08应用光学09级第十四章上课

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1、Harbin Institute of TechnologyPAGE -1-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所第十四章第十四章眼眼 睛睛Harbin Institute of TechnologyPAGE -2-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14-1 14-1 概概 述述欲看清物体或景物，其前提是眼睛能欲看清物体或景物，其前提是眼睛能够将物体或景物清晰地成像到眼睛的够将物体或景物清晰地成像到眼睛的视网膜上视网膜上眼睛是一个非常复杂的光学成像系统眼睛是一个非常复杂的光学成像系统不是理想的光学系统不是理

2、想的光学系统Harbin Institute of TechnologyPAGE -3-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所这类光学系统是直接扩大人眼的这类光学系统是直接扩大人眼的视觉能力的，称为视觉能力的，称为目视光学系统目视光学系统 14-2 14-2 眼睛的构造，标准眼眼睛的构造，标准眼14.2.1眼睛的构造眼睛的构造成像光学系统成像光学系统人眼本身相当于摄影光学系统或成像仪器人眼本身相当于摄影光学系统或成像仪器 眼睛的外表形状大体为球形，眼睛的外表形状大体为球形，直径为直径为25mmHarbin Institute of Technology

3、PAGE -4-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图 眼睛光学系统的折射面不是理想的球面，所以眼睛光学系统的折射面不是理想的球面，所以眼睛的像差有很多不同于普通光学系统的特点眼睛的像差有很多不同于普通光学系统的特点Harbin Institute of TechnologyPAGE -5-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图泪泪 膜膜*泪膜是覆盖于眼睛最前面的一层液体；泪膜是覆盖于眼睛最前面的一层液体；*分为表面脂质层、中间水液层和底部蛋白质黏层分为表面脂质层、中间水液层和底

4、部蛋白质黏层泪膜的生理泪膜的生理作用是润滑作用是润滑眼球表面眼球表面Harbin Institute of TechnologyPAGE -6-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图泪膜泪膜*角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；眼睛内的折射主要发生在角膜上；眼睛内的折射主要发生在角膜上；角膜角膜*巩膜是眼巩膜是眼球的第一层球的第一层保护膜，白保护膜，白色、不透明、色、不透明、坚硬；坚硬；巩膜巩膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -7-应用光学应用光学第十四章第十四章

5、光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图巩膜巩膜泪膜泪膜脉络膜脉络膜*脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营养的网状微血管；介于视网膜和巩膜之间养的网状微血管；介于视网膜和巩膜之间角膜角膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -8-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图巩膜巩膜泪膜泪膜脉络膜脉络膜虹膜虹膜*虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；瞳孔瞳孔*瞳孔是虹膜中间的小

6、孔，随着外界明亮程度的不同，虹膜肌瞳孔是虹膜中间的小孔，随着外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的肉能使瞳孔的直径在直径在28mm28mm范围内变化范围内变化；它是人眼的孔径光孔径光阑阑。角膜角膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -9-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图巩膜巩膜泪膜泪膜细胞，锥状细胞直径约细胞，锥状细胞直径约5微米，长约微米，长约35微米；微米；杆状细胞直径约杆状细胞直径约2 2微米微米脉络膜脉络膜，长约，长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。在微米。它们在网膜上的分布式不均

7、匀的。在黄斑中心凹黄斑中心凹处处虹膜虹膜瞳孔瞳孔网膜网膜*网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，逐渐相对变化；由中心向外，逐渐相对变化；黄斑中心凹黄斑中心凹角膜角膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -10-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图巩膜巩膜泪膜泪膜 光脉络膜脉络膜 盲斑是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。虹膜虹膜瞳孔瞳孔网膜网膜

