眼睛及其光学系统
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神奇的眼睛应用光学__人眼特性
高尔斯特简化眼的参数
介质折射率 折射面曲率半径 物方焦距 像方焦距 光焦度 视网膜曲率半径
4/3=1.33 5.7mm －17.1mm 22.8mm 58.48折光度 折光度 9.7mm
眼睛的视场很大，可达150˚，但只有黄斑附近才能清晰识别， 眼睛的视场很大，可达150˚，但只有黄斑附近才能清晰识别， 150˚ 黄斑附近才能清晰识别 其他部分比较模糊， 所以能看清物体的角度范围为6 8˚。 其他部分比较模糊， 所以能看清物体的角度范围为6 ~ 8˚。 从光学角度看，眼睛中最主要的是：水晶体、视网膜和瞳孔。 从光学角度看，眼睛中最主要的是：水晶体、视网膜和瞳孔。
பைடு நூலகம்
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 网膜 脉络膜 黄斑中心凹
晶状体
黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。
盲斑 神经纤维
盲斑
光
视神经细胞
大脑
盲斑是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。 晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 网膜 脉络膜 黄斑中心凹
•
现在从两个不同的角度来分析眼睛的极限分辨角的 现在从两个不同的角度来分析眼睛的极限分辨角的 两个不同的角度 大小。 大小。 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：
•
•
如果这两点的像分别 落在被分隔开的两个 视网膜细胞上， 视网膜细胞上，即得 到两个点的视觉
•
由此可见， 由此可见，眼睛的分辨率与视 网膜上两像点距离 距离及视觉细胞 网膜上两像点距离及视觉细胞 直径大小有关 的直径大小有关 当两像点的间距大于（或等于） 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。 人眼的极限分辨角可表示为 人眼的极限分辨角可表示为
(应用光学)第三章.眼睛及目视光学系统
畸变
畸变
畸变是目视光学系统成像的一种 失真现象，表现为图像的几何形 状发生变化。畸变分为桶形畸变
和枕形畸变两种类型。
畸变的测量
畸变的测量通常采用畸变系数， 即实际图像与理想图像的几何形 状差异的比例。畸变系数越大，
畸变越严重。
畸变的影响因素
影响畸变的因素包括光学系统的 设计、镜片质量、制造误差等。
望远镜
用于观察远距离物体的目 视光学系统，通常具有较 大的视场和较长的焦距。
摄影镜头
用于拍摄照片的目视光学 系统，通常具有较高的成 像质量。
目视光学系统的基本参数
焦距
目视光学系统的焦距是指 物镜与目镜之间的距离， 决定了系统的放大倍数和 观察距离。
视场
目视光学系统的视场是指 物镜所能够覆盖的视野范 围，决定了观察者能够看 到的物体范围。
眼镜广泛应用于人们的日常生活和工 作，是矫正视力缺陷、保护眼睛健康 的重要工具。
摄影镜头
摄影镜头是一种将景物光线聚焦在感光材料上的目视光学仪器，能够将景物拍摄 成照片。
摄影镜头广泛应用于新闻报道、广告、电影和摄影等领域，为人们提供了记录和 分享美好瞬间的工具。
04
目视光学系统的性能评价
分辨率
分辨率
对比度
对比度
对比度是衡量目视光学系统区分 明暗变化的能力的指标。对比度 越高，光学系统呈现的图像明暗
差异越大，细节越丰富。
对比度的公式
对比度通常用公式表示为"明暗区 域的亮度比值"。比值越大，对比 度越高。
对比度的影响因素
