眼睛与照相机、摄影机的关联

人类的肉眼构造非常像一台照相机或者说摄影机，它们都有负责成像的光学组件：照相机或摄影机上称为镜头（lens），而在眼睛的构造上，英文也称之为lens，译为晶状体。传统的照相机以及电影摄影机上一次只能装一种感光材料，电视摄影机上的成像器件为3 片2/3 英寸CCD（R/G/B）组成，而眼睛真正可以成像的部分是在视网膜上，它含有不同的感光细胞，能够随着环境的明暗，自行切换成彩色或类似黑白单一色调的两种视觉模式。

此外，照相机、摄影机和眼睛都有调焦的功能，只不过照相机与摄影机通过改变镜头内部镜片的相对位置，来调整不同远近物体的焦点（与鱼的眼睛类似），而人类的眼睛则是利用一组牵动晶状体的睫状肌，以肌肉的伸缩动作改变晶状体的厚薄。当晶状体变厚，可以看清楚近距离的物体；晶状体变薄用来看远处的物体。这个调整晶状体厚薄的生理机制称为调节。一般来说，位于眼前方6m 以外直至无限远处的物体，都可以在视网膜上生成基本清晰的像。而位于6m 以内的物体的像只有进行调节，成像才能在视网膜上。当近距离观看电影或电视剧时，晶状体往往一直处于紧张状态，容易引起眼疲劳。如果沉迷于影视，晶状体由于得不到休息而变形，就会产生近视。

照相机与摄影机内调整人射光量的装置，称为光圈。它是一个用来控制光线透过镜头、进人机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内，肉眼则有两组不随意肌组成的虹膜来控制进光量，它位于晶状体前方瞳孔的开口处，可以藉由肌肉的收缩伸展来改变虹膜孔径的大小。当视网膜上汇聚的光线强度发生变化，虹膜就会适时地调整瞳孔的大小。光线强时瞳孔就会自动缩小，光线暗时就会放大。除此之外，瞳孔还是生命机能的灵敏指示器，它会随着交感神经的兴奋或抑制变大、变小。当看见影像中漂亮的人物、美味的食品时，瞳孔会放大；当受影像影响出现紧张激动的情绪也会引起瞳孔放大；目睹悲伤的影像，瞳孔则缩小；看到厌恶或憎恨的对象，瞳孔也会收缩。

在照相机与摄影机镜头的前方往往会有透明的保护滤镜，目的在于保护光学镜片的表面，以免受到风砂、尘土的附着与刮伤；在肉眼的外围覆盖在眼球的正前方也有一层透明的保护膜，称为角膜。它的面积只有整个眼球的六分之一，它的边缘与眼白的部分相接，角膜本身并无血管，只与房水连接以获得养分，因此角膜事实上与身体其他部分是隔离的，这也是角膜移植特别安全的因素之一。

眼睛里有但照相机与摄影机没有的构造，就是房水。它含有99%的蛋白质、盐分与水，充塞于晶状体与角膜之间的空隙中。房水可以不断地分泌又不断地被吸收，一般人大约每四小时会更新一次。“眼前的小黑点”可能是由于房水内漂浮的杂质的影子落在视网膜上，使我们看到小黑点在眼前盘旋。晶状体和后方视网膜之间的空间内，则填塞了一种胶状物质，称为玻璃体，它的主要成分是水。

人类的肉眼像一部高度精密复杂的光学仪器，虽然它只是单一镜片的结构，但是它和利用计算机设计、构造复杂精密、价格昂贵的光学镜头相比较，呈像品质毫不逊色，如果我们把肉眼、135 小型相机和高清数字摄影机作比较，可以发现：肉眼视网膜的宽度大约是24mm，这与135 相机的片幅24mm×36mm 十分接近，肉眼的焦距大约是20mm，最大视野相当于一只超广角镜头。如果它再和形状呈一曲面的视网膜结合，就会有接近180°的视角。这和135 相机通常搭配焦距为50mm 的镜头，其视角大约只有50°相比，两者视野的范围有很大差异。而摄影机的镜头焦距是可以变化的，一般可以在4.2mm～180mm 变化物理焦距。由于在相同的光圈值下，景深的长短和焦距平方成反比。一般而言，人类的肉眼在正常的观赏条件下，很少有景深不足的困扰。虹膜控制下的瞳孔，其直径大约是2mm～8mm，它的相对光圈值在8—F/2，其间只涵盖了4 格光圈的亮度范围；而一般135 单眼相机配备50mm 的标准镜头（光圈值是F/1.4—F/16）通常有7 级光圈的范围，两者相比有3 级光圈的差距。而高清数字摄影机（光圈值是F/1.4—F/22）通常有8 级光圈的范围，两者相比有4 级光圈的差距。