8、黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。视神经细胞晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，黄斑中心凹黄斑中心凹神经纤维盲斑大脑盲斑盲斑晶状体晶状体角膜角膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -11-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图巩膜巩膜泪膜泪膜率都是不均匀的，由里层到外层逐渐减少，有利于提高脉络膜脉络膜 成像质量。晶状体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌虹膜虹膜瞳孔瞳孔网膜网膜似双凸透镜，是眼睛光学系统的成像元件，其密度和折射 能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，黄斑中

9、心凹黄斑中心凹 盲斑盲斑晶状体晶状体角膜角膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -12-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图巩膜巩膜泪膜泪膜角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液；脉络膜脉络膜 晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体虹膜虹膜瞳孔瞳孔网膜网膜总能将像成在网膜上。黄斑中心凹黄斑中心凹 盲斑盲斑晶状体晶状体前室前室后室后室角膜角膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -13-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研

10、究所光电测控技术与装备研究所人眼的构造剖视图巩膜巩膜泪膜泪膜 脉络膜脉络膜眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴,在观察物虹膜虹膜瞳孔瞳孔网膜网膜 体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。黄斑中心凹黄斑中心凹 盲斑盲斑晶状体晶状体前室前室后室后室1.3761.3361.336光轴光轴视轴视轴角膜角膜Harbin Institute of TechnologyPAGE -14-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所 眼睛的视场很大，可达眼睛的视场很大，可达150150，但只有，但只有黄斑附近黄斑附近才能清晰识别，其他部分比较模糊，才能清晰识别，其他部分比较

11、模糊，所以能看清所以能看清物体的角度范围为物体的角度范围为6 86 8。从光学角度看，眼睛中最主要的是：从光学角度看，眼睛中最主要的是：水晶体、视网膜水晶体、视网膜和瞳孔。和瞳孔。人眼人眼 水晶体水晶体 视网膜视网膜 瞳孔瞳孔 眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：照相机照相机 镜头镜头 底片底片 光阑光阑Harbin Institute of TechnologyPAGE -15-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼相当于一架照相机，它可以自动对目人眼相当于一架照相机，它可以自动对目标调焦标调焦照相机中，正立的

12、人在底片上成倒像，人照相机中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像眼也是成倒像但我们感觉为什么还是正立的？但我们感觉为什么还是正立的？这是视神经系统内部作用的结果。这是视神经系统内部作用的结果。Harbin Institute of TechnologyPAGE -16-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.2.2 标准眼标准眼眼睛是一个光学系统，其有关参数有专用仪器测出眼睛是一个光学系统，其有关参数有专用仪器测出眼睛眼睛光学参数光学参数角膜折射率角膜折射率角膜折射率角膜折射率房水折射率房水折射率房水折射率房水折射率各组件间各组件间各组件间各组

13、件间的间距的间距的间距的间距各光学表面各光学表面各光学表面各光学表面的曲率半径的曲率半径的曲率半径的曲率半径玻璃体玻璃体玻璃体玻璃体折射率折射率折射率折射率晶状体晶状体晶状体晶状体折射率折射率折射率折射率满足上述光学参数的眼睛模型称为满足上述光学参数的眼睛模型称为标准眼标准眼Harbin Institute of TechnologyPAGE -17-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所标准眼Christian HuygensChristian Huygens模型眼Gullstrand精密眼模型简化眼此模型没有考此模型没有考虑晶状体，眼虑晶状体，眼睛

14、的屈光能力睛的屈光能力全由角膜承担全由角膜承担此模型将眼睛此模型将眼睛看成是同轴和看成是同轴和同中心的透镜同中心的透镜系统系统此模型将眼睛此模型将眼睛光学系统简化光学系统简化为仅有一个折为仅有一个折射面的结构射面的结构Harbin Institute of TechnologyPAGE -18-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.3 眼睛的调节和聚散眼睛的调节和聚散14.3.1 眼睛的调节眼睛的调节 眼睛有两类调节功能：眼睛有两类调节功能：视度调节视度调节 和和瞳孔调节瞳孔调节。眼睛将远近不同距离的物体都能在视网膜上成眼睛将远近不同距离的物体都

