生命科学研究院丨人眼是如何防抖和对焦的


我们总是对人眼的机能充满好奇,尤其对于摄影爱好者来说,因为有了相机这个参照物,就会生出更多疑问,比如人眼防抖么?人眼如何实现对焦?就这个问题,我们编写了一篇非常简单易懂的科普文章,和大家一起来涨点知识!

专家的研究结果认为,人眼自带N档防抖,少年时期自带变焦微距头,而后近摄能力逐渐退化变成了“远视眼”。

防抖是怎么回事儿?

生理学上来说,人类的运动模式根据激活方式,可以分为三种:

简单反射,非自主,不需要高等神经中枢控制,比如膝跳反射,缩手反射。

CPG,有规律的运动,不需要意识控制,比如走路,摆臂。

复杂运动,自主,需要高等神经控制。

简单反射不需要高等神经中枢控制,能迅速、自动完成任务的运动模式,在生活中处处存在。例如缩手反射,膝跳反射等,“节省”了大量的脑力,使人们可以专注于”更高端“的任务。而眼睛是如何防抖的问题,也和简单反射密切相关。

人体的简单反射示意图

眼睛的防抖,是简单反射中的一种,和缩手反射一样属于人体全自动和不用控制的运动。眼睛防抖原理的学术的名字叫做Vestibulo-OcularReflex简称VOR,中文翻译为前庭视反射。

我们现在做一个小测试,看起来可能很傻,请在没人的地方自行尝试。用眼睛盯着下图中小狗的眼睛,来!左右摇晃脑袋。

画面糊了吗?没有!即使用力摇到头晕脑胀,画面也很难变得模糊。这就是VOR的威力。

简单来说,当头往一侧运动的时候,VOR会使眼部朝相反方向运动,平衡头部运动带来的影响。严谨来说,在头部做加速运动,位置改变,或者旋转性的变速运动时,内耳迷路中的前庭器官就会被激活,带动VOR系统,改变眼部周围肌肉的紧张强度,使眼球运动,进行代偿,以维持视网膜上图像的平衡。

如果VOR系统损坏(内耳迷路损坏,神经通路损坏,眼部肌肉损坏等),就有可能出现眼球震颤的情况,即防抖系统过度活跃。但这个时候大脑会无意识的控制头轻微的晃动,频率和眼球震颤的频率一样,这是看到物体仍然是清晰的。

有人可能要问了,人眼这防抖能到什么水平呢?

其实人眼防抖在动物界并不算"强"。放到相机界,也就相当于相机机身防抖刚诞生时的水平。

奥林巴斯OM-D微型单电相机中先进的5轴同步图像稳定系统,其性能相当于降低6挡安全快门速度

有人又要问了,那奥林巴斯的五轴防抖在动物界对应着什么呢?

答案是,鸟类。例如鸡的头部就是一个天然的稳定器。

有趣的鸡头“防抖”实验

人眼是如何对焦的?

简单的眼部生理常识大家都有所了解。光透过角膜、晶状体等一系列组织结构,最后投影在视网膜上,激活感光细胞,化为神经冲动,由视神经传输,通过LGN达到处理视觉信息的大脑皮层——我们就看到了这个世界。

人眼中,角膜、晶状体起到了调节焦距的作用,使视网膜上呈清晰,倒立实像。

(注:这里有一个误区,实际上屈光作用最大的并不是晶状体,而是角膜。它承担了大约70%的屈光任务。晶状体是一个“变焦”组件,可以调节剩下的30%。)

刚刚在开头,我们提到了简单反射的防抖作用。实际上,这个对焦的过程,也由简单反射控制。叫Ac







































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