人眼的立体视觉特性

立体成像原理图1．单眼水平视角图如图所示：人单眼的水平视角最大可达156度，双眼的水平视角最大可达188度。

人两眼重合视域为124度，单眼舒适视域为60度。

什么意思呢？1．人眼其实观看到的并不仅仅是一个具有重合视角的平面，而是一个超过180度鱼眼镜头的188度环形平面，类似于近期比较流行的环形电影屏幕。

2．人两眼重合视域有124度。

也就是说在人眼观看到的范围内，只有这124 度视角内的物体才有立体感。

换句话说只有这124度两眼重合视域内观看到的物体截面，超过了180度，以至于形成了立体感。

3．单眼舒适视域为60度。

是讲只有这单眼的60度范围内的物体，人们才能够看清楚，人眼才能够聚焦。

单眼剩余这96度（156-60=96)的视域，我们一般俗称为“余光”，其实是人眼并不敏感的范围，也就是无法看清楚的。

当然我们所需要研究的是双眼所呈现的立体视觉，以上这部分仅作陈述基础。

图2．双眼水平视角图这里我以6厘米的瞳距为例，画了这张双眼水平视角图。

用photoshop做了一下修改，不同视角的不同区域均用不同颜色填充，因为都设定了30%的透明度，所以重合的区域可以很直观地看到。

1．我用大写英文字母标明了不同的区域：D和E分别为左右眼的156度视角；B和C为左右眼60度舒适视域；A区为左右眼60度舒适视域重合部分。

2．用小写英文字母在视线的各个末端进行了标拄，这样在说明某个特定视角时会比较方便。

例如：∠ dxg为D区、∠cyg为D和E的重合部分。

很直观的图表，我们可以看到：1．∠xyz实际上就是被鼻子挡住的位置，图2全部白色的范围实际上就是人眼的盲区，除了可以看到自己的鼻子和眼眶。

2．实际上只有∠cyg这个范围内观看到的事物才有立体感。

3．人单眼的舒适视域只有60度，也就是说观看到的物体和拍摄的照片以60度为最佳；立体摄影最大范围为单眼124度【（156-90-4）×2】，即为双镜头视线水平，双倍的视线到两眼内侧的角度，也就是∠ixg和∠czj。

立体电影（3D电影）一、立体显示的原理要了解立体电影的原理，首先要了解人眼观察事物的过程。

人眼在观察外界物体时，不仅能看到物体的外形，还能够辨认物体的距离、物体之间的前后位置和取向等，这与人眼的三维视觉特性有关。

这些立体视觉信息大致可分为单眼信息和双眼信息。

他们由许多不同的感知线索组成，其中单眼信息的感知线索就包含有眼球的调节、视网膜上成像的相对大小、透视感、照明状况、单眼运动视差、视野等。

在这些线索中，除了眼球的调节是生理活动外，其他线索一般认为是心理感知。

心理感知多是通过人的习惯产生的，比如通过物体的近大远小、近明远暗、前后遮挡以及光线阴影等关系来感知立体影像。

很多图片和绘画作品就是利用这一特点让观众在平面作品上产生强烈的立体感。

由于亮眼具有约65mm的瞳距，因而人们用双眼观察物体时，物体在左右两眼视网膜上的成像是略有差异的，即双眼视差，它是立体视觉的重要线索。

另外，当物体成像不在左右两眼视网膜的对应点上时，所看到的便是两重像（复像），需要通过眼球的旋转运动（称为辐辏）并经眼外肌的张力调节而使两重像重合（称为融合），这个过程也为立体视觉提供重要信息。

一般来说，人们在观看立体图像时，如果辐辏与调节超出平衡范围，就会引起视觉疲劳。

单眼信息有时会出现偏差，而双眼信息的感知是比较真实的。

立体电影就是利用人的双眼视差来产生立体感的。

人在观察外界事物时，左右眼各看见三维景物的左侧和右侧的细节，在视网膜上形成有水平视差的两个相似的二维图像，这两个二维像经过复现，就形成了三维立体图像。

立体电影就是模拟人眼三维图像的形成过程，先把左右眼的单眼图像分别记录下来，通过放映机和相应的立体放映设备，让观众的左右眼分别看到相应的单眼图像，再经过大脑复现成三维立体图像。

在技术上，就是要实现左右双画面放映并分别映入观众的左右眼。

上述原理早在19世纪中期就被人们认识到了，所以在胶片电影发明后不久，有人就在尝试以各种方式和形式拍摄和放映立体电影，早期是利用红蓝（绿）眼镜来看立体电影，后来又发展到用偏振技术放映、观看立体电影。

