目視光學儀器的對準誤差與調(diào)焦誤差

1、第一章第一章 光學測量基礎光學測量基礎第二節(jié)第二節(jié) 目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差光學測量光學測量21.眼睛的瞳孔De 2.視場2W 3.眼睛的調(diào)節(jié)能力 4.眼睛的光譜靈敏度 大照度 0.570 中照度 0.555 小照度 0.5125.眼睛對襯度的靈敏度 B/B B目標與背景亮度差,B背景亮度在正常情況下為1.7%2%6.眼睛的分辨率第二節(jié)第二節(jié) 目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差分）(/13. 0618. 01eD一、與光學測量有關(guān)得人眼特性3第二節(jié)第二節(jié) 目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差4第二

2、節(jié)第二節(jié) 目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差5 人眼是非常精密的成像光學系統(tǒng)，（動物眼睛？）人眼是非常精密的成像光學系統(tǒng)，（動物眼睛？）但并非理想系統(tǒng)，也存在像差，以及缺陷但并非理想系統(tǒng)，也存在像差，以及缺陷眼睛的結(jié)構(gòu)眼睛的結(jié)構(gòu)成像光學系統(tǒng)成像光學系統(tǒng) 人眼本身相當于攝影光學系統(tǒng)，在角膜和視網(wǎng)膜之間的生人眼本身相當于攝影光學系統(tǒng)，在角膜和視網(wǎng)膜之間的生物構(gòu)造均可以看作成像元。物構(gòu)造均可以看作成像元。 第二節(jié)第二節(jié) 目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差目視光學儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差6人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜鞏膜1 1 鞏膜鞏膜是眼球的第一層保護膜，白色、不透明、堅硬；是眼

3、球的第一層保護膜，白色、不透明、堅硬；角膜角膜2 2 角膜角膜是鞏膜的最前端部分，無色而透明；有感覺神經(jīng)，無血管是鞏膜的最前端部分，無色而透明；有感覺神經(jīng)，無血管 眼睛內(nèi)的折射主要發(fā)生在眼睛內(nèi)的折射主要發(fā)生在角膜角膜上（三分之二的屈光度）；上（三分之二的屈光度）；脈絡膜脈絡膜3 3 脈絡膜脈絡膜是眼球的第二層膜，上面有供給眼睛營養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；是眼球的第二層膜，上面有供給眼睛營養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；7人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜鞏膜角膜角膜脈絡膜脈絡膜虹膜虹膜4 4 虹膜虹膜是脈絡膜的最前端部分，含有色素細胞，決定眼的顏色；（不同的人是脈絡膜的最前端部分，含有色素細胞，決定眼的顏色；（不同的人 種和物種有不

4、同的顏色）種和物種有不同的顏色）瞳孔瞳孔5 5 瞳孔瞳孔是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑 在在2-8mm2-8mm范圍內(nèi)變化；范圍內(nèi)變化；它是人眼的它是人眼的孔徑光闌孔徑光闌。（瞳孔可以不是圓的，貓眼）（瞳孔可以不是圓的，貓眼）8人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜鞏膜角膜角膜細胞（視錐細胞（視錐/桿細胞），錐狀細胞直徑約桿細胞），錐狀細胞直徑約5微米，長微米，長35微米；微米；桿狀細胞直徑桿狀細胞直徑2 2微米微米脈絡膜脈絡膜，長約，長約60微米。它們在網(wǎng)膜上的分布式不均勻的。在微米。它們在網(wǎng)膜上的分布式不均勻的

5、。在黃斑中心凹黃斑中心凹處處虹膜虹膜瞳孔瞳孔網(wǎng)膜網(wǎng)膜6 6 視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜是是眼球的第三層膜，上面布滿著感光元素，即錐狀細胞和桿狀眼球的第三層膜，上面布滿著感光元素，即錐狀細胞和桿狀是錐狀細胞的密集區(qū)而沒有桿狀細胞是錐狀細胞的密集區(qū)而沒有桿狀細胞，由中心向外，逐漸相對變化；由中心向外，逐漸相對變化；黃斑中心凹黃斑中心凹9人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜鞏膜角膜角膜 光脈絡膜脈絡膜8 盲斑（點）盲斑（點）是網(wǎng)膜上沒有感光元素的地方，不能引起光刺激。是網(wǎng)膜上沒有感光元素的地方，不能引起光刺激。虹膜虹膜瞳孔瞳孔網(wǎng)膜網(wǎng)膜7 黃斑黃斑中心凹是人眼視覺最靈敏的地方。中心凹是人眼視覺最靈敏的地方。視神經(jīng)細胞黃斑中心凹黃斑

