#Y2025 #VR #专题
Update date: 2025/01/03
# 理解人眼
这个新的专题主要关注近眼显示相关的光学内容，VR，AR，MR系统面向的对象是人类的视觉系统，理解和了解人眼，人类的视觉系统是有益且必要的。虚拟现实的重要功能是模拟现实，“拟“-”真”，另一方面的潜力是创造任何现实中不存在的感受，“拟“-”假”，当虚拟现实达到其极致的发展状态时，真，假也没有区别了。
VR显示的对象是人类，其显示系统的目标是骗过人眼，对于人眼的理解是理解VR显示的开始。VR系统的设计是human-centric task，对于显示系统的设计，满足人类视觉系统是设计的开始，有助于降低系统的复杂性，避免over engineering，节约成本。
本文重点关注近眼显示里关注的人眼特性，重点关注人眼和VR系统的相互关系。其中我们需要了解一只眼睛的特性，两只眼睛的共同作用，人眼特性在人群里分布。值得一提的是，VR公司Oculus，就是拉丁语的“眼睛”。
# 人眼的基础结构
下图展示了人眼的图片，中心的黑色区域是瞳孔（Pupil），有颜色的区域是虹膜（Iris），从眼睛上反射的光线可以看到，角膜是光滑的。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_1.jpg" alt="" width="50%"></center>
下图展示了人眼的俯视切面图，展示了其主要结构，图片下方是鼻子侧，上方是头侧侧。眼睛不是完全的球体，而是一个融合的两件式单位。较小的单位在前方称为前室（anterior segment），由角膜(Cornea)、虹膜（Iris）和晶状体（Crystalline lens）组成，包裹晶状体的结构称为晶状体囊（lens capsule），此空间腔室称为前腔（anterior chamber）；较大单位在后方称为后段（posterior segment），由玻璃体（Vitreous humor）、视网膜（Retina）、脉络膜（Choroid，视网膜和巩膜的中间层）和巩膜（Sclera，眼球的白色外壳）等组成，此空间腔室称为后腔（posterior chamber）。其中，视网膜中央凹（Fovea）处具有高密度的视锥细胞。视网膜的后方称为眼底，在正对视神经起始处，有一呈白色的圆形隆起，称为视神经盘，此处是神经纤维进出的地方，没有感光细胞，不能感应到光线，故称为盲点（blind spot）
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_2.png" alt="" width="60%"></center>
# 眼球的光学参数
下图展示了从光学角度看，眼球的具体尺寸，以及各层的折射率以及厚度（精确的模型里，各层的折射率并不是定值）。光通过角膜进入，其折射率为n=1.377，然后经过前室，折射率稍微低一些，大致为n=1.336，前室的厚度为3.04mm，然后光会到达虹膜面，虹膜是一个可以变化直径的隔膜，控制着眼睛的数值孔径和进入眼睛的光。然后光会到达晶状体，晶状体可以变形因而改变其屈光率，因此眼睛可以适应不同距离的物体。晶状体是有几层嵌套的结构，简单的模型只会认为其只有一种物质，精细的模型包含了晶状体内核和晶状体囊，他们有着略微不同的折射率。光线经过晶状体后，会进入玻璃体最终被视网膜接收。
视网膜有着不同的区域，其包含一个解析度最高的中心凹区域fovea，直径为1.8mm。中心凹并不在眼睛的几何中心位置，其通常在靠近头侧侧的2.5mm方向。另一个视网膜上特别的区域为盲点（blind spot），其同样为直径1.8mm，在靠近鼻子侧方向的15°视场的位置上。
眼球可以绕其中心C点旋转，中心旋转点C点在眼球定点的13.5mm后，眼睛的直径为24.4mm，半径为12mm。人眼的视觉响应是有限的，高于30Hz的信号会被识别成整体的信号。
下表总结了一些从光学角度看人眼的关键参数。
| 项目 | 放松的眼睛 | 调节的人眼 |
| --------- | --------- | -------- |
| 屈光率 | 58.63dpt | 70.57dpt |
| 空气中焦距 | 17.1mm | 14.2mm |
| 晶状体屈光率 | 19dpt | 33dpt |
| 最大视场角 | 108° | |
| 中心凹视场角 | 5° | |
| 瞳孔直径 | 2-8mm | |
| F/# | 6.8 - 2.4 | |
| 眼球直径 | 24mm | |
| 旋转中心到顶点距离 | 13.5mm | |
一般我们用屈光度衡量人眼的屈光能力，1 dpt = 1/m，大概2/3的屈光度来自于角膜的表面（其折射率和空气有着0.377的差异），另外1/3来自于晶状体。如果进到水里，角膜和水的折射率差异会降低到0.04，丧失了大部分屈光能力，图像会成像在视网膜后面糊掉。而鱼的眼睛的晶状体（吃鱼眼时那个白色的小球）有着很大的曲率，几乎是个球状，提供了非常大的屈光度。奇妙的是角膜由基质细胞构成并有着微结构可以提供防炫光的作用，晶状体的折射率也是渐变的，同样有助于降低眼球内的光反射。眼睛的焦深受虹膜隔膜影响，一般在0.1dpt到0.5dpt范围内，对焦的不确定性在0.25dpt范围。