人类的视觉生理特点主要包括以下几个方面：1.分辨率高：人类视觉系统能够分辨非常小的物体和细节，这是因为眼睛中的视网膜上有大量的感光细胞，能够识别非常微小的光线变化。

2.宽动态范围：人类视觉系统能够适应不同亮度的环境，从非常明亮的阳光下到非常暗淡的夜晚都能够看清物体。

3.颜色感知：人类视觉系统能够感知物体的颜色，这是因为眼睛中的视锥细胞能够感知不同波长的光线，从而产生不同的颜色感知。

4.快速适应：人类视觉系统能够非常快速地适应不同环境下的光线和颜色，例如从室内到室外，从白天到夜晚。

5.空间感知：人类视觉系统能够感知物体的三维空间位置和形状，这是因为眼睛中的两个视网膜能够产生不同的图像，从而产生立体感知。

6.运动感知：人类视觉系统能够感知物体的运动和速度，这是因为眼睛中的视网膜能够感知光线的变化，从而产生运动感知。

7.光谱灵敏度：人眼可识别的电磁波长大约为400-800nm，同时含有400-800nm各色电磁波的光，称为白光。

人眼对不同的颜色的可见光灵敏程度不同，对黄绿色最灵敏，对白光较灵敏。

8.亮度和对比度感知：人眼能感受的亮度范围非常宽泛，可以感知从黑暗到明亮的亮度变化。

对比度感知则是指人眼对不同亮度之间的差异的感知能力。

9.立体视觉：人类的两只眼睛可以协同工作，提供深度感和立体感。

通过两只眼睛接收到的略微不同的视角信息，大脑可以分析出物体的距离和深度。

10.适应性：人眼具有一定的适应性，可以在长时间的相同光照条件下逐渐适应，例如从暗处到亮处或从亮处到暗处。

11.瞳孔调节：瞳孔可以根据光线强度的变化自动调节孔径大小，从而控制进入眼睛的光线量。

12.视觉疲劳：长时间注视同一物体或保持同一姿势会导致视觉疲劳。

适当休息和改变视线可以缓解视觉疲劳。

13.双眼视觉：人类的两只眼睛可以协同工作，提高视觉的分辨率和深度感。

14.眼睛运动：人类的眼睛可以进行快速而精细的运动，如扫视、追踪和聚焦等，以跟踪和理解动态的视觉场景。

人眼视觉特性 Prepared on 22 November 2020人眼视觉特性1.各种视觉范围光谱范围：我们知道，光线可以分为两类，也就是我们常说的可见光与不可见光。

“可见”与“不可见”是以人眼能否直接观察到为衡量标准的。

那么，人眼可以观察到的光谱范围，到底是多少呢研究发现，人眼可以识别的光线波长范围为400nm—800nm，而光波在390—455nm 内呈紫色，在455—492呈蓝靛色，在492—577nm呈绿色，577—597nm呈黄色，597—622nm呈橙色，770～622nm呈红色。

而人眼能分辨色彩的原因为，在人眼的视网膜上有两种视觉细胞，即锥状细胞和杆状细胞。

锥状细胞分为三种，分别对红、绿、蓝三种色光最敏感，称为红感细胞、绿感细胞、蓝感细胞。

当一束光射入人眼时，三种锥状细胞就会产生不同的反应，不同颜色的光对三种锥状细胞的刺激量是不同的，产生的颜色视觉各异，使人能够分辨出各种颜色。

锥状细胞不但可以接受色彩的刺激，还可以感受亮度的刺激。

所以，在白光下，人眼可以同时识别彩色与非彩色的物体，但到了夜间或暗处，锥状细胞即失去感光作用，视觉功能由杆状细胞取代。

此时，人眼便无法感觉彩色，仅能辨别白色和灰色。

既然人眼可看到的光线具有不同的颜色，那么自然人眼对不同的颜色有不同的灵敏度。

在较亮的环境中人眼对黄光最为敏感，而在较暗的环境中对绿光最为敏感。

无论在何种明暗条件中，对白光都较敏感，对红光和蓝紫光都不敏感。

如果用一个尺度来衡量，那就相当于，人眼对黄绿色敏感度为10，对蓝红色敏感度为1。

亮度范围：人眼能感受的亮度范围约为10−3—106cd/m2（坎德拉每平方米，1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量），当平均亮度适中时（亮度范围约为10—104cd/m2），能分辨的最大和最小亮度比为1000:1(当亮度为1000 cd/m2时，识别能力最高，有资料称:最小可识别黑度差ΔDmin≈; 当平均亮度很低时，能分辨的最大和最小亮度比不到10:1。

