Угол обзора

Диаграмма, показывающая угол обзора ${\displaystyle V}$

Если объект находится близко к глазу, угол зрения относительно большой, поэтому объект проецируется на сетчатку большим. Если тот же объект находится дальше, площадь на сетчатке, на которую он проецируется, уменьшается.

Угол зрения — это угол, который рассматриваемый объект образует у глаза, обычно выражаемый в градусах дуги . Его также называют угловым размером объекта .

На схеме справа показан глаз наблюдателя, смотрящего на фронтальную область (вертикальная стрелка), имеющую линейный размер , расположенную на расстоянии от точки . ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle O}$

Для настоящих целей точка может представлять узловые точки глаза, расположенные примерно в центре линзы, а также центр входного зрачка глаза , который находится всего в нескольких миллиметрах перед линзой. ${\displaystyle O}$

Три линии от конечной точки объекта, направленные к глазу, обозначают пучок световых лучей, которые проходят через роговицу, зрачок и хрусталик, формируя оптическое изображение конечной точки на сетчатке в точке . Центральная линия пучка представляет собой главный луч . ${\displaystyle A}$ ${\displaystyle A}$ ${\displaystyle a}$

То же самое справедливо для точки объекта и ее изображения на сетчатке глаза в точке . ${\displaystyle B}$ ${\displaystyle b}$

Угол зрения — это угол между главными лучами и . ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle A}$ ${\displaystyle B}$

Измерение и вычисление

Угол зрения можно измерить непосредственно с помощью теодолита, установленного в точке . ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle O}$

Или его можно рассчитать (в радианах) по формуле: [ ^1] ${\displaystyle V=2\arctan \left({\frac {S}{2D}}\right)}$

Однако для углов зрения менее 10 градусов эта более простая формула дает очень близкие приближения:

${\displaystyle \tan \left(V\right)={\frac {S}{D}}.}$

Изображение на сетчатке и угол зрения

Как показывает приведенный выше рисунок, реальное изображение объекта формируется на сетчатке между точками и . (См. Зрительная система ). Для малых углов размер этого ретинального изображения составляет ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle b}$ ${\displaystyle R}$

${\displaystyle {\frac {R}{n}}=\tan V,}$

где — расстояние от узловых точек до сетчатки, около 17 мм. ${\displaystyle n}$

Примеры

Если смотреть на объект размером в один сантиметр на расстоянии одного метра и на объект размером в два сантиметра на расстоянии двух метров, оба будут иметь одинаковый угол зрения около 0,01 рад или 0,57°. Таким образом, они имеют одинаковый размер изображения на сетчатке . ${\displaystyle R\approx 0.17{\text{ mm}}}$

Это лишь немного больше размера изображения Луны на сетчатке глаза, который составляет около , поскольку, при среднем диаметре Луны и среднем расстоянии от Земли до Луны ( ), . ${\displaystyle 0.15{\text{ mm}}}$ ${\displaystyle S=3474{\text{ kilometers}}}$ ${\displaystyle (2159{\text{ miles}})}$ ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle 383,000{\text{ kilometers}}}$ ${\displaystyle 238,000{\text{ miles}}}$ ${\displaystyle V\approx 0.009{\text{ rad}}}$ ${\displaystyle \approx 0.52{\text{ deg}}}$

Также, для простоты наблюдений, если держать указательный палец на расстоянии вытянутой руки, ширина ногтя указательного пальца составит примерно один градус, а ширина большого пальца в первом суставе составит примерно два градуса. ^[2]

Поэтому, если кого-то интересует производительность глаза или первые этапы обработки в зрительной коре , не имеет смысла ссылаться на абсолютный размер рассматриваемого объекта (его линейный размер ). Важен угол зрения , который определяет размер ретинального изображения. ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle V}$

Терминологическая путаница

В астрономии термин «видимый размер» относится к физическому углу или угловому диаметру . ${\displaystyle V}$

Но в психофизике и экспериментальной психологии прилагательное «кажущийся» относится к субъективному опыту человека. Так, «кажущийся размер» относится к тому, насколько большим выглядит объект, также часто называемый его «воспринимаемым размером».