15、能在视网膜上成清晰像，会相应改变眼睛的折光度。该过程称为清晰像，会相应改变眼睛的折光度。该过程称为眼睛的调节眼睛的调节 眼睛自动改变焦距的过程眼睛自动改变焦距的过程称为称为眼睛的调节眼睛的调节。Harbin Institute of TechnologyPAGE -19-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所正常人眼在完全放松的自然状态下正常人眼在完全放松的自然状态下 无限远目标成像在视网膜上，即无限远目标成像在视网膜上，即眼睛的眼睛的像方焦点在视网膜上像方焦点在视网膜上 在观察近距离物体时，人眼水晶体周围肌在观察近距离物体时，人眼水晶体周围肌肉收缩，

16、使水晶体前表面半径变小肉收缩，使水晶体前表面半径变小眼睛光学系统的焦距变短眼睛光学系统的焦距变短，后焦点前移，后焦点前移，从而使该物体的像成在视网膜上。从而使该物体的像成在视网膜上。Harbin Institute of TechnologyPAGE -20-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所当肌肉当肌肉完全放松完全放松时（通过调节），眼睛时（通过调节），眼睛所能看清的所能看清的最远的点最远的点称为称为远点远点，其相应，其相应的距离称为的距离称为远点距远点距，以，以 r 表示（米）表示（米）当肌肉在当肌肉在最紧张时最紧张时（通过调节），眼睛（通过调

17、节），眼睛所能看清的所能看清的最近的点最近的点称为称为近点近点，其相应，其相应的距离称为的距离称为近点距近点距，以，以 p 表示（米）表示（米）Harbin Institute of TechnologyPAGE -21-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所正常眼睛的远点距为正常眼睛的远点距为负的负的无限远无限远，非，非正常眼睛（远视或近视）的远点距为正常眼睛（远视或近视）的远点距为一一正正/负负的有限值的有限值。这里这里必须指出必须指出，近点距离，近点距离并不是并不是明视明视距离距离 Harbin Institute of TechnologyPA

18、GE -22-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所 后者是指正常的眼睛在正常照明（约后者是指正常的眼睛在正常照明（约50勒克斯）下勒克斯）下最方便和最习惯的工作距离最方便和最习惯的工作距离，它等于它等于250mm。它不同于人眼的近点距，两者不能混淆它不同于人眼的近点距，两者不能混淆Harbin Institute of TechnologyPAGE -23-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所 远点距远点距r的倒数，用的倒数，用R来表示，即来表示，即远点会聚度（发散度）的折光度数远点会聚度（发散度）的折光度

19、数人眼的人眼的调节能力调节能力是用远点距是用远点距r的倒数和近点距的倒数和近点距p的倒数之差来描述，用的倒数之差来描述，用A来表示，即来表示，即 近点距近点距p的倒数，用的倒数，用P来表示，即近来表示，即近点会聚度（发散度）的折光度数点会聚度（发散度）的折光度数Harbin Institute of TechnologyPAGE -24-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所A称为称为眼睛眼睛的调节范围或调节能力。的调节范围或调节能力。当人眼观察在调节范围内的某一距离当人眼观察在调节范围内的某一距离l处的物处的物体时，它总能清晰地成像在视网膜上。体时，

20、它总能清晰地成像在视网膜上。如果如果 l 的单位为米，则其的单位为米，则其倒数倒数称为称为视度视度，单位为，单位为屈光度屈光度如观察眼前如观察眼前10米的物体，对应的视度为米的物体，对应的视度为 屈光度屈光度。Harbin Institute of TechnologyPAGE -25-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所近点距倒数近点距倒数 称为称为近点视度近点视度。在医院和眼镜店通常把在医院和眼镜店通常把1屈光度屈光度称为称为100度度。人眼的调节能力随年龄的增加而变化。人眼的调节能力随年龄的增加而变化。随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置往

