立体视觉漫谈(一)收音机照相机眼睛.docx

收音机、照相机、眼睛—立体视觉漫谈（一）人们一般认为，标题中的三种物体是风马牛不相及的但仔细想一下，把他们相提并 论又不无道理收音机是什么？它是一种能够从周围空间扑捉信息并将它转换为声音的装置人们都 知道在我们周围的空间中存在着许多不同频率的电磁波换句话说，我们实际上是生活在 充满电磁波的空间里这些电磁波中函有大量我们需要的信息每台收音机都有一根可以 伸缩的小辫，叫做“天线”收音机就是靠这根天线来扑捉信息的这本书是关于视觉问题的视觉是我们从周围空间获取信息的重要手段之一眼睛是 我们的视觉器官从这点看，眼睛的作用与收音机的天线相似但是人感知世界并不只靠 这一根“天线”，我们的耳朵、鼻子、舌头、皮肤都可以接收周围世界的信息因此人类 获取信息的手段要比收音机复杂得多、完善得多那么，什么是视觉呢？视觉就是眼睛从周围空间接收电磁波的过程英国物理学家麦 克斯韦早在十九世纪六十年代就已经指出，光波是电磁波因此，眼睛和收音机获取的是 同一种信息实际上，电磁波是一个很大的家族，包括的波长范围很广从图 1-1 可知， 眼睛可以接收的只是其中很小的一个范围，这个范围的电磁波叫做“可见光”，它的波长 很小其波长范围大约在0.78m m （红光）~ 0.39》m （紫光）之间。

紫外线 可见光 红外线W 200 300 400 500 600 700 B00 900 1000 nm一■•红外线雷达电视无线电波 厂 I I I I I I"射线又射线、I 1 …i r图 1-1 各种波长的电磁波示意图其中单位：1nm（纳米）=10 一9 m , 1m m （微米）二10 一6 m动物的视觉，大致可以分为两大类有的动物完全没有视觉，如人或其他动物肠中的寄生虫在有视觉器官的动物中，其视觉器官的差异是很大的低级的动物如蚯蚓，是没有眼 睛的它的感光器官是散布在表皮上的一个个单独的光敏细胞这些细胞与蚯蚓的神经系 统相连，可以接受任何射到表皮上的光，而与光的入射方向无关因此蚯蚓只能分辨明暗 而不能产生物体的像，也不能分辨颜色，更谈不上立体视觉这是由于蚯蚓通常生活在土 壤之中，那里没有光线，不需要眼睛，能分辨明暗已经足够了类似情况的还有深海的鱼 类，一般只有感觉弱光的视觉大多数软体动物，都具备某种类型的眼睛，因此能够粗略地辨认方向珍珠贝的眼睛 已近于封闭，其辨认方向的能力已强到被认为有实象视觉的程度这种眼，中间只有一个 小孔，光线经过它射到光敏细胞上，其结构与古老的小孔成像照相机极其相似。

图 1-2 几种不同类型的眼睛（示意图）a:只能区别明暗的平面冃艮b:凹眼，能对光线方向做粗略估计c:小孔成像眼 d:晶状体眼高级动物的视觉可分为两大类双艮在头部两侧的哺乳动物，如兔，两艮的视野完全 不同左眼和右眼分别感受头部左侧和右侧的光刺激，因此只有单眼视觉人和灵长类动 物，如猴，双眼都在头的前部，绝大部分视野重叠，左右眼可同时接受同一物体的光刺激， 因而具有双眼视觉的功能双眼视觉可以弥补视野中存在盲点的缺陷，又扩大了平面视野， 对立体视觉的形成以及通过视觉判断物体的远近距离起着重要作用图 1-3 照相机原理示意图什么是照相机呢？照相机是一种能够从周围空间获取信息并将它转换成图象的装置 从以上叙述可知，照相机获取的显然也是电磁波中的可见光波一般来说，照相机是由镜 头（实际上是一组透镜）和暗箱组成的在暗箱中装上胶片，当快门打开时，就会使胶片 感光，从而将外界景物记录下来（图 1-3）它的结构及工作原理和眼睛极为相似图 1-4 人眼结构示意图人的眼睛是一个直径大约 23 毫米的近似球体（图 1-4）前边是透明的弹性组织，叫 做角膜它有广角镜头的作用，可以将大范围射来的光线汇聚起来投射到水晶体上。

角膜 周围包有多纤维的巩膜，起保护作用水晶体的作用类似于凸透镜外界物体发出的光线 经角膜和水晶体聚焦后，可在视网膜上形成一个相当准确的倒立的像为了使远近不同的物体都能在胶片上得到清晰的像，必须对透镜做适当的调整在照相 机中这一工作是靠移动透镜的位置来实现的在眼睛里，由于水晶体到视网膜的距离无法 改变，上述方法显然不行实际上，人眼是靠改变水晶体的形状（即改变透镜焦距）来完 成的看近处物体时，睫状肌收缩，迫使水晶体中部变厚，焦距变小；看远处物体时，睫 状肌放松，水晶体中部变薄，焦距变大视网膜位于眼球后部内层，是眼球的感光部分它是一透明薄膜，分布着大量感光细 胞这些细胞可分为两种，一种叫锥体细胞，大约有 650 万个；另一种叫杆体细胞，大约 一亿个在眼球的视网膜中央部分有一个很小的区域，密集着大量的锥体细胞，几乎没有杆体 细胞这一区域呈黄色，叫黄斑区，直径约 2-3 毫米黄斑中央有一小凹，叫中央窝，这 是视觉最敏锐的地方这里每平方毫米有14-16 万个锥体细胞离开中央窝，锥体细胞急 剧减少，而杆体细胞急剧增多在离开中央窝20的地方，杆体细胞的数量最多锥体细胞被称为“明视觉器官”，在光亮条件下，它能分辨颜色和物体的细节。

视网 膜某一区域锥体细胞的数量决定着那里视觉的敏锐程度（简称“视敏度”）中央窝的视 敏度最高偏离中央窝5°时，视敏度几乎降低一半在偏离中央窝40-50的地方，视敏 度只有中央窝的 1/20视网膜不同部位视敏度的差别与锥体细胞的分布情况是一致的杆体细胞只在比较暗的条件下起作用，被称为“暗视觉器官”它能在光线比较暗时 分辨物体的轮廓，但不能分辨颜色和细节锥体细胞退化或机能丧失的“日盲症”患者的视网膜中央部位是全盲的，同时也是全 色盲夜盲症”患者则是由于杆体细胞内感光化学物质（视紫红质）发生病变，在黑暗 条件下，视觉便发生困难在一些昼视动物的视网膜中，只有锥体细胞，而无杆体细胞昼视动物一般能分辨颜 色大多数鸟类都是昼视的在夜视动物的视网膜中则只有杆体细胞，而无锥体细胞夜 视动物一般都是色盲的一些爬虫类动物是夜视的。