数字图像处理 读书笔记二 眼睛的构造

先看眼睛的构造图：

眼睛还是比较复杂的，至少涉及到下面10个零件：

1. 角膜(cornea)，眼睛前面的硬而透明的组织，保护眼睛的作用。

2. 巩膜(sclera), 角膜之外的表面都由sclera包裹。

3. 脉络膜(choroid), 包含血管网，提供眼睛的养分。

4. 睫状体(ciliary body) 位于脉络膜前部 ,其上的纤维负责悬挂晶状体(lens)

5. 虹膜(Iris)也位于脉络膜前部，通过收缩和扩张控制进入眼睛的光量。中间的开口就是瞳孔。

6. 晶状体(lens)由睫状体纤维悬挂，能够吸收8%的可见光谱，对短波长的光有较高吸收率。蛋白质负责吸收红外光和紫外光。lens可以自动调节厚度，下面摘自http://www.zhihu.com/question/20689640

人眼对焦是靠睫状肌的拉伸来改变晶状体的形状，也就是改变其焦距（或者说屈光度）来实现。如下图所示（引自wiki）：具体而言：
看远处物体，睫状肌放松，晶状体扁平，屈光度最小，焦距最大。如左图。
看近处物体，睫状肌收缩，晶状体变凸，屈光度变大，焦距变短，从而在眼轴长度不变的情况下，保证成像在视网膜上。如右图。

长时间看近处会造成睫状肌痉挛，也就是晶状体过凸，焦距过小，是为假性近视。
长期看近处，会造成眼轴永久性变长，超出晶状体最大焦距，是为真性近视。

当人变老，晶状体会慢慢变硬，从而丧失调焦的能力。人眼也就从「变焦」成为「定焦」。这时看近处的物体，就需要靠外加凸透镜（老花镜）来屈光。

注意，上面的图有点欺骗性，其实落在视网膜上的是一个小块的成像区域而不是焦点。这点我特别联系了一个做眼科医生的老同学确认了。而且除了lens外，cornea也能屈光。最终影响成像区域落在Retina上的是它们的共同作用，注意，成像区域的图像是倒置的。

7. 视网膜(Retina) 布满整个后部的内壁。来自眼睛外部的光在视网膜上成像。视网膜上分布了两种光感受器，锥状体和杆状体。

8. 锥状体有600-700万个，成为中央凹，位于视网膜中间部分。每隔锥状体都有自己的神经末梢，既能感光，也能感色。对颜色高度敏感，构成白昼视觉或亮视觉。

9. 杆状体有7500-15000万个，几个杆状体共用一个神经末梢。

没有彩色感觉，用来给出视野内的一般总体图像，对低照明度敏感，换句话说，只能感光，不能感色。感光灵敏度极高，是锥状细胞感光灵敏度的10，000倍

构成暗视觉或微光视觉。

锥状体和杆状体分工，明亮的环境下，锥状体起主导作用，昏暗的环境下，杆状体起主导作用。

10. 盲点，视网膜上没有光感受器的地方就叫盲点。

基本概念：

1. 亮度适应(Brightness Adaptation)，包括暗适应(Scotopic)和亮适应(Photopic)两种情况。

从明亮到昏暗环境，叫做暗适应。反之，叫做亮适应。从上面描述的锥状体和杆状体可以知道，当暗适应的时候，眼睛要调节杆状体发挥作用。亮适应调节速度要比暗适应快。不知为什么？

每个人也不一样，我的暗适应时间就比我儿子多好几分钟。

2. 主观亮度(Subjective Brightness) 指的是人的视觉系统感知的亮度。

书中图需要解释一下。x轴是光的强度的对数，y轴是主观亮度，y=f(x)，而函数f就是对数。因此下面的图是对数曲线：

这个曲线说明了，

1. 主观亮度 和 客观亮度的对数 成线性关系。为什么用对数(Logarithm)，感觉这里用它做放大的，毕竟[0.001, 0.1]之间距离太小，用对数转换成[-3, -1] 之间的距离比较好观测。这里用的是10为底数的对数。对数曲线参考

2. 人眼可以适应的范围很广，从Scotopic threshold到Glare limit。但是这个范围又被分为若干个亮度适应级别(Brightness Adaptation Level), 图上的两段较短的曲线段就是两个亮度级别。当光的强度达到一定层度，人眼就会从较低的亮度适应级别调整到较高的亮度适应级别。当光的强度突然下降到低于Bb所在的强度时，人眼会有短时间的看不见的现象，然后当调整回到较低的亮度适应级别，又能看到东西了。