21、随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置往近移，因而调节范围减少。近移，因而调节范围减少。远点距倒数远点距倒数 称为称为远点视度远点视度，Harbin Institute of TechnologyPAGE -26-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.4 眼睛的适应眼睛的适应人眼还能在不同亮暗程度的条件下工作。人眼还能在不同亮暗程度的条件下工作。这就是人眼的另一个特性这就是人眼的另一个特性，具有对周围空间光亮情况适具有对周围空间光亮情况适应的过程应的过程 称为称为适应适应（即为（即为瞳孔的调节瞳孔的调节）。眼睛的视觉与环境亮度条件有密切关系眼睛

22、的视觉与环境亮度条件有密切关系环境亮度在环境亮度在103104cd/m2之间称为明视觉之间称为明视觉环境亮度在环境亮度在10-3 cd/m2以下称为暗视觉以下称为暗视觉环境亮度上述两者之间的称为间视觉环境亮度上述两者之间的称为间视觉Harbin Institute of TechnologyPAGE -27-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小，以控制眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小，以控制眼睛的进光亮（眼睛的进光亮（2mm8mm)。在设计目视光学在设计目视光学仪器时要充分考虑与眼瞳的配合仪器时要充分考虑与眼瞳的配合。

23、适应是一种当周围照明条件发生变化是眼睛所适应是一种当周围照明条件发生变化是眼睛所产生的变态过程，可分为产生的变态过程，可分为对暗适应对暗适应和和对光适应对光适应两种，两种，前者发生在光亮处到黑暗处的时候，前者发生在光亮处到黑暗处的时候，后后者发生在自黑暗处到光亮处的时候。者发生在自黑暗处到光亮处的时候。Harbin Institute of TechnologyPAGE -28-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.5 眼睛的视角分辨率眼睛的视角分辨率人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性，同时人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性，同时也是目视光学仪器设计

24、的重要依据之一。也是目视光学仪器设计的重要依据之一。用其它观测设备（如照相机、用其它观测设备（如照相机、CCD等）替代等）替代人眼时也可据此作为参考。人眼时也可据此作为参考。Harbin Institute of TechnologyPAGE -29-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所所谓所谓人眼的分辨能力人眼的分辨能力指的是成像在中央凹区时的指的是成像在中央凹区时的分辨能力。分辨能力。?眼睛能分辨出两个非常近的点的能眼睛能分辨出两个非常近的点的能力力称为眼睛的分辨率（分辨本领）称为眼睛的分辨率（分辨本领）眼睛的分辨率由视神经细胞的尺寸决定的眼睛的

25、分辨率由视神经细胞的尺寸决定的奈奈奎斯特极限、光瞳直径决定的衍射极限和眼睛奎斯特极限、光瞳直径决定的衍射极限和眼睛光学系统的像差光学系统的像差三者决定三者决定 奈奎斯特极限是一个图像传感器能够分辨的最高奈奎斯特极限是一个图像传感器能够分辨的最高空间频率等于它的空间采样频率的一半，此频率空间频率等于它的空间采样频率的一半，此频率称为奈奎斯特极限频率称为奈奎斯特极限频率Harbin Institute of TechnologyPAGE -30-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所?人眼刚能将两点分开的视角人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的称为眼睛的极限

26、分辨角极限分辨角?人眼分辨率人眼分辨率与与极限分辨角极限分辨角成反比成反比关系关系?眼睛在看物空间两点时，这两点对眼睛眼睛在看物空间两点时，这两点对眼睛物方节点物方节点的张角成为两点间的的张角成为两点间的角距离角距离或或称为称为视角视角?人眼的分辨率一般用人眼的分辨率一般用极限分辨角极限分辨角来表示。来表示。Harbin Institute of TechnologyPAGE -31-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所首先从人眼的视网膜结构上来分析：首先从人眼的视网膜结构上来分析：现在从现在从两个不同的角度两个不同的角度来分析眼睛的极来分析眼睛的极

