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奥林巴斯显微镜:人类视觉对颜色的感知

2013-10-16  发布者:admin 

人类立体视觉是一个非常复杂的过程,是不能完全理解,尽管数百多年的紧张学习和建模。视觉涉及几乎同时通过网络的神经元,受体,和其他专门细胞相互作用的两只眼睛和大脑。在这种感官过程的第一个步骤是在眼睛的光受体的刺激,光刺激或图像转换成信号,包含从每只眼睛的视觉信息通过视神经向大脑传输电信号此信息的处理分几个阶段进行,最终到达大脑视觉皮质

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人类的眼睛是配备的各种光学元件,包括角膜,虹膜,瞳孔,水和玻璃体液,一个可变聚焦透镜,和视网膜(图1中所示)。这些元素共同工作以形成图像的对象落入该字段为每只眼睛的视图。当一个对象被观察到的,它首先集中通过凸状角膜和透镜元件,形成一个倒置的图像的视网膜的表面上的多层膜,包含数以百万计的光敏感的细胞。为了到达视网膜,角膜聚焦光线必须依次遍历房水前房中,晶状体,凝胶状玻璃体,视网膜血管和神经元的层才到达感光外锥和视杆细胞的分类。这些照片的感觉细胞检测图像,并把它翻译成一系列的电信号传输到大脑。

尽管有一些误解,由于广泛的术语用于描述眼睛的解剖学,它是角膜,而不是镜头,这是负责的总的屈光力的眼睛的主要部分。流畅,清晰如玻璃,灵活和耐用塑料,外墙的眼球前,强烈弯曲,透明部分使图像形成的光线通过内部。角膜也提供了一个物理屏障,保护眼睛防护罩的内侧的眼睛从微生物,灰尘,纤维,化学,和其它有害物质。虽然薄得多的宽度比的晶状体,角膜提供眼睛的折射光焦度的65%左右。大部分的电源光线弯曲驻留的角膜的中心附近,这是比组织的外周部的圆,窄。

窗口,控制光线进入眼睛,良好的视力角膜(图2)是必不可少的,也作为紫外线过滤器。在角膜中删除一些最具破坏性的紫外线的波长存在于太阳光,从而进一步保护高度易感的视网膜和结晶损坏镜头。如果角膜弯曲太多,在近视的情况下,远处的物体会出现模糊的图像,由于不完善的光线折射到视网膜。在一个条件被称为散光,角膜导致不平等的折射,产生失真的图像投射到视网膜的缺陷或违规行为。

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不像大多数的身体组织,角膜不包含血管的营养以保障其免受感染。即使是最小的毛细血管会妨碍精确的折射过程。角膜接收其营养眼泪和房水,填充商会背后的结构。外的角膜上皮细胞层是挤满了成千上万的小神经末梢,使角膜疼痛极为敏感,当刮擦。它包括大约10%的组织的厚度,上皮细胞层的角膜阻止异物进入眼内,同时提供了一个平滑的表面的氧和营养物质的吸收。角膜的中心层,称为基质,包括约90%的组织,并包括一个水饱和的纤维状蛋白质网络,提供的强度,弹性,和形式的支持上皮。滋养细胞完成剩余的基质层。由于基质会吸收水,内皮组织的首要任务是从基质泵多余的水。没有这个抽水行动,基质与水膨胀,变得朦朦胧胧,并最终把角膜不透明,渲染眼睛瞎。

晶状体透明度的部分或完全丧失,或它的日本,在一个共同的条件称为白内障的结果白内障是全球失明的首要原因,并代表在美国视觉障碍的一个重要原因。发展成人白内障与正常老化,日光曝晒,吸烟,营养差,眼外伤,全身性疾病,如糖 ​​尿病和青光眼,一些药品,包括类固醇和不良的副作用。在早期阶段,个别患有白内障的感知世界,模糊或失焦。清晰的视野,防止到达视网膜的光的量减少,并通过混浊的图像(通过X射线衍射和光散射),就像个人雾或雾度(参见图3)通过观察环境。去除白内障手术过程中的不透明的镜头,随后更换塑料透镜(人工晶体植入),结果往往无关的条件,如近视或远视的矫正视力。