影响对比度的因素包括光学系统的 透过率、反射率、像差等。优化这 些因素可以提高光学系统的对比度。
分辨率
目视光学系统的分辨率是 指系统能够分辨的最小细 节程度，通常以线对数表 示。
医用物理学第十一章几何光学几何光学4
正常人眼的近点为10～12 cm
近视眼的远点比正常眼要近些 远视眼的近点则比正常眼要远些 正常眼无须进行调节，可使平行光线聚焦在视网膜上； 经过调节，只要物体不小于近点距离，也可以看清。
若眼的折光能力异常，或眼球的形状异常，眼不调节时平 行光线不能聚焦在视网膜上，则称为非正常眼。 非正常眼包括近视、远视和散光。
人到老年，眼的折光能力正常，但由于晶状体弹性丧失或减弱， 调节能力变差，看近物能力减弱，成为老光眼。
正常眼睛在正常照明的情况下，长时间用眼观察 而不产生疲劳的距离，称为明视距离。
正常眼睛的明视距离为：25厘米 近视眼的明视距离比正常眼近； 远视眼的明视距离比正常眼远。
｛ 折光本领强
2、近视眼及其矫正 近视眼的原因 前后径过长
因此，眼晴简化成一个理想的单球面成像系统，即简约
眼或简化眼。
三、眼的分辨本领
1、视角和最小视角
从物体的两端射到眼中节点的光线所夹的角度叫做视角
视角愈大
眼睛就愈能看清楚物体的细节
正常人眼要看到物体 视网膜上的像必须足够大
视角也必须足够大
人眼睛刚能辨清物体的细节所对应的视角称为最小视角 用最小视角可以表示人眼的分辨本领
第十一章 几何光学
基础理论教学中心
一、眼的结构：
睫状肌
二、眼的光学系统
晶状体 房水 角膜 虹膜
眼睛是共轴球面系统
两种常用的模型： 古氏平均眼模型 简约眼模型
巩膜 视网膜 玻璃体
黄斑
①H1、H2可视为是一点H
②N1、N2也可视为是一个 点,N接近角膜的曲率中心 R=7.7mm处
③眼球内各物质折射率 接近，故可认为近似相 同，为n=1.33。
角膜到视网膜的距离是不变的 眼能使不同远近的物体成像在视网膜上
近视眼的远点比正常眼要近些 远视眼的近点则比正常眼要远些 正常眼无须进行调节，可使平行光线聚焦在视网膜上； 经过调节，只要物体不小于近点距离，也可以看清。
若眼的折光能力异常，或眼球的形状异常，眼不调节时平 行光线不能聚焦在视网膜上，则称为非正常眼。 非正常眼包括近视、远视和散光。
人到老年，眼的折光能力正常，但由于晶状体弹性丧失或减弱， 调节能力变差，看近物能力减弱，成为老光眼。
正常眼睛在正常照明的情况下，长时间用眼观察 而不产生疲劳的距离，称为明视距离。
正常眼睛的明视距离为：25厘米 近视眼的明视距离比正常眼近； 远视眼的明视距离比正常眼远。
｛ 折光本领强
2、近视眼及其矫正 近视眼的原因 前后径过长
因此，眼晴简化成一个理想的单球面成像系统，即简约
眼或简化眼。
三、眼的分辨本领
1、视角和最小视角
从物体的两端射到眼中节点的光线所夹的角度叫做视角
视角愈大
眼睛就愈能看清楚物体的细节
正常人眼要看到物体 视网膜上的像必须足够大
视角也必须足够大
人眼睛刚能辨清物体的细节所对应的视角称为最小视角 用最小视角可以表示人眼的分辨本领
第十一章 几何光学
基础理论教学中心
一、眼的结构：
睫状肌
二、眼的光学系统
晶状体 房水 角膜 虹膜
眼睛是共轴球面系统
两种常用的模型： 古氏平均眼模型 简约眼模型
巩膜 视网膜 玻璃体
黄斑
①H1、H2可视为是一点H
②N1、N2也可视为是一个 点,N接近角膜的曲率中心 R=7.7mm处
③眼球内各物质折射率 接近，故可认为近似相 同，为n=1.33。
角膜到视网膜的距离是不变的 眼能使不同远近的物体成像在视网膜上
有关眼睛和眼镜的光学原理
有关眼睛和眼镜的光学原理眼睛是人类感知外界的一个重要器官，光学原理在眼睛的正常视觉过程中起着关键的作用。
而眼镜则是帮助我们矫正视力问题的一种工具，它通过改变光线的传播路径，使得光线能够正确地聚焦在视网膜上，从而提高我们的视觉质量。