27、限分辨角的大小。限分辨角的大小。Harbin Institute of TechnologyPAGE -32-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所如果这两点的像分别落在被分如果这两点的像分别落在被分隔开的两个视网膜细胞上，即隔开的两个视网膜细胞上，即得到得到两个点的视觉两个点的视觉由此可见，眼睛的分辨率与视由此可见，眼睛的分辨率与视网膜上两像点网膜上两像点距离距离及视觉细胞及视觉细胞的的直径直径大小有关大小有关 当两像点的间距大于（或等于）视觉细当两像点的间距大于（或等于）视觉细胞的直径时，就认为眼睛可以分辨。胞的直径时，就认为眼睛可以分辨。Harb

28、in Institute of TechnologyPAGE -33-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所 理想像高：理想像高：视网膜上两像视网膜上两像点间的距离点间的距离眼睛的节点到眼睛的节点到视网膜的距离视网膜的距离是两物点对是两物点对眼睛的张角眼睛的张角物体对眼睛的张角称为视角物体对眼睛的张角称为视角物体对眼睛的张角称为视角物体对眼睛的张角称为视角当眼睛在无调节的自然放松状态下，当眼睛在无调节的自然放松状态下，当眼睛在无调节的自然放松状态下，当眼睛在无调节的自然放松状态下，f f=16.67mm,16.67mm,由由由由奈奎斯特极限确定的奈奎斯

29、特极限确定的奈奎斯特极限确定的奈奎斯特极限确定的y y minmin=-0.004mm0.004mm 视角分辨率视角分辨率视角分辨率视角分辨率Harbin Institute of TechnologyPAGE -34-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所可以看出，极限分辨角不仅与入射光线的波长可以看出，极限分辨角不仅与入射光线的波长有关，而且还与眼睛的瞳孔直径有关有关，而且还与眼睛的瞳孔直径有关。当入瞳直径为当入瞳直径为D时，理想光学系统的极限分辨角为时，理想光学系统的极限分辨角为对中心波长对中心波长555nm的光线得到眼睛的衍射极限分辨角为的光线

30、得到眼睛的衍射极限分辨角为Harbin Institute of TechnologyPAGE -35-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所=50 120”；在在良好的照明条件良好的照明条件下，一般认为下，一般认为 =60”=1 认为认为人眼的极限分辨角为人眼的极限分辨角为1。在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率。在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率。在白天，当瞳孔直径为在白天，当瞳孔直径为在白天，当瞳孔直径为在白天，当瞳孔直径为2mm2mm时，眼睛的衍射极限分辨角约为时，眼睛的衍射极限分辨角约为时，眼睛的衍射极限分辨角约为时，眼睛的衍射极限分辨

31、角约为7070”眼睛光学系统的衍射极限决定的分辨角要大于奈奎斯特极限分辨角眼睛光学系统的衍射极限决定的分辨角要大于奈奎斯特极限分辨角眼睛光学系统的衍射极限决定的分辨角要大于奈奎斯特极限分辨角眼睛光学系统的衍射极限决定的分辨角要大于奈奎斯特极限分辨角随着眼瞳直径的增大，眼睛的像差也增大随着眼瞳直径的增大，眼睛的像差也增大随着眼瞳直径的增大，眼睛的像差也增大随着眼瞳直径的增大，眼睛的像差也增大眼睛的分辨率与被观察物体的亮度和对比度有关，单色光下的眼睛的分辨率与被观察物体的亮度和对比度有关，单色光下的眼睛的分辨率与被观察物体的亮度和对比度有关，单色光下的眼睛的分辨率与被观察物体的亮度和对比度有关，单

