简短回答:
2 球差校正(均来自@李中阳专业提醒,未经许可添加,谢谢~)
3 视网膜接近焦平面(适合斜视的近视患者)
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我回答这个问题的思路是(挺废话的,没时间的话可以直接跳到“正文”):
问题1:我们需要回答和解释的“结果”是什么? 导致这种“果”的“因”是什么?
问题2 这样的“因”有多少个?
问题3 如何知道哪个“因”有什么影响?
问题4 如何解释我们发现的“因果”组合?
答案1
我们先看看哪一个是题中的“果”,哪一个是题中已经给出的“因”?
“果”必须是可以看到事物的清晰度,特别是斑点的大小。 这是这个问题的因变量。 这个问题的答案就是回答什么可以导致这个“结果”的改变? 不用说,已经给出的“原因”一定是眼皮的开合。 但这个“因”是“归因”,并不能直接推导出果,所以我们需要知道其中的中间过程,即什么是“直接因”?
你可以想象睁开和闭上眼睛会造成什么后果。 比如眯眼形成的缝隙大小变化,眼睛受压造成的变形(很小)。 然后我们发现眯眼可以减少受光面积,压缩眼睛可以缩短眼睛的深度。 这些都可能导致“果”,因为我们知道“终极因”导致“果”,所以“直接因”必须包含在“终极因”所能产生的果中。 我们还是要分析这些“候选直因”对“效果”是否有影响。
答案2
只有一个“终极因”,就是眼睑的开闭。 由于这是默认的,因此没有什么可讨论的。 于是我们把注意力转向了“候选直接原因”:光通过面积和轴向长度,以及我们没有预料到的东西。
答案3
隔离“候选人直接原因”。 考虑“候选直接原因” “候选直接原因”。
A 如果一切不变,只有“透光区域”发生变化,改变“直接原因1”会产生什么后果?
B“直接原因2”保持一切不变,仅改变“眼轴长度”。 后果是什么?
后果一:对于任何穿过光面而产生的“光锥”,光锥的底面积都会减小。 (对应下面用小孔成像来解释的答案)
后果二:穿过光面的光线中,远离中心轴的光线较少。 (对应下面用球差解释的答案)
眼睛的眼轴长度缩短,因此视网膜更靠近前方,例如瞳孔。 (对应下面视网膜前移的解释)
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答案4
《光通过面积》>>《光锥底面积缩小》:利用小孔成像原理进行讲解
“光通过面积”>>“远离中心轴的光被阻挡”:用镜头球差原理解释
《轴长》>>《视网膜前移》:利用凸透镜成像原理讲解
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“文本”
1 小孔成像原理能否解释眯眼如何缓解近视和远视造成的模糊? (适用于近视、远视的斜视)(对应“直接原因1”产生的效果1)
是的,因为对于我们能看到的任何点(任何发光点、反射点、折射点,以下简称“亮点”),光最初都是散射的。 某个“亮点”之所以能在某个平面上清晰成像,是因为“亮点”精确地打在了某个成像面上的单个点上。
有两种情况:
A 因为散射光被收紧为单点(凸透镜成像);
B 因为只有一束散射光线穿过小孔并击中单个点(小孔成像)。 不过,不同的“亮点”可以选择不同的角度穿过小孔。
情况A(注:完美的“小洞”并不存在,只能无限近似)
乙情况
相机、摄像机、摄像机、人眼等同时使用这两个系统!
