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光学设计

人眼的分辨率(60",10")

时间:2023/8/16 20:47:08   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:295   评论:0
内容摘要:人眼的分辨率1、对两物点的视角分辨率两物点在网膜上成两个像点,若两像点距离比较大,人眼能够分辨开是两个像点,如果两像点距离小到一定程度,人眼就有可能分辨不出是两个像点。2、人眼视网膜由视神经细胞组成,分锥状细胞和杆状细胞。如果两像点落在两个不相邻的视神经细胞上,它们之间的距离大于两视神经细胞,就能分清是两个像点。视神经...

人眼的分辨率

1、对两物点的视角分辨率

  两物点在网膜上成两个像点,若两像点距离比较大,人眼能够分辨开是两个像点,如果两像点距离小到一定程度,人眼就有可能分辨不出是两个像点。

2、人眼视网膜由视神经细胞组成,分锥状细胞和杆状细胞。

如果两像点落在两个不相邻的视神经细胞上,它们之间的距离大于两视神经细胞,就能分清是两个像点。

视神经细胞直径:约为0.001-0.003mm

两个视神经细胞的直径0.006mm刚好能为人眼所分辨。

此距离在物空间对应的张角,称为视角分辨率

3、视角分辨率
刚刚能被人眼分辨开的两物点之间的最小视角。

y'=f*tanω
而y'(min)=-0.006mm,f=-16.68mm
所以ω(min)=y'(min)/f=[(-0.006)/(-16/68)]*206000"=60"
人眼对两个物点的视角分辨率为 60”
4、对线的分辨率10"
在瞄准仪器中,对准误差(精度): 对准后,偏离 (或重合)基准位置的线距离或角距离。

5、小结: 人眼分辨物体的条件

成像在视网膜上

满足视角分辨率的要求ω>60”或 ω>10"



人眼的分辨本领

  物体发出的光线通过人眼的瞳孔,经人眼的折射系统成像于视网膜上。由于人眼的焦距只有 20mm左右,故视网膜上的像是夫琅禾费圆孔衍射图样。瞳孔基本上是圆孔,其直径由虹膜在 2~8mm范围内调节,在正常的光亮度条件下,瞳孔直径大约为 3mm,人眼最敏感的绿光波长为 550nm,人眼的最小分辨角为 。


《应用光学》
14.5 眼睛的视角分辨率
  眼睛刚能分清的两物点在视网膜上所成的像之间的距离称为眼睛的分辨率。它是表示眼睛性能的重要指标。眼睛的分辨率由视神经细胞的尺寸决定的奈奎斯特极限(Nyquist limitation,一个图纸传感器能够分辨空间的最高空间频率等于它的空间采样频率的一半,这个频率就称为奈奎斯特极限频率)、光瞳直径决定的衍射极限和眼光光学系统的像差三者决定。
  视网膜上视觉最灵敏的区域是黄斑,在该处视神经细胞的直径约为1.5um(视锥细胞),视锥细胞之间的边缘间隙约为0.5um,因此两个相邻视锥细胞的中心间距约为2um。奈奎斯特极限所决定的视神经能够分辨的两个像点之间的距离至少应该等于两个视锥细胞的中心间距,即4um。如果小于此值,则两个像点将落在相邻的两个视锥细胞上,视神经就无法分辨出这两个点。
根据理想像高的计算公式:y'=ftanω
式中,y'是视网膜上两像点间的距离;f是眼睛的节点到视网膜的距离;ω是两物点对眼睛的张角。物体对人眼的张角称为视角。通常将人眼能够分辨开的两物点之间的视角称为视角分辨率。
tanω(min)=y'(min)/f
  当眼睛在无调节的自然状态下,f=-16.67mm,由奈奎斯特极限确定的y'(min)=-0.004mm,
ω(min)=[(-0.004)/(-16.68)]*206000"=49"
式中常数206000(即60x60x360/2π)为一个弧度所对应的称数.以上求得的是对应视轴周围很小范围内视角分辨率.当物体偏离视轴时,由奈奎斯特极限决定的分辨率迅速下降。
  当入瞳直径为D时,理想光学系统的极限分辨角为ω=1.22λ/D
若以极限分辨角ω(")和入瞳直径D(mm),对中心波长550nm的光线得眼睛的衍射极限分辨角为ω=1.22x0.000555x206000"/D=(140"/D)
在白天,当瞳孔直径为D=2mm时,眼睛的衍射极限分辨角约为70"。由眼睛光学系统的衍射极限所决定的分辨角要大于由奈奎斯特极限所决定的分辨角。当D=3`4mm时,由衍射极限所决定分辨角将将小。然而,随着瞳孔直径增大,眼睛像差也增大,此时眼睛的像差决定了视角分辨,分辨角反而会增大。
  眼睛的分辨率与被观察物体的亮度和对比度有关,又由于眼睛有色差,还受照明光的光谱成份影响,故单色光下的分辨率比白光下的分辨率高,并以在555nm黄光下的分辨率为最高。根据实际统计,眼睛的分辨角在50"`120"之间,在良好照明条件下,一般取为ω=60"=1'。在设计目视光学仪器的光学系统时,必须保证输出的图像达到眼睛的分辨率。
    眼睛的视角分辨随视场角的增加而迅速下降。因为在中心视场之外,决定眼睛视角分辨率的是奈奎斯特极限,而不再是衍射极限。此时是感弱光的视杆细胞起作用。视杆细胞要比视锥细胞大许多,实际上是多个视杆细胞共同和一个神经结相连,而不像视锥细胞那样的一一对应的连接。因此在中心视场之外,决定奈奎斯特极限的是多个视杆细胞的尺寸,而不是单个视杆细胞的尺寸。




标签:分辨 分辨率 

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