下面我们将详细探讨眼睛和眼镜的光学原理。
首先，我们来了解一下眼睛的光学原理。
人类的眼睛是由角膜、晶状体、虹膜、瞳孔、视网膜等多个组成部分构成的复杂光学系统。
当光线进入眼睛时，首先会经过角膜，它是透明的组织，能够将光线折射进入眼睛内部。
然后光线经过虹膜和瞳孔，虹膜的大小能够调节瞳孔的大小，控制眼睛对光线的进入量。
瞳孔越大，进入眼睛的光线量越多，瞳孔越小，进入眼睛的光线量越少。
接下来，光线通过晶状体进行折射，晶状体的弹性能够调节其曲率，从而改变折射度，使得光线能够正确地聚焦在视网膜上。
视网膜是眼睛内感光细胞的居所，它将光线转化为神经信号发送到大脑中进行图像处理。
然而，由于各种因素的影响，很多人存在视力问题。
近视、远视和散光是最常见的视力问题。
近视指的是眼球前后轴过长，使得光线的聚焦点在视网膜前面，导致远处物体看得不清楚；远视则是眼球前后轴过短，使得光线的聚焦点在视网膜后面，导致近处物体看得不清楚；散光则是由于角膜的曲率不规则而导致。
这些视力问题都会影响到眼睛的正常光学原理。
为了矫正视力问题，眼镜的光学原理发挥了重要作用。
近视眼镜和远视眼镜通过透镜的折射作用来改变光线的传播路径。
对于近视者来说，近视眼镜通过减少光线的折射度，使得光线能够更大程度地聚焦在视网膜上，从而看清远处的物体。
而对于远视者来说，远视眼镜通过增加光线的折射度，使得光线能够更大程度地聚焦在视网膜上，从而看清近处的物体。
除了近视眼镜和远视眼镜外，还有一些特殊的眼镜，比如双光眼镜，它同时修复了近视和远视问题；还有散光眼镜，通过透镜的不同曲度来纠正角膜的曲率不规则问题。
眼镜的透镜主要包括凸透镜和凹透镜。
凸透镜可以将光线向中心聚焦，适用于近视者；而凹透镜则使光线能够发散，适用于远视者。
(应用光学)第三章.眼睛及目视光学系统
应用光学（第四版）
3 人眼及其光学系统
已知显微镜的视放大率为-300，目镜焦距为20mm，求显微镜物镜 的倍率。若人眼的视角分辨率为60’’ ，则用该显微镜能分辨的两物点 的最小距离是多少？
目
250
f目'
=物目
300
物
250 20
物
24
tan 仪 =
y' f目'
物 24
y' y
tan 60''
明视距离: 眼睛前方250mm 距离处，SD=(1 / (-0.25))= -4 近点距离: 眼睛通过调节能看清物体的最短距离. 远点距离: 眼睛能看清物体的最远距离 最大调节范围 = 近点视度 – 远点视度
应用光学（第四版）
3 人眼及其光学系统 不同年龄段正常的人眼调节能力
年龄 10 15 20 25 30 35 40 45 50
'
r'
0.61 n'sin U 'max
0.61 n'(D / 2R)
1.22R n'D
应用光学（第四版）
3 人眼及其光学系统
'
0.61 n'sin U 'max
1.22R n'D
当满足小角度时，sinU'max=tanU'max=U'max
'
0.61 n'sin U 'max
0.61 n’u '
最大调节范围/视度 -14 -12 -10 -7.8 -7.0 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5
近点距离 (mm) 70 83 100 130 140 180 220 290 400
3 人眼及其光学系统
已知显微镜的视放大率为-300，目镜焦距为20mm，求显微镜物镜 的倍率。若人眼的视角分辨率为60’’ ，则用该显微镜能分辨的两物点 的最小距离是多少？
目
250
f目'
=物目
300
物
250 20
物
24
tan 仪 =
y' f目'
物 24
y' y
tan 60''
明视距离: 眼睛前方250mm 距离处，SD=(1 / (-0.25))= -4 近点距离: 眼睛通过调节能看清物体的最短距离. 远点距离: 眼睛能看清物体的最远距离 最大调节范围 = 近点视度 – 远点视度
