第三講：Introduction to Vision
出自KMU Wiki
Light
- 這兒首先有光！
- 光是什麼？
- 為什麼是光？
- 光如何變成可見？
Electromagnetic spectrum (p.44 Figure 3.1)
- 電磁光譜
- 可見光
- 紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫
- 電磁波
- gamma rays, X-rays, Ultra-violet rays, Visible light, Infrared rays, Radar, FM, TV, AM, AC circuits
- 可見光
The eye and Image(p.45 Figure 3.2)
圖片說明: 杯子影響被視網膜注視，圖中右方為眼睛後方的特寫， 視網膜包含接受器和其他神經元
- 眼睛
- 光學成像
- cornea, lens, pupil, retina
- transduction
- receptors
- rods, cones
- visual pigments
- receptors
- 光學成像
成像
- 其實是純物理的事
- 1/f = 1/v +1/u
- 所以下面的圖，由近視點（near point）可計算眼睛最短焦距
- 如：near point 20cm 眼球長度2.4cm
- 焦距：2.26cm
圖3.3 (p.45)說明
- a.光射線從20英呎以外的平行線過來
- b.當移動物體靠近放鬆的眼睛，焦點往後移，光線具焦在眼睛後方
- c.水晶體增加厚度，增加趨光性，以致於把焦點調節回視網膜Ａ上
年齡與視力(p.46 figure 3.4)
圖片說明:縱向線顯示距離和年齡的增加，當焦點大於閱讀舒適的距離時， 就必須配戴眼鏡
- 視力變化與年齡
- 與lens的彈性有關
- accommodation
- 與lens的彈性有關
- 另外，與經驗與遺傳有關
- 遠視hyperopia
- 近視myopia
- 假性
- 軸性
- far point, near point
近視的矯正
- 假性
- 點散瞳劑
- 有效性？？
- 點散瞳劑
- 軸性
- 帶眼鏡
- 帶隱型眼鏡
- LASIK (laser-assisted in situ keratomileusis)
- 不是所有人的適合
圖3.5 (p.47)說明
平行光進入近視眼
- a.焦點落於視網膜之前，造成物體模糊
- b.當光線移近眼睛直到焦點可以落在視網膜上，事也變的清晰
- c.配戴眼鏡後，因為折射落在視網膜上，變的b和c的角度一樣
感光(p48 Figure 3.6)
- 圖片說明:
- a.桿細胞接收器呈圓盤形
- b.放大圓盤，裡面有視覺色素分子
- c.色素分子裡的視蛋白經過圓膜七次
- 感光性視色素分子也附著在視蛋白上
- Transduction
- 將光線能量轉換成神經電反應
- 是「光化學」活動
- 因為光，讓分子變化
- 分子變化時釋出「電」
色素分子模型(p.48 Figure 3.7)
- 模型的水平部份只顯示視網膜上視蛋白的一小部份，頂端的小分子就是感光視網膜
- 圖中左方顯現視網膜分子在吸收光之前的形狀，右方則是視網膜分子吸收光的樣子。
- 形狀的改變是接收器產生電反應的一個步驟
Isomerize
- 同分異構
- 分子成員（就其中原子）是不變的
- 鍵結方式改變
- 分子中原子之鍵結方式之不同
- 能量狀態不同
- 在視覺當中
- 變化是需要能量（尤其由受光後）
回到基礎(p.49 Figure 3.8)
- 第一章
- 第11頁、圖1.8
- PP: Psychophysical
- PH: Physiological
- 刺激、神經生理運作、知覺經驗與動作
- 接下主要在PP及PH1
Hecht et al.(1942) (p.49 Figure 3.9)
- 實驗簡易說明：
- 實驗中有一道含有100光子的光線，其中50光子到達視網膜，其中7光子被視覺色塑分子吸收
- Figure 3.10為結果「示意圖」
- Hecht結論
- 當光子進入任何一個接受器，桿細胞即被活化
enzyme cascade(p.50 Figure 3.11)
- 進一步的推論
- 一個色素分子異構化(Isomerization)造成酶連鎖反應(enzyme cascade)
- 當一個視覺色素分子被激發，產生酶連鎖反應
Distribution of receptors
- 有兩種不同接受器
- Rods / Cones
- 視網膜上不同的位置
- fovea
- peripheral retina
p.51 Figure 3.12
- 描述視網膜內的桿細胞(rods)和錐細胞(cones)
- 圖中左方的眼睛是相對於中央凹(fovea)的位置
- 這些位置被重複在右方的圖表內，圖中縱向的咖啡線條內沒有桿細胞和錐細胞，因為這裡是節細胞組成視神經的地方
- 盲點（blind spot）
盲點(p.52 Figure 3.14)
- 這個地方沒有接受器，沒有感光細胞
- 神經節離開眼球之處
- 為何平常不察覺？
- 如何讓自己發現她？
「看」盲點 (p.52 Figure 3.15&3.16)
Figure 3.15
- 在適當距離
- 你會「看不到」左邊的黑圓
- 因為用左眼注視十字時
- 在適當距離時黑圓投影到盲點
Figure 3.16
- 在適當距離
- 看到不存在的線！
MythBuster (Discovery) (P.53 Figure 3.17)
- Episode 71: Pirate Special 海盜專輯(2007)
- Pirates wore eyepatches to preserve night vision in one eye.
