视网膜的分辨率

视力visual acuity，缩写是VA，在医生写的病历上会看到“VA: OD 1.0, OS 0.8”类似的文字，翻译一下，就是"视力：右眼1.0，左眼0.8"，OD是拉丁文oculus dexter的缩写，OS=oculus sinister，双眼的话，写成OU，是oculi uterque视力的定义，是根据视角，外界物体的两端在观察眼“内节点”处所形成的夹角。[注1] 人眼要能够分辨出这两个端点，那么入射光必须刺激两个两个细胞，而且这两个视锥细胞之间至少还有一个不受刺激感光细胞，类似101这样的信号才算是分辨，如果是110，或者是011，则会当作一个更大的光点，而不是两个。所以人眼的分辨率一部分是由感光细胞的密度决定的。人眼有两类感光细胞，视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞更细小密集，视杆细胞肥硕一些。视锥细胞大约有630万-680万个，感受强光和色觉，完成的是精细视觉，主要分布在“黄斑中心凹”，这一个不足直径1.5mm的范围内，我们人类看东西的时候，使用这一部分去看，在黄斑中心凹之内，人眼能够分辨出来的视角是1分，也就是1/60度。出了中心凹的范围，视锥细胞数量迅速下降，以视杆细胞为主，它们的数量达到1.1-1.25亿个，但是相对而言密度要稀疏很多，而且它们以感受暗视觉和运动为主。有兴趣的话，可以测试一下，单眼眼睛盯住一个目标，用余光去感受东西，是很模糊的，看不清楚字的。
我们在说视网膜的分辨率的时候，是以最小分辨视角作为单位的。如果是描述相机的CCD分辨率，可以是多少百万甚至千万的像素，那是在说在给定面积的CCD上有多少枚感光元件，要计算CCD的视角，那么需要知道相机的节点位置，计算出相机节点到CCD的距离y，和每两个感光元件中心之间的间距x，那么相机的分辨角=arctan(2x/y)。又或者我们在描述显示器的分辨率的时候，说的是多少DPI，dot per inch, 每英寸有多少点。例如说iPhone4的显示器有326dpi，是说每英寸上有326个点，也就是说每两点之间的距离是25.4mm/326=0.0779mm。如果要知道屏幕上相间隔的两点对应的视角，那么必须要知道屏幕距离眼睛的节点有多远，对于常人而言，大约是330mm，那么所对应的视角就是arctan(2*25.4/326/330)/Pi*180*60=1.62分，对于一个正常视力的眼睛，是可以区分iPhone4上间隔1点的两个点的，而如果是两个相邻的点，对应的视角则=0.812，已经小于正常人眼的视角了。至于台式机和笔记本电脑的液晶屏幕，多数只有72dpi~150dpi，惨不忍睹啊。
如果视网膜没有疾病，那么视网膜上能够分辨的最小视角就是1分，但我们的视力其实各不相同，是因为外界物体还要通过眼睛前面的“屈光介质”折射以后，才能在视网膜表面成像。如我以前所述，人眼的这一部分功能其实是很惨的，人眼有两个透镜：角膜和晶状体，如果平行光能够聚焦到视网膜表面上，那还算不错的，不过通过高三的训练，应该至少有80%以上的人已经做不到这一点了。外界的一个光点，通过近视/远视/散光的眼睛的角膜、晶状体到达视网膜的时候，已经不再是一个光点，而是一个光斑了，叫做PSF(点扩散函数)。这时候要让视网膜区分出两个光斑，可就需要更大的数据量了，仅仅三个视锥细胞就不够了。
外界物体通过角膜、晶状体的折射，到达视网膜，经过视锥/视杆细胞的“采样”，还要有很多后续的数据处理，在视网膜处理过的数据经过视神经到达大脑，有些数据在到达皮层之前就直接交给一些神经核团去处理，比如感知光强调节瞳孔什么的，主要的数据交给皮层处理。不得不承认的是，视觉在数据处理这一层面远远超过了人类目前的技术，在几个平方厘米之内的视网膜之内以极低的能耗就实时完成了类似DCT编码压缩、二维滤波、Roberts算子边缘检测等等之类的事情。