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1、 1 2 目视光学仪器的目视光学仪器的 对准误差和调焦误差对准误差和调焦误差 1 长春理工大学光电工程学院 牟达 基本光学测量技术 光学测量基础 光学零部件的 基本量测量 光学系统特性 参数检测 光学系统像质 检验与评价 测量误差 数据处理 光学测量中的 对准与调焦 光学 测量 装置 的基 本部 件 面 形 偏 差 检 测 双 折 射 测 量 自准直法测量平面 光学零件不平行度 放大率 检测 光电对准 光电定焦 光学玻璃主要 光学性能测量 折 射 率 测 量 V 棱镜法 最小偏 向角法 全波片法 1 4 波片法 全反射临 界角法 焦 距 测 量 曲 率 半 径 测 量 斐索干 涉测量 机械法
2、样板法 刀口阴影法 自准直 球径仪法 自准直 望远镜法 精密测角法 放大率法 附加透镜法 附加接筒法 显 微 系 统 望 远 系 统 数值孔 径检测 视度检测 视差检测 视放大 率检测 分辨率检测 星点检验 哈特曼法检 测几何像差 光学传递 函数测量 光度量 光学系统 杂光与透射比检测 杂光检测 透射比测量 服务于所有光学 性能和像质检测 自准直 目镜 积分球 平行 光管 2 长春理工大学光电工程学院 牟达 主要内容主要内容 一 与光学测量有关的人眼特性一 与光学测量有关的人眼特性 二 人眼的对准误差和调焦误差二 人眼的对准误差和调焦误差 三 人眼通过光学系统观测时的对准误差三 人眼通过光学系
3、统观测时的对准误差 四 人眼通过光学系统观测时的调焦误差四 人眼通过光学系统观测时的调焦误差 3 长春理工大学光电工程学院 牟达 1 人眼的构造人眼的构造 2 人眼的调节功能人眼的调节功能 3 人眼的视觉特性人眼的视觉特性 4 人眼的视场角人眼的视场角 5 人眼的分辨率人眼的分辨率 6 双眼的立体视觉双眼的立体视觉 一 与光学测量有关的人眼特性一 与光学测量有关的人眼特性 4 长春理工大学光电工程学院 牟达 1 人眼的构造 人眼的构造 5 人人 眼眼 照相机照相机 瞳瞳 孔孔 光光 阑阑 晶状体晶状体 镜镜 头头 网网 膜膜 底底 片片 1 人眼的构造 人眼的构造 照相机中 正立的人在底片上成
4、倒像 人眼也是成倒像 为什么 照相机中 正立的人在底片上成倒像 人眼也是成倒像 为什么 6 长春理工大学光电工程学院 牟达 2 人眼的调节功能 人眼的调节功能 视度调节视度调节 如果要看清物体 人眼就要自动地调节眼睛的焦距 如果要看清物体 人眼就要自动地调节眼睛的焦距 使像落在网膜上 眼睛自动改变焦距的这个过程称为眼睛使像落在网膜上 眼睛自动改变焦距的这个过程称为眼睛 的视度调节 的视度调节 为了表示人眼调节的程度 引入了视度的概念 与网为了表示人眼调节的程度 引入了视度的概念 与网 膜共轭的物面到眼睛距离的倒数称为视度 用膜共轭的物面到眼睛距离的倒数称为视度 用SD 屈光度 屈光度 表示 表
5、示 m 1 距离距离l以米为单位 且有正有负 以米为单位 且有正有负 一般人阅读或操作时常把被观察目标放在一般人阅读或操作时常把被观察目标放在250mm处 处 此距离称为明视距离 此距离称为明视距离 l SD 1 7 长春理工大学光电工程学院 牟达 2 人眼的调节功能 人眼的调节功能 瞳孔调节瞳孔调节 眼睛可以自动改变瞳孔的大小 以控制眼睛的眼睛可以自动改变瞳孔的大小 以控制眼睛的 进光量 一般人眼在白天光线较强时 瞳孔缩到进光量 一般人眼在白天光线较强时 瞳孔缩到 2mm左右 夜晚光线较暗可以放大到左右 夜晚光线较暗可以放大到8mm左右 左右 设计目视光学仪器时要考虑和人眼瞳孔的配合 设计目
