人眼特征2014年10月10日人眼構(gòu)造與成像原理人眼是人身體中最重要的感覺(jué)器官，人獲取的信息90%以上通過(guò)眼睛來(lái)獲取。人眼的構(gòu)造決定了人眼成像的原理，同時(shí)決定了人眼的特性。人眼相當(dāng)于一架攝像機(jī)或照相機(jī)，但在構(gòu)造方面有別于攝像機(jī)和照相機(jī)。人眼的成像系統(tǒng)是由角膜、晶狀體、前房、后房和玻璃體組成。視網(wǎng)膜——是接近黑的深紅色，反光很弱，其上面布滿感光細(xì)胞。正對(duì)眼球中心有一個(gè)直徑約為2mm的黃色區(qū)域，稱為黃斑，黃斑中心有一小凹，稱為中央凹，面積為1平方毫米。視網(wǎng)膜上面有兩種感光細(xì)胞，一種叫做視錐細(xì)胞，另一種叫做視桿細(xì)胞。視錐細(xì)胞是像一個(gè)玉米的錐形，尖向外，只對(duì)較強(qiáng)的光敏感，至少有分別感覺(jué)紅、藍(lán)、綠三種顏色的視錐細(xì)胞存在，因此能夠感知顏色。視桿細(xì)胞只有一種，因此沒(méi)有顏色感覺(jué)，但靈敏度非常高，可以看到非常暗的物體。視錐細(xì)胞在黃斑里面非常集中，尤其是在中央凹里面最為集中，是產(chǎn)生最清晰視覺(jué)的地方。視桿細(xì)胞恰好在黃斑里面最少，除此之外分布的比較均勻，距離中心10~20度的范圍內(nèi)相對(duì)集中些。在比較暗的情況下，視錐細(xì)胞就不再起作用了，只能是分布廣而相對(duì)稀疏的視桿細(xì)胞起作用，一次人眼的分辨能力大大下降。中心黃斑部分視力下降到0.05，反而不如黃斑以外，非黃斑區(qū)域視力基本不變，最好視力在黃斑附近，大約偏離中心15度左右，為0.1，這時(shí)的視力，稱為暗視覺(jué)。但由于視桿細(xì)胞只有一種，因此是分辨不出物體顏色的，因此我們觀察星云時(shí)，看不出顏色。色彩三要素色彩三要素分別是色相、純度、明度人眼看到的任一彩色光都是這三個(gè)特性的綜合效果，這三個(gè)特性即是色彩的三要素，其中色調(diào)與光波的波長(zhǎng)有直接關(guān)系，亮度和飽和度與光波的幅度有關(guān)。色彩是由于物體上的物理性的光反射到人眼視神經(jīng)上所產(chǎn)生的感覺(jué)。色的不同是由光的波長(zhǎng)的長(zhǎng)短差別所決定的。作為色相，指的是這些不同波長(zhǎng)的色的情況。波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是紅色，最短的是紫色。把紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫和處在它們各自之間的紅橙、黃橙、黃綠、藍(lán)綠、藍(lán)紫、紅紫這6種中間色——共計(jì)12種色作為色相環(huán)。在色相環(huán)上排列的色是純度高的色，被稱為純色。這些色在環(huán)上的位置是根據(jù)視覺(jué)和感覺(jué)的相等間隔來(lái)進(jìn)行安排的。用類似這樣的方法還可以再分出差別細(xì)微的多種色來(lái)。在色相環(huán)上，與環(huán)中心對(duì)稱，并在180度的位置兩端的色被稱為互補(bǔ)色。2.分辨本領(lǐng)通常所說(shuō)的視力，是指在明環(huán)境下，注視點(diǎn)的視力，也叫中心視力。注視點(diǎn)對(duì)應(yīng)人眼的黃斑，是人眼視覺(jué)細(xì)胞最集中的地方，因此也是視力最好的地方。偏離中心2度的角度，則視力下降一半，偏離中心10度，則下降為視力的十分之一。這是因?yàn)?，?duì)于明亮物體，主要是視錐細(xì)胞在起作用，而視錐細(xì)胞主要集中在大約半徑為3度的黃斑里面，外邊分布比較稀少，因此分辨本領(lǐng)不加，在偏離中心20度的角度時(shí)，視力還不到0.1。3、視覺(jué)角度

