Michael Kalloniatis和Charles Luu
1.介绍。
视力是视觉系统对空间的分辨能力。beplay体育公司这可以被认为是眼睛看到细微细节的能力。有多种方法来测量和指定视力，这取决于所使用的视力任务的类型。视力受到眼睛中的衍射、像差和光感受器密度的限制(Smith和Atchison, 1997)。除了这些限制之外，一些因素也会影响视力，如屈光不正、光照、对比度和视网膜被刺激的位置。
2.敏锐度任务的类型。
目标检测只需要感知刺激的某个方面是否存在，而不需要辨别目标细节(图1)。
图1。检测的任务就是要说明光点或线是否存在。(a)深色背景上的明亮测试物体。(b)明亮背景上的暗测试物体
Landolt C和目不识丁E是用于临床视力测量的其他检测形式。这里需要的任务是检测间隙的位置(图2)。
目标识别在临床视力测量中最常用的任务，需要识别或命名目标，如用斯奈伦字母。这里使用的测试对象足够大，检测不是限制因素(图3)，但需要仔细选择字母和图表设计，以确保字母识别任务对于不同的字母大小和图表工作距离是统一的(Bailey和Lovie, 1976)。
图3。识别的任务。命名测试对象，在本例中为字母(Snellen)
Snellen字母是这样构造的，关键细节(笔画宽度和间隙宽度)的大小是整体高度的1/5。为了用斯涅伦表示法确定一个人的视力，要确定他/她能正确识别的图表中最小的字母行。Snellen表示法中的视力(VA)由以下关系给出:
弗吉尼亚州= D / D
其中D '为标准观测距离(通常为6米)，D为该线的每个字母相对于5分钟弧的距离(字母的每划相对于1分钟弧的距离);图4)。
图4。对于6/6的视力，整个字母在眼睛处呈5分钟的弧度，在6米(20英尺)处观看。
斯涅伦符号的倒数等于字母笔画在人眼睛上的角度(以弧分为单位)。这个角度也被用来指定视力(见图5)。它被称为最小分辨率角度(MAR)，也可以用log10形式给出，缩写为logMAR。
图5。对于6/6(20/20)的视敏度，字母的一笔画对着眼睛一分钟的弧线。因此，最小分辨率角(MAR)为1分圆弧，logMAR为0
一些欧洲国家用十进制表示他们的视力，也就是Snellen分数的小数(表1)。
| Snellen符号度量帝国 | 3月 | logMAR | 小数 | |
| 6/60 | 20/200 | 10 | 1.0 | 0．10 |
| 6/48 | 20/160 | 8.0 | 0．9 | 0.13 |
| 6/38 | 20/125 | 6.3. | 0．8 | 0.16 |
| 6/30 | 20/100 | 5.0 | 0.7 | 0.20 |
| 6/24 | 20/80 | 4.0 | 0.6 | ０．２５ |
| 6/19 | 20/60 | 3.2 | 0．5 | 0.32 |
| 6/15 | 20/50 | 2.5 | 0．4 | 0.40 |
| 6/12 | 20/40 | 2.0 | 0.3 | 0.50 |
| 6/9 | 20/30 | 1.6 | 0．2 | 0.63 |
| 6/7.5 | 20/25 | 1．25 | 0．1 | 0.80 |
| 6/6 | 20/20 | 1.00 | 0．0 | 1.00 |
| 6/4.8 | 20/16 | 0.80 | -0.1 | 1．25 |
| 6/3.8 | 20/12.5 | 0.63 | -0.2 | 1.58 |
| 6/3.0 | 20/10 | 0.50 | -0.3 | 2.00 |
表1。Snellen表示法、最小分辨率角与对数最小分辨率角之间的关系。
目标分辨率阈值通常表示为最小的角度大小，在这个角度上，受试者可以区分刺激模式的关键元素之间的分离，如一对点，一个光栅或一个棋盘(图6)。
图6。决心的任务。(a)双点目标。(b)敏度光栅。(c)棋盘
目标本地化包括识别测试对象的分段空间位置的差异，如轮廓上的间断或不连续。用这种方法测量的视敏度称为游标视敏度(超视敏度的一种)，不连续度是根据其角度大小来指定的(图7)。
分辨、定位或检测任务产生超过识别(正常视力)极限的超敏度或表现水平，并表明做出此类判断的机制并不局限于视网膜水平(Westheimer, 1972;Waugh和Levi, 1995)。
3.视力的限制。
