人類視覺系統

人類視覺系統，即 Human visual system。 人類視覺系統只有3種視錐細胞，因此在繽紛的世界中，即使面對似錦的繁花，我們也可能猶如色盲，常常對一些色彩“視而不見”；而鳥類獨特的視覺系統，擁有4種視錐細胞，能辨別出更多色彩，看見的世界也更加絢麗多彩，遠遠超越了人類。

基本介紹

• 中文名：人類視覺系統
• 外文名：Human visual system
• 包括：只有3種視錐細胞
• 缺點：看不見一些色彩

對顏色/亮度的感知

人類對光的感知是依靠視網膜(retina)細胞。cones(圓錐細胞)負責感知光度(較強光)和色彩, rods(桿狀細胞)僅能感知光度，不能感知顏色，但其對光的敏感度是cones的一萬倍。在微弱光環境下rods起主要作用，因此我們不能在暗環境中分辨顏色。一些數位相機的夜光拍攝模式也模擬了這一特性。

視網膜中三種圓錐細胞(cones) 有重疊的頻率回響曲線，但回響強度有所不同，他們 分別對紅(570nm), 綠(535nm), 藍(445nm)光有最敏感，共同決定了色彩感覺。光度(luminance) 正比於視網膜細胞接受到的光強度能量，但人類對相同強度不同波長的光具有不同的敏感度。可感知的波長範圍380nm~780nm，稱為可見光。其中對綠色(550nm)光產生最大的光強敏感度。

視力

眼睛的空間分辨能力，即視力，通常用可分辨視角(degree)的倒數為單位。正常人的最少可辨視覺閾值約0.5”，最大視覺範圍200度(寬)×135度(高)。

對時間頻率的感知

時間頻率即畫面隨時間變化的快慢。Kelly.D.H用亮度按時間正弦變化的條紋做實驗，亮度Yt) = B(1+mcos2πft)。改變m, 測試不同時間頻率f下的對比敏感度。

實驗表明時間頻率回響還和平均亮度有關。在一般室內光強下，人眼對時間頻率的回響近似一個帶通濾波器。對15~20Hz信號最敏感，有很強閃爍感(flick)，大於75Hz回響為0，閃爍感消失。剛到達閃爍感消失的頻率叫做臨界融合頻率(CFF)。在較暗的環境下，呈低通特性，且CFF會降低，這時對5Hz信號最敏感，大於25Hz閃爍基本消失。電影院環境很暗，放映機的刷新率為24Hz也不感到閃爍, 這樣可以減少膠捲用量和機器的轉速。而電腦顯示器亮度較大，需要75Hz閃爍感才消失。閃爍消失後，亮度感知等於亮度時間平均值(塔魯伯法則)。這種低通特性，也可以解析為視覺暫留特性，即當影像消失/變化時，大腦的影像不會立刻消失，而是保留一個短暫時間。生活中常感受到的動態模糊，運動殘像也和這個有關。有很多電子產品設計利用了這一現象，例如LED數碼管的動態掃描，LED旋轉字幕等。

對運動物體感知

觀察一個運動物體，眼球會自動跟隨其運動，這種現象叫隨從運動(eye pursuit movement)。這時眼球和物體的相對速度會降低，我們能更清晰地辨認物體。例如觀看球類比賽(如棒球)，儘管棒球的運動速度很快，由於隨從運動，我們仍夠看得到球的大概樣子 (但會有運動模糊)。如果我們把眼睛跟著風扇轉動方向轉動，會發現對扇葉細節看得較清楚。眼球隨從最大速度為4～5度/秒，因此我們不可能看清楚一顆子彈飛行。

空間頻率

即影像在空間中的變化速度。用亮度呈空間正弦變化的條紋做測試，亮度Y(x,y) = B(1+mcos2πfx), 給定條紋頻率f為一固定值(看作是寬度)，改變振幅m(看作對比度)，測試分辨能力。顯然m越大分辨越清楚，測試不同條件下(不同cpd)可分辨的最少m值，定義1/mmin為對比敏感度(contrast sensitivity)。定義人眼的對空間感覺的角度頻率：cpd: cycle / degree ，表示眼球每轉動一度掃過的黑白條紋周期數。對給定的條紋，這個值與人眼到顯示屏的距離有關，對於同樣大小的螢幕，離開越遠，cpd越大。

通常人眼對空間的感覺相當於一個帶通濾波器。最敏感在2~5個cpd ，空間截止頻率為30cpd。比如我們看油畫和電視機螢幕時，當距離離開一定遠，cpd增大，人的眼睛就分辨不了象素點細節，便感覺不到顆粒感了。

當人觀察一個靜止影像時，眼球不會靜止一處(精神病人除外), 通常停留在一處幾百毫秒完成取像後，移到別處取像，如此持續不斷。 這種運動稱為跳躍性運動(saccadic eye movement)。研究表明跳躍性運動可以增大對比敏感度，但敏感度峰值卻減少。

人類的視覺源於7億年前的水母

據英國每日郵報報導，最新一項研究顯示，視覺能力進化形成於7億年前。之前科學家曾激烈地爭辯遠古生物最早形成視覺能力的精確時間。

英國科學家最新研究稱，月球水母等刺胞生物是最早進化形成探測光線能力的生物

關於海綿或者水母類型生物最早具備視蛋白的科學觀點產生了很大的分歧，視蛋白是視網膜感光細胞中的光敏蛋白質結合受體。英國布里斯托地球科學學院的科學家對比分析了Oscarella carmela海綿體和這種7億年前的水母類型刺胞生物，該水母類型刺胞動物被認為具有世界上最早期的眼睛。

使用計算機模型可提供視蛋白在什麼時間以及如何進化的過程，維德-皮薩尼博士進行了一項計算分析，測試了迄今為止每一種視蛋白的進化假設。

這項分析結合了所有相關動物血統的全部有效基因信息，結果顯示所有動物體共有的視蛋白祖先出現於7億年前。

當時這種視蛋白被認為處於“失明狀態”，歷經1100萬年的關鍵性遺傳學變化，才逐漸過渡形成具有探測光線的能力。

皮薩尼博士稱，布里斯托地球科學院的這項研究顯示，該研究能夠分析顯示動物視覺能力的最早起源，我們發現它僅起源於動物體。這是一項驚人的發現，它有助於揭曉人類視覺能力什麼時間以及如何進化形成。