人眼高阶像差校正对立体视觉和双眼调节的影响研究

发布时间：2017-12-17 12:32

  本文关键词：人眼高阶像差校正对立体视觉和双眼调节的影响研究

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【摘要】：人眼光学系统经过长期的进化已经非常智能,但从光学角度来说,它并不完美,存在着多种光学像差。除了离焦、像散等低阶像差之外,人眼还存在着许多更加复杂的高阶像差,如彗差、球差、三叶草等。这些高阶像差不但给眼底视网膜高分辨率成像带来挑战,还降低了人眼自身的视觉分辨能力。研究高阶像差与视功能之间的相互关系将有助于提高我们的视光学认识,为优化视觉校正策略和视功能维护提供有益指导。但是,早期的相关研究均为单眼研究,而人类视觉为双眼视觉,其并非两个单眼的简单叠加。因此,如何有效评价双眼高阶像差对双眼视功能的影响成为单眼像差校正与视功能研究的必然过渡和发展趋势。在这样的背景下,本论文以双眼自适应光学视觉仿真器为平台,重点研究人眼高阶像差校正对立体视觉和双眼调节的影响。具体来说,本文主要进行了如下工作内容的研究:(1)研究了人眼高阶像差校正对立体视阈值的影响。实验结果表明,双眼高阶像差校正能够显著地降低所有被试者的立体视阈值。优势眼高阶像差校正使一名被试者的立体视阈值大幅上升,而其他两名被试者的立体视阈值有小幅下降。高阶像差校正的立体视觉收益与视标显示时间相关。随着显示时间的延长,像差校正收益逐渐趋近于1,表明人眼光学条件对立体视觉的影响逐渐减弱。(2)研究了人眼高阶像差校正对立体视觉时间整合性质的影响。立体视视觉的时间整合性质用两个参数来表征,即整合效率和有效时间。整合效率是指立体视阈值随显示时间延长而下降的速度,可用立体视阈值-时间数据在对数坐标下的斜率来量化;有效时间是指立体视觉实现完全整合所需的时间,可用临界时间来量化。实验结果表明,斜率和临界时间两个参数在高阶像差校正前后并没有明显变化,说明立体视觉的时间整合性质不受人眼光学像差的影响。(3)双眼自适应光学视觉仿真器系统改进。为了在自然视觉条件下测量调节反应,现有的系统的瞳孔直径需要从6mm缩小至4-5mm之间。缩小瞳孔通过改变AO系统中哈特曼传感器与变形镜的匹配关系来实现。首先,在4-5mm瞳孔范围之内选取3种可能的哈特曼有效子孔径选取方案和3种变形镜的有效驱动器的选取方案;接着,将不同的哈特曼传感器与变形镜的布局进行组合,共得到9种哈特曼传感器和变形镜的匹配方案,并通过Matlab仿真分析了每种匹配方案的性能;最后,找出其中最优的匹配方式(HS57-DM31,对应瞳孔直径4.6mm)并实际测试了这种匹配方案下的像差校正效果。实测结果表明,该匹配模式下AO系统能够稳定闭环,且闭环后的残余像差的均方根值低于0.1μm。(4)研究了人眼高阶像差校正对双眼调节反应的影响。基于改进后的双眼自适应光学视觉仿真器,测量了0D和1.5D两种调节刺激水平下双眼高阶像差校正前后的双眼调节反应,并从调节滞后、波动幅度、功率谱密度以及混沌理论等几个方面分析了调节反应的变化。实验结果表明,双眼调节反应的滞后、波动幅度和功率谱密度在高阶像差校正前后均没有显著变化。在0D刺激水平下,双眼高阶像差校正后的Lyapunov指数显著增大,而在1.5D刺激水平下双眼高阶像差校正则没有显著影响。这一结果说明人眼高阶像差校正对调节系统是有利的,不过在自然视觉状态下,高阶像差的影响还比较有限。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41

【参考文献】

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本文编号：1300143