簡短回答:
2 球差校正(均來自@李中陽專業提醒,未經許可添加,謝謝~)
3 視網膜接近焦平面(適合斜視的近視患者)
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我回答這個問題的思路是(挺廢話的,沒時間的話可以直接跳到“正文”):
問題1:我們需要回答和解釋的“結果”是什么? 導致這種“果”的“因”是什么?
問題2 這樣的“因”有多少個?
問題3 如何知道哪個“因”有什么影響?
問題4 如何解釋我們發現的“因果”組合?
答案1
我們先看看哪一個是題中的“果”,哪一個是題中已經給出的“因”?
“果”必須是可以看到事物的清晰度,特別是斑點的大小。 這是這個問題的因變量。 這個問題的答案就是回答什么可以導致這個“結果”的改變? 不用說,已經給出的“原因”一定是眼皮的開合。 但這個“因”是“歸因”,并不能直接推導出果,所以我們需要知道其中的中間過程,即什么是“直接因”?
你可以想象睜開和閉上眼睛會造成什么后果。 比如瞇眼形成的縫隙大小變化,眼睛受壓造成的變形(很小)。 然后我們發現瞇眼可以減少受光面積,壓縮眼睛可以縮短眼睛的深度。 這些都可能導致“果”,因為我們知道“終極因”導致“果”,所以“直接因”必須包含在“終極因”所能產生的果中。 我們還是要分析這些“候選直因”對“效果”是否有影響。
答案2
只有一個“終極因”,就是眼瞼的開閉。 由于這是默認的,因此沒有什么可討論的。 于是我們把注意力轉向了“候選直接原因”:光通過面積和軸向長度,以及我們沒有預料到的東西。
答案3
隔離“候選人直接原因”。 考慮“候選直接原因” “候選直接原因”。
A 如果一切不變,只有“透光區域”發生變化,改變“直接原因1”會產生什么后果?
B“直接原因2”保持一切不變,僅改變“眼軸長度”。 后果是什么?
后果一:對于任何穿過光面而產生的“光錐”,光錐的底面積都會減小。 (對應下面用小孔成像來解釋的答案)
后果二:穿過光面的光線中,遠離中心軸的光線較少。 (對應下面用球差解釋的答案)
眼睛的眼軸長度縮短,因此視網膜更靠近前方,例如瞳孔。 (對應下面視網膜前移的解釋)
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答案4
《光通過面積》>>《光錐底面積縮小》:利用小孔成像原理進行講解
“光通過面積”>>“遠離中心軸的光被阻擋”:用鏡頭球差原理解釋
《軸長》>>《視網膜前移》:利用凸透鏡成像原理講解
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“文本”
1 小孔成像原理能否解釋瞇眼如何緩解近視和遠視造成的模糊? (適用于近視、遠視的斜視)(對應“直接原因1”產生的效果1)
是的,因為對于我們能看到的任何點(任何發光點、反射點、折射點,以下簡稱“亮點”),光最初都是散射的。 某個“亮點”之所以能在某個平面上清晰成像,是因為“亮點”精確地打在了某個成像面上的單個點上。
有兩種情況:
A 因為散射光被收緊為單點(凸透鏡成像);
B 因為只有一束散射光線穿過小孔并擊中單個點(小孔成像)。 不過,不同的“亮點”可以選擇不同的角度穿過小孔。
情況A(注:完美的“小洞”并不存在,只能無限近似)
乙情況
相機、攝像機、攝像機、人眼等同時使用這兩個系統!
