人眼可见光线只占全部电磁波波长中的一小段（即约400～700nm）。图1.1所示为眼球基本结构及视线方向。由图可见眼睛近似于球状，半径约为12mm。

眼睛的外层，依次可见角膜、巩膜、虹膜和瞳孔。角膜是一层透明的保护膜，它保护着眼睛前端凸出的血管，覆在虹膜外面。虹膜中心有一个环状体，称作瞳孔，它的作用是通过持续改变大小来调节进入眼睛的光量。虹膜后面是晶状体，是眼球中的一种透明的双面凸体，位于虹膜与玻璃体之间，它可使穿过瞳孔进入眼球的光线聚集在视网膜上来形成图像。视网膜位于眼球的后面，它蕴含大量感光细胞。在角膜和晶状体之间是水样体，在晶状体和视网膜之间是玻璃体。光线在进入眼睛后穿过这一系列的光介质并在各个层面上经反射和折射后才最后到达视网膜。

图1.1 眼球结构图

在视网膜上有一个非常特殊的小区域，称之为小凹。上面集中了绝大部分对颜色敏感的细胞。并且，人对景物细节的感知也全依赖于它。小凹的位置并不是准确地位于由眼球和瞳孔中心所确定的光轴上。眼睛的光轴被称为视线（Line of Gaze，LoG），而把自小凹穿过瞳孔中心的线称为视觉线（Line of Sight，LoS）。正是视觉线而非视线决定了人的视觉关注。如果可以估计视线或视觉线的方向并且掌握景物的信息，那么关注点就是由离视线和视觉线交叉点最近的景物来确定。

图1.2 球面像差

A′、B′、C′分别为A、B、C的像；C′为由接近光轴的C所成的像，离透镜最远；A′为由透镜边缘的光所成的像，离透镜最近。

（1）球面像差

光学透镜周边的屈光力量要比中央部强，因此经过光学透镜周边部分的光线比中央部分的光线形成的焦点更靠近透镜，这种现象称为球面像差。如图1.2所示，光A的焦点A′要比光B的焦点B′更靠近透镜。因此，光学成像系统后的任何焦点都不是一个锐利的点，而是一个小的光斑。(www.daowen.com)

（2）色像差

如图1.3所示，白光是由很多不同波长的光所组成。白光通过三棱镜可产生分光现象，成为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光谱。不同波长的光经过屈光介质时，短波光传播比较慢，因此在透镜内行程中的弯曲程度要比长波的光大，所以短波中的蓝光要在长波中的红光之前形成焦点。这种现象称为色像差，色像差可以降低视网膜成像的清晰度。

图1.3 色像差

短波的蓝光先聚焦，长波的红光后聚焦

（3）周边像差

由于眼睛受到某些光学因素的影响，使视网膜周边部的像总是不如中心凹成像清楚，这种现象称为周边像差。

然而，眼睛也通过各种机制来减少这些缺陷的影响。为了减少球面像差，虹膜被用来遮挡周边部位的大部分光线，所以球面像差影响并不明显。为了克服色像差，眼睛致力于制造中间波长的高质量图像。为了匹配周边像差，视网膜的表面呈弯曲状，使得眼睛的光学系统非常接近于理想光学系统^[10]。