“凸透镜”,即“折射系统成像”的特点是只能使物面上的“亮点”准确地击中一个平面(焦平面);
“小孔成像”可以准确击中某个平面(无数个平行平面)上所有平面上的“亮点”。 这会产生无限景深的效果。
当小孔不是无限小时(下图,即普通孔径和光瞳的状态,感谢刘中阳提供图片)
光穿过时变得越来越漫射。 上图可以看作是光锥的横截面。 左边的顶点是我们看到的某个点; 中间的垂直线是光孔; 整个三角形就是从该点发出的光可以通过光孔的部分。 由于不是直线,左边的“被看到的点”在右边没有唯一的“像点”与之对应,所以就会出现模糊。
而减少光面积就相当于减少了大三角形中间的线。 可以看到,右侧三角形的底边会变小,从而无限逼近“小孔成像”模型中的一条直线。 因此,可见,接近“针孔成像效应”是“透光面积”变化的直接后果之一。
换句话说,“光斑尺寸”(清晰度)的“结果”(因变量)可以通过“孔径”(光通过面积)的“原因”(自变量)来改变。 (朝着更清晰的方向,所以如果镜头因对焦而达到清晰度的极限,则不会体现光圈变化的效果)眯眼可以减少受光面积,因此可以使原来的焦点变得不清楚。 镜头图像变得更加清晰。
吐槽部分:针孔成像是一种现象。 造成针孔成像的“规律”不以人的意志为转移,也不因成像材料的变化而改变,也不取决于你加不加滤镜。 通过添加镜头来改变。 另外,无论成像面是白墙还是胶片、CCD还是视网膜,也无论视网膜的分辨率高还是低,针孔成像的规则都不会改变。 不管你念不念,这个模式都在那里,无法脱离它。 另外,小孔成像不是绝对的,小孔的大小也不是绝对的。 只能说越小越好,越清晰。 只有“更小孔成像”,没有“最小孔成像”
刘中阳给出的下图是一样的,只不过多了两个“看点”(黄、蓝、紫三个细锥体所指向的箭头上的三个点)
可以看出,如果减少通光面积,黄、蓝、紫三个细锥体就会接近一条直线,整个成像系统就会接近一个“更加完美”的“小孔成像”系统。
为了提高“未聚焦物面”的成像清晰度,需要接近“针孔成像”状态的无限景深,这意味着必须减小孔径。 但这也意味着牺牲成像亮度。 这也是相机的曝光随着景深的增加而减少的原因。
综上所述,“透光面积”变小是清晰度提升“结果”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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具体到“人眼”
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与相机类似,眼睛也使用两个系统:前面的瞳孔是“针孔成像系统”;后面的瞳孔是“针孔成像系统”。 镜片后面就是“镜片折射系统”。 当眼睑眯起并与瞳孔配合时,形成一个较小的“光圈”(组合光圈),限制了光线跑动的自由,从而使光线在视网膜上的排列更加精确,图像更加清晰。 。 (可以推断,在阳光下,瞳孔收缩,看东西更清晰。而且,此时眯眼的效果不会像晚上那么好,因为“通光孔径”已经很小了)
1 正常眼睛(看清楚你想看的东西,也就是说“未聚焦”的前景和背景仍然会模糊)
下图中的三条线代表来自“亮点”的光线(实际上不止三条!无数,而且可能光芒四射!)
这张图想说的是:“亮点”发出的光线可以通过折射拉紧,准确地击中视网膜上的一个点。 也就是说,图像平面和视网膜很好地对齐。 (至于其他物平面上的“亮点”能否通过折射击中视网膜,逻辑告诉我们不可能!所以前景和背景还是模糊的。)
2 近视
你想看到的物面上的“亮点”通过折射集中在视网膜前面。 也就是说,图像平面和视网膜未对准。 (如果不想近距离看的话就看清楚了)
3 近视和斜视
请注意:下图中的三条线是“亮点”的扩散小孔成像原理,而不仅仅是三条光线! 之所以缩小,是为了反映眯眼极限带来的变化,更重要的是,其他方向发出的光与这种情况无关。
尽管光收集点仍然位于视网膜前面,但光线在图像平面后面的扩散程度较小。 也就是说,像平面和视网膜仍然是错位的,但原本靠近瞳孔边缘通过的边缘光现在被眼睑阻挡,因此无法到达视网膜,从而加剧了模糊。
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2 什么是球差? 如何减少球差? (“直接原因1”产生的效果2)
上图中,左边的平行光还是应该理解为来自一点的光。 上述镜头的成像情况是一种简化状态,实际不可能发生。 这就是真正发生的事情。 换句话说,远离中心轴的光线会被弯曲得更“严重”。 (注意,这相当于增加了“折射率”。因为即使在上述简化的情况下,远离中心轴的折射角度也更大)原来从一点发出的光经过折射后并不会落在一点上穿过镜头,使像点成为像点。 。 这会导致清晰度下降。 显然,如果我们简单地阻挡远离中心轴的光线,那么“太尖锐”的弯曲状态将不再存在。 眯眼相当于阻挡远离中心轴的光线,从而有助于减少球面像差,减少像斑。 不过值得注意的是,瞳孔已经很小了,所以球差很小,问题不大。 因此球面像差对清晰度的影响应该是最小的。
换句话说,“光斑大小”(清晰度)的“结果”(因变量)也可以通过“远离中心轴的光线”(外圆)的“原因”(自变量)来改变。 眯眼可以阻挡更多远离中轴的光线,从而使人看得更清楚。
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3、凸透镜成像原理能否解释模糊的缓解? (仅适用于近视眯眼)(“直接原因2”造成的影响)
能。 由于眯眼具有轻微挤压眼睛、缩短眼睛长度的作用,对于凸透镜系统来说,可以使成像面更接近真实焦平面,减少因光线发散而产生的光斑。 对于近视患者来说,这意味着图像平面与视网膜之间的对准度有所改善,因此图像更加清晰。 如下图所示,真性近视是由于眼轴过长,视网膜(成像面)位于焦平面后方造成的。 因此,垂直挤压眼睛可以恢复正常眼睛的形状(当没有挤压太远时)。
不过我个人觉得眼睑带来的眼型变化比较弱,所以不是主要原因。 此外小孔成像原理,这种解释仅适用于近视。
换句话说,“光斑大小”(清晰度)的“结果”(因变量)也可以通过“焦平面与成像平面之间的距离”(眼轴长度)的“原因”(自变量)来改变。 )。 眯眼会挤压眼轴,从而使近视患者看得更清楚。
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问答
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问:光圈不是对应瞳孔吗? 你为什么把眼皮拉进去?
