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基于人眼波前像差的白光空间像调制度的研究

刘涛  
【摘要】: 本文主要围绕人眼波前像差技术,同时结合全眼对比敏感度(ContrastSensitivity Function,CSF)测试,对人眼从视网膜到大脑处理的视觉过程以及人眼波前像差对全眼CSF的影响等方面进行了如下研究:首先简要介绍了人眼波前像差测量原理及测量技术的发展概况;其次,基于CRT显示器通过计算机编程开发了人眼对比敏感度测试平台,搭建定标系统获得数字驱动信号与光亮度信号的对应关系;再次,提出了白光视网膜空间像调制度的测量方法;最后讨论了各种波前像差对于全眼视觉质量的影响。 构建了基于CRT显示器的高空间频率的工作于白光和三原色光的人眼对比敏感度测定系统。其空间频率范围为2.4—48 c/deg;空间频率选择为14种和3种不同方向取向;对比敏感度范围为2—276;可观察到高空间频率区间的伪频(aliasing)现象。开发的应用软件可以完成空间频率的快速转换、对比敏感度的步进调节、被测眼的对比敏感度曲线绘制、被测眼出现假频的区间的显示。测试结果显示,人眼对比敏感度在空间频率为10 c/deg附近的频段可以达到峰值,这与根据人眼生理结构提出的通道理论相印证;被测人眼中有近一半(14只)在39 c/deg的空间频率附近出现伪频现象。 进行了以视网膜为起点进行的视网膜到大脑系统潜在视功能的测定。人眼空间像调制度(AIM)指在不同空间频率下,视网膜所能感知的最小的对比度,其与人眼屈光系统成像无关,直接反映了人眼视觉系统成像信息经神经传导及大脑处理的过程。目前已有通过干涉的方法,直接测量以视网膜为起点的空间像调制度,然而该方法只能测定视网膜对单色光的响应。而通常情况下人眼所感受的都是白光世界,因此对白光下的空间像调制度进行测量尤为重要。论文利用Hartmann-Shack波前传感器测量的单色光波前像差数据,根据波长与眼波前像差的关系,求出不同波长下人眼的光学传递函数,对不同波长的光学传递函数加权求和,得到白光下的调制传递函数MTF:然后用研制的CRT对比敏感度测量仪对眼在白光下的对比敏感度CSF进行测量,利用MTF与CSF二者的关联获得白光下每只眼睛对应的视网膜空间像调制度。通过对10只正视眼AIM分析,发现AIM在低频和中频基本相同,在高频部分个体之间存在着一定差异,是影响视锐度的主要因素。 借助已经获得的白光AIM曲线,通过改变波前数据引入不同种类、不同大小的像差,研究波前像差对反映全眼视觉质量的人眼对比敏感度的影响。与通过球-柱镜或自适应光学器件引入像差直接测量全眼CSF的方法不同,可避免多次测量产生的误差以及观察者主观反映的不确定性。通过分析,可以发现与仅考虑衍射受限的眼模型相比,一定量的离焦会使人眼CSF达到最佳;散光屈光度对人眼CSF的影响要远大于轴位;与彗差相比,球差对人眼CSF的作用要显著的多,且球差对所有空间频率都有影响,而彗差主要对高频CSF有影响,当对比敏感度面积(Area Under CSF,AUCSF)达到最佳值时,彗差和球差并不为0,说明像差之间存在着相互补偿的机制。


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