6、中心凹神經(jīng)纖維盲斑大腦盲斑盲斑晶狀體晶狀體10人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜鞏膜角膜角膜率都是不均勻的，由里層到外層逐漸減少，有利于提高率都是不均勻的，由里層到外層逐漸減少，有利于提高脈絡膜脈絡膜 成像質(zhì)量。晶狀體的平均折射率為成像質(zhì)量。晶狀體的平均折射率為1.40，其周圍是毛狀肌，其周圍是毛狀肌虹膜虹膜瞳孔瞳孔網(wǎng)膜網(wǎng)膜似雙凸透鏡，是眼睛光學系統(tǒng)的成像元件，其密度和折射似雙凸透鏡，是眼睛光學系統(tǒng)的成像元件，其密度和折射 能改變晶狀體的表面曲率，使人眼在看遠近不同的物體時。能改變晶狀體的表面曲率，使人眼在看遠近不同的物體時。白內(nèi)障，嚴白內(nèi)障，嚴重時致盲！重時致盲！黃斑中心凹黃斑中心凹盲斑盲斑晶狀體晶狀體9

7、 晶狀體晶狀體在虹膜后面，是由兩個不同曲率的面組成的透明體，在虹膜后面，是由兩個不同曲率的面組成的透明體， 11人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜鞏膜角膜角膜角膜和晶狀體之間的空間稱為角膜和晶狀體之間的空間稱為前室前室；充滿；充滿1.336的水狀液；房水的水狀液；房水脈絡膜脈絡膜 晶狀體和網(wǎng)膜所包圍的空間稱為晶狀體和網(wǎng)膜所包圍的空間稱為后室后室;充滿充滿1.336的玻狀體；的玻狀體； 叫玻璃體，具有支撐，減震，代謝作用。叫玻璃體，具有支撐，減震，代謝作用。玻璃體混濁（飛蚊癥）玻璃體混濁（飛蚊癥）虹膜虹膜瞳孔瞳孔網(wǎng)膜網(wǎng)膜 黃斑中心凹黃斑中心凹 盲斑盲斑晶狀體晶狀體前室前室后室后室12人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜鞏膜角

8、膜角膜 脈絡膜脈絡膜眼睛的像方節(jié)點與中心凹的連線為眼睛的眼睛的像方節(jié)點與中心凹的連線為眼睛的視軸視軸, 在觀察物在觀察物虹膜虹膜瞳孔瞳孔網(wǎng)膜網(wǎng)膜 體時眼睛本能地把物體瞄準在這根軸上。體時眼睛本能地把物體瞄準在這根軸上。 黃斑中心凹黃斑中心凹 盲斑盲斑晶狀體晶狀體前室前室后室后室1.3761.3361.336光軸光軸視軸視軸13 從光學角度看，最主要的是：水晶體、和瞳孔和視網(wǎng)膜。 人眼瞳孔 水晶體 視網(wǎng)膜眼睛和照相機很相似，如果對應起來看：眼睛和照相機很相似，如果對應起來看： 照相機光闌 鏡頭 底片照相機中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像照相機中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像但

9、我們感覺為什么還是正立的？但我們感覺為什么還是正立的？這是視神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果，相當復雜，相當奇妙！這是視神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果，相當復雜，相當奇妙！為了方便，人們定義了為了方便，人們定義了標準眼標準眼模型和模型和簡約眼簡約眼模型模型14眼睛的調(diào)節(jié)眼睛的調(diào)節(jié)眼睛有兩類調(diào)節(jié)功能：視度調(diào)節(jié)和瞳孔調(diào)節(jié)。 1視度調(diào)節(jié)遠近不同的其他物體，物距不同，則不會成像在視網(wǎng)膜上，這樣我們就看不清。 要想看清其他的物體，人眼就要自動地調(diào)節(jié)眼睛中晶狀體的焦距，使像落在視網(wǎng)膜上。 眼睛自動改變焦距的過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。15 正常人眼在完全放松的自然狀態(tài)下， 無限遠目標成像在視網(wǎng)膜上，即眼睛的像方焦點在視網(wǎng)膜上。 在

10、觀察近距離物體時，人眼水晶體周圍肌肉收縮，使水晶體前表面半徑變?。ê蟊砻婊静蛔儯?眼睛光學系統(tǒng)的焦距變短，后焦點前移，從而使該物體的像成在視網(wǎng)膜上。 當肌肉完全放松時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最遠的點稱為遠點，其相應的距離稱為遠點距，以 r 表示（米），正常眼，r無限遠 當肌肉在最緊張時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最近的點稱為近點，其相應的距離稱為近點距，以 p 表示16 明視距是指正常的眼睛在正常照明（約50勒克斯）下最方便和最習慣的工作距離，約250mm。 PRprA11 它不同于人眼的近點距，兩者不能混淆 人眼的調(diào)節(jié)能力是用遠點距r的倒數(shù)和近點距p的倒數(shù)之差來描述，用A來表示，即 A