要检测到最小的点或要分辨最精细的细节，就需要一个良好的光学系统和适当间距的探测器。视力会受到其中之一的限制。我们看到的物体会在眼睛的后部成像。如果我们取一个点光源，由于眼睛光学产生的畸变，图像将作为点扩散函数分布在视网膜上(图8)。
点扩散函数描述视觉空间中点光源视网膜上的光分布。由于光的衍射，点光源会形成艾里盘图案(图9)。线扩散函数描述了扩展光源的光分布，常用于简化计算。
图9。点源的点扩散函数(艾里盘图)。上面的部分表示在观看艾里圆盘时的光分布感知(如下图所示)。(7k jpeg图像)
第一个环的角半径a由:
A = 1.22升/天
其中l是光的波长，d是瞳孔的直径。角半径的单位是弧度。要将弧度转换为角度，请乘以180/p。两个点光源在眼后部产生两个点扩散函数(图10)。如果这两个点满足瑞利准则(见下)，我们就说它们刚刚被解决了。显然，如果两个点源的视网膜图像没有退化，就可能有更高的分辨率限制(使用适当的检测器阵列)。
4.罗利的标准。
罗利标准是用来计算眼睛的分辨率的刺激是退化的眼睛的光学。该准则指出，如果点扩展函数的峰值位于另一个点扩展函数的第一个波谷上，则两个点或两条线刚刚被解析(图11)。
如果两个点的角分离，一个年代
是:
一个年代= 1.22 l / d
实际上，这个方程在数学上表明，如果两个物体被它们的点扩散函数的宽度分开，分辨率是可能的。如果两个物体在这个距离内(图12)，我们对它们的感知是均匀分布的(b部分)，因此我们将无法分辨这两个物体。
图12。两条线之间的表示，它们的线展开函数和一个人对这两条线的感知。(a)两条线已解决。(b)无法分辨的两条线，被认为是一条粗线
5.视网膜马赛克的尺寸。
除了根据罗利标准的衍射限制视力之外，视网膜锥间距是另一个限制因素，至少在中心2度范围内(Green, 1970)。Helmholtz提出，如果一排受激锥之间有一排未受激锥，光栅就会被分解。这被认为是锥体受体的Yes-No-Yes反应。例如，如果要解析两行，检测器阵列需要足够精细，以检测两行之间的间隙(图13)。从图13可以看出，探测器A和B将无法解析这两条线。然而，通过探测器C, D, E和F的精细探测器阵列，这两条线将被解析。
同样的原理也适用于正弦光栅，其中探测器阵列必须足够精细，才能探测到线或光栅之间的间隙。正弦光栅的条不像方波光栅那样突然变化(图14)。
光栅可作为另一种测量视力的方法。Snellen表示法中的视力可以用空间频率表示，反之亦然(图15)。
Campbell和Green(1965)使用正弦光栅来确定眼睛的最大分辨率。他们利用激光产生的干涉图样绕过眼睛的光学系统，在眼睛的后部产生正弦光栅。他们发现，每度的最大分辨率约为60个循环，而免费观看屏幕会降低分辨率。最近关于光感受器密度和空间分辨率的研究表明，人类视觉系统中的感受器阵列可以以6/1(20/3)或约150循环/度的顺序进行分辨(Curcio等人，1990;beplay体育公司米勒等人，1996;Roorda和Williams, 1999)。中心凹处的锥体间距约为2.5 um (Curcio et al, 1990)或约28秒弧。基于锥体间距，每度最多可循环约60次，这远远高于传统的临床测量，因为这没有补偿眼睛的光学和后受体神经处理。
6.影响视力的因素。
除了上述两项主要限制因素外，视力亦受以下因素影响:
1.屈光不正。
屈光不正会导致视网膜离焦，从而影响视力。离焦会通过影响它的点扩散函数来模糊细节、尖锐的边缘和对比度敏感度(图16)。
图16。模糊程度不同的两条线的线扩展函数。随着模糊程度的增加，两条线的区别就消失了
屈光不正，如近视(近视眼)和远视(远视)，导致点扩散功能向外侧扩散。因此，影响分辨率(图17)。物体眼睛后部的图像在视光眼的视网膜上高度聚焦。在近视眼中，视系统可能被认为过于强大，因此图像聚焦在视网膜前面。相反，远视眼的光学系统太弱，所以图像聚焦在视网膜后面。
2.瞳孔的大小。
瞳孔的大小是影响视力的一个重要因素。瞳孔大可以让更多的光刺激视网膜，减少衍射，但分辨率会受到眼睛像差的影响。另一方面，小瞳孔会减少光学像差，但分辨率会受到衍射的限制。因此，大约3毫米到5毫米的中等瞳孔是最佳的，因为这是衍射和像差极限之间的妥协(Atchison等，1979;史密斯和艾奇逊，1997)。如前所述，瞳孔面积影响点扩展函数的大小，从而影响分辨率。
3.照明。
对于识别任务，视力受到背景亮度水平的很大影响(图18)。两个分支是明显的，下部属于杆(scotopic)功能和上部属于锥(photopic)功能。注意两者的渐近线表示最大视力(箭头)。锥分支的“线性”范围很长，约为3个对数单位，渐近于约300 cd/m2的光能级。
