人类视觉的眼球运动机制

人类视觉的眼球运动 雅思成绩查询 【摘 要】本文探讨了人的视觉中存在的各种形式的眼动，分析了眼动在人的视觉中的重要作用，并利用眼动研究探讨了视觉认知原理。期望在未来科技发展中能更深入地借鉴和应用人的视觉处理方式。 【关键词】眼动;视觉;眼球 0 引言 视觉系统是人类最重要的感官系统，来自外界的大部分信息是通过视觉系统获得的，而眼睛的运动是一种研究视觉系统信息处理机制的重要手段，所以眼动研究越来越多地受到人们的关注，其研究成果也被广泛的应用于医学、心理学、工业等领域。本文对眼动的主要类型和功能做一简单的介绍，并探讨了眼动在视觉认知研究中的重要作用，期望将来的研究中能更深入的理解眼动的机制，并能够更多的应用到生产实践中去。 1 眼动的类型和作用 在视觉观察中，将眼睛的中央凹对准目标刺激物的过程称为注视，通过注视可以把视觉映像固定在视网膜的中央凹上，这是人类视觉最敏感的区域，因而可以在此获得最清晰、最稳定的视觉映像，大部分的视觉信息需要在眼睛注视下才能获得加工。在注视静止目标时，眼睛并非是完全静止的，眼球仍存在三种微小的运动:Adler&Fliegelman(1934年)发现的眼球自发的高频率、低振幅的视轴震颤运动(Tremor)，其频率约为几十赫兹，振幅大约和中央凹的锥体直径相当;Dodge(1907年)发现的不规则的、缓慢的视轴漂移运动(Drift)和微小的、快速的直线眼跳运动(Microsaccades)，慢漂移 运动(Drift)使得注视的目标逐渐离开中央凹的中心，而微跳动(Microsaccades)可以纠正这个偏差，以保持正确的注视状态。 眼球的微幅运动，不仅没有让人在注视物体时视觉模糊，相反人的视知觉根本离不开眼睛的运动，Pritchard用实验证明当视网膜上的映像用光学方法固定下来时，视觉映像会在数秒钟后逐渐消退。因而眼动的部分功能似乎是不断清除视网膜光感受器上的像，这样光感受器不会因适应而停止发放，大脑始终可以获得视觉映像的输入信号。 当眼睛注视点从一个目标快速移动到另一个目标时，眼球会发生跳视运动，这是眼睛通过跳跃运动来增强视觉系统的快速跟踪能力，使得眼睛在观察目标的方位发生突然变化时，也能够让视觉目标落在视网膜上的中央凹附近。跳视是一种眼球联合运动(即双眼同时移动)，其大小约为1到40度角，持续时间约30―120ms，最高跳视速度可达400,600?/s。跳视时视觉感知会被抑制，称为跳视抑制。 人在观察慢速移动物体时，为使移动目标的映像保持在视觉中央凹区域，眼睛会跟随运动目标而发生平滑跟踪眼动。运动目标的信息输入到视觉神经系统时，视觉系统会对运动目标速度进行检测并反馈控制眼睛连续跟踪运动目标，使得眼动与运动目标运动同步。人眼能平滑跟踪的最大的目标运动速度约为30?/s。 人在实际观察物体时，上述三种不同形式的眼动往往是同时存在的，通过这些眼动，我们才能形成清晰的视知觉。 另外还有一种眼动方式和双眼立体知觉是密切相关的，这就是双眼辐辏运动:当人眼观察从远处移向近处的物体时，双眼视轴会向鼻侧靠近，这称为辐合运动(Convergence);相反，当人眼观察从近处移向远处的物体时，双眼视轴会向两颞侧分开，称为分散运动(Divergence)，辐合和分散运动的共同特点是两眼视轴总是反方向运动，统称为辐辏运动(Vergencemovement)。 事实上立体视觉的形成，除了健全的视觉神经系统外，双眼辐辏运动，是一个关键的、必要的条件，只有通过辐辏运动，双眼同时注视一个目标，当左右眼幅合到合适的角度，双眼视网膜中央凹图像的差异较小时，才能形成比较稳定的融合状态，最终形成双眼立体视觉。如果眼肌不能配合，无法进行双眼辐辏运动，则不能将物象投影到各自的视网膜的中央凹，双眼立体视觉则不可能完成，而会出现双眼复视和竞争现象。 2 眼动的应用 眼动被认为是一种研究视觉信息加工的有效手段，其研究成果被广泛的应用于医学、心理学、工商业、军事等各领域中。 通过测量跳视和平滑眼动的各项参数，可作为精神分裂症、抑郁症、焦虑症、强迫症等精神系统疾病检测的良好指标。眼动作为心理学研究中的一项重要指标，被广泛的运用到应用心理学领域的研究中，如运动心理学、航空心理学等领域。 在工商业领域，眼动的应用也取得了一些进展。美国弗吉尼亚大学研制的眼动系统Erica，由眼睛注视来控制输入，帮助残疾人较方便的和外界交流，实现通信、娱乐等。日本佳能相机也实现了眼控聚焦的功能，能根据人眼的注视位置进行聚焦。在机器视觉方面，2001年传感器制造商――Technos公司借鉴人眼的固视微动机理，开发出将自动外观检查系统的精度提高到肉眼100倍以上的“Technos振动测向神经视觉传感器3510H”，可见对眼动机制的研究不仅有助于生物视觉领域的进步而且在机器视觉等工程领域也具有重要的启迪和借鉴价值。 在工业方面，通过眼动分析可以了解人在操作机械设备时如何分配注意力，可帮助设计者更合理地设计和分配仪表、屏幕等，以获得更好的人机交互，减轻操作者的负担，提高工作效率。在广告设计上通过对注视时间、次数、眼跳等参数的测试，也可以帮助设计者了解广告宣传的效果。 我国的眼动研究起步较晚，但近年来国内对眼动的研究也越来越深入，眼动研究已经不再仅仅局限于阅读研究中，而是作为心理学研究中的一项重要指标，被运用到应用心理学领域的研究中，如工效学、广告心理学、驾驶心理学等领域;此外，在机器视觉、计算机视觉领域我国也开展了一系列眼动技术方面的研究，希望将来能在眼动研究领域进一步缩小与发达国家之间的差距，推动相关科学的发展。 【 雅思成绩查询