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的视网膜的功能是相似的数字图像传感器(例如电荷耦合器件(CCD))的一个模拟-数字转换器,在现代的数码相机系统“的组合。图像拍摄的眼睛,被称为视锥细胞受体连接的视神经束的纤维通过一系列协调的信号传输到大脑的特殊细胞。允许进入每只眼睛的光量控制光圈,在低光照水平敞开和关闭,以保护瞳孔圆形膜片(光圈)和视网膜照明在非常高的水平。

的瞳孔的直径(位于前面的晶状体)作为照明的变化,反射性地约2至8毫米,调节到达视网膜的光的量之间的大小而变化。当照明很亮,瞳孔缩小和折光元素的外围部分被排除从光学通路。其结果是,较少的畸变所遇到的图像形成的光线,并在视网膜上的图像变得更清晰。一个非常狭窄的学生(约2毫米)产生衍射文物,传播形象在视网膜上的一个点源。

在大脑中,从每只眼睛交叉从两个视网膜旅客在平行路径相关的视觉信息,有点像一个时基校正发生器的功能在数字磁带录像机视交叉视神经神经纤维视觉信息从那里,每一半的大脑后下部分位于两个视皮层通过光纤辐射的信号被分配丘脑膝形的外侧膝状核通过视束行进在皮质的下层,从每只眼睛的信息保持为柱状的眼优势条纹作为视觉信号传送给上层的皮质,从两只眼睛的信息合并,形成双眼单视。异常眼科疾病,如phorias(失调)的目光,包括斜视(更好地称为交叉眼),立体视觉是个人的轴承和深度知觉,被打乱。在眼科手术的情况下,是不值得的,棱形透镜安装在眼镜可以纠正这些异常。中断双眼融合的原因可能是头部或产伤,神经肌肉疾病或先天性缺陷。

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位于中心凹视网膜中心附近的区域中,并放置在沿光轴的每只眼睛。也称为“黄点”,中心凹是小(小于1平方毫米),但非常专业的。这些地区独家包含高密度,排列紧密的视锥细胞(大于200,000视锥细胞在成人体内的每平方毫米;见图4)。中心凹是该地区最锐利的视力,并产生最大分辨率为空间(空间分辨率),对比度和色彩。每只眼睛中填充了约700万个视锥细胞,这是非常薄的(直径为3微米)和细长。视锥细胞的密度减小的黄斑中心凹视锥细胞的视杆细胞的比例逐渐增加(图4)的外面。在视网膜的周边,这两种类型的光受体的总数大幅减少,在视网膜的边界的视觉灵敏度造成巨大的损失。这是偏移由人类不断扫描中的对象的视场(由于非自愿的快速眼球运动),导致在感知的图像均匀尖锐。事实上,当图像被防止相对移动到视网膜(经由光学的固定装置),眼睛不再检测在几秒钟后的图像。

感受器的视网膜中的外段的配置的部分确定在眼睛的不同区域的分辨率的极限了。为了解决以下刺激的感光体的图像,一排,必须插入的两行之间的高度刺激的光感受器。否则,它是不可能区分刺激是否源于两个紧密间隔的图像,或从一个单一的图像,跨越两个受体行。在中心凹锥,具有分离约3至4微米的光刺激,在视网膜上的强度应该产生一个组解析的范围在1.5和2微米之间的中心到中心的间距。为了便于参考,在视网膜上形成的衍射图案的第一最小值的半径大约是4.6微米,550纳米的光的光瞳直径为2毫米。因此,安排在视网膜上的感官元素将确定的眼睛的极限分辨率。另一个因素,被称为视力(眼检测小物体的能力和解决他们的分离),随许多参数,包括一词的定义和测量方法,其中视力。在视网膜上,视力通常是最高的,跨度为约1.4度的视场的中心凹。