人的眼同時(shí)可以看到前方物體的角度，稱為視角。從小到大排列，共有：

A、單眼視角。一只眼睛，看正前方，眼球不可轉(zhuǎn)動(dòng)，頭向前方不可動(dòng)。則（以右眼為例）上面可見(jiàn)50度，下面70度，左邊60度，右邊100度。

B、同上，但頭可以動(dòng)。這樣，可以比較完整的表現(xiàn)眼球的視覺(jué)范圍而把眼框、鼻子的遮擋去掉。其結(jié)果是，上面可見(jiàn)55度，下面75度，左邊60度，右邊100度。奇怪的是，左右角度沒(méi)有變化。

C、同A但為雙眼視角。則上下角度一樣（共120度），左右分別為100度（共200度）。

D、同B但為雙眼視角。則上下角度一樣（共130度），左右分別為100度（共200度）。

E、單眼視角，眼球可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但頭不可動(dòng)。則（以右眼為例）上面可見(jiàn)70度，下面80度，左邊65度，右邊115度。

F、雙眼視角。同上但為雙眼，則上下一樣（共150度），左右分別為115度（共230度）。

G、注視視角。雙眼，頭不可動(dòng)，眼球可以轉(zhuǎn)動(dòng)，視覺(jué)中心可以到達(dá)的范圍。上面40度，下面50度，左右各55度

視力與亮度的關(guān)系尼特由上圖可以看出，視力隨著被觀測(cè)物體的亮度變化是非常顯著的。在一般情況下，視力隨著亮度的增加而提高。從上圖可以看出，亮度到3000尼特是，視力都在隨著亮度而上升。而且，從0.1到300尼特的亮度范圍內(nèi)，視力與亮度的對(duì)數(shù)成正比，這就是我們?cè)诳茨羌?xì)小的物體時(shí)要多窗前看的道理。也就是說(shuō)，晚間看書寫字是，保持一定的照明是非常必要的，避免由于亮度降低而引起視力的下降，進(jìn)而必須把書本移近眼睛才能看清楚，這樣時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)導(dǎo)致近視。由上圖可以看出，在0,01尼特以下的亮度，人眼視力將變得很差。

人的眼睛能夠適應(yīng)的最高亮度，大約為3000尼特。這個(gè)數(shù)值，是與白天天空的亮度以及陽(yáng)光下比較深色物體的亮度（如土地、植物）是相符合的，也是人類在地球上生存所必須的。超過(guò)這個(gè)亮度，人眼就無(wú)所適從，長(zhǎng)時(shí)間暴露在高亮度的環(huán)境下會(huì)對(duì)眼睛造成傷害。例如，登山運(yùn)動(dòng)員在有雪的高山上一定要帶上深色眼鏡，否則高海拔太陽(yáng)本來(lái)就非常強(qiáng)烈，再加上白雪的反射，會(huì)使人很快患上雪盲。本來(lái)地球地面的反光是比較弱的，無(wú)論是原始的黑土地，還是綠色植物，但現(xiàn)在在城市里的很多人造物體往往違反這個(gè)規(guī)律，例如大面積的淺色的地磚、明亮的建筑物玻璃幕墻。因此，夏天長(zhǎng)時(shí)間戶外活動(dòng)也應(yīng)準(zhǔn)備一副墨鏡，以便保護(hù)自己的眼睛，不受強(qiáng)光的刺激，以便在夜晚觀測(cè)時(shí)保持高度的靈敏。光譜光效率函數(shù)1．等能光譜：一個(gè)光譜上各個(gè)波長(zhǎng)的單色光輻射能量是相等的。明視覺(jué)曲線[V(λ)]：明視覺(jué)的等能光譜相對(duì)明度曲線的簡(jiǎn)稱。暗視覺(jué)曲線[V’(λ)]：暗視覺(jué)等能光譜相對(duì)明度曲線V(λ)和V’(λ)的相對(duì)值代表等能光譜波長(zhǎng)為λ的單色光輻射引起的明亮感覺(jué)的程度。2．光譜光效率：代表等能光譜波長(zhǎng)為λ的單色光輻射引起的明亮感覺(jué)的程度。光譜光效率函數(shù)V(λ)和V’(λ)隨波長(zhǎng)變化的函數(shù)，也稱為“視見(jiàn)函數(shù)”明視覺(jué)與暗視覺(jué)的光譜光效率曲線人眼視覺(jué)延遲視覺(jué)并非是一瞬間的事情，人眼睛的視覺(jué)暫留約為每秒16-24次左右，因此只要以每秒30次或更短的時(shí)間間隔來(lái)更新屏幕畫面，就可以騙過(guò)人的眼睛，讓我們以為畫面沒(méi)有變過(guò)。雖然如此，實(shí)際上每秒30次的屏幕刷新率所產(chǎn)生的閃爍現(xiàn)象我們的眼睛仍然能夠察覺(jué)從而產(chǎn)生疲勞的感覺(jué)。所以屏幕的場(chǎng)頻越高，畫面越穩(wěn)定，使用者越感覺(jué)舒適。