“凸透鏡”,即“折射系統成像”的特點是只能使物面上的“亮點”準確地擊中一個平面(焦平面);
“小孔成像”可以準確擊中某個平面(無數個平行平面)上所有平面上的“亮點”。 這會產生無限景深的效果。
當小孔不是無限小時(下圖,即普通孔徑和光瞳的狀態,感謝劉中陽提供圖片)
光穿過時變得越來越漫射。 上圖可以看作是光錐的橫截面。 左邊的頂點是我們看到的某個點; 中間的垂直線是光孔; 整個三角形就是從該點發出的光可以通過光孔的部分。 由于不是直線,左邊的“被看到的點”在右邊沒有唯一的“像點”與之對應,所以就會出現模糊。
而減少光面積就相當于減少了大三角形中間的線。 可以看到,右側三角形的底邊會變小,從而無限逼近“小孔成像”模型中的一條直線。 因此,可見,接近“針孔成像效應”是“透光面積”變化的直接后果之一。
換句話說,“光斑尺寸”(清晰度)的“結果”(因變量)可以通過“孔徑”(光通過面積)的“原因”(自變量)來改變。 (朝著更清晰的方向,所以如果鏡頭因對焦而達到清晰度的極限,則不會體現光圈變化的效果)瞇眼可以減少受光面積,因此可以使原來的焦點變得不清楚。 鏡頭圖像變得更加清晰。
吐槽部分:針孔成像是一種現象。 造成針孔成像的“規律”不以人的意志為轉移,也不因成像材料的變化而改變,也不取決于你加不加濾鏡。 通過添加鏡頭來改變。 另外,無論成像面是白墻還是膠片、CCD還是視網膜,也無論視網膜的分辨率高還是低,針孔成像的規則都不會改變。 不管你念不念,這個模式都在那里,無法脫離它。 另外,小孔成像不是絕對的,小孔的大小也不是絕對的。 只能說越小越好,越清晰。 只有“更小孔成像”,沒有“最小孔成像”
劉中陽給出的下圖是一樣的,只不過多了兩個“看點”(黃、藍、紫三個細錐體所指向的箭頭上的三個點)
可以看出,如果減少通光面積,黃、藍、紫三個細錐體就會接近一條直線,整個成像系統就會接近一個“更加完美”的“小孔成像”系統。
為了提高“未聚焦物面”的成像清晰度,需要接近“針孔成像”狀態的無限景深,這意味著必須減小孔徑。 但這也意味著犧牲成像亮度。 這也是相機的曝光隨著景深的增加而減少的原因。
綜上所述,“透光面積”變小是清晰度提升“結果”的“直接原因”之一。 其原理是由于“小孔成像”模型的近似。
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具體到“人眼”
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與相機類似,眼睛也使用兩個系統:前面的瞳孔是“針孔成像系統”;后面的瞳孔是“針孔成像系統”。 鏡片后面就是“鏡片折射系統”。 當眼瞼瞇起并與瞳孔配合時,形成一個較小的“光圈”(組合光圈),限制了光線跑動的自由,從而使光線在視網膜上的排列更加精確,圖像更加清晰。 。 (可以推斷,在陽光下,瞳孔收縮,看東西更清晰。而且,此時瞇眼的效果不會像晚上那么好,因為“通光孔徑”已經很小了)
1 正常眼睛(看清楚你想看的東西,也就是說“未聚焦”的前景和背景仍然會模糊)
下圖中的三條線代表來自“亮點”的光線(實際上不止三條!無數,而且可能光芒四射!)
這張圖想說的是:“亮點”發出的光線可以通過折射拉緊,準確地擊中視網膜上的一個點。 也就是說,圖像平面和視網膜很好地對齊。 (至于其他物平面上的“亮點”能否通過折射擊中視網膜,邏輯告訴我們不可能!所以前景和背景還是模糊的。)
2 近視
你想看到的物面上的“亮點”通過折射集中在視網膜前面。 也就是說,圖像平面和視網膜未對準。 (如果不想近距離看的話就看清楚了)
3 近視和斜視
請注意:下圖中的三條線是“亮點”的擴散小孔成像原理,而不僅僅是三條光線! 之所以縮小,是為了反映瞇眼極限帶來的變化,更重要的是,其他方向發出的光與這種情況無關。
盡管光收集點仍然位于視網膜前面,但光線在圖像平面后面的擴散程度較小。 也就是說,像平面和視網膜仍然是錯位的,但原本靠近瞳孔邊緣通過的邊緣光現在被眼瞼阻擋,因此無法到達視網膜,從而加劇了模糊。
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2 什么是球差? 如何減少球差? (“直接原因1”產生的效果2)
上圖中,左邊的平行光還是應該理解為來自一點的光。 上述鏡頭的成像情況是一種簡化狀態,實際不可能發生。 這就是真正發生的事情。 換句話說,遠離中心軸的光線會被彎曲得更“嚴重”。 (注意,這相當于增加了“折射率”。因為即使在上述簡化的情況下,遠離中心軸的折射角度也更大)原來從一點發出的光經過折射后并不會落在一點上穿過鏡頭,使像點成為像點。 。 這會導致清晰度下降。 顯然,如果我們簡單地阻擋遠離中心軸的光線,那么“太尖銳”的彎曲狀態將不再存在。 瞇眼相當于阻擋遠離中心軸的光線,從而有助于減少球面像差,減少像斑。 不過值得注意的是,瞳孔已經很小了,所以球差很小,問題不大。 因此球面像差對清晰度的影響應該是最小的。
換句話說,“光斑大小”(清晰度)的“結果”(因變量)也可以通過“遠離中心軸的光線”(外圓)的“原因”(自變量)來改變。 瞇眼可以阻擋更多遠離中軸的光線,從而使人看得更清楚。
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3、凸透鏡成像原理能否解釋模糊的緩解? (僅適用于近視瞇眼)(“直接原因2”造成的影響)
能。 由于瞇眼具有輕微擠壓眼睛、縮短眼睛長度的作用,對于凸透鏡系統來說,可以使成像面更接近真實焦平面,減少因光線發散而產生的光斑。 對于近視患者來說,這意味著圖像平面與視網膜之間的對準度有所改善,因此圖像更加清晰。 如下圖所示,真性近視是由于眼軸過長,視網膜(成像面)位于焦平面后方造成的。 因此,垂直擠壓眼睛可以恢復正常眼睛的形狀(當沒有擠壓太遠時)。
不過我個人覺得眼瞼帶來的眼型變化比較弱,所以不是主要原因。 此外小孔成像原理,這種解釋僅適用于近視。
換句話說,“光斑大小”(清晰度)的“結果”(因變量)也可以通過“焦平面與成像平面之間的距離”(眼軸長度)的“原因”(自變量)來改變。 )。 瞇眼會擠壓眼軸,從而使近視患者看得更清楚。
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問答
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問:光圈不是對應瞳孔嗎? 你為什么把眼皮拉進去?