32、色光下的分辨率比白光的分辨率高分辨率比白光的分辨率高分辨率比白光的分辨率高分辨率比白光的分辨率高Harbin Institute of TechnologyPAGE -36-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所经常需要将一条直线重合到另经常需要将一条直线重合到另一条直线，但是，一条直线，但是，要使两条直要使两条直线完全重合是不可能的线完全重合是不可能的眼睛虽具有发现一个平面上眼睛虽具有发现一个平面上两根平行直线的不重合能力，两根平行直线的不重合能力，但也有一定的限度但也有一定的限度这个不重合限度的极限值这个不重合限度的极限值称称为为人眼的瞄准精度人眼

33、的瞄准精度。人眼的瞄准精度一般用人眼的瞄准精度一般用角度值角度值来表示来表示 Harbin Institute of TechnologyPAGE -37-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所即即两线宽的两线宽的几何中心线几何中心线对人眼对人眼的的张角张角小于某一角度值小于某一角度值时，时，虽然还虽然还存在存在着不重合，但眼睛着不重合，但眼睛已经认为是完全重合的，这时已经认为是完全重合的，这时角度值即角度值即角度值即角度值即为人眼瞄准精度为人眼瞄准精度为人眼瞄准精度为人眼瞄准精度。人眼对于人眼对于线条的变形线条的变形或或两条线错开两条线错开造成造成的

34、外形变化或的外形变化或比较两条线宽的变化比较两条线宽的变化具有具有很高的灵敏度。很高的灵敏度。人眼通过两物的比较发现它们外形变化人眼通过两物的比较发现它们外形变化的能力比的能力比分辨分辨它们要强得多。它们要强得多。Harbin Institute of TechnologyPAGE -38-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所形成对眼睛瞄准有利的条件。形成对眼睛瞄准有利的条件。瞄准精度瞄准精度和和分辨率分辨率是两个概念。是两个概念。又有一定的联系，经验证明，又有一定的联系，经验证明，人眼的最高瞄准精度约为分人眼的最高瞄准精度约为分辨率的辨率的1/61

35、/6至至1/101/10。1、两实线瞄准、两实线瞄准 6060 2、两实线端部瞄准、两实线端部瞄准10102020 3、双线平分或对称瞄准、双线平分或对称瞄准5 51010 4、虚线压测件轮廓边缘、虚线压测件轮廓边缘20203030 Harbin Institute of TechnologyPAGE -39-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.6 眼睛像差眼睛像差眼睛光学系统中存在单色像差和色差眼睛光学系统中存在单色像差和色差当校正了离焦和像散，正常眼中的球差和色差是当校正了离焦和像散，正常眼中的球差和色差是影响视网膜成像质量的最重要因素影响

36、视网膜成像质量的最重要因素人眼单色像差主要来源：人眼单色像差主要来源：角膜和晶状体表面不理想，其表面曲率存在局部偏差角膜和晶状体表面不理想，其表面曲率存在局部偏差角膜和晶状体及玻璃体不同轴角膜和晶状体及玻璃体不同轴角膜和晶状体及玻璃体的内含物不均匀，导致折射率角膜和晶状体及玻璃体的内含物不均匀，导致折射率局部偏差局部偏差Harbin Institute of TechnologyPAGE -40-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所人眼色差的来源是：人眼色差的来源是：人眼屈光系统由不同波长色光引起的折射率变化人眼屈光系统由不同波长色光引起的折射率变化

37、影响人眼像差影响人眼像差影响人眼像差影响人眼像差的主要因素的主要因素的主要因素的主要因素瞳孔大小瞳孔大小瞳孔大小瞳孔大小的影响的影响的影响的影响物距的影响物距的影响物距的影响物距的影响快速调节快速调节的影响的影响泪膜的影响泪膜的影响泪膜的影响泪膜的影响Harbin Institute of TechnologyPAGE -41-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.8 14.8 眼睛的缺陷和校正眼睛的缺陷和校正F正常眼在肌肉完全放松的自正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清楚无限然状态下，能够看清楚无限远处的物体，即远点应在无远处的物体，即远