观看影像与看其他物体一样，眼睛的基本功能也是将视觉刺激转换为视觉信息。当我们凝视影像时，光线由影像发出或反射并投人眼球，经由角膜的折射，穿过房水及调整光量的瞳孔，再透过负责调焦功能的晶状体、玻璃液等构造后，落于视网膜上。视网膜是人类视觉系统中构造最复杂精密的组织，外界的物理刺激—光能在这里转换成神经冲动及电信号，因此，视网膜是眼睛的感光部分，也是视觉信息处理的枢纽。视网膜由好几层神经细胞组成的，当光线进人视网膜外侧的神经细胞，依次穿过最外侧的光学神经纤维、节细胞与双极细胞，最后才进入感光细胞层里的杆体细胞与锥体细胞。这时候才正式进人视觉信号的处理流程。(www.xing528.com)

感光细胞接受了光能以后，立即就产生一种光化学反应，借着漂白的动作将色素分子转换成不同的形式，这种漂白的动作会在神经细胞中轮流激发出信号。而被漂白的分子会同时再生出新的分子，以维持细胞间的平衡。所有的杆体皆含有一种视紫质，它是一种外端具有感光性的光化学物质，不过锥体则含有三种分别对红、绿、蓝感光的不同色素，可以提供色彩的知觉判断，类似摄影机三片独立的CCD 影像感应器分别对红、绿、蓝三原色光进行处理。而杆体只能在低亮度的环境下反应明暗的亮度信息，提供类似单色的黑白视觉呈像，而且它的解析力较锥体差许多。

视网膜内的感受细胞每一只眼睛大约有一亿三千万个，其中大部分都是杆体（约占整体感受细胞的95%），其余的只有七百万个锥体（只占5%）。视网膜内这两种感受细胞分布并不均匀，数量很少的锥体则高度集中于眼睛视轴的中央区域。这与摄影机均匀分布的CCD 感光晶片所建构的影像并不相同。而在视网膜中央有一个范围极微小的区域（面积小于1mm2），它的视觉特别敏锐精确，称为黄斑。黄斑的中央有一个直径约0.4mm 的区域，称为中央小窝。此区域也是我们凝视物体时，中央影像聚焦成像的中心点，正如镜头的焦点所在。生理学家研究发现，在中央小窝的位置完全没有杆体的存在，而杆体几乎完全分布在视网膜的外围。中央小窝内的锥体生得非常细密狭小，同时排列得非常整齐而密集，每1mm2 约有3 万个，它们可以让光线不受任何阻挠地直达锥体，具有很强的光学解析能力。因此，人眼视觉的特点是：中央小窝在亮光处有最高的视敏度和色觉，在暗处则中央小窝视力较差，视网膜周边则能感受弱光的刺激，但这时无色觉，清晰度较差。人们视物时，一般先由杆体细胞扫视到物体，然后调节眼肌，把物像落在中央小窝上，由锥体细胞注视物体，辨认细节。在影像观看过程中，锥体细胞起的作用较大，但杆体细胞的作用也不容忽视。特别是近年来的那些追求视觉刺激的影视剧，运动节奏快，光影闪烁迷离，使杆体细胞应接不暇，带来美妙的视觉享受。

在离开眼睛视轴约20 度附近的区域，这里是视神经离开眼球的位置，既无锥体也无杆体的感受细胞，它可以说是视网膜内最不敏感的所在，因此被称为盲点。虽然肉眼里确实有这一小块无法感受视觉的盲点，但是在日常生活上，一般人根本无法察觉有这样的生理缺陷存在。原因在于人类的大脑有记忆与知觉的特质，可以把这一小块不连续的间断信号自动填补起来，形成非常完整而平顺的视觉。

由杆体细胞和锥体细胞产生的电信号，通过双极细胞和神经节细胞，再到视神经、视束和皮层下中枢，最后到视觉皮层变成心理认识上的“像”。当视网膜内的感受细胞受到刺激，发出的信号将会沿着视神经向后传到神经交叉。此时左右两个视网膜会将左半边的信息传到右脑半球，而将右半边的信息传到左脑半球。而来自于视网膜鼻侧神经纤维会在穿过神经交叉的对侧，与对侧来自颞侧（左眼的左半部，右眼的右半部）的神经纤维汇合形成神经束，再向后传至外侧膝状体，最后再传至位于枕叶的初级视觉皮质区。外侧膝状体实际担任视网膜与视觉皮质的中继站，可以将过去经历的事物形状、颜色、特征等与意识相关的视觉作出记忆，并将视网膜的信号完全传送至大脑视觉皮质。

目前照相机与摄影机的感光元件和处理元件对光信号的处理方式是线性的方式。原始信号不能按正比例来记录景物中不同部分的亮暗变化，原始信号经过摄影机内部的“灰度系数编码”处理后，得到看起来和人眼视觉差不多的亮暗关系。这和人眼的感光系统对光的处理是非线性的（反映在坐标轴上即对数式的），是按照正比例关系感受景物中不同部分的亮暗变化是不一样的。

综上所述，视知觉是由视觉刺激和视觉系统互动所产生。视觉系统主要分成三大部分，包括眼睛、侧膝核以及大脑视觉皮质层。