應(yīng)用光學(xué)簡(jiǎn)明教程 課件【ch12】眼睛

應(yīng)用光學(xué)簡(jiǎn)明教程光電&儀器類(lèi)專(zhuān)業(yè)教材眼睛第十二章眼睛構(gòu)造和標(biāo)準(zhǔn)眼01一、眼睛構(gòu)造和標(biāo)準(zhǔn)眼眼睛的構(gòu)造01人的眼睛本身相當(dāng)于一個(gè)光學(xué)成像儀器，外表大體為球形，直徑約25mm。它的內(nèi)部構(gòu)造如圖12.1所示。通常的光學(xué)系統(tǒng)的折射面可以認(rèn)為是近于理想的球面，而人眼光學(xué)系統(tǒng)的折射面不是理想的球面，有諸多的缺陷，因此眼睛的像差有諸多不同于通常光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)。眼睛的結(jié)構(gòu)主要包括：一、眼睛構(gòu)造和標(biāo)準(zhǔn)眼標(biāo)準(zhǔn)眼02眼睛作為一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，由專(zhuān)門(mén)儀器測(cè)出有關(guān)參數(shù)。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，定出眼睛的各光學(xué)常數(shù)，滿(mǎn)足這些光學(xué)常數(shù)的眼模型稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)眼。標(biāo)準(zhǔn)眼設(shè)計(jì)的目的是建立眼球光學(xué)系統(tǒng)研究的模擬人眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)，由于所針對(duì)的研究領(lǐng)域上的差異，不同的標(biāo)準(zhǔn)眼所簡(jiǎn)略部分有所不同。眼睛的調(diào)節(jié)和聚散02二、眼睛的調(diào)節(jié)和聚散眼睛的調(diào)節(jié)01為使不同距離的物體都能在視網(wǎng)膜上成清晰的像，隨著物體距離的改變，相應(yīng)地改變眼睛中晶狀體的折光度。這種過(guò)程稱(chēng)為眼睛的調(diào)節(jié)。眼睛所能看清楚的最近的點(diǎn)稱(chēng)為近點(diǎn)。正常人眼處在沒(méi)有調(diào)節(jié)的自然狀態(tài)時(shí)，無(wú)限遠(yuǎn)物體正好成像在視網(wǎng)膜上，即眼睛的像方焦點(diǎn)正好與視網(wǎng)膜重合。眼睛觀(guān)察無(wú)限遠(yuǎn)物體時(shí)通常不出現(xiàn)眼疲勞。晶狀體的前表面曲率半徑隨調(diào)節(jié)刺激的變化，其中調(diào)節(jié)刺激以折光度D表示。二、眼睛的調(diào)節(jié)和聚散眼睛的調(diào)節(jié)01以p表示近點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)的距離，以r表示遠(yuǎn)點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)的距離，其倒數(shù)為分別是近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)發(fā)散度(或會(huì)聚度)的折光度數(shù)，其差以字母

表示，即就是眼睛的調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力。近點(diǎn)距離和遠(yuǎn)點(diǎn)距離是隨年齡而變化的。隨著年齡的增大，肌肉調(diào)節(jié)能力衰退，近點(diǎn)逐漸變遠(yuǎn)，而且調(diào)節(jié)范圍變小。二、眼睛的調(diào)節(jié)和聚散眼睛的聚散02眼睛除了有調(diào)節(jié)能力外，還有雙眼聚散功能。如圖12.2所示，聚散是指雙眼視軸相互向內(nèi)或向外的協(xié)同運(yùn)動(dòng)的能力，目的是使被注視目標(biāo)處于雙眼視軸交點(diǎn)處。當(dāng)物體從遠(yuǎn)處慢慢移近，兩眼能保持集合的最近點(diǎn)，稱(chēng)為集合近點(diǎn)。二、眼睛的調(diào)節(jié)和聚散眼睛的聚散02集合的計(jì)量單位是以視軸和雙眼間的中線(xiàn)相交之角表示的，稱(chēng)為集合角N。常用測(cè)量單位有兩種：米角和棱鏡度。棱鏡度(△)單位：1△為光線(xiàn)通過(guò)1m遠(yuǎn)的距離產(chǎn)生1cm的垂直偏離。當(dāng)注視雙眼中線(xiàn)前0.5m的物點(diǎn)時(shí)，則每只眼向內(nèi)轉(zhuǎn)6△，雙眼集合為12△。米角和棱鏡度的換算為雙眼調(diào)節(jié)與集合是互相協(xié)同聯(lián)合運(yùn)動(dòng)的，視近物時(shí)，調(diào)節(jié)增加，雙眼眼軸內(nèi)聚。眼睛的視角分辨率03三、眼睛的視角分辨率眼睛剛能分清的兩物點(diǎn)在視網(wǎng)膜上成像之間的距離稱(chēng)為眼睛的分辨率。眼睛分辨率主要由視神經(jīng)細(xì)胞的尺寸決定的奈奎斯特極限(Nyquistlimitation，一個(gè)圖像傳感器能分辨的最高空間頻率等于其空間采樣頻率的一半，該頻率就稱(chēng)為奈奎斯特極限頻率)、由光瞳直徑?jīng)Q定的衍射極限及眼睛光學(xué)系統(tǒng)及其像差三者決定。