38、点应在无限远（限远（R=0），），像方焦点正好和视网膜重合像方焦点正好和视网膜重合 FF 若不符合这一条件就是若不符合这一条件就是非正常眼，或称非正常眼，或称视力不正常视力不正常 F 最常见的有近视眼和远视眼最常见的有近视眼和远视眼Harbin Institute of TechnologyPAGE -42-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.8.1 14.8.1 近视近视所谓所谓近视眼近视眼就是其远点在眼睛前方就是其远点在眼睛前方有限有限距离处（距离处（r 0）远视分为：折光性远视和轴性远视远视分为：折光性远视和轴性远视折光性远视折光性远视

39、由于折光能力下由于折光能力下降，如扁平角膜，降，如扁平角膜，而眼轴长度在正而眼轴长度在正常范围内常范围内轴性远视轴性远视 由于角膜和晶状由于角膜和晶状体曲率在正常范体曲率在正常范围内，而眼轴长围内，而眼轴长度偏短度偏短Harbin Institute of TechnologyPAGE -47-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所这是由于眼球偏短，像方焦点位于视网膜的之后所致这是由于眼球偏短，像方焦点位于视网膜的之后所致（远点为一虚像点远点为一虚像点）。因此，射入眼睛的光束只有是。因此，射入眼睛的光束只有是会聚时才能正好聚焦在视网膜上。会聚时才能正好

40、聚焦在视网膜上。对应着正视度，需以对应着正视度，需以正透镜正透镜来使其远点恢复到无来使其远点恢复到无限远。限远。依靠眼睛的调节，依靠眼睛的调节，远视眼有可能看清远视眼有可能看清无限远物体，但所无限远物体，但所能看清的近点距离能看清的近点距离将增加。将增加。Harbin Institute of TechnologyPAGE -48-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所14.8.3 14.8.3 散光散光 散光散光主要是由于眼睛结构上的其他缺陷（主要是由于眼睛结构上的其他缺陷（晶状晶状体位置不正、角膜和晶状体各折射面的曲率不体位置不正、角膜和晶状体各折

41、射面的曲率不对称对称）所造成的）所造成的散光规则散光不规则散光各折光成分最大折光能力方向各折光成分最大折光能力方向和最小折光能力方向的主截线相互垂直和最小折光能力方向的主截线相互垂直各折光成分最大折光能力方向和各折光成分最大折光能力方向和最小折光能力方向的主截线相互不垂直最小折光能力方向的主截线相互不垂直Harbin Institute of TechnologyPAGE -49-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所近视眼或远视眼的远点视度可通过仪器来测得，近视眼或远视眼的远点视度可通过仪器来测得，知道此值后即可求得所需眼镜的焦距知道此值后即可求得所

42、需眼镜的焦距例如：有一近视眼，通过验光得知其远点视度为例如：有一近视眼，通过验光得知其远点视度为-2个屈光度（眼镜行业称近视个屈光度（眼镜行业称近视200度）度）则其远点距则其远点距r=-0.5 m，需配需配焦距为焦距为-500mm的近视眼镜。的近视眼镜。Harbin Institute of TechnologyPAGE -50-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所目视光学仪器视度调节目视光学仪器视度调节p人眼的视觉缺陷可以在眼前加以透镜可以矫正人眼的视觉缺陷可以在眼前加以透镜可以矫正p目视光学仪器要适应不同视力的人使用目视光学仪器要适应不同视力的

43、人使用p目镜可以改变其前后的位置，使仪器所成的像目镜可以改变其前后的位置，使仪器所成的像不再位于无限远，而位于目镜的前方或后方一不再位于无限远，而位于目镜的前方或后方一定的位置定的位置p这就是目视光学仪器的视度调节这就是目视光学仪器的视度调节Harbin Institute of TechnologyPAGE -51-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所物镜物镜目镜目镜正常眼正常眼近视眼近视眼远视眼远视眼F眼眼F眼眼F眼眼Harbin Institute of TechnologyPAGE -52-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研

