃爍融合頻率或臨界融合頻率（criticalfusionfrequency,CFF）。第25頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三4.Talbot-Plateau法則當閃爍光的閃爍頻率超過正常眼的閃爍融合頻率時，該閃爍光給人的亮度感等于與其時間平均亮度等亮的穩(wěn)定光。5.時間對比度閾值指在一定時間頻率時，分辨閃爍光在閃爍的所需最低時間調制對比度。時間對比度閾值的倒數是視覺對比敏感度，通常用相對敏感度來表示，而空間對比敏感度通常簡稱為對比敏感度。第26頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三二、時間對比敏感度曲線對一個被檢者，在不同的時間頻率，其視覺系統(tǒng)有對應的相對敏感度。以閃爍光的時間頻率為橫坐標，其各時間頻率對應的相對敏感度為縱坐標，可以得到圖7-7的曲線，即為時間對比敏感度曲線。曲線呈鐘形，相對敏感度在中頻段最高，即人眼最敏感的閃爍頻率為10Hz，對于這個頻率，對比度小于3%就能被覺察出閃爍，低頻段和高頻段相對敏感度均有所下降。第27頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三三、閃爍融合頻率通常用的閃爍融合頻率指在一定的時間調制對比度下，隨著閃爍頻率的增加，一個閃爍光給人的主觀感覺從閃爍變?yōu)榉€(wěn)定的臨界的臨界頻率。正常人眼的閃爍融合刺激為60Hz或更高。第28頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三（一）影響閃爍融合頻率的主要因素1.背景光強度隨著背景光強度的增加，在低頻段，相對敏感度略有升高但并不明顯；而在高頻段，相對敏感度的升高非常顯著。有些患者的閃爍融合頻率較高，對閃爍光比較敏感，正常人看起來是“穩(wěn)定”的閃爍光，他們可以發(fā)現在閃爍，因此在特定的環(huán)境下會出現視疲勞和不適。第29頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三2.受檢的視網膜部位如果刺激光局限于中心凹，僅刺激視錐細胞，那么被檢者的閃爍融合頻率隨亮度而逐漸增高。在很大的照度范圍內（0.5-1000托蘭），閃爍融合頻率與亮度的關系遵循費瑞-帕特法則：CFF=aLgI+ba和b為常數，I為亮度，即閃爍融合頻率和亮度的對數成正比，當亮度很高時，該法則不再適用。第30頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三3.刺激光斑的大小刺激光斑的大小與閃爍融合頻率的關系遵循Granit-Harper法則：閃爍融合頻率與刺激面積的對數成正比。在適當的光強度范圍內，中心在中心凹的刺激光斑，當其直徑在50°以內時，該法則均適用。第31頁，講稿共37頁，2023年5月2日，星期三4.光的波長根據光譜敏感曲線，能量相同而波長不同的光，對視桿細胞、視錐細胞的刺激效應不同，產生的亮度也不一致。因此，按照費瑞-帕特法則，不同的亮度會有不同的閃爍融合頻率，所以能量相同而波長不同的光，也會產生不同的閃爍融合頻率。在明視狀態(tài)下，不同波長光經過亮度匹配，可產生相同的閃爍融合頻率。而在暗視狀態(tài)下，原明視下的亮度匹配關系不再有效，需經過重新亮度匹配，才能得到相同的融合頻率。第32頁，講稿共37頁