杆和视锥细胞和它们在视网膜内的神经元的连接的空间排列,如图5所示。仅包含感光色素视紫红质视杆细胞,有一个峰值灵敏度至蓝绿色的光(波长约500纳米),尽管它们显示在整个可见光谱范围广泛的响应。它们是最常见的视觉感受细胞,每只眼睛含有约125-130万个视杆细胞。视杆细胞的光的灵敏度大约是1000倍的视锥细胞。然而,单独棒刺激所产生的图像相对锐化和密闭色调的灰色,黑色和白色的软聚焦摄影图像中发现的类似。杆的愿景是通常被称为暗光黄昏的眼光,因为在低光照条件下,形状和物体的相对亮度可以区分,但不是他们的颜色。暗适应这种机制能够通过广泛的脊椎动物中的形状和运动的潜在猎物和捕食者的检测。

人的视觉系统响应是对数,不是线性的,导致在感知的能力令人难以置信的亮度范围超过10十年动态范围interscene )。在光天化日之下,人类可以可视化对象从太阳刺目的光芒,同时在夜间大型对象可以被检测到时,星光月亮是暗。阈值的敏感性,人的眼睛可以检测约100-150光子进入瞳孔的蓝绿光(500纳米)的存在。对于上七十年的亮度,白昼视觉占主导地位,它是视网膜视锥细胞主要负责光感受。相比之下,亮度较低的四十年,被称为暗光视力,控制杆细胞。

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适应的眼睛,使视觉功能在这种极端的亮度。然而,在适应发生之前的时间的时间间隔,个人可以感知的亮度的范围内,覆盖大约只有三十年。有多个机制负责眼的能力,以适应高亮度水平范围内。的适应可以发生在几秒钟内(由初始瞳孔反应),或可能需要几分钟(暗适应),取决于亮度变化。全锥形灵敏度达到约5分钟,而需要约30分钟,以适应从温和的明视灵敏度充分的灵敏度暗视杆细胞产生的。

当充分地适应光,人眼具有从约400至700纳米的波长响应,在555纳米(在可见光光谱中的绿色区域)的最高灵敏度。适应黑暗的眼睛到一个较低的380和650纳米之间的波长范围内,发生高峰在507纳米。这些波长对于既视和暗视的眼光,不是绝对的,但随光线的强弱。通过眼睛的光的透射波长更短的逐渐降低。在蓝绿色区域(500纳米),只有约50%的光线进入眼内到达视网膜上的图像的点。在400纳米,这个值被减少到不足10%,即使是在一个年轻的眼睛。元素在晶状体的光散射和吸收,有助于进一步在遥远的蓝色的灵敏度损失。

锥包括三个类型的细胞,每一个“调整”,以不同的波长响应的最大集中在任430,535,或590纳米。个别的最大值的基础是利用三个不同的光合色素,每一个的特性的可见光吸收谱。光合色素改变其构象时,光子被检测到,使它们反应的转导,启动一个级联的视觉事件。转导素是一种蛋白质,它驻留在视网膜上,能够有效地将光能转换成一个电信号。视锥细胞的人口远远小于视杆细胞,每只眼睛含有在5和7之间百万这些颜色受体。真彩色视觉的刺激引起的视锥细胞。的相对强度和光的波长分布的影响的每个三个锥受体类型确定的彩色成像(马赛克)的方式与添加剂RGB视频显示器或CCD彩色摄像机。

主要包含短波长的蓝色辐射光束的光刺激视锥细胞,回应到430纳米的光在更大的程度上比其他两种类型的圆锥。此光束将在特定的视锥细胞,激活蓝色颜料,光被认为是蓝色。围绕550纳米的波长的光,且大部分被看作是绿色的,并大多含有或更长的600纳米波长的光束为红色可视化。如前所述,纯锥体视觉称为明视觉,在正常的光照水平,包括室内和室外是显性的。大多数哺乳动物是dichromats,通常能够只能分辨蓝色的和绿色的颜色分量之间。与此相反,一些灵长目动物(特别是人类)表现出三基色的色觉,具有显着的红色,绿色和蓝色的光刺激的反应。