赫克特提出的一个理论是，在杆状群体和锥状群体中，存在着随机分布的不同敏感性。因此，在高亮度下，所有的细胞都是活跃的，以达到高水平的视觉敏锐度。在低亮度下，只有对该亮度水平敏感的细胞是活跃的，因为它们是随机分布的，视网膜马赛克更粗糙，从而达到较低的视力水平(Graham, 1965)。
另一种可能的解释是，在定量可用性有限的情况下，由于空间总和较大，定量捕获更可能发生在准中央和外周视网膜。由于该区域的感光器密度低，分辨率较差。随着光照水平的增加，视网膜中央(黄斑和中央凹)的定量捕获更为成功。由于光感受器密度高，视觉的敏锐度更高。
4.暴露目标的时间。
为了探测小亮点，探测在很大程度上依赖于光的数量而不是曝光时间。然而，要检测一条线，其敏锐度(线的倒数宽度)与曝光时间成正比。对于目标的分辨率，没有简单的敏锐度-曝光时间关系。
5.视网膜受刺激的区域。
由于中央凹密集排列的视锥细胞，固定中心的视力最高。在距注视中心5分钟的弧线距离处，视力有可测量的损失。在固定10分钟的弧度(1/6度)时，视力损失25%(图19)。当对锥堆积密度和光分辨率进行比较时，密切的相关性是明显的，直到大约2度偏心(Green, 1970)。在较大的偏心率下，视力比锥体间距预测的差，这可能表明其他视网膜后受体元素是限制因素(参见下面关于暗斑视力的讨论)。
6.眼睛的适应状态。
如果眼睛适应于与测试亮度相同的水平，即测试亮度为34 cd/m，则可达到最高的视力水平234000 cd / m2．测试亮度小于34cd/m2，适应较低的亮度会获得稍好的锐度。
视网膜中央凹的高密度视锥细胞是在光照条件下具有高水平视力的原因。在红斑条件下，灵长目动物视网膜上的aiamacrine细胞是一种中间神经元(Kolb等，1992;Wassle et al, 1995)似乎限制了分辨率。最大的血肿敏锐度发生在~5-15o离心率，对应于所有无螺胞密度，而峰值棒材密度出现在15-20左右o．图20中的箭头显示了离心率小于15时的情况o视敏度受全无分泌细胞的限制。超过15o小神经节细胞(P细胞;米尔斯和梅西，1999)。
如上所述，在光系统中也可能发生类似的过程(Green, 1970)，当光分辨率超过2度偏心时，就会低于锥密度预测的值。Green(1970)和Mills和Massey(1999)的研究证明，后受体加工是可能限制视力的另一个因素。
眼球运动。
在固定注视的过程中，眼睛在不断地运动。在这种情况下，视网膜图像在一秒内通过约3分钟的弧线距离。
对比敏感度
对比度是评估视力的一个重要参数。临床上的视力测量采用高对比度，即白底黑字。在现实中，物体与其周围的环境有着不同的对比。因此，视觉敏锐度和对比度之间的关系可以让我们更详细地了解我们的视觉感知。
光栅图案被用作测量眼睛分辨能力的一种手段，因为光栅可以调整到任何大小。光栅的对比度是光栅的差强阈值，定义为:
C = (Lmax - Lmin) / (Lmax + Lmin)
其中C的值可以在0.0到1.0之间;有时C被称为调制，罗利或迈克尔逊对比(图21)。对比光栅的亮度呈正弦变化(图21)。这允许在不改变显示光栅的屏幕的平均亮度的情况下改变光栅的对比度。
图21。对比度为1.0和0.5的正弦光栅的亮度分布图。当对比度值为1时，光栅将具有最大和最小可用亮度
光栅条的大小可以用眼睛所面对的每度的循环次数来表示(一个循环由光栅的一个亮条加上一个暗条组成)。这被称为光栅的空间频率，可以认为是光栅的细度或粗度的度量。单位可以是循环每度(图22)。
图22。空间频率是眼睛每度所经历的循环次数的量度。(a)每度一次循环。(b)每度两次循环
我们可以确定视觉系统的灵敏度作为光栅大小(空间频率)的函数。beplay体育公司光栅图案的对比度被调整以确定给定空间频率的阈值。也就是说，在给定的空间频率下，对比度可以降低，直到不可能检测到光栅(对比度阈值)。这个对比阈值的倒数称为对比敏感度。
视觉系统达到某一阈值所需的对比度可以表示为对的灵敏度beplay体育公司分贝(dB)刻度(dB的对比度灵敏度= -20 log10C)．敏感度与空间频率的(对比)曲线称为空间对比敏感度函数(SCSF，或通常缩写为CSF)。
对比敏感度函数(CSF)
在光条件下，对比灵敏度测量显示了使用正弦光栅时的带通函数(图23)。脑脊液功能的峰值是在中等空间范围，只有在高对比度条件下，是分辨率的最大水平。
