第三講:眼睛的功能

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== The Eye and Seeing == == The Eye and Seeing ==
 +* 人類眼睛裡視網膜 (Retina) 主要的細胞包括 :
 +** 一億多的光接受器 (Photoreceptor) ;
 +** 總共約一千萬個水平細胞 (Horizontal cell) 、無長突細胞 (Amacrine cell) 和雙極細胞 (Bipolar cell) ;
 +** 約一百二十五萬個神經節細胞 (ganglion cell) ;
-* 網膜+* 簡化影像
-** +** 眼睛的光接受器會獨立接受光線,為了增加效率,光接受器接收到的訊號不會直接形成影像。訊號會經過其它細胞處理後簡化變成幾個重要的視覺訊息,包括:對比度、色彩、邊線和質地等。就像電腦屏幕由高解析度降至較低解析度,高色彩位元降至低色彩位元。
-*** Photoreceptors+
-**** 數量+
-***** 1億多+
-**** 記錄+
-***** 資料壓縮->訊息傳遞+
* topics * topics

在2010年10月11日 (一) 23:52所做的修訂版本

目錄

The Eye and Seeing

  • 人類眼睛裡視網膜 (Retina) 主要的細胞包括 :
    • 一億多的光接受器 (Photoreceptor) ;
    • 總共約一千萬個水平細胞 (Horizontal cell) 、無長突細胞 (Amacrine cell) 和雙極細胞 (Bipolar cell) ;
    • 約一百二十五萬個神經節細胞 (ganglion cell) ;
  • 簡化影像
    • 眼睛的光接受器會獨立接受光線,為了增加效率,光接受器接收到的訊號不會直接形成影像。訊號會經過其它細胞處理後簡化變成幾個重要的視覺訊息,包括:對比度、色彩、邊線和質地等。就像電腦屏幕由高解析度降至較低解析度,高色彩位元降至低色彩位元。
  • topics
    • 資料壓縮 jpeg vs RAW
  • Photoreceptor matrix
    • 如果接受器直接反應外界物理量
      • 人的視覺作啥?
      • 是直接反應外界物理量?
      • 原始貯存物理量
  • 視覺要「處理」
    • Contrast(對比)
    • Color(色彩)
    • Edges(邊界)
    • Texture(質地)
    • ........
  • Vision as InfoPro
    • 視覺是由
    • 外界光反射的分佈光源特性了解外界可能有
      • 我們需要的東西
      • 我們要避開的東西
      • 我們要逃離的東西
      • 知道這些東西空間中的關係

Retinal Ganglion Cell

  • 今天的主角
    • 兩件須知(ganglion cell特性)
      • 不會吸收光線
      • 反應以動作電位(action potentials)方式表現
    • 雖然反應不複雜
    • 但其中有不少故事
  • 第一件難題
    • 資料壓縮
    • 1億多個接受器
    • 125萬個ganglion cells
    • 單純計算十分之一(但不止)
  • why and how?
  • 測量ganglion cells
    • microelectrode(微小電極)
    • single cell recording
    • 單一神經記錄
    • spontaneous activity
    • 自主反應
    • ON response
    • 開反應
    • OFF response
    • 關反應
  • Receptive Fields
    • 接受區
    • filter(過濾器)
    • computation
    • 計算
    • lateral inhibition
    • 側抑制
    • ON-center vs OFF-center (亮中心與暗中心)

再見網膜結構

  • 網膜上中介細胞
    • Horizontal cells(水平細胞)
      • 可能lateral inhibition
    • Bipolar cells(雙極細胞)
      • 以glutamate為transmitter
      • 但receptor的分泌與光之有無恰好反向
    • Amacrine cells
      • feedback cells (?)
      • switch (?)
  • Network運作
    • 示意圖
    • Computation
    • DoG curve (Difference of Gaussian curves)
    • Gaussian curves
  • Receptive fields 大小
    • Retinal eccentricity (網膜偏心度 )
    • 同一RF對不同大小的Sti.
    • 不同大小RF對不同大小Sti.