图6中所示的人类视觉的四个颜料,显示极大值在预期的红色,绿色,和蓝色区域的可见光光谱的吸收光谱。当所有三种类型的视锥细胞的刺激同样,被看作是消色差的或白色的例如,中午的阳光下显示为白色的光对人类,因为它含有约等量的红色,绿色和蓝色光。来自太阳光的颜色频谱的一个很好的示范,是截取的光通过玻璃棱镜,折射出不同的波长(或弯曲)不同程度地铺开它的组成颜色的光线进入。人类颜色感知是取决于所有受体的细胞与光的相互作用,而这种组合的查询结果在近trichromic刺激的。有颜色敏感性的变化与光照水平的变化,使蓝色的颜色看起来比较亮,在昏暗的灯光下,在明亮的光线,红色的颜色看起来更明亮。指着一个手电筒到彩色打印,这将导致在突然出现更明亮,更饱和的红色,可以观察到这种效应。

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近年来,考虑的人文色彩的视觉灵敏度,导致在长期的实践中绘制紧急车辆,如消防车和救护车,完全红色的变化。虽然颜色是用于车辆可以很容易地看到并回答,不是很显眼的波长分布在低光照水平,并在夜间出现接近黑色。人类的眼睛是黄绿色或类似的色调更加敏感,特别是在晚上,而现在大多数新的紧急车辆至少部分地描绘了​​一幅生动的黄绿色或白色,常保留了一些传统的利益的红色亮点在。

当只有一个或两个类型的视锥细胞的刺激,感知的颜色的范围是有限的。例如,如果窄频带的绿色光(540至550纳米),用来刺激所有的视锥细胞,只包含绿色光感受器的响应产生看到的颜色的绿色的感觉。人类视觉感知的主减法颜色,如黄色,可能会出现以下两种方式之一。如果被同时刺激单色的黄色光,具有波长为580纳米的红色和绿色视锥细胞,视锥细胞受体反应几乎是同样的,因为它们的吸收光谱重叠是大致相同的,在这个区域的可见光光谱。可以通过刺激的红色和绿色视锥细胞分别与不同的红色和绿色的波长的混合物选自受体的吸收光谱,不具有显着的重叠区域的相同颜色的感。在这两种情况下,其结果,是同时的红色和绿色视锥细胞的刺激,产生黄色感觉,即使最终的结果是通过两种不同的机制。其他的颜色感知的能力要求的刺激的一个,两个或所有三种类型的视锥细胞,在不同程度上,用适当波长的调色板。

虽然它们各自的颜色颜料加光接受暗视觉的视杆细胞的视锥细胞与人类的视觉系统设有三种,它是人的大脑,用于补偿其对颜色的感知光的波长和光源的变化。的 耕犁metamers是对人脑视为相同的颜色不同的光的光谱。有趣的是,由一个人的被解释为相同或类似的颜色,有时容易被其他动物,最显着的鸟区分。

中介神经元渡轮之间的视网膜和脑的视觉信息,不是简单地连接到一与感觉细胞。黄斑中心凹每个锥和视杆细胞在将信号发送给至少三个双极细胞,而在周边区域的视网膜,视杆细胞从大量的信号收敛到一个单一的神经节细胞。具有大量供给一个单一的通道的视杆细胞的视网膜中的外侧部分的空间分辨率受到损害,但具有许多感觉细胞参与捕捉微弱的信号显着提高了阈值的眼睛的灵敏度。此功能的人的眼睛是有点类似于在慢扫描CCD数码相机系统分档的后果

的感觉,双极细胞,神经节细胞的视网膜也是相互关联的,提供到其他神经元的抑制和兴奋通路的复杂网络。其结果是,在人的视网膜锥从500到700万和125万棒的信号进行处理,并运送到视觉皮层只有约1万有髓视神经纤维。眼睛的肌肉的外侧膝状体,它作为一个反馈控制之间的视网膜和视觉皮层神经节细胞的刺激和控制