答:如果眼睑和瞳孔足够近,可以视为“组合光圈”。
注意:晶状体(晶状体)位于角膜和虹膜(光圈)的后面,因此光圈距离眼睑很近。
问: 眼睑的间隙可以小于瞳孔吗?
答:是的。 当你眯起眼睛的时候甚至可以看到你的眼皮。
问:为什么说景深是针孔成像造成的效果?
答:因为景深增大的过程就是逼近小孔成像的过程。 因为缩小孔径的过程就是逼近小孔成像的过程。
问:您总是谈论针孔成像。 镜头不就是靠镜头折射成像的吗?
答:是的,但是相机镜头使用两个系统。 透镜组对应折射成像,光圈对应小孔成像。 两者是相互独立的。 (光圈坏了依然可以拍照!)
问:为什么不用景深来解释呢?
答:确实,光面积会改变景深,就像缩小光圈会增加景深一样。 然而,景深并不是理想的答案或“直接原因”。 因为:
1 景深是距离。 距离和清晰度没有直接关系。
2 景深任意设定,可长可短。 并且所规定的东西无法解释该现象。
因此,用景深的概念来解释眯眼消除虚拟现实的效果,就意味着没有明确的理由。 因为当你的视力正常时,眯眼是没有意义的。 当你看(相当于聚焦)某物时,你是否会因为看不清背景和前景而眯眼? 决不。 因为背景和前景并不是你想看到的。 当瞳孔放松、散大时(环境黑暗),你没有看到的东西总是模糊的。
视力好的人不会眯眼,因为他们看到的东西总是清晰的(即使景深极小)。 肉眼不会因为背景或前景模糊而眯眼来增加景深,因为你无法聚焦于景深之外的事物。 人脑的设计是为了优化处理正在看的东西,聚焦的东西,没聚焦的东西并不是为了让大脑看得清楚,所以对于眼睛来说,无论深度有多深“景深”是,它没有多大意义。
这与摄影不同,因为在摄影中,即使被“看”(聚焦)的物体清晰,仍然存在背景和前景是否清晰的问题,因为观看者不一定要凝视焦点中的物体。 观看照片和电影时,您可以看到景深之外的事物。
很多人眯着眼睛是因为想看的东西不够清晰。 (他们要么近视,要么远视)
问: 瞳孔有直径吗? 它的直径大于眼睛的分辨率。 如何对小孔进行成像?
针孔成像的原理与针孔的大小无关。 与成像表面的分辨率无关(白墙没有分辨率)
因此,只有“较小孔成像”,没有“最小孔成像”。 孔的尺寸越小,图像越清晰。 这种效果是渐进的,不会因为达到某个临界值而突然出现或消失。
感谢@李中阳,和你的讨论让问题更加清晰了。 也欢迎更多讨论!
请原谅我对这个答案的反复修改和各种辩解。 如有错误,还请@罗达瑞和@用户以及支持他们的朋友们多多包涵!
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参考
斜视的科学(李本英).hk///.htm
//非头发-/27962-why-does--help-us-see-.html
/wiki/%E5%B0%8F%E5%AD%94%E6%88%90%E5%83%8F
//询问/index.html?quid=781