6、视光学仪器时要考虑和人眼瞳孔的配合 8 长春理工大学光电工程学院 牟达 3 人眼的阈值对比度 人眼的阈值对比度 通常 人眼的视觉探测是在一定背景中把目标通常 人眼的视觉探测是在一定背景中把目标 鉴别出来 此时 人眼的视觉敏锐程度与背景的亮鉴别出来 此时 人眼的视觉敏锐程度与背景的亮 度以及目标在背景中的衬度有关 度以及目标在背景中的衬度有关 目标的衬度以对比度目标的衬度以对比度C来表示 即来表示 即 式中 式中 Lt和和Lb分别为目标和背景的亮度 有时也将分别为目标和背景的亮度 有时也将 C的倒数称为反衬灵敏度 的倒数称为反衬灵敏度 b bt L LL C 9 长春理工大学光电工程学院 牟达
7、4 人眼的光谱灵敏度 人眼的光谱灵敏度 在较明亮的环境中 对波长在较明亮的环境中 对波长0 555 m的光最敏感的光最敏感 在很亮的环境中 对波长在很亮的环境中 对波长0 570 m的光最敏感的光最敏感 在较暗的条件下 对波长在较暗的条件下 对波长0 512 m的光最敏感的光最敏感 10 长春理工大学光电工程学院 牟达 5 人眼的视场角 人眼的视场角 人眼的有效视场角可分为凝视视场和搜索视场人眼的有效视场角可分为凝视视场和搜索视场 凝视视场 指眼球不转动的情况 凝视视场 指眼球不转动的情况 6 8 搜索视场 指眼球转动的情况 以视轴为准 搜索视场 指眼球转动的情况 以视轴为准 称通过眼睛节点和
8、中心凹的直线为眼睛的视轴 称通过眼睛节点和中心凹的直线为眼睛的视轴 在水平面内 往太阳穴方向视场角可达在水平面内 往太阳穴方向视场角可达95 在水平面内 往鼻子方向视场角可达在水平面内 往鼻子方向视场角可达65 在铅垂面内 视场角向上为在铅垂面内 视场角向上为60 在铅垂面内 视场角向下为在铅垂面内 视场角向下为72 11 长春理工大学光电工程学院 牟达 6 人眼的极限分辨角 人眼的极限分辨角 人眼能分辨两个邻近点的能力称为人眼的分辨率 刚能人眼能分辨两个邻近点的能力称为人眼的分辨率 刚能 分辨开的两个点对眼睛物方节点的张角称为眼睛的极限分辨分辨开的两个点对眼睛物方节点的张角称为眼睛的极限分辨
9、 角 显然 分辨率与极限分辨角成反比 角 显然 分辨率与极限分辨角成反比 如果这两点的像分别落在被分隔开的两个视网膜细胞上 即得到两个点的视觉 由此可见 眼睛的分辨率与视 网膜上两像点距离及视觉细胞的直 径大小有关 当两像点的间距大于 或等 于 视觉细胞的直径时 就认为 眼睛可以分辨 12 长春理工大学光电工程学院 牟达 6 人眼的极限分辨角 人眼的极限分辨角 所以人眼的极限分辨角可表示为 tg x j fx j 0 006 20626570 17 1 眼睛的极限分辨角 rad 视觉细胞的直径 约为0 006mm xj 像方节点到视网膜的距离 应为 而当眼睛处于放松状态时 f 17 1mm 上
10、式可得 13 长春理工大学光电工程学院 牟达 6 人眼的极限分辨角 人眼的极限分辨角 当在白天瞳孔直径为当在白天瞳孔直径为2mm时 极限分辨角约为时 极限分辨角约为 70 若瞳孔直径继续增大 则由于眼睛像差的影 若瞳孔直径继续增大 则由于眼睛像差的影 响 分辨角反而增大 所以一般认为眼睛的极限分响 分辨角反而增大 所以一般认为眼睛的极限分 辨角为辨角为1 参考公式 参考公式 e D13 0 618 0 1 50 120 在良好的照明条件下 一般认为 60 1 认为人眼的极限分辨角为1 在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率 14 长春理工大学光电工程学院 牟达 7 双眼的立体视觉 双眼的立体视
11、觉 体视效应体视效应 体视效应是双眼所特有特性 单眼没有体视效应 体视效应是双眼所特有特性 单眼没有体视效应 正常情况下人们总是用双眼观察一个物体 双眼视正常情况下人们总是用双眼观察一个物体 双眼视 觉能提高视力锐度 同时也将产生空间深度感觉 觉能提高视力锐度 同时也将产生空间深度感觉 两眼瞳间的距离称为眼基线 一般为两眼瞳间的距离称为眼基线 一般为62 65mm 正是由于基线的存在 离观察者不同远近的物体 正是由于基线的存在 离观察者不同远近的物体 在两眼网膜上成像的相对位置不同 视差角不同 在两眼网膜上成像的相对位置不同 视差角不同 从而产生体视效应 从而产生体视效应 15 7 双眼的立体