- PLAUSIBLE
- dark adaptation!!
暗適應 Dark adaptation (p.53 Figure 3.18)
dark adaptation實驗方法
- 圖中被固定的點，其焦點落在中央凹上，測試的光落在視網膜周圍
三個暗適應曲線 (p.54 Figure 3.19)
- 暗適應中的三種不同反應曲線
- 圖中紅色：整體的表現
- 就是我們一般所感受到的
- 綠色：桿狀體的表現
- 光線投射到網膜周邊
- 紫色：錐狀體的表現
- 光線投射到中央小窩
visual pigment regeneration
- bleach（漂白？）
- 圖3.20(p.55)
- 觀察青蛙視網膜在光線照射下的變化
- 當opsin（視蛋白）與retinal（視紫素）分離，顏色由紅轉淡
Spectral sensitivity
- Rods / Cones
- 各自在不同波長時Sensitivity不同
- Sensitivity
- Threshold之到數
- monochromatic light
- 單一波長之光
p.58 圖3.21
- a.可見光和波長的閾值
- b.光譜敏感曲線
兩者互為倒數
p.58 圖3.22
桿狀體與錐狀體之「相對」敏感度
Purkinje shift (p.57 圖3.23)
- Purkinje shift
- 白天紅花較亮
- 晚上藍花較亮
- 可以由圖3.22(p.56)來解釋
p.57 圖3.24
更細的Spectral sensitivity
Retina p.59 圖3.25
- 結構
- rod/cone
- Amacrine cell
- horizontal cell
- bipolar cell
- ganglion cell
Neural convergence
- 桿狀體如何作到較高的敏感度？
- 接桿狀體的節細胞，接受較多桿狀體的輸入
- 接錐狀體的節細胞，接受較少錐狀體的輸入
p.60 圖3.26
Sensitivity vs Acuity
Neural convergence 愈大敏感度愈高
- 只有好處嗎？
- 請看p.60 圖3.27
- trade-off P.61 圖3.28
Neural convergence...
- 資訊的聚集，就只為了增加敏感度？
- 請回憶上一章的
- p.33 圖2.14到2.16
P.61 圖3.29
鄰近接受器產生抑制作用
先從眼睛的演化來看
- p.62 圖3.30 Limulus (horseshoe crab,鱟）
- P.62 圖3.31 運作原理
lateral inhibition (P.63)
- 側抑制
- 在神經系統常見的機制
- 目的：
- 讓刺激更清楚（真有語病）
- 也造成「錯覺」
- Hermann grid（圖3.32）
Hermann grid的可能原理
見 圖3.33
另一種側抑制錯覺-Mach band (P.64)
見 P.65 圖3.35
Mach band可能原理
見P.65~66 圖3.37~3.38
Simultaneous contrast(P.66)
見 圖3.39
Simultaneous contrast可能原理
見 圖3.40
P.67 圖3.41
- A的灰與B的灰是一樣的！
- 不信遮一下 圖3.42
- 原理仍是一樣的！ 圖3.2
補充議題
- 演化與人類網膜
- fovea
- 接受器的分佈
體驗一下
P.68 圖3.44
- dark adaptation