# 视网膜及特性
人类的视网膜作为一个光传感表面存在，视网膜上有着不同的传感元件，在中心区域，视锥细胞负责高解析度和色测的传感；在周边区域视杆细胞在大范围进行感光，低解析度，没有颜色传感，但是对亮度敏感。下图展示了视网膜具体结构，下表比较了这两种细胞的主要特性
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_22.png" alt="" width="100%"></center>
| 性质 | 视锥细胞 | 视杆细胞 |
| --------- | -------- | -------- |
| 位置 | 在中心凹 | 中心凹外围 |
| 覆盖的视场角 | 小，5° | 大，108° |
| 解析度和视敏度 | 高 | 低 |
| 亮度敏感性 | 小，主要日间视觉 | 大，夜晚视觉 |
| 色彩敏感性 | 是 | 否 |
| 总体数量 | 5百万 | 1亿2千万 |
| 最大效能 | 683lm/W | 1699lm/W |
| 光谱最高敏感度位置 | 555nm | 507nm |
## 解析度
下图展示了视网膜截面上各种感光元件的分布情况，纵轴为单位角度传感器数量的对数坐标，横轴为角度，左边为鼻侧，右边为头侧侧。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_5.png" alt="" width="60%"></center>
下表展示了更具体的视网膜数据和区域分布信息
| 区域 | 直径 | 视锥细胞 | 视杆细胞 |
| ---------------------------------- | ------ | ------------------------------------ | ------------------------- |
| 黄斑区：中央小凹<br>Macula lutea: Foveola | 0.35mm | 数量：3500<br>密度：190000/mm²<br>间距：2.3um | 无 |
| 黄斑区：中央凹<br>Macula lutea: Fovea | 1.85mm | 密度：100000/mm²<br>间距：3.2um | 一些 |
| 黄斑区：近旁凹<br>Macula lutea: Prafovea | 2.85mm | | |
| 黄斑区：外周凹<br>Macula lutea: Perifovea | 5.85mm | | 密度：160000/mm²<br>间距：2.5um |
| 周边<br>Periphery | | 密度：5000/mm²<br>间距：14.0um | 密度：50000/mm²<br>间距：4.5um |
| 盲点, 4mm偏向鼻侧<br>Papille, blind spot | 1.8mm | 无 | 无 |
下图展示了眼底视网膜的照片，可以看到中心区域是黄斑区和中心凹，发亮的区域为盲点
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_7.jpg" alt="" width="40%"></center>
## 色彩响应
人眼有三种视锥细胞，这些视锥细胞对于不同光谱的可见光有不同的响应，由下表列出，同时表下方的图也展示出了几种不同视锥细胞随视场角增加而降低密度。对于S-Cone细胞，其在中央凹区域密度低，然后在中心凹附近随视场角增大也开始降低。S-cone是负责感受蓝光，在视网膜中心区域有黄斑区，存在黄色色素用于防止蓝光伤害中心凹。
| 性质 | S-Cones | M-Cones | L-Cones |
| :----------: | :----------------: | :-----: | :-----: |
| 光谱感应 | 蓝 | 绿 | 红 |
| 最大感光波长 | 440nm | 535nm | 565nm |
| 相对总体视杆细胞的百分比 | 12%<br>只在>3°中央凹外区域 | 55% | 33% |
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_6.png" alt="" width="40%"></center>
在巩膜上，1亿3千万个视锥细胞和视杆细胞把信息传入1百万个神经纤维中并最终到达大脑，我们这里不特别细节的介绍视网膜里细胞和色素以及神经系统构成的一系列感光机理。