Дополнительная путаница произошла из-за того, что существует два качественно различных «размера» восприятия рассматриваемого объекта. ^[3] Один из них — это воспринимаемый угол зрения (или кажущийся угол зрения), который является субъективным коррелятом , также называемым воспринимаемым или кажущимся угловым размером объекта. Воспринимаемый угол зрения лучше всего определяется как разница между воспринимаемыми направлениями конечных точек объекта от себя. ^[4] ${\displaystyle V'}$ ${\displaystyle V}$

Другой «размерный» опыт — это воспринимаемый линейный размер объекта (или кажущийся линейный размер), который является субъективным коррелятом физической ширины, высоты или диаметра объекта. ${\displaystyle S'}$ ${\displaystyle S}$

Широкое использование двусмысленных терминов «кажущийся размер» и «воспринимаемый размер» без указания единиц измерения привело к путанице.

Представление угла зрения в зрительной коре

Первичная зрительная кора головного мозга (область V1 или область Бродмана 17) содержит пространственно изоморфное представление сетчатки (см. ретинотопия ). Грубо говоря, это искаженная «карта» сетчатки. Соответственно, размер данного изображения сетчатки определяет степень паттерна нейронной активности, в конечном итоге генерируемого в области V1 ассоциированным паттерном нейронной активности. Мюррей, Боячи и Керстен (2006) недавно использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), чтобы показать, что увеличение угла зрения рассматриваемой цели, которое увеличивает , также увеличивает степень соответствующего паттерна нейронной активности в области V1. ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle R}$

Наблюдатели в эксперименте, проведенном Мюрреем и коллегами, рассматривали плоскую картинку с двумя дисками, которые охватывали один и тот же угол зрения и формировали ретинальные изображения одинакового размера , но воспринимаемый угловой размер одного был примерно на 17% больше, чем другого, из-за различий в фоновых узорах для дисков. Было показано, что области активности в V1, связанные с дисками, были неравного размера, несмотря на тот факт, что ретинальные изображения были одинакового размера. Эта разница в размерах в области V1 коррелировала с 17% иллюзорной разницей между воспринимаемыми углами зрения. Это открытие имеет значение для пространственных иллюзий, таких как иллюзия угла зрения . ^[5] ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle V'}$

Смотрите также

• Острота зрения
• Иллюзия угла зрения

Примечания

1. Кайзер, Питер К. «Расчет угла зрения». Радость визуального восприятия: веб-книга . Йоркский университет .
2. О'Ши, Роберт П. (1991). «Правило большого пальца проверено: угол зрения ширины большого пальца составляет около 2 градусов». Восприятие . 20 (3): 415–418. doi :10.1068/p200415. PMID  1762884. S2CID  7362335.
3. Джойнсон, 1949, Маккриди, 1965, 1985, Бэрд, 1970
4. Джойнсон, 1949, Маккриди, 1965, 1985
5. Маккриди, Дон (5 февраля 2007 г.). "Анализ эксперимента Мюррея, С.О., Боячи, Х. и Керстена, Д. (2006 г.). "Представление воспринимаемого углового размера в первичной зрительной коре человека". Объяснение лунной иллюзии . Архивировано из оригинала 7 декабря 2011 г. . Получено 7 декабря 2011 г.

Ссылки

• Бэрд, Дж. К. (1970). Психофизический анализ визуального пространства. Оксфорд, Лондон: Pergamon Press.
• Джойнсон, Р. Б. (1949). Проблема размера и расстояния. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 1 , 119–135.
• Маккриди, Д. (1965). Восприятие размера-расстояния и аккомодационная-конвергентная микропсия: критика. Vision Research. 5, 189–206.
• Маккриди, Д. (1985). О восприятии размера, расстояния и угла зрения. Восприятие и психофизика, 37 , 323–334.
• Мюррей, С.О., Боячи, Х. и Керстен, Д. (2006) Представление воспринимаемого углового размера в первичной зрительной коре человека. Nature Neuroscience, 9, 429–434 (1 марта 2006 г.).
• Маккриди, Д. Объяснение лунной иллюзии.

Внешние ссылки

• Интерактивная таблица остроты зрения Университета Буффало для отображения букв или символов указанной линии Снеллена на мониторе вашего компьютера в точном размере (примечание: необходимо следовать инструкциям по калибровке).