44、究所光电测控技术与装备研究所眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外，还能够产眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外，还能够产生远近的感觉，被称为生远近的感觉，被称为“立体视觉立体视觉或或空间深度感觉空间深度感觉”单眼或双眼都能产生这种感觉单眼或双眼都能产生这种感觉单眼深度感觉来源：单眼深度感觉来源：1 1）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近2 2）物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对位置）物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对位置 14.9 双目立体视觉双目立体视觉 Harbin Institute of Technolog

45、yPAGE -53-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所单眼深度感觉来源：单眼深度感觉来源：3 3）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉4 4）眼睛的调节程度来判断物体的远近。）眼睛的调节程度来判断物体的远近。双眼观察的深度感觉除上述因素外：双眼观察的深度感觉除上述因素外：5 5）物体的距离越近，视轴之间的夹角越大，这种感觉使眼）物体的距离越近，视轴之间的夹角越大，这种感觉使眼球发生转动的肌肉紧张程度就不同，据此就能判断物体的球发生转动的肌肉紧张程度就不同，据此就能判断物体的远近；远近

46、；6 6）双眼立体视觉（简称体视）双眼立体视觉（简称体视）称称为“视差角差角”Harbin Institute of TechnologyPAGE -54-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所BABAa2b2a1b1Aa1a2Harbin Institute of TechnologyPAGE -55-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所其极限值其极限值 称为称为“体视锐度体视锐度”当当A、B两点距离不等两点距离不等时，时，或或产生了远近的感觉产生了远近的感觉 被称为双眼立体视觉被称为双眼立体视觉 ABAB

47、b2a2a1b1lbABABb2a2a1b1约为约为10”，有可能达到，有可能达到5”或或3”Harbin Institute of TechnologyPAGE -56-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所当物点对应的视角差当物点对应的视角差等于等于 时，人眼刚能分辨出它时，人眼刚能分辨出它和无限远物点之间的距离差别和无限远物点之间的距离差别即反映了人眼可能分辨出物点远近的最大距离即反映了人眼可能分辨出物点远近的最大距离人眼瞳孔之间的平均距离为人眼瞳孔之间的平均距离为b=62mm，Lmax称为称为立体视觉半径立体视觉半径Harbin Institu

48、te of TechnologyPAGE -57-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所 14.10 体视测距原理体视测距原理利用仪器观察物体时，必须采用双利用仪器观察物体时，必须采用双眼仪器来保持人眼的体视能力，这眼仪器来保持人眼的体视能力，这种仪器称为种仪器称为“双眼望远镜双眼望远镜”和和“双双眼显微镜眼显微镜”利用体视仪器可以提高人眼的体视利用体视仪器可以提高人眼的体视能力能力双眼仪器的体视放大率双眼仪器的体视放大率人眼直接观察时的视角差人眼直接观察时的视角差 眼为眼为BABA A-BHarbin Institute of TechnologyP

49、AGE -58-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所假设双眼望远镜的二个入射光轴之间为距离假设双眼望远镜的二个入射光轴之间为距离B B,称为该称为该仪器的基线长，则同一物体对仪器的二入射瞳孔所构仪器的基线长，则同一物体对仪器的二入射瞳孔所构成的视角差成的视角差为为若系统的视放大率若系统的视放大率为，则物方视角差为，则物方视角差和像和像方视角差方视角差在不大条件下存在以下关系在不大条件下存在以下关系 Harbin Institute of TechnologyPAGE -59-应用光学应用光学第十四章第十四章光电测控技术与装备研究所光电测控技术与装备研究所对双目视觉仪器中两个光学系统要求对双目视觉仪器中两个光学系统要求1）双目视觉仪器左右两个光学系统的光轴要保双目视觉仪器左右两个光学系统的光轴要保持平行持平行2）两个光学系统的视放大率要一致）两个光学系统的视放大率要一致3）两个光学系统之间不应该有相对的像倾斜）两个光学系统之间不应该有相对的像倾斜