11、稱為眼睛的調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力。 近點和遠點間 l 處，總能清晰地成像在視網(wǎng)膜上。 單位為米，則其倒數(shù)稱為視度，單位為屈光度lSD117 近點距倒數(shù) 稱為近點視度。 Pp1 在醫(yī)院和眼鏡店通常把1屈光度稱為100度。 人眼的調(diào)節(jié)能力隨年齡的增加而變化。 隨著年齡的增大，近點位置往遠移，遠點位置往近移，因而調(diào)節(jié)范圍減少。 遠點距倒數(shù) 稱為遠點視度， Rr118F 正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，能夠看清楚無限遠處的物體，即遠點應在無限遠（R = 0）， 像方焦點正好和視網(wǎng)膜重合 FF 若不符合這一條件就是 非正常眼，或稱視力不正常F 最常見的有近視眼和遠視眼19F 所謂近視眼就是其遠點在眼睛前方

12、有限距離處（r 0）， u這是由于眼球偏短，像方焦點位于視網(wǎng)膜的之后所致。因此，射入眼睛的光束只有是會聚時，才能正好聚焦在視網(wǎng)膜上。u對應著正視度，需以正透鏡來使其遠點恢復到無限遠 21 瞳孔調(diào)節(jié)（適應特性） 人眼還能在不同亮暗程度的條件下工作。 這就是人眼的另一個特性，具有對周圍空間光亮情況適應的過程稱為適應（即為瞳孔的調(diào)節(jié)）。 眼睛的虹膜可以自動改變瞳孔的大小，以控制眼睛的進光亮（2mm8mm)。在設計目視光學儀器時要充分考慮與眼瞳的配合。 適應是一種當周圍照明條件發(fā)生變化是眼睛所產(chǎn)生的變態(tài)過程，可分為對暗適應和對光適應兩種，前者發(fā)生在光亮處到黑暗處的時候，后者發(fā)生在自黑暗處到光亮處的時候

13、。 22三、眼睛的分辨率（分辨本領）u所謂人眼的分辨能力指的是成像在中央凹區(qū)時的分辨能力。 ?眼睛能分辨出兩個非常近的點的能力稱為眼睛的分辨率（分辨本領）?人眼的分辨率一般用極限分辨角來表示。u人眼的分辨率是眼睛的重要光學特性，同時也是目視光學儀器設計的重要依據(jù)之一。u用其它觀測設備（如照相機、CCD等）替代人眼時也可據(jù)此作為參考。23? 人眼剛能將兩點分開的視角稱為眼睛的極限分辨角? 人眼分辨率與極限分辨角成反比關(guān)系u受什么因素影響？分辨本領多高？ 瞳孔的衍射極限、感光細胞的大小，眼鏡的像差u首先從人眼的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)上來分析： ? 眼睛在看物空間兩點時，這兩點對眼睛物方節(jié)點的張角成為兩點間的角

14、距離或稱為視角24u如果這兩點的像分別落在被分隔開的兩個視網(wǎng)膜細胞上，即得到兩個點的視覺u由此可見，眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點距離及視覺細胞的直徑大小有關(guān) u當兩像點的間距大于（或等于）視覺細胞的直徑時，就認為眼睛可以分辨。 u人眼的極限分辨角可表示為 tgxj（rad）25u 所以人眼的極限分辨角可表示為tgxjfxj702062651170060.（rad） u 眼睛的極限分辨角( rad )；u 視覺細胞的直徑，約為0.006mm； u xj 像方節(jié)點到視網(wǎng)膜的距離u應為 u而當眼睛處于放松狀態(tài)時，f = -17.1mm。上式可得：（秒）（秒）26u可以看出，極限分辨角不僅與入射光線的

15、波長有關(guān)，而且還與眼睛的瞳孔直徑有關(guān)。DD.140206265000550221u = 50 120”；u在良好的照明條件下，一般認為 = 60” = 1 u認為人眼的極限分辨角為1。u在設計光學系統(tǒng)時就必須考慮眼睛的分辨率。瞳孔衍射的極限分辨角度：瞳孔衍射的極限分辨角度：視力、視力表、驗光儀視力、視力表、驗光儀27ABD1Bb2 a2b1 a1B D2(1) 體視效應 (2) 體視銳度2211,DBDB2128u眼睛在觀察物體時，除了一般的物體特征外，還能夠產(chǎn)生遠近的感覺，被稱為“空間深度感覺”u單眼或雙眼都能產(chǎn)生這種感覺u單眼深度感覺來源：u1）物體高度已知，它所對應的視角大小來判斷其遠近