一般屏幕刷新率場(chǎng)頻在每秒75次以上人眼就完全覺(jué)察不到了，所以建議場(chǎng)頻設(shè)定在75Hz-85Hz之間，這足以滿足一般使用者的需求了。為了清楚的看見(jiàn)物體，需要有一定的時(shí)間。與相機(jī)一樣，如果露光時(shí)間不夠，則視力下降。一般來(lái)講，越亮的物體，就可以曝光時(shí)間越短。5尼特亮度的物體，至少需要1/10秒才能達(dá)到1.0的視力，曝光1/25秒只能達(dá)到一半的視力，而1/50的曝光視力只有0.1。對(duì)于暗物體，一般需要成反比的加大曝光時(shí)間才能夠分辨。視力與明暗適應(yīng)的關(guān)系我們都有過(guò)從亮處突然進(jìn)入暗處而看不到任何東西的經(jīng)歷（例如，電影已經(jīng)開演后才進(jìn)入電影院內(nèi)）。這說(shuō)明，人眼需要一定的時(shí)間的暗適應(yīng)后才能看清暗物體，稱為暗適應(yīng)。人眼的暗適應(yīng)分三種，一個(gè)是瞳孔放大，是個(gè)相對(duì)比較的反映。從2mm放大到5mm很快，但進(jìn)一步散大需要長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間。第二是視錐細(xì)胞的適應(yīng)，中等速度，需要在5分鐘的時(shí)間才能達(dá)到大約0.1尼特的感覺(jué)下限。最后是視桿細(xì)胞的適應(yīng)，速度最慢，需要長(zhǎng)達(dá)25分鐘才能達(dá)到或接近30微尼特的感覺(jué)下限。

另一方面，是從暗處到達(dá)亮處的明適應(yīng)。盡管人眼感覺(jué)不舒服，但會(huì)在很快的時(shí)間（1分種之內(nèi)）恢復(fù)原來(lái)的不靈敏狀態(tài)。但是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期（幾天）不見(jiàn)光的環(huán)境后，人眼高度靈敏，直接突然暴露在強(qiáng)光下會(huì)造成永久性傷害。因此，從無(wú)光的山洞里走出來(lái)的人，需要逐步見(jiàn)光才可以，否則將造成眼睛永久性傷害。

色彩感覺(jué)與亮度的關(guān)系

由于人眼對(duì)色彩的感覺(jué)要依賴與三鐘分別感知藍(lán)、綠、紅色光的視錐細(xì)胞，而視錐細(xì)胞的靈敏度比較低，因此造成人眼在低亮度物體下失去顏色感覺(jué)的先天缺陷。在1尼特以上，人眼可以容易的辨認(rèn)顏色，而亮度下降到0.1尼特時(shí)，已經(jīng)接近視錐細(xì)胞的最低靈敏度，開始對(duì)亮度失去感覺(jué)，下降到0.01尼特時(shí)，主要是對(duì)顏色沒(méi)有感覺(jué)的單色桿狀細(xì)胞在起感覺(jué)作用，就基本上沒(méi)有顏色感覺(jué)了。對(duì)人眼容易產(chǎn)生的誤差

認(rèn)為人眼是個(gè)理想的光學(xué)系統(tǒng)人眼的光學(xué)系統(tǒng)其實(shí)很簡(jiǎn)單，并非是理想系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

A、色差。人眼是有色差的。之所以很難辨別出色差，是因?yàn)?/p>

a)人眼焦距小，因此色差相對(duì)小；

b)人眼相對(duì)光圈小，尤其是高亮度的情況下，因此色差難于觀察出來(lái)；