脑脊液的形状和关键参数取决于许多因素，包括:光栅的平均亮度，光栅的亮度曲线是正弦波还是方波，离焦水平，以及眼睛光学的清晰度。在低光水平下，最大对比度灵敏度约为8%，最大分辨率约为每度6个循环。随着平均光照水平的增加，对比度灵敏度函数的峰值现在接近0.5%的对比度，高空间频率截止约为每度50到60个周期(~6/3或20/10)。如图24所示，在光水平下，峰值对比灵敏度约为每度5到10个循环(van Ness和Bouman, 1967)。
对比灵敏度函数提供了视觉系统的更全面的表示。beplay体育公司例如，Harwerth等人(1986)的关键视觉发育研究描述了猴子在不同时期的单眼剥夺后对比敏感度功能的变化。在异常的视觉发育过程中，中高空间频率灵敏度的丧失是非常严重的，剥夺的增加导致进一步的对比度损失。不仅某些眼部疾病会降低视力，对比敏感度也会受到影响(Arden, 1978)。例如，多发性硬化症患者的对比敏感度会降低(图25 - B)，而白内障患者的对比敏感度会整体降低(图25 - C)。轻度屈光不正或轻度弱视，会导致脑脊液类似图25中的D，更严重的屈光不正或严重的弱视，会导致脑脊液类似图C。
8.空间总和。
空间总和描述的是眼睛在特定区域内对量子进行总和或相加的能力。空间求和作用的这个区域称为临界直径。根据里可定律，在这个临界直径范围内，当总光能达到恒定值时，即达到阈值(k)．当亮度(l)和刺激区(一个)等于或超过这个常数值。换句话说，当亮度减半时，刺激面积需要加倍才能达到阈值。当亮度加倍时，刺激面积可以减半，仍然达到阈值。里可定律表示为:
洛杉矶n= k
在哪里l是刺激的亮度，一个是刺激的面积，k是一个常数值，n描述空间求和是完全的(n=1)还是部分的(0
由于光感受器聚集到神经节细胞上，因此产生了空间累加。这种光感受器的聚合形成了一个感受场，因此在这个感受场内刺激不同的光感受器会产生一个信号。接受野的大小随偏心量的变化而变化(图26)，这有助于解释临界面积随偏心量变化的原因(Shapley和Enroth-Cugell, 1984)。显然，如前所述，空间总和(功能性接受野)的大小将限制分辨率能力。
图26。(a)中央凹旁区(偏心度7度)和(b)周围视网膜(偏心度35度)感受野大小示意图
空间求和示意图如图27所示。la =k的简单对数变换会导致logL与logA的曲线具有斜率为-1的直线(Ricco定律中的完全空间总和)。在临界区域外，该图的斜率为0，说明目标的大小不影响阈值。
图27所示。空间总和数据在对数尺度上以log L和loga表示
图28显示了不同背景亮度的光点的空间总和数据o从鼻部中央凹处。当梯度为-1(实线)时，理可完全空间求和定律成立。注意，临界区域在低亮度下较大，在高亮度下较小。这种变化反映了感受野大小随适应水平变化的功能变化(Shapley and Enroth-Cugell, 1984)。
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最近更新:2007年6月5日。
作者
迈克尔Kalloniatis1958年出生于希腊雅典。他获得了墨尔本大学的视光学士学位和硕士学位。他在休斯顿大学视光学院获得博士学位，以研究猴子视觉系统中的颜色视觉处理。beplay体育公司博士后培训在休斯顿的德克萨斯大学继续，师从罗伯特·马克博士。正是在这一时期，他对视网膜神经化学产生了浓厚的兴趣，但他也保持着一个活跃的视觉心理物理学研究实验室，专注于色彩视觉和视觉适应。在他最近搬到新西兰之前，他曾是墨尔本大学视光与视觉科学系的教员。Kalloniatis博士现在是奥克兰大学视光与视觉科学系的Robert G. Leitl视光教授。电子邮件:m.kalloniatis@unsw.edu.au
作者
查尔斯灾区1974年出生于越南参苴。他在墨尔本接受教育，并于1996年获得墨尔本大学的视光学位，随后在维多利亚视光学院进行临床住院治疗。在此期间，他完成了研究生培训，并获得了临床验光研究生文凭。他的专业领域包括低视力和隐形眼镜。在他担任验光师期间，他与Michael Kalloniatis博士合作，教授验光学生，并组装了“独眼”。Cyclopean Eye是一个基于网络的交互式单元，用于验光学本科生的视觉科学教学。他目前是墨尔本大学视光与视觉科学系的私人验光诊所和访问临床医生。