应用光学（第四版）
3 人眼及其光学系统 不同年龄段正常的人眼调节能力
年龄 10 15 20 25 30 35 40 45 50
'
r'
0.61 n'sin U 'max
0.61 n'(D / 2R)
1.22R n'D
应用光学（第四版）
3 人眼及其光学系统
'
0.61 n'sin U 'max
1.22R n'D
当满足小角度时，sinU'max=tanU'max=U'max
'
0.61 n'sin U 'max
0.61 n’u '
最大调节范围/视度 -14 -12 -10 -7.8 -7.0 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5
近点距离 (mm) 70 83 100 130 140 180 220 290 400
工程光学眼睛及目视光学系统
同放大镜： =250/fe’
一.目镜的主要光学参数
2’ 、fe’、p’/ fe’、lF 1. 视场角2’
tg’=tg
2.镜目距p’:出瞳到目镜后表面的距离，≥6mm
相对镜目距p’/ fe’
3.工作距lF ——目镜第一面的顶点到其物方焦平面的距离 lF > 视度调节的深度
43
眼睛及其光学系统
二 . 光学仪器中目镜的视度调节
1物镜；2小灯泡；3物体；4载物台 工具显微镜反射照明
亮视场照明图
单向暗视场照明
29
显微镜系统
2. 透射光照明：
亮视场照明：临界照明、柯勒照明（像方远心） a. 临界照明——光源成像于物平面。
多用于投影物体面积较小的情况。 光源表面亮度的 不均匀性影响观察效果。
“窗对窗，瞳对瞳”
30
显微镜系统
b. 柯勒照明：光源成像于物镜的入瞳面上。
±5~10"
39
三.望远镜的视场
望远镜系统
1.开普勒望远镜
物镜框：孔径光阑、入瞳；出瞳在目镜外，与人眼重 合。
目镜框：渐晕光阑，允许50%渐晕；
分划板：视场光阑。
40
2.伽俐略望远镜
(场阑、入窗） 出窗
y y’ ’
-Li(L) L i l’ ’
孔阑
lz
’
lz
望远镜系统
DP
41
(1)当K=50%，tg = -D/2lz
0.145mm ' 0.29mm
' = = 0.85a =0.5/NA =555nm
按道威判断，得： 523NA≤ ≤ 1046NA 取 500NA ≤ ≤ 1000NA
min = 0.0725mm
一.目镜的主要光学参数
2’ 、fe’、p’/ fe’、lF 1. 视场角2’
tg’=tg
2.镜目距p’:出瞳到目镜后表面的距离，≥6mm
相对镜目距p’/ fe’
3.工作距lF ——目镜第一面的顶点到其物方焦平面的距离 lF > 视度调节的深度
43
眼睛及其光学系统
二 . 光学仪器中目镜的视度调节
1物镜；2小灯泡；3物体；4载物台 工具显微镜反射照明
亮视场照明图
单向暗视场照明
29
显微镜系统
2. 透射光照明：
亮视场照明：临界照明、柯勒照明（像方远心） a. 临界照明——光源成像于物平面。
多用于投影物体面积较小的情况。 光源表面亮度的 不均匀性影响观察效果。
“窗对窗，瞳对瞳”
30
显微镜系统
b. 柯勒照明：光源成像于物镜的入瞳面上。
±5~10"
39
三.望远镜的视场
望远镜系统
1.开普勒望远镜
物镜框：孔径光阑、入瞳；出瞳在目镜外，与人眼重 合。
目镜框：渐晕光阑，允许50%渐晕；
分划板：视场光阑。
40
2.伽俐略望远镜
(场阑、入窗） 出窗
y y’ ’
-Li(L) L i l’ ’
孔阑
lz
’
lz
望远镜系统
DP
41
(1)当K=50%，tg = -D/2lz
0.145mm ' 0.29mm
' = = 0.85a =0.5/NA =555nm