## 亮度响应
**亮度响应范围：** 人眼对亮度的响应范围可以从$10^{-6}$~$10^5$ cd/㎡，在$10^2$~$10^4$ cd/㎡范围内，为了防止眼睛受到伤害，对于亮度的调节是通过虹膜实现的，小于这个亮度值，视网膜色素和细胞中的神经和化学共同作用来降低对光的敏感度。
**亮度差异的敏感度：** 人眼对于亮度差异的响应绝对值可以在10的-9次方Lux的范围，其临界值和背景的绝对亮度有关，如果背景光强低，临界值高。下图展示了背景光强和亮度差异识别能力的比值在各种绝对光强情况下的表现，可以看到在白天场景的光强下（50cd/㎡~10000cd/㎡），相对亮度敏感度几乎是一个常量。在这条曲线下的型号差异不可被人眼检测到。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_8.png" alt="" width="50%"></center>
静态对比度是场景中明暗（最亮和最暗）的对比，人眼的静态对比度为 100：1
动态对比度是在时间轴上明暗（最亮和最暗）的对比，人眼的动态对比度为 1,000,000:1
**亮度响应和入射角关系：** 人眼的视锥细胞是长圆锥状，当光以小角度射入时，光线会被全反射进末端；当光以大角度入射时，有一些光线不会发生全反射，不是所有的光线都会进入细胞末端发生响应。因为，视杆细胞对于大角度入射光线相对小角度入射光线不敏感的。对于我们的眼睛就是对于从瞳孔外围打入的光被有效的降低了亮度，这被称为第一类Stiles-Crawford Effect，这种情况主要影响瞳孔大的时候的眼睛性能，其响应效率和入射位置关系如下图所示。第二类Stiles-Crawford Effect描述了色彩响应和光线入射角的关系。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_9.png" alt="" width="50%"></center>
## 刷新率
对于人眼的刷新率，大部分人可以看出30~60 FPS的图像，高于这个刷新率人眼就无法分辨。对于一些场景，人眼可以看出90Hz的变化，研究者在一些场景下测试到了人眼可以看到高达500Hz的变化。
# 视觉的调节（Accommodation）
人眼可以在特定物距范围内对焦以清楚地看清物体，这主要是通过晶状体变形实现的。这种调节是由中央凹区域的视锥细胞的信号驱动的，和区域外的视杆细胞没有关系。晶状体的屈光率范围在22dpt ~ 31dpt之间。人眼的调节范围的差值在大约9dpt ~ 14dpt之间，调节能力范围随着年龄的增大而降低。下图可以看到横轴是年龄，纵轴是调节能力，对于一个20岁的人群范围，眼睛的调节能力范围在9dpt~14dpt，而对于60岁的人，调节能力范围小于2dpt。小于4dpt调节能力的眼睛称为老花眼。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_10.png"alt="" width="50%"></center>
下图也展示了人眼随年龄增大调节能力的变化，可以看到放松的人眼过了50岁会变得更加”远视眼“，同时最强的调节能力也在变弱。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_11.png"alt="" width="60%"></center>
如果亮度低于0.01cd/㎡，人眼不会发生调节，这时，人眼会在一个”不动点“。这个位置在放松人眼和开始调节的状态中间。一个完整的调节过程大概需要1s的时间。人眼以一个5Hz的频率寻找一个最佳0.25dpt的范围内的最佳调节点运行。在不同的光照场景下，人眼最近的调节点和最远调节点也有变化，简单来说随着场景变暗，人眼的最远和最近调节点会彼此靠近，意味着调节范围会更窄。
# 人眼的光度适应（Adaption）
在前面视网膜的部分，从视网膜的角度，描述了视网膜对于光的响应，更像在描述一个胶片或者图像传感器的能力，本节是把人眼作为一个系统整体，描述其对于光的适应能力。
## 虹膜
虹膜的直径变化范围在1.5mm~8mm之间，这种变化主要是防止视网膜被强光损伤。如视网膜那节描述，人眼对亮度的响应范围可以从$10^{-6}$~$10^5$ cd/㎡，在$10^2$~$10^4$ cd/㎡范围内，为了防止眼睛受到伤害，对于亮度的调节是通过虹膜实现的，小于这个亮度值，视网膜色素和细胞中的神经和化学共同作用来降低对光的敏感度。随着年纪的增加，瞳孔的调节也会变化，直径也会变小。
## 光度适应
人眼瞳孔直径和亮度的关系如下图所示，视锥细胞主要负责亮视觉，当亮度L>10cd/㎡的场景，人眼主要使用视锥细胞，当亮度L<$5*10^{-3}$cd/㎡时，视杆细胞主导暗视觉，在中间范围的亮度，两种传感细胞共同作用。亮度变化带来的视锥和视杆细胞的使用不同也会带来解析度的变化，从明视觉的1‘ 解析度到暗视觉的10'解析度，后面的章节会具体讨论这部分。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_13.png"alt="" width="70%"></center>