复杂网络的兴奋性和抑制通路在视网膜上被布置在三个层的神经元细胞,胚胎发育过程中产生的一个特定区域的大脑。这些电路和边缘锐化,对比度增强,空间总和,噪声平均,和其他形式的信号处理,可能包括一些尚未被发现的效果,产生的组合结果的反馈回路。在人的视觉中,一个显着的程度的图像处理发生在大脑中,但视网膜本身也涉及范围广泛的处理任务。

在被称为颜色不变性的人类视觉的另一个方面,一个对象的颜色或灰度值不会出现变更,在宽范围内的亮度。在1672年,艾萨克·牛顿爵士证明在人类的视觉感受色彩不变性,并提供线索,色觉和神经系统的经典理论。,宝丽来公司创始人埃德温H.土地,提出了Retinex的色觉理论,根据他的观察颜色不变性。只要如颜色(或灰度值)是足够的照明下观察,色块不改变它的颜色,即使当亮度改变的场景。在这种情况下,不改变整个场景的照明梯度的感知的颜色或灰度级的音调的一个补丁。如果亮度水平达到阈值暗光或黄昏视觉,色彩的感觉就消失了。在土地使用的算法中,彩色区域的亮度值的计算,并在场景中该波段的所有其他区域相比,在一个特定的场景中的区域的能量。执行计算三次,为每个波段(长波,短波,中波),以及由此产生的三重峰的亮度值来确定位置的区域在三维颜色空间定义的Retinex理论。

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长期色盲是用词不当,被广泛使用在口语谈话指任何困难区分颜色的东西。真正的色盲,或无法看到任何颜色,是极其罕见的,虽然多达8%的男性和0.5%的女性是天生的某种形式的色觉缺陷(见表1)。色觉的继承的不足之处,通常是由于在视网膜中的光感受器细胞的缺陷,神经膜的功能作为成像在眼睛后部的表面。色觉缺陷也可以被收购,作为结果的疾病,某些药物的副作用,或通过正常的老化过程,这些不足之处,可能会影响部分的眼睛以外的光感受器。

正常的视锥细胞和色素敏感性使个人来区分各种不同的色彩和微妙的色调混合。这种类型的正常色觉被称为三原色依赖的相互作用,从重叠的灵敏度范围的所有三种类型的感光体锥。轻度色觉缺陷发生中的色素之一,三牙轮类型时,有一个缺陷,其峰值灵敏度被转移到另一个波长,产生视觉缺陷被称为三原色异常,色觉缺陷三大类之一。 Dichromacy色盲或色觉障碍的更严重的形式下,发生颜料之一,是严重的偏差在其吸收特性,或特定的颜料并没有在所有生产。完全没有色彩感,或monochromacy,是极为罕见的,但与全色盲(杆monochromats)个人只能看到不同程度的亮度,黑色,白色和灰色色调的世界中出现。这种情况只发生在个人谁继承了来自父母双方的基因紊乱。

可以区分一些颜色Dichromats,因此比monochromats在日常生活中受影响较小,但他们通常都知道他们有一个问题,他们的颜色视觉。Dichromacy被分为三种类型:红色盲绿色盲蓝色盲(见图7)。约百分之二的男性人口将继承前两种类型之一,与第三更很少发生。

 

红色盲是一个红色绿色的缺陷,从而从红色敏感的损失,这会导致缺乏可感知的差异之间的红色,橙色,黄色,绿色。此外,红色,橙色和黄色的颜色的亮度显着降低到正常水平相比。降低强度的效果,可能会导致在红灯出现黑暗(不亮),红色(一般),出现黑色或暗灰色。经常学习Protanopes正确区分红色和绿色,红色,黄色,主要是基于其明显的亮度,而不是任何可察觉的色调差异。绿色一般出现这些人比红色轻。发生,因为红色光的可见光谱的一端,有与其他两种类型的圆锥的灵敏度几乎没有重叠,有红色盲的人对光线的敏感度在长波长(红色)端的频谱有显着的损失。这种颜色的视觉缺陷的个人可以区分的蓝色和黄色,但无法区分来自不同色调的蓝色,由于在这些色调中的红色成分的衰减薰衣草,紫罗兰,和紫色。