16、u2）物體之間的遮蔽關(guān)系和陽光的陰影來判斷它們相對位置u3）對物體細節(jié)的鑒別程度和空氣的透明度所產(chǎn)生的深度感覺u4）眼睛的調(diào)節(jié)程度來判斷物體的遠近。立體視覺29雙眼觀察的深度感覺除上述因素外：雙眼觀察的深度感覺除上述因素外：5 5）物體的距離越近，視軸之間的夾角越大，這種感覺使眼球發(fā)生轉(zhuǎn)）物體的距離越近，視軸之間的夾角越大，這種感覺使眼球發(fā)生轉(zhuǎn)動的肌肉緊張程度就不同，據(jù)此就能判斷物體的遠近；動的肌肉緊張程度就不同，據(jù)此就能判斷物體的遠近；6 6）雙眼立體視覺（簡稱體視）雙眼立體視覺（簡稱體視） 稱為稱為“視差角視差角”BABABAa2b2a1b1Aa1a22211baba30其極限值其極限值

17、稱為稱為“體視銳度體視銳度”u當A、B兩點距離不等時， 或u產(chǎn)生了遠近的感覺 被稱為雙眼立體視覺 BAmin2211babaABABb2a2a1b1lbABABb2a2a1b1BAmin約為約為10”，有可能達到，有可能達到5”或或3”31u當物點對應的視角差等于 時，人眼剛能分辨出它和無限遠物點之間的距離差別u即反映了人眼可能分辨出物點遠近的最大距離人眼瞳孔之間的平均距離為b=62mm，uLmax稱為立體視覺半徑min10minmbl12002060010062. 0minminlbbllllb22或32333435363738視力銳度、視力表視力銳度、視力表u眼鏡能分辨兩物點的最小距離的能

18、力，視角來眼鏡能分辨兩物點的最小距離的能力，視角來衡量。衡量。u通常以通常以1分視角的標志為基本標志，例如分視角的標志為基本標志，例如EuSnellen 視力表，對數(shù)視力表視力表，對數(shù)視力表 u視力的表示方法：視力的表示方法： 小數(shù)法，分數(shù)法，小數(shù)法，分數(shù)法，5分紀錄法分紀錄法39u經(jīng)常需要將一條直線重合到另一條直線，但是，要使兩條直線完全重合是不可能的u眼睛雖具有發(fā)現(xiàn)一個平面上兩根平行直線的不重合能力，但也有一定的限度u這個不重合限度的極限值稱為人眼的對準精度。u人眼的瞄準精度一般用角度值來表示 對準精度對準精度40u即兩線寬的幾何中心線對人眼的張角小于某一角度值時，雖然還存在著不重合，但眼

19、睛已經(jīng)認為是完全重合的，這時角度值即為人眼瞄準精度。u人眼對于線條的變形或兩條線錯開造成的外形變化或比較兩條線寬的變化具有很高的靈敏度。u人眼通過兩物的比較發(fā)現(xiàn)它們外形變化的能力比分辨它們要強得多。 41u形成對眼睛瞄準有利的條件。u瞄準精度和分辨率是兩個概念。u又有一定的聯(lián)系，經(jīng)驗證明，人眼的最高瞄準精度約為分辨率的1/6至1/10。u1、兩實線瞄準 60 u2、兩實線端部瞄準1020 u3、雙線平分或?qū)ΨQ瞄準510 u4、虛線壓測件輪廓邊緣2030 42 8. 眼睛的橫向?qū)收`差眼睛的對準誤差與對準方式有關(guān)壓線壓線 游標游標 夾線對準夾線對準叉絲對準叉絲對準狹縫夾線狹縫夾線叉絲對準叉絲對準

20、206 5101 016 016 016 016 016 43對準與調(diào)焦的概念對準：垂直于瞄準軸方向上目標比較標記重合或置中的過程調(diào)焦：目標和比較標記在沿瞄準軸方向上重合或置中的過程2.對準誤差1）、用望遠鏡觀察2）、 用顯微鏡觀察在明視距離，人眼直接觀察對準誤差)(073. 03438250mmay通過顯微鏡觀察 )(073. 0mmaayx二眼睛通過光學系統(tǒng)觀測時對準誤差和調(diào)焦誤差443.對準誤差與鑒別率的關(guān)系 對準：目標和分劃線的重合和置中的問題 分辨：分辨兩個靠近標記的能力（秒）（秒）或望望DD014012 NANA61. 052. 0或（1）望遠鏡的理論分辨率（2）顯微鏡的理論分辨率45 4、調(diào)焦誤差 A.望遠鏡觀察 1)、清晰度法aD物f目f物x3438目fa物目物物xfxafD3438Dffx3438目物物46b. 物理景深(視覺深度) RhR眼睛處于放松狀態(tài)可同時看清5米至無限遠的物體 RdhRddh822/2/22234DSD47)4d2D0.583438)4d2D1000)4d2D1222（物xSDA.望遠鏡觀察 2)、消視差法48B. 顯微鏡觀察 1）清晰度法 總的調(diào)焦誤差 )()3