## 暗态适应
暗态适应是人眼在暗态情况下通过化学作用增加敏感度的情况。暗态适应需要发生时间，在第一阶段前7分钟，视锥细胞中产生新的色素，此时可以刺激产生信号的阈值敏感度增加大约50倍；在第二阶段的30分钟里，视杆细胞开始分泌视紫质，可以将敏感度增大1000倍。实际生活中的两个应用是1）军事夜间活动时，会提前只亮红灯，人眼会认为已经进入暗态，开始进入暗态适应；2）在夜晚观星时，可以先在黑暗的场景中等待一会儿再看。如果一个人缺乏暗态适应，那这个人就是患上了夜盲症。
## 炫光
人眼通过调节来降低炫光，有三种炫光场景：第一种是场景整体亮度太高，这种没法调节；第二种是场景中有相对更亮的hot spot，人眼需要调节到相对最佳状态；第三种是突然出现的炫光，人眼调节还没有完成。
# 眼的轴向
1. Visual axis（视轴）是眼睛注视某一点注时，穿过nodal point（光心），一直到fovea（中央凹）的轴。
2. Optical axis（光轴）是垂直于cornea（角膜）穿过瞳孔的中线的轴，即通过眼睛所有光学表面曲率中心的轴，由于fovea不在中心位置，所以光轴和visual axis不在一条线上，有大概5°的偏移。
3. Line of sight（视线） 是从注视点，穿过入瞳中心的一条轴，是 ray bundle的中线
4. pupillary axis（瞳孔轴）是穿过入瞳中心并垂直于角膜的轴
人眼松弛状态下的视轴是偏向鼻子侧和偏向下侧的，人也会旋转眼睛以让注视的图像中心成像在fovea上，所以这时人眼是一个离轴系统，不过由于倾斜很小，此时人眼的像差主要是球差和像散。
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# 瞳距
人眼的两条pupil axis（瞳孔轴）的距离被称为interpupillary distance(IPD)，这对于人眼的双眼视觉很重要，下图展示了瞳距的示意图和人群分布。统计上人群的瞳距在56mm~72mm范围间，平均值为男性62.6mm，女性65mm。
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# 视场角
下图展示了单眼（右眼）的FOV覆盖范围
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下图展示了人眼的视野（visual field），其定义不包括眼球运动），人类双眼具有大概220°的水平视野和150°的垂直视野，但是视野并不是圆形均匀的。
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下图展示了双眼视野的覆盖范围，深色区域是双眼视野重合的范围提供双目视觉。特别指出的是gaze的范围，也就是人眼使用中心凹区域去具体”看清“一个物体，文字时，这部分的眼球覆盖范围大致为40°-50°，为图中的fixed foveated region，大于这个范围时，人就会转头去补偿，而不会继续转眼睛。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_17.png"alt="" width="80%"></center>
人眼大概可以水平方向旋转±50°，向上旋转42°，向下旋转48°，可以扭转±30°。下图更具体的描述了人类视野不同范围起到的作用，这里包括了眼睛的旋转，其给出了中央凹的范围，可以识别文字的范围，识别形状的视野范围，识别颜色的视野范围，双目视觉范围以及单色周边视觉范围。不同的文献对于这些范围的具体数值略有不同。人眼放松时看的位置（Relaxed line of sight） 是-15°。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_16.png"alt="" width="100%"></center>
# 色彩视觉
色彩视觉的理论很难用一节去完备说明，对于人眼系统，有几条是需要注意的。
第一，虽然可以用严格的物理方法去描述色彩，但是对于人眼系统，由于人眼的生理结构，对于色彩的感知是变化的，需要考虑更多因素。不同的物理上的光刺激可能对人眼会产生相同的色彩感知，这被称为同色异谱。
第二，人眼的光谱敏感度和亮度有关，人眼有日光视觉和夜视视觉，如下图所示，包含了两种视觉的敏感度曲线（线性和对数坐标轴）
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# 人眼的透过率和反射率
下图展示了光经过人眼不同层的透过率，人眼晶状体和玻璃体的透过率和视网膜的透过率或吸收率没有直接联系。由于人眼是由多个部分组成的，针对人眼的研究设备或者检测设备分辨特定的层就尤其重要，比如眼球识别关注角膜的反射，一些研究设备关注于眼球上某一层膜的厚度，飞秒激光要准确识别角膜的状态等等。