空间深度感与立体视觉我们生活的世界是三维的，但是这并不是大脑的视觉系统直接得到的结论，因为人眼是通过在视网膜上的成像来观察物体的，由于视网膜是二维的，所以在它上面生成的图像也是二维的，从视网膜上得到的信息来看，出现的事物应该是二维的，但我们看到的却是三维的世界。

这是因为人眼能产生立体视觉的重要基础是空间深度感。

人眼在观察物体时，能一定程度上定性的长生距离远近的感觉，这种远近的感觉叫做空间深度感。

无论是单眼还是双眼，观察时都有空间深度感，但双眼的深度感比单眼的强而且可靠。

1、单眼的深度感1）依据几个物体之间的相互遮蔽关系，判断其相对远近；2）对高度相同的物体，可依据其对应的视角来区分远近，视角大者距离较近。

这也就是常说的“近大远小”的来由；3）根据对物体细节的辨认程度也能比较物体的远近；4）通过眼肌收缩的紧张程度感知远近，但是这种感知只在近距离有效（2、3米内）；5）依据经验对熟悉的物体判定远近。

2、双眼深度感与立体视觉双眼观察到时候，除了以上的因素产生深度感觉之外，最重要的因素就是视差。

人有两只眼，两眼之间有一定的距离，这就造成物体的影像在两眼中有一些差异，也就是左右眼会形成一个视差，而大脑会根绝这个视差来感觉到立体影像。

当人注视一个平面物体时，它的每一点都落在两眼视网膜的对应点上,视象互相吻合（图1）。

AB为平面物体,如果两眼注视物体中间的Z点,Z便落到双眼视网膜中央凹的z′、z″，A和B部分也落到双眼视网膜的对应部位a′、a″和b′、b″。

如将两眼视网膜重合起来,两个视象的位置是互相重合的,这时人就会知觉到一个平面的物体。

当人看一个立体物体时，两眼视象便不完全落到对应部位。

因为两眼之间有60～65毫米的目间距，所以左眼看物体的左边多些，右眼看物体的右边多些，两个视网膜象不完全重合，它们都偏向鼻侧（图2 ）。

ABZ为一个立体（三角锥），当眼睛注视Z点时，Z便落到两眼中央凹的z′、z″点上，A和B分别落到a′、a″和b′、b″上。

单眼为什么也能有立体视觉发表者：闵燕1209人已访问很多单眼人士都能够同双眼人一样熟练驾车，这其中的道理是怎样的呢？让我们看看关于立体视觉的一些知识吧。

双目立体视觉与单目立体视觉首先说说立体视觉（立体感）的概念。

人的立体感是这样建立的：双眼同时注视某物体，双眼视线交叉于一点，叫注视点，从注视点反射回到视网膜上的光点是对应的，这两点将信号转入大脑视中枢合成一个物体完整的像。

不但看清了这一点，而且这一点与周围物体间的距离、深度、凸凹等等都能辨别出来，这样形成的像就是立体的像，这种视觉即立体视觉。

欠缺立体视觉者称为立体盲。

立体盲可以是先天性的，也可能是后天疾病所致。

这里值得说明的是，弱视、斜视、屈光不正、屈光参差、甚至视疲劳等眼病、以及一些脑病都可能造成立体盲，所以立体盲在双眼人群中并不罕见。

立体视觉是人眼在观察事物时所具有的立体感。

再进一步讲，人眼对获取的景象有相当的深度感知能力，而这些感知能力又源自人眼可以提取出景象中的深度要素。

立体视觉的形成机制如下：1. 双目视差由于人的两只眼睛存在间距（平均值为6.5cm），因此对于同一景物，左右眼的相对位置是不同的，这就产生了双目视差，即左右眼看到的是有差异的图像。

2. 运动视差运动视差是由观察者和景物发生相对运动所产生的，这种运动使景物的尺寸和位置在视网膜的投射发生变化，使产生深度感。

3. 眼睛的调节功能（适应性调节）人眼的调节功能主要是指眼睛的主动调焦行为，是通过眼睛的晶状体进行精细调节的。

焦距的变化使我们可以看清楚远近不同的景物和同一景物的不同部位。

晶状体的调节是通过其附属肌肉的收缩和舒张来实现的，肌肉的运动信息反馈给大脑协助立体感形成。

4. 视差图像在人脑的融合融合，是大脑的高级功能。

双眼图像的融合过程，首先要依靠双眼在观察景物的同一会聚机制，即双眼的着眼点在同一点上。

这种机制使得人的左右眼和在景物上的着眼点构成了一个三角形。

通过这个三角形我们就可以判断出所观察的景物距人眼的距离了。