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人类最精密的相机:人眼的光学
人类最精密的相机:人眼的光学
来源:中科院长春光机所 | 作者:David | 11/27/2017 1:59:58 PM | 浏览:872 | 评论:0

你的眼睛像清澈的泉水

我多想站在你的鼻尖扎个猛子

我忘记了我不会游泳

不要救我  不要救我

让我淹死在你清澈的眼神里

哦不

救我  救我

不要让我的尸体玷污了你的眼睛

——话剧《乌龙山伯爵》

人类最精密的相机:人眼的光学


       “眼睛是人类心灵的窗口”,人类认知的80%以上都是来自于视觉信息,如果把人体比喻成一台精密的仪器,毫无疑问,眼睛就是这台仪器上的一部精密的相机,它拥有完美的“镜片”——眼球、超级智能的“处理器”——大脑。

 

人类最精密的相机:人眼的光学


简单来说,我们的眼睛可以分为白眼球黑眼球两部分,黑眼球又可以分为瞳孔和虹膜两部分。人眼中间的黑色小圆点就是我们所说的瞳孔,环绕瞳孔的那一圈环状有色物就是虹膜,我们平常所说的眼睛的颜色就是指虹膜的颜色,比如我们平常所见的褐色和黑色虹膜,还有欧美人的深浅不同的蓝色等等。虹膜具有明显的个性差异,现代安防系统中的虹膜识别就是用结合红外和夜视的成像方式来提取和识别虹膜信息。与眼纹识别、眼球识别相比,虹膜识别的安全级别最高。据说人在出生后的6-18个月虹膜就定型,而且对视觉无严重影响的手术无法改变虹膜特征。


人类最精密的相机:人眼的光学

眼球的具体结构非常复杂,其光学成像过程也非常复杂,从立体的角度来说,如果把眼睛比做一台简易的相机,那么瞳孔就相当于镜头的光圈,控制进光量的大小;晶状体相当于镜片,光线经过这里入射到眼底;视网膜相当于相机的感光元件,接受来自外界的光信号。

       在对眼球进行简单分析的时候,我们可以采用高尔斯特兰简化眼模型,该模型把眼球归结为一个曲率半径为5.7mm、介质折射率为1.333的单折射球面。该模型下人眼的焦距在16mm左右,眼睛的睫状肌可以改变晶状体的形状来改变焦距,也就是说,人眼相当于一支16mm的可变焦距的超广角相机;瞳孔可以对明暗做出反应,调节进入眼睛的光线,相当于镜头的光圈,人眼瞳孔的最大尺寸在6mm左右,最小尺寸在2mm左右,人眼的光圈值在强光下可以达到8.3,弱光下可以达到2.1。由于光照不同时人眼的长度会发生变化,因此实际的光圈值会有所变化。

人类最精密的相机:人眼的光学

    人眼视网膜上只有很小的区域用来感光,即黄斑区,相当于相机的CCD或者CMOS,无论在明暗、灰度还是彩色的动态范围,黄斑区的表现能力都一骑绝尘,黄斑区的细胞可以感受相差万倍的明暗信号以及上千灰度级的灰度信号。人眼在黑暗中的敏感度时白天的600多倍,当然这比起猫头鹰等夜行性动物眼睛的敏感度来说还是很低的。

       跟现在的高清相机相比,比如某前置2000万柔光自拍的相机,人眼这台相机能不能“照亮你的美”呢?我们所说的相机的像素是整块探测器上的像素的总和,而人眼在工作状态实际清楚看到的东西只是一个点,仅在这一地方就集中了700万到1000万的像素,忽略对信息的存储,人眼的像素大约在5亿7600万左右。更何况还有人类大脑这个“中央处理器”对信息进行智能处理,实现分析、过滤、辨别,直到最高层次的鉴赏。

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