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# MTF和视敏度
人眼的MTF和视场角，放松/调节，瞳孔大小，亮度情况都有关系。
下图展示了人眼单色视觉，放松情况下的各个FOV的MTF
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下图展示了人眼多色视觉情况下，考虑了色差后，使用模型计算出的各个FOV的MTF
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下图展示了2.5mm瞳距，轴上，分别是放松的人眼，以及两个不同物距对应的调节情况下的MTF（通过模型计算得到），这可以看作是离焦的MTF情况。
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视觉上一般使用视觉角度来描述尺寸，视觉角度(visual angle) ≈ 物体尺寸(object size) / 物体距离(object distance)。下图展示了人眼多色视觉的MTF（不同瞳孔大小情况下），这个MTF主要代表人眼轴上日间视觉的MTF。人眼对于物体细节的分辨能力被称为视力或者视敏度。对于青少年和青年，人眼可以分辨最小1 arcmin的线（30 cycles线对/degree，或60PPD），这被定义为20/20 vision（1.0视力）。这个数值是人眼光学系统的能力决定的，由视网膜视锥细胞大小，眼球焦距和成像能力共同决定。
对于日间视觉的瞳孔大小（2mm，2.8mm，3.8mm）的情况，人眼都可以以30% MTF的能力分辨30 cycles/degree的细节，对于夜间视觉（5.8mm）的情况，MTF降低到20%下。对于某个光学系统，一般会定义一个MTF指标，人眼可以在30%MTF依然识别具体细节，所以可以使用30% MTF作为其系统评价指标。
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下图展示了人眼分辨不同图案的能力，这里的2’和前面说的1arcmin的一个线对是一个意思，对于上下的游标，人眼的分辨能力达到10”。人眼需要至少5“的范围来获取深度感知，该解析度称为Stereoscopic resolution of depth。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_26.png"alt="" width="70%"></center>
# 双眼视觉
## 简介
如果两只眼睛都被使用了，就是双眼视觉。有三种双眼视觉：
1. 没有融合：两只眼睛产生了分离的感知
2. 有融合：两只眼睛产生的两个图像虽然有区别，但是在大脑中融合并形成了一个共同的感知
3. 有融合和3D感知：在2的基础上，大脑还产生了距离的感知，这叫立体影像。
下图展示了双眼视觉的概念。两个眼睛向相对方向转动，这叫**辐辏（vergence）**，看向一个物体时，两个眼睛都可以看到但是是从轻微不同角度看到的，这个角度提供了深度的感知。图像的融合需要两个图像重叠的区域足够大，如果两个图像区别比较大，那就没有融合和立体影像。一般来说，双眼看到的差异不超过图像宽度的1/30可以被大脑识别为同一场景。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_28.png"alt="" width="70%"></center>
## 视觉融合
在双眼视觉中，两个眼睛的轴不是平行的，下图展示了眼睛的三种相对移动，：
1. 如果两眼水平相向移动去看相同的点，这叫**辐辏（vergence）**，是产生立体视觉的必要条件。
2. 如果两眼水平相反方向移动，这叫**背离（divergence）**
3. 如果两只眼睛在垂直方向一个向上一个向下，这叫**垂直分叉（dipvergence）**
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_29.png"alt="" width="70%"></center>
在0.2s~0.6s的时间里，眼睛会调整到正确的辐辏位置并对焦到物体上，这个角度和瞳距和物距是相关的，此时辐辏vergence和调节accommodation耦合。下图展示了辐辏和调节的关系，如果辐辏太大或者太小，左右图像的差异太大，就不会有立体视觉。对于不同IPD，辐辏和调节耦合位置构成的线被称为lines of Donders。在橘红色区域，融合图像是可能的，在黄色区域，图像是模糊或者不融合的。只有在一定距离的范围才会有立体视觉，距离太大，图像的差异太小；距离太小，图像的差异太大。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_30.png"alt="" width="70%"></center>