根據(jù)視網(wǎng)膜上理想像高的計(jì)算公式三、眼睛的視角分辨率眼睛的缺陷與校正04四、眼睛的缺陷與校正近視可分為折光性近視和軸性近視。前者是由于角膜或晶狀體曲率過(guò)大，折光能力超出正常值，而眼軸長(zhǎng)度在正常范圍內(nèi)；后者是由于角膜和晶狀體曲率在正常范圍內(nèi)，但是眼軸長(zhǎng)度超出正常值。由于近視眼的像方焦點(diǎn)位于視網(wǎng)膜的前方，視網(wǎng)膜上不能獲得無(wú)限遠(yuǎn)物體清晰的像，只能看清一定距離以?xún)?nèi)的物體。眼睛能看清的最遠(yuǎn)的距離稱(chēng)為遠(yuǎn)點(diǎn)。正常人眼遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)，近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)卻在有限遠(yuǎn)處。1.近視四、眼睛的缺陷與校正2.遠(yuǎn)視遠(yuǎn)視也可分為折光性遠(yuǎn)視和軸性遠(yuǎn)視。前者是由于眼的折光能力下降，如扁平角膜，而眼軸長(zhǎng)度在正常范圍內(nèi)；后者是由于眼軸長(zhǎng)度偏短，而角膜和晶狀體的曲率在正常范圍內(nèi)。遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)點(diǎn)為一虛像點(diǎn)，位于網(wǎng)膜之后。為矯正遠(yuǎn)視，可以在眼睛前面加一個(gè)凸透鏡。凸透鏡的像方焦點(diǎn)和遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)相一致，這樣無(wú)限遠(yuǎn)的物體通過(guò)凸透鏡以后，正好成像在眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)上，再通過(guò)眼睛成像在視網(wǎng)膜上，此時(shí)與正視眼一樣，遠(yuǎn)視眼的視網(wǎng)膜與無(wú)限遠(yuǎn)處互為共軛關(guān)系。四、眼睛的缺陷與校正由于眼睛結(jié)構(gòu)上的其他缺陷，如晶狀體位置不正，角膜和晶狀體等各折射面的曲率不對(duì)稱(chēng)，都會(huì)造成散光。散光分為規(guī)則散光和不規(guī)則散光。矯正散光可采用柱面透鏡、球柱透鏡和環(huán)曲面透鏡。如果散光眼的兩條主截線(xiàn)中的一條不需要矯正，則可使用柱面透鏡。但是多數(shù)散光眼是兩條主截線(xiàn)都需要矯正的，此時(shí)可用球柱面透鏡。將透鏡的一面制成球面，另一面制成柱面，就得到了一個(gè)球柱面透鏡。3.散光雙目立體視覺(jué)05五、雙目立體視覺(jué)對(duì)物體遠(yuǎn)近的估計(jì)是空間深度感覺(jué)。對(duì)物體空間位置分布以及對(duì)物體體積的感覺(jué)，即為立體視覺(jué)。單眼觀(guān)察時(shí)，對(duì)物體的距離和大小的估計(jì)極為粗略。形成單一的印象是有一定條件的，可以用下述實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明。若在雙眼連線(xiàn)的垂直平面上一前一后放兩根針，當(dāng)兩眼注視其中一根針時(shí)，就會(huì)感到另一根針在兩只眼中各有一個(gè)像，見(jiàn)圖12.6(a)。雙目視覺(jué)特征01五、雙目立體視覺(jué)雙目空間視覺(jué)02如圖12.8所示，兩眼節(jié)點(diǎn)O1和O2的連接線(xiàn)稱(chēng)為視覺(jué)基線(xiàn)，以b表示。注視點(diǎn)為A，即兩眼視軸通過(guò)點(diǎn)A；∠O1AO2稱(chēng)為立體視差角，以θA表示。以L(fǎng)表示點(diǎn)A到基線(xiàn)O1O2的距離，則有一般情況下把人眼體視銳度定為1.基線(xiàn)和體視銳度五、雙目立體視覺(jué)雙目空間視覺(jué)02此Lm值稱(chēng)為體視半徑。觀(guān)察者用雙眼能分辨空間兩點(diǎn)間的最短空間深度距離以△L表示，稱(chēng)為“立體視覺(jué)閾值”，當(dāng)定位點(diǎn)在不同距離處，即L取值不同時(shí)，立體視覺(jué)閾值有不同數(shù)值。2.體視半徑和立體視覺(jué)閾值體視測(cè)距原理06六、體視測(cè)距原理體視測(cè)距原理概述01六、體視測(cè)距原理體視測(cè)距原理概述01六、體視測(cè)距原理體視測(cè)距原理概述01六、體視測(cè)距原理體視光學(xué)系統(tǒng)02雙眼儀器的立體視覺(jué)閾值公式：為了使人眼能夠形成良好的體視感覺(jué)，雙眼儀器左右兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)必須滿(mǎn)足：雙眼儀器的光軸要平行；兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的視放大率應(yīng)該一致；兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)之間不應(yīng)