个人与绿色盲,它是绿色的灵敏度的损失,有许多同样的问题与色调歧视一样protanopes的,但有一个相当正常的可见光谱范围内的灵敏度级别。由于绿色光在可见光谱的中心的位置,重叠锥受体的灵敏度曲线,绿色波长的红色和蓝色的光感受器有一些反应。虽然绿色盲相关联的名称,并且至少具有亮度响应绿光(有点不正常的强度降低),红色,橙色,黄色,和绿色的deuteranope似乎是相同的颜色出现​​太多的术语。以类似的方式,蓝色,紫罗兰,紫色和薰衣草这种颜色视觉缺陷的个人没有区别。

色盲的发生率和原因
分类 缺陷成因 发病率
(%)
反常三原色   6
红色弱视 异常红传感颜料的 1.0
绿色弱视 绿色传感异常色素 5.0
蓝色弱视 异常蓝传感颜料的 0.0001
Dichromacy   2.1
红色盲 缺席红传感颜料的 1.0
绿色盲 缺席绿传感颜料 1.1
蓝色盲 缺席蓝传感颜料的 0.001
杆Monochromacy的 没有有效的锥 <0.0001
表1

蓝色盲没有蓝色的灵敏度的情况下,上和功能上产生一个蓝黄色的色觉缺陷。个人这方面的不足无法分辨蓝色和黄色,但不注册一个红色和绿色之间的差异。条件是相当罕见的,大约发生在男女双方平等。通常没有Tritanopes在执行日常任务,做个人之一的红绿变种dichromacy尽可能多的困难。因为蓝色的波长只在一端的频谱发生,并且有与其他两个锥类型,总损耗的灵敏度在整个频谱的灵敏度几乎没有重叠可以有这种情况是相当严重的。

时,有一个通过一个锥形受体的灵敏度损失,但功能仍然锥体,得到的色觉缺陷被认为是异常的三原色,以类似的方式,它们被划分到的dichromacy类型。时常会有困惑,因为这些条件都以相似的形式命名,但异常一词是来自于带有后缀附加因此,红色觉变常,的绿色弱视产生色调识别问题是类似红绿dichromacy的缺陷,虽然不是那么明显。红色弱视色觉被认为是一个“红软肋”,与红色(或任何颜色有红色成分)比正常轻,可视化和色调偏向绿色。甲deuteranomalous个别展品“绿色的弱点”,并在区分属于在可见光谱中的红色,橙色,黄色,绿色区域的色调的小的变化也有类似的困难。这是因为出现的色调被移向红色。与此相反,deuteranomalous个人没有缺陷,伴随着红色觉变常的亮度损失。这些反常三原色变种很多人执行的任务,需要正常的色觉有什么困难,有的甚至可能不知道自己的肤色视力受损。 蓝色弱视,或蓝色的弱点,一直没有作为一种遗传缺陷报告。在少数情况下的不足已经确定,它被认为是已被收购,而不是继承。多种眼疾(如青光眼,攻击蓝色锥体)可以导致在蓝色弱视。在这些疾病中最常见的外设蓝色锥损失。

尽管设计上的限制,也有一些视力的色盲的优点,如增加的能力区分伪装对象。轮廓,而不是颜色,是负责模式识别,改善夜视可能会出现因一定的色觉缺陷。在军事上,的色盲狙击手和检举的高度重视这些原因。在1900年代早期,在努力评估人类色觉异常,格尔色盲。利用这种仪器,观测操纵控制旋钮,以配合两色域色彩和亮度。另一种评估方法,石原pseudoisochromatic的板测试色盲,命名为石原忍博士,区分正常的色觉和红绿色色盲(在本教程和图7)。色觉正常,可以检测测试对象的人物和背景的色调之间的差异。红 - 绿缺乏的观察员,板块出现等差之间的数字,没有任何歧视的设计模式。