按道威判断，得： 523NA≤ ≤ 1046NA 取 500NA ≤ ≤ 1000NA
min = 0.0725mm
工程光学第七章典型光学系统
六、显微镜的照明方式
①透射光亮视场照明。光通过透明物体产生亮视场。 ②反射光亮视场照明。对不透明的物体，从上面照射产生漫射或规 则的反射形成亮视场。 ③透射光暗视场照明。倾斜入射的照明光束在物体旁侧向通过，光 束通过物体结构的衍射、折射和反射，射向物镜，形成物体的像， 则获得暗视场。 ④反射光暗视场照明。在旁侧入射到物体上的照明光束经反射后在 物镜侧向通过，若无缺陷的放射镜作为物体，得到一均匀暗视2场2 。
距离
距离
R为远点视度，P为近点视度，单位为屈光度（D）=1/m。 医学上， 1D=100度。 随着年龄增大，肌肉调节能力下降，调节范围减小。
（二）眼的缺陷及校正
眼睛的远点在无限远或眼光学系统的后焦点在视网膜上，称
为正常眼。
正常眼观察近物时，物体距眼最适宜的距离是250mm，称
为明视距离M。
4
①近视眼 近视眼的网膜离水晶体太远或水晶体表面曲率太大，无限 远物点成像在网膜之前，远点在眼前有限远。 需配一负光角度凹面透镜，透镜的像方焦点与眼睛的远点 重合，这样，无限远物点就能成像在网膜上。
大小应与目 500tgw 6，8，11，16，22，32。 镜的视场角 250 D ②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
f e
e
一致： e
2 y 5 0 0tg w e
5 0 0tg w
表明：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，其在物
空间的线视场越小。
18
三、显微镜的出瞳直径 普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
①透射光亮视场照明。光通过透明物体产生亮视场。 ②反射光亮视场照明。对不透明的物体，从上面照射产生漫射或规 则的反射形成亮视场。 ③透射光暗视场照明。倾斜入射的照明光束在物体旁侧向通过，光 束通过物体结构的衍射、折射和反射，射向物镜，形成物体的像， 则获得暗视场。 ④反射光暗视场照明。在旁侧入射到物体上的照明光束经反射后在 物镜侧向通过，若无缺陷的放射镜作为物体，得到一均匀暗视2场2 。
距离
距离
R为远点视度，P为近点视度，单位为屈光度（D）=1/m。 医学上， 1D=100度。 随着年龄增大，肌肉调节能力下降，调节范围减小。
（二）眼的缺陷及校正
眼睛的远点在无限远或眼光学系统的后焦点在视网膜上，称
为正常眼。
正常眼观察近物时，物体距眼最适宜的距离是250mm，称
为明视距离M。
4
①近视眼 近视眼的网膜离水晶体太远或水晶体表面曲率太大，无限 远物点成像在网膜之前，远点在眼前有限远。 需配一负光角度凹面透镜，透镜的像方焦点与眼睛的远点 重合，这样，无限远物点就能成像在网膜上。
大小应与目 500tgw 6，8，11，16，22，32。 镜的视场角 250 D ②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
f e
e
一致： e
2 y 5 0 0tg w e
5 0 0tg w
表明：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，其在物
空间的线视场越小。
18
三、显微镜的出瞳直径 普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
工程光学 典型光学系统PPT课件
眼睛及其光学系统
放大镜 显微镜系统 望远镜系统
目视 光学系统
目镜
第一节 眼睛及其光学系统
一、眼睛(Eyes)的结构
调节肌
1、巩膜：包围眼球的白色 不透明外层，D≈25mm.