可以形成图像融合的点形成的面被称为Horopter surface，这个surface和水平面的交接被称为Horopter line。几何透视，轮廓线的清晰度，光影分布，物体的覆盖范围，运动视差，眼球会聚的冲动，眼睛调节冲动，图像的大小和体验都会对立体视觉产生影响。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_31.png"alt="" width="60%"></center>
# 近视眼远视眼
近视眼和远视眼产生的原因可能是晶状体，角膜和眼球玻璃体变化导致的。下图展示了近视眼和远视眼可以看清楚的范围和校正后的状态。
<center><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/Sterncat/BlogPics/OpticsWiki/Humaneye_32.png"alt="" width="100%"></center>
近视眼和远视眼在人群中的分布。
- 近视是最常见的眼睛问题，据估计约有 15 亿人患有近视（约占全球人口 22%），不同地区的近视人口比例差距甚大，约占成人的 15~49%，男女比例倒是相去无几。近视的儿童在尼泊尔乡间仅占 1.2%，在南非占 4%，在美国占 12%，但却在中国部分大城市却高达 37%。
- 新生儿出生时基本上都是远视，但随着新生儿年龄的增长，远视情况逐渐减少。6岁时有8%的儿童远视，15岁时为1%。然而人类在40岁之后，远视再次变得普遍，此时大约一半的人会远视。
近视眼和远视眼需要矫正，可以通过框架眼镜，隐形眼睛或者手术矫正。
# 其他人眼相关
- 持续补充
# 面向人眼的VR显示系统
根据前面人眼的研究，我们总结设计近眼光学显示时，需要考虑的项目。请注意有一些参数是有相互作用和相关性的，比如瞳孔大小和视敏度及亮度适应，调节和视敏度等。
| 项目 | 重要数值信息 | 人群变量 |
| :-----: | :------------------------------------------------------------------------------------------: | :----------: |
| MTF和视敏度 | 视网膜解析度并不是各处均匀的，中心凹区域覆盖5°视场，可以分辨30% MTF，1 arcmin的细节 | 无 |
| 亮度 | $10^{-6}$~$10^5$ cd/㎡是人眼可以接受的亮度范围<br>静态对比度 100：1<br>动态对比度 1,000,000:1 | 无 |
| 刷新率 | 一般场景30~60Hz，特定场景90Hz甚至更高 | 无 |
| 调节 | 调节范围的差值在大约9dpt ~ 14dpt<br>（意味着最近可以看清楚的物距为71mm) | 调节范围随年龄增大而降低 |
| 视场角 | 220°水平FOV，150°垂直FOV；120°双眼视觉；<br>40°~50° fixed foveated region<br>Relaxed line of sight -15° | 无 |
| 瞳距 | 56mm~72mm | 瞳距具有人群分布 |
| 瞳孔大小 | 1.5mm~8mm | 无 |
| 视觉融合 | 需要满足双眼视觉，辐辏vergence和调节accommodation尽量耦合到lines of Donders附近 | 无 |
| 近视眼和远视眼 | - | 具有广泛的人群分布 |
| 人眼反射 | 关注不同层的反射率曲线 | |
# 参考
1. Handbook of Optical Systems, Volume 4: Survey of Optical Instruments Gross/Optical Systems - 36. Human eye, Herbert Gross, Fritz Blechinger, Bertram Achtner
2. Optical Architectures for Augmented-, Virtual-, and Mixed-Reality Headsets, Bernard C. Kress
3. The Human Visual System - Gordon Wetzstein Stanford University EE 267 Virtual Reality Lecture 5
4. Jennifer J. Hunter - University of Rochester - Class: Vision and the Eye
5. Wikipedia
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