作为一种自然老化过程的一部分,人的眼睛开始感知不同的颜色,在以后的岁月里,但不会成为这个词的真正意义上的“色盲”。在变黄和发黑的晶状体和角膜,退化的影响,也伴随着萎缩的瞳孔大小的老化结果。随着泛黄,较短波长的可见光吸收,使蓝色的色调显得更暗。因此,老年个体往往遇到困难,区分不同的颜色,主要是在蓝色的内容,如蓝色和灰色,红色和紫色。在60岁时,视觉效率相比时,一个20岁,只有33%的入射光在角膜上达到在视网膜上的感光细胞。此值下降到12.5%左右,70年代中期。

 

眼睛的住宿地点是指生理调节晶状体元件改变的屈光力,并把成为大家关注的焦点更靠近眼睛的对象的行为。进一步最初在角膜的表面折射的光线通过透镜后会聚。在住宿期间,睫状肌的收缩放松镜头上的紧张局势,导致透明的形状和弹性组织的变化,同时也向前稍微移动。透镜改变的净效应是调整眼部带来准确地聚焦在感光层上的单元格,居住在视网膜上的图像的焦距。住宿也放宽到透镜的小带纤维施加的张力,并允许在透镜的前表面,以增加它的曲率。增加的折射度,加上有轻微的镜头的位置前移,将成为关注的焦点更靠近眼睛的对象。

聚焦在眼控制元素的组合,包括虹膜,晶状体,角膜,肌肉组织,它可以改变透镜的形状,所以眼睛可以专注于附近和远处的物体。然而,在某些情况下,这些肌肉不正常工作或眼睛的形状稍有改变,不相交的焦点与视网膜(一种被称为视觉收敛)。随着个体年龄的增长,晶状体变得困难,不能正确聚焦,导致视力低下。如果对焦点落在视网膜短,病情被称为近视或近视,远处的物体不能专注于个人与这个痛苦。在着力点的情况下,后面的视网膜,眼睛就会有麻烦聚焦于近处的物体,称为远视或远视创造了条件这些故障的眼睛,通常可以校正用凹透镜治疗近视治疗远视凸透镜与眼镜(图8)。

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收敛的目标是不完全的生理和训练,如果可以影响眼睛是不是有毛病。重复的程序,可以用来开发强大的收敛视觉。运动员,如棒球游击手,有发达的视觉收敛。在每一个动作,两只眼睛都有翻译异口同声地保持双眼视力,准确和敏感的神经肌肉装置通常不是疲劳,控制其运动和协调。眼收敛或头部运动的变化被认为是由复杂的眼系统在计算中产生适当的眼部肌肉的神经输入。10度眼球运动完成约40毫秒,计算发生的速度比人眼所能达到其预期的目标。扫视和较大的动作,从一个点到另一个被称为小眼球运动被称为版本

人类的视觉系统必须不仅光检测和颜色,但作为光学系统中,必须是能够辨别的对象之间的差异,或一个对象,它的背景。称为生理对比度对比度歧视,两个对象的表观亮度之间的关系,无论是在同一时间(同时对比)或顺序(连续对比)的背景下被看见,可能会或可能不相同的。在人类的视觉系统中,对比度降低在黑暗环境中,彩色可视缺陷,如红色绿色盲患与个人。对比度是依赖于双眼视力,视力,大脑皮质视觉和图像处理。伪装的,被认为是一个对象,具有低对比度,这是不能被移动,除非它是与背景区分然而,色盲个人往往能够探测到伪装的对象,因为杆增加视觉和损失的误导颜色提示。增加对比度转化为增加的可见性和对比度的定量数值通常表示为百分比或比率。在最佳条件下,人的眼睛只能勉强检测存在两成对比。