2、角膜(Cornea)：眼球前突出的透明球面膜，
r≈8mm，n ≈1.38；
——主要折射成像界面(角膜—空气)
眼球横切面
3、前室：角膜后水晶体前的空间，充满透明水状液n =1.336。
1、调焦（对准）平面上的物点——视网膜上的点像
2、远景、近景平面上的物点——视网膜上的像为弥散斑
若弥散斑可看作一像点， 则要求其对人眼张角小于极限分辨角。
八、双目立体视觉
1,视差角
A
A
A
B
l
B
a1
a2 b2a2源自b1 a1b视觉基线
2,视差、体视锐度
视差：
视差越大，两物体的纵向 深度越大，反之越小
二、瑞利判据 ：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央 极大与另一衍射图样的第一级极小重合时，认 为刚好能分辨这两个物点。
——能分辨的两个等亮度点间的距离对应于艾里斑半径。
无限远物点被理想光学系统成衍射图案： 第一暗环半径对出瞳中心的张角：
=1.22 / D,入瞳直径D的函数
——能分辨的二点间的最小角距离
2、眼睛+目视光学仪器：视角可被目视光学仪器放大。 观察物体所需分辨率×目视光学仪器的放大率=眼睛分辨率
★ 不同的目视光学仪器，通常选择的物距为： 1）放大镜、显微镜：观察物位于明视距离附近； 2）望远镜：观察物位于远处或无穷远。
第二节 放大镜 （The Magnifying Glass）
一、放大镜的成像原理
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眼睛及其光学系统
主要内容
眼睛的对准精度 眼睛的景深 双目立体视觉
眼睛的对准精度
• 分辨：眼睛能区分开两个点或线之间的线距离或 角距离的能力。
• 对准：垂直于视轴方向上的重合或置中过程。 两实•线重对合±准60"误差两(直精线端度部重)合：±1对0~20准" 后叉，线对偏准单离线±置10" 中或重双线合对准的单线线±5~10"
DP P 0
P DP
P1
P2
P DP
DP P
DP
2
双目立体视觉——判别物体远近
• 一般单目判读距离不超过5m。 • 双目观察物体，形成单一像，取决于生理和心理
因素。双目能容易地判别物体的远近。
若物点A到基线的距离为L，则有：
A bL
物体远近不同，视差角不同，使眼 睛发生转动的肌肉的紧张程度也就不 同，根据这种不同的感觉，双目能容 易地判别物体的远近。
——
体视锐度与体视半径
• 人眼能感觉到Δθ的极限值Δθmin称为“体 视锐度”； Δθmin大约为10"，经训练可 达到5"至3"。
• 人眼能分辨远近的最大距离Lmax称作 “立体视觉半径”：
Lm a x
m in
62mm 10 1200 m
• 立体视觉半径以外的物体，人眼则不能 分辨其远近。然而，某些在体视半径以 内的物点仍有可能不产生或难于产生立 体视觉：
距离或角距离。不同对准方式的对准精度
眼睛的景深
• 当眼睛调焦在某一对准平面时，眼睛不必调节能 同时看清对准平面前和后某一距离的物体，称作 眼睛的景深。
• 设眼瞳直径为DP，由图中三角形的相似性得：
ab P
人眼的极限分辨角
DP P
P2 P P2
• 远景距离和近景距离为：
DP P
P1 P1 P
P1
PDP
DP P
• 远景深和近景深为：
P 2 1 P P1 DP P
2
P2
P
P 2 DP P
P2
PDP
DP P
对比式(4-5b)，符号规则。 远景深度大于近景深度。
两种特殊情况
★若眼睛调焦在无限远处： P
P1 DP
P2 DP
★若欲使对准平面前的整个空间都能清晰成像：
P 2 1 P P1 DP P
双目立体视觉——形成立体视觉
•
•
若两物点和观察 者的距离不同，它 们会有不同的视差 角，其差异称为 “立体视差”，简 称视差。 视差值越大，人 眼感觉两物体的纵 向深度越大；其值 越小，人眼感觉两 物体的纵向深度越 小。从而产生立体 视觉。
觉单 以立 的眼 及体 。观 对视
察 物觉 空体 间体 物 积对 体 的物 是 感体 很 觉位 难 。置 产在 生空 立间 体分 视布