三種ganglion cells

  • P cells
    • parvocelluar
  • M cells
    • magnocelluar
  • K cells
    • koniocelluar
      • 見table3.1 page 83
  • cell size
    • P small
    • M large
    • K very small
  • conduction velocity(傳遞速度)
    • P slow
    • M fast
    • K slow/variable
  • cell population (細胞數量)
    • P 80%
    • M 10%
    • K ~10%
  • spatial resolution (空間解析度)
    • P high
    • M low
    • K moderate
  • Temporal resolution
    • P low
    • M high
    • K high
  • contrast sensitivity
    • P low
    • M good
    • K modest
  • color vision
    • P good
    • M poor
    • K ??
  • 不只在網膜上不同,一直到更高層也不同
    • 管道?
    • 還有10%的ganglion cells
    • 可能往SC(下週再談)
  • Box 3.2
    • Your daily dose of light
    • 與circadian rhythms(晝夜節律)有關
    • 人類是日行動物
    • 由photoreceptors分佈可推知
  • 衛教插播
    • 生活規律
    • 曬太陽:)

Ganglion cells可能作啥?

  • receptive fields
    • brightness / lightness
  • brightness
    • 照度
    • 發光源所輻射出的能量
  • lightness
    • 亮度
    • 反光物體所反射回來的能量
  • center/surround antagonism
  • Hermann Grid
    • why (可能的:p)
    • why not at fixation point
  • Mach Bands
    • possible explanation
    • Vividness (逼真 ) of Mach bands
      • 在物體上的效果大於影陰上
      • 是cognitive influence ?
  • Cognitive penetrability vs impenetrability(認知可穿透與認知不可穿透)
  • center/surround
    • background intensity (背景強度)
  • lightness constant
    • Constancy (恆常性)
  • Box 3.3
    • Lightness constancy fails
      • 當有很「局部」的照明時
      • 環境亮度對比太大時
    • 可能破壞lightness constancy
      • lightness contrast
      • physically same:)
  • vividness of simultaneous lightness contrast

illusions

  • 錯覺給我們開了一扇窗戶
  • 如果不錯
    • 可能有很多很多方法可以解決
      • 例如:hard copy
  • 但有錯
    • 解決方法就較有限
      • 至少不能hard copy

sensitivity vs resolution

  • 資料壓縮
  • visual acuity與資料壓縮
    • convergence is the enemy of resolution
    • 壓縮是解析度的敵人
  • sensation 與資料壓縮
    • convergence is the ally of sensitivity
    • 壓縮是敏感度的朋友
  • spatial summation
  • 空間總和
  • duplex solution
    • 以相機:感光度是調底片感光度ASA
  • trade-off resolution/sensitivity
    • box 3.4
  • photopic system
  • scotopic system
  • mesopic
  • temporal summation
  • 時間向度的加成
  • box 3.4 (p98)
    • Bloch's law
    • I x T = C
      • I intensity 強度
      • T time (0.05s ~ 0.1s) 時間
      • C constant visual effect 常數,視覺效果
  • Sensitivity
    • photopic, scotopic, mesopic (明視覺、暗視覺、中介視覺)
  • Resolution
    • ganglion cells 33% 集中 fovea
  • Resolution for Real time
    • in reading
    • viewing distance
    • 1 shot resolution chart (一眼視覺解析度圖)
  • Sensitivity 測量
    • scotopic vision
    • photopic vision
  • Purkinje shift
    • 白晝:紅花較綠葉亮
    • 晚上:紅花較綠葉暗
    • 如何計算?
      • brightness=>lightness*sensitivity
      • 捲積(convolution)
      • f(x)*g(x) = ∫f(α)g(x-α)dα
  • box3.6 page106
    • dark adaptation
    • 暗適應

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