与人的视觉,对比度显着提高,被认为在不同的亮度和/或色度的两个区域之间的边界的每一侧上的一个狭窄的区域。在十九世纪结束时,法国物理学家米歇尔·尤金谢弗勒尔发现同时对比。作为一个特殊的功能,人的视觉感知,一个对象的边缘或轮廓被突出显示时,设置对象从它的背景和宽松的空间取向。当放置在明亮的背景,出现在黑暗的物体的边缘区域比其他背景(实际上,增强对比度)轻。随着这种感知现象,创建具有最强对比度的互补色的颜色的(大脑)的边缘。同时被认为因为颜色和它的补,效果被称为同时对比边框和分界线,单独对比鲜明的地区往往通过消除边缘的对比度以减轻效果(或错觉)。许多形式的光学显微镜,最显着的相衬照明,利用人类视觉系统的这些功能。通过增加图像的对比度,而无需通过染色或其他技术来改变对象的物理,相位对比试样保护,免受损伤或死亡(活标本的情况下)。

中的人眼空间频率响应可以进行评估,确定能够检测到的一系列条带中的调制的正弦光栅。测试光栅设有交流区(带),光明与黑暗,由高向低频率沿水平轴的线性增加,而对比对数减少从上到下。条纹个人视力正常,可以加以区分的边界是每度7和10之间的周期。消色差的视觉的空间频率是很低的(宽的线间距)时,高对比度的检测所需的正弦变化的强度。作为空间频率上升,人类可以用更少的对比检测期间,在视觉领域的每度约8个周期达到高峰。除了 ​​这一点,再次需要更高的对比度检测的更精细的正弦条纹。

人的视觉系统的调制传递函数MTF)的审核揭示了需要检测的亮度变化,在标准化的正弦光栅的对比度更高和更低的空间频率的增加。眼睛在这方面,从一个简单的成像装置(例如胶片相机或CCD传感器)的行为完全不同。一个简单的,聚焦的照相机系统的调制传递函数显示在零空间频率的最大调制,调制下降或多或少单调相机的截止频率为零的程度。

当一个场景的亮度呈周期性波动,几次第二(因为它与电视和电脑显示器的屏幕),人类感知刺激性连续场景,仿佛被工作脱节。当波动频率的增加,刺激增加,并在10赫兹左右达到最大,尤其是在明亮的光照与黑暗交替闪烁。在更高的频率,现场不再出现脱节,从一个场景到下一个流离失所的对象认为现在移动顺利。通常简称为闪烁,恼人的光飘飘的感觉可以持续50-60赫兹。超出一定的频率和亮度,称为临界闪烁频率CFF),屏幕闪烁不再感知。这是主要的原因,增加60至85-100赫兹的电脑显示器的刷新率产生一个稳定的,无闪烁显示。

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半导体制造技术的进步,尤其是互补金属氧化物半导体(CMOS)和双极CMOS(BiCMOS工艺)技术,却导致了新一代的微型光电传感器,具有非凡的动态范围和快速响应。最近,CMOS传感器芯片的阵列已经被安排用来模拟人的视网膜上的操作。这些所谓的眼芯片,结合光学,人类的视觉和微处理器,前进眼科通过新领域optobionics与植入眼芯片损坏的视网膜视觉衰弱的疾病,如视网膜色素变性黄斑变性,以及衰老和伤害到视网膜,其中抢劫视力,造成正在得到纠正。眼的硅芯片包含约3500模仿人类杆和视锥细胞的功能的金属电极连接到微型光探测器。光检测器吸收入射的光折射通过角膜和晶状体,并产生一个小的电荷量,刺激视网膜神经细胞。设有一个直径为2毫米(参见图9),替换视网膜的一半作为一个典型的一张纸的厚度和损坏的视网膜下植入的口袋。

眼芯片作为一种替代方法,使用一个数字信号处理器和一台摄像机的视网膜假体安装在一对眼镜,捕获和发送的物体或场景的图像。无线方式,图像被发送到嵌入式接收器芯片附近的视网膜层发送到大脑的神经冲动。然而,人工视网膜,不会治疗青光眼或视力缺陷,损伤神经纤维,导致视神经。作为进步optobionics,如此复杂的人类视觉系统的科学的认识。