答:如果眼瞼和瞳孔足夠近,可以視為“組合光圈”。
注意:晶狀體(晶狀體)位于角膜和虹膜(光圈)的后面,因此光圈距離眼瞼很近。
問: 眼瞼的間隙可以小于瞳孔嗎?
答:是的。 當你瞇起眼睛的時候甚至可以看到你的眼皮。
問:為什么說景深是針孔成像造成的效果?
答:因為景深增大的過程就是逼近小孔成像的過程。 因為縮小孔徑的過程就是逼近小孔成像的過程。
問:您總是談論針孔成像。 鏡頭不就是靠鏡頭折射成像的嗎?
答:是的,但是相機鏡頭使用兩個系統。 透鏡組對應折射成像,光圈對應小孔成像。 兩者是相互獨立的。 (光圈壞了依然可以拍照!)
問:為什么不用景深來解釋呢?
答:確實,光面積會改變景深,就像縮小光圈會增加景深一樣。 然而,景深并不是理想的答案或“直接原因”。 因為:
1 景深是距離。 距離和清晰度沒有直接關系。
2 景深任意設定,可長可短。 并且所規定的東西無法解釋該現象。
因此,用景深的概念來解釋瞇眼消除虛擬現實的效果,就意味著沒有明確的理由。 因為當你的視力正常時,瞇眼是沒有意義的。 當你看(相當于聚焦)某物時,你是否會因為看不清背景和前景而瞇眼? 決不。 因為背景和前景并不是你想看到的。 當瞳孔放松、散大時(環境黑暗),你沒有看到的東西總是模糊的。
視力好的人不會瞇眼,因為他們看到的東西總是清晰的(即使景深極小)。 肉眼不會因為背景或前景模糊而瞇眼來增加景深,因為你無法聚焦于景深之外的事物。 人腦的設計是為了優化處理正在看的東西,聚焦的東西,沒聚焦的東西并不是為了讓大腦看得清楚,所以對于眼睛來說,無論深度有多深“景深”是,它沒有多大意義。
這與攝影不同,因為在攝影中,即使被“看”(聚焦)的物體清晰,仍然存在背景和前景是否清晰的問題,因為觀看者不一定要凝視焦點中的物體。 觀看照片和電影時,您可以看到景深之外的事物。
很多人瞇著眼睛是因為想看的東西不夠清晰。 (他們要么近視,要么遠視)
問: 瞳孔有直徑嗎? 它的直徑大于眼睛的分辨率。 如何對小孔進行成像?
針孔成像的原理與針孔的大小無關。 與成像表面的分辨率無關(白墻沒有分辨率)
因此,只有“較小孔成像”,沒有“最小孔成像”。 孔的尺寸越小,圖像越清晰。 這種效果是漸進的,不會因為達到某個臨界值而突然出現或消失。
感謝@李中陽,和你的討論讓問題更加清晰了。 也歡迎更多討論!
請原諒我對這個答案的反復修改和各種辯解。 如有錯誤,還請@羅達瑞和@用戶以及支持他們的朋友們多多包涵!
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參考
斜視的科學(李本英).hk///.htm
//非頭發-/27962-why-does--help-us-see-.html
/wiki/%E5%B0%8F%E5%AD%94%E6%88%90%E5%83%8F
//詢問/index.html?quid=781