两物体位于两眼基线的垂直平分线上。 两物点的像重合，导致一物点被另一物点
遮蔽。
此时只要移动一下头部，便可恢复立体视 觉。
立体视觉阈与立体视觉误差
• 双眼能分辨两点间的最短深度距离称作“立体视觉阈”， 以ΔL表示：
b L 微分 L L2 b
• 当取Δθ为Δθmin时，对应的ΔL即为“双目立体视觉误差”：
b 62mm，min 10 0.00005
L 8104 L2
只有当L小于1/10立体视觉半径时，才能应用上式，否则误差较大。 物体距离越远，立体视觉误差越大。 通过双目光学系统（双目望远镜和双目显微镜），可以增大体视半径 和减小立体视觉误差。
Q&A
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主要内容
眼睛的对准精度 眼睛的景深 双目立体视觉
眼睛的对准精度
• 分辨：眼睛能区分开两个点或线之间的线距离或 角距离的能力。
• 对准：垂直于视轴方向上的重合或置中过程。 两实•线重对合±准60"误差两(直精线端度部重)合：±1对0~20准" 后叉，线对偏准单离线±置10" 中或重双线合对准的单线线±5~10"
DP P 0
P DP
P1
P2
P DP
DP P
DP
2
双目立体视觉——判别物体远近
• 一般单目判读距离不超过5m。 • 双目观察物体，形成单一像，取决于生理和心理
因素。双目能容易地判别物体的远近。
若物点A到基线的距离为L，则有：
A bL
物体远近不同，视差角不同，使眼 睛发生转动的肌肉的紧张程度也就不 同，根据这种不同的感觉，双目能容 易地判别物体的远近。
——
体视锐度与体视半径
• 人眼能感觉到Δθ的极限值Δθmin称为“体 视锐度”； Δθmin大约为10"，经训练可 达到5"至3"。
• 人眼能分辨远近的最大距离Lmax称作 “立体视觉半径”：
Lm a x
m in
62mm 10 1200 m
• 立体视觉半径以外的物体，人眼则不能 分辨其远近。然而，某些在体视半径以 内的物点仍有可能不产生或难于产生立 体视觉：
距离或角距离。不同对准方式的对准精度
眼睛的景深
• 当眼睛调焦在某一对准平面时，眼睛不必调节能 同时看清对准平面前和后某一距离的物体，称作 眼睛的景深。
• 设眼瞳直径为DP，由图中三角形的相似性得：
ab P
人眼的极限分辨角
DP P
P2 P P2
• 远景距离和近景距离为：
DP P
P1 P1 P
P1
PDP
DP P
• 远景深和近景深为：
P 2 1 P P1 DP P
2
P2
P
P 2 DP P
P2
PDP
DP P
对比式(4-5b)，符号规则。 远景深度大于近景深度。
两种特殊情况
★若眼睛调焦在无限远处： P
P1 DP
P2 DP
★若欲使对准平面前的整个空间都能清晰成像：
P 2 1 P P1 DP P
双目立体视觉——形成立体视觉
•
•
若两物点和观察 者的距离不同，它 们会有不同的视差 角，其差异称为 “立体视差”，简 称视差。 视差值越大，人 眼感觉两物体的纵 向深度越大；其值 越小，人眼感觉两 物体的纵向深度越 小。从而产生立体 视觉。
觉单 以立 的眼 及体 。观 对视
察 物觉 空体 间体 物 积对 体 的物 是 感体 很 觉位 难 。置 产在 生空 立间 体分 视布
两物体位于两眼基线的垂直平分线上。 两物点的像重合，导致一物点被另一物点
遮蔽。
此时只要移动一下头部，便可恢复立体视 觉。
立体视觉阈与立体视觉误差
• 双眼能分辨两点间的最短深度距离称作“立体视觉阈”， 以ΔL表示：
b L 微分 L L2 b
• 当取Δθ为Δθmin时，对应的ΔL即为“双目立体视觉误差”：
b 62mm，min 10 0.00005
L 8104 L2
只有当L小于1/10立体视觉半径时，才能应用上式，否则误差较大。 物体距离越远，立体视觉误差越大。 通过双目光学系统（双目望远镜和双目显微镜），可以增大体视半径 和减小立体视觉误差。
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