12、视觉 双眼的立体视觉 体视锐度体视锐度 A B为视差角为视差角 即即 物体对双眼的张角 眼睛物体对双眼的张角 眼睛 能分辨两个物体有远近差能分辨两个物体有远近差 别时 所对应的视差角之别时 所对应的视差角之 差差 称为体视锐度 称为体视锐度 一般为一般为30 60 经过经过 训练可达训练可达 10 21 L b L b BA BA 16 长春理工大学光电工程学院 牟达 7 双眼的立体视觉 双眼的立体视觉 体视半径体视半径 人眼能够分辨远近的最大距离为体视半径 在人眼能够分辨远近的最大距离为体视半径 在 体视半径以外的物体 人眼已分辨不出远近 体视半径以外的物体 人眼已分辨不出远近 由成年人的双
13、眼基线平均长度由成年人的双眼基线平均长度62mm 当 当 10 时 通过时 通过可导出体视半径约为可导出体视半径约为 1200m b Lm 17 长春理工大学光电工程学院 牟达 7 双眼的立体视觉 双眼的立体视觉 体视阈值体视阈值 能分辨出不同远近的两点间的最小距离能分辨出不同远近的两点间的最小距离 L0 称 称 为体视阈值 对视差角公式微分得为体视阈值 对视差角公式微分得 当当 10 b 0 062m时时 可得 可得 L0 8 10 4m b L L 2 0 18 长春理工大学光电工程学院 牟达 7 双眼的立体视觉 双眼的立体视觉 单眼立体视觉与双眼立体视觉的区别单眼立体视觉与双眼立体视觉的
14、区别 根据眼睛调节的程度 即眼肌肉收缩的紧张程度 根据眼睛调节的程度 即眼肌肉收缩的紧张程度 也能判定物体的远近 但是范围不大于也能判定物体的远近 但是范围不大于5米 米 因为看更远的物体时 水晶体的曲率已几乎不变 因为看更远的物体时 水晶体的曲率已几乎不变 当物体的高度已知时 根据它所对应的视角大小来当物体的高度已知时 根据它所对应的视角大小来 判断它的远近 判断它的远近 视角大则近 视角小则远 视角大则近 视角小则远 根据物体之间的遮蔽关系和日光的阴影也能判断物根据物体之间的遮蔽关系和日光的阴影也能判断物 体之间的相对位置 体之间的相对位置 19 长春理工大学光电工程学院 牟达 人眼光学特
15、性的总结人眼光学特性的总结 视场角特别大 视场角特别大 可以自动改变焦距 可以自动改变焦距 能够自行调节瞳孔大小 能够自行调节瞳孔大小 2 8mm 相对孔径可能大于相对孔径可能大于1 2 像面是曲面像面是曲面 视轴 通过眼睛节点和中心凹的直线为眼睛的视轴 方向可自由视轴 通过眼睛节点和中心凹的直线为眼睛的视轴 方向可自由 转动 转动 在一般的环境中 对波长在一般的环境中 对波长0 555 m的光最敏感 的光最敏感 人眼瞳孔直径人眼瞳孔直径De 2mm 正常照度下 白光照明 正常照度下 白光照明 人眼的极限人眼的极限 分辨角为分辨角为1 2 20 长春理工大学光电工程学院 牟达 1 对准 对准
16、2 人眼的对准误差 人眼的对准误差 3 人眼通过望远系统的对准误差 人眼通过望远系统的对准误差 4 人眼通过显微系统的对准误差 人眼通过显微系统的对准误差 5 对准误差和分辨率的关系 对准误差和分辨率的关系 二 对准二 对准 21 对准又称横对准又称横 向对准 是指在向对准 是指在 垂直于瞄准轴方垂直于瞄准轴方 向上使目标和比向上使目标和比 较标记重合或置较标记重合或置 中的过程 对准中的过程 对准 以后 目标与标以后 目标与标 志在垂轴方向残志在垂轴方向残 留的偏离量称为留的偏离量称为 对准误差 对准误差 1 对准 对准 22 经常需要将一条直线重合到另一条直线 但是 要使两条直线完全重合是不可能的 眼睛虽具有发现一个平面 上两根平行直线的不重合能力 但也有一定的限度 1 1 对准 对准 即两线宽的几何中心线对人 眼的张角小于某一角度值 时 虽然还存在着不重合 但眼睛已 经认为是完全重合的 23 长春理工大学光电工程学院 牟达 2 人眼的对准误差 人眼的对准误差 对准的目的主要是以垂直于瞄准轴的方对准的目的主要是以垂直于瞄准轴的方 向上目标 像 和比较标记之间没有距离就向上目标 像
