4.2　空间辨别能力

感知和分辨周围世界的物体的存在及细节，是视觉的基本功能之一。根据视觉在空间辨别方面的特性，可将视觉能力分为察觉和分辨两种类型。

4.2.1　察觉

察觉是指观察者辨认物体是否存在，而不是看清物体的细节。图4‐3中的六行文字书写的是同样的内容，但我们只能感知前面三行文字的存在，而不能分辨它们的细节，这就是觉察。在暗背景上察觉明亮的物体不是取决于物体的大小，而是取决于物体的亮度。当然被观察的物体也不能过小，若物体的尺寸小于最小视认阈，即使亮度很大也不会为人们所察觉。人眼察觉明亮背景上的暗淡物体的能力也很强，但这种察觉也主要取决于被观察的物体与周围环境的亮度差别。此时的察觉实际上是对比辨认，包括辨认图形的形状，区分出两根细线条或两个小点。在对比辨认时，物体的尺寸对察觉有一定的影响。

图4‐3　觉察与分辨

4.2.2　分辨及视敏度

分辨是指区分物体的细节。显然，分辨是在察觉基础上实现的，察觉不等于分辨，但分辨必须先觉察。图4‐3的后三行文字，在视觉上是可以分辨的，因为这些文字的笔画已经大到足以被一一区分出来。由此推广开来，眼睛能分辨出两个邻近物点的能力称为眼睛的分辨率。两点对眼睛主点所夹的角度即视角，眼睛能分辨两点的最小视角称为极限分辨角，记为α，眼睛的分辨率与极限分辨角成反比。

图4‐4　眼球光学系统的极限分辨角

若把眼睛当作一个孔径受限的光学系统（图4‐4），按照光学衍射理论，该光学系统的分辨率或极限分辨角α由其出射光瞳（即瞳孔直径d，取平均值d＝3mm）决定，取波长λ＝560nm，有:

α＝φ＝1.22λ/d＝1.22×560×10^－6×180×60/（3×π）＝0.8′

考虑到其他一些影响因素，通常将正常眼的极限分辨角修正为1分视角。而且事实上，瞳孔直径不同时，人眼的极限分辨角是不相同的。

视敏度的定义是，以分为单位的极限分辨角α的倒数，记为V＝1/［α（分）］。在临床医学上也将视敏度称作视力。1分视角对应的视力即为1.0。在理想条件下，正常眼的视力能够超过1.0，达到1.2或1.5，有的可超过2.0，极个别甚至达到4.0。(www.daowen.com)

4.2.3　空间辨别阈

人眼视力的好坏常用E字型或C字型视标来检查。人眼的空间辨别能力不仅与眼睛的光学特性有关，也与视网膜的适应状态，以及眼球的运动等物理、心理和生理因素有关。人眼的空间辨别能力实际是一个综合功能，仅用视力的含义并不能全部反映这一功能。根据图像、背景和光点等条件及性质的不同，视觉的辨别能力也是不同的，可分为最小察觉阈、最小认知阈、最小分离阈、最小差别阈等四种不同的形式。图4‐5给出了这四种视觉辨别能力的含义。

图4‐5　视觉的四种辨别能力

1.最小察觉阈。人眼能辨认出点或线存在的最小尺寸，亦称最小视认阈。人眼感知最小尺寸的能力是相当强的，通常对视角约30″的白底黑点，视角10″的黑底白点，视角4″的白底黑线，人眼就能辨认。在最适宜亮度下，黑线视角在0.5″时即可得到辨认，这种辨认是一种强度辨别。图4‐6从左至右依次解释了这些最小察觉阈。

图4‐6　最小察觉阈的四种形式

在涉及航空航天的话题时，人们常说长城是从太空中的卫星或宇宙飞船上唯一可见的人造建筑，这样的说法令国人感到骄傲，不过并没有得到证实。如果单纯从视觉的辨认能力而言，却并非没有可能。宇宙飞船和人造卫星的飞行高度一般在数百公里（如300公里）左右，而长城的宽度应该在数米至十米之间，由此计算出的视角在5″左右，即此时长城相当于一条视角为5″长线，应在人眼可辨认的范围内。只是由于草木掩蔽，云层遮挡，空气扰动，阳光散射等因素的影响，不能把长城和山体简单地看成目标和背景的理想状态，因此直接用肉眼观察很难分辨长城。当然，如果借助于遥感或远距照相技术，分辨长城就显得稍稍容易一些。

2.最小认知阈。认知图形或判读字母时的最小视角，阈限宽度约为30″～40″。在标准视力表上，有时也用C字形代替E字形视标。这时不仅有明度辨别，还包含有一定程度的理解能力、定位能力和心理因素。此外，最小认知阈还与语言、文字、教育程度等密切相关。如在阅读时，即使汉字的字体较小、较潦草或较相似，我们也能分辨和认知，并据此流畅地阅读。如图4‐7所示的词句，我们阅读起来并没有太大困难。这是因为我们本身就对汉字很熟悉，而且在过去的经验中就已经对这首词有过学习和记忆。与此相反，对于外国人，即使有一定的中文基础，也很难对这样非书写体的文句进行流利的阅读。同理，中国人在阅读英文等外文时，一般也要求字母为书写体，而对于手写的英文字母，阅读起来同样较为困难。

图4‐7　视觉认知阈与教育程度的关系

3.最小分离阈。能分辨两点或两线的最小间隔，分离阈也称为解像力，即对一个视觉形状组成部分的间距的辨别能力。在仪器中还用来表示分辨率指标。在作视力检查中有时也使用分辨率的概念。经实验测定，最小分离阈约为20″～30″。但这一阈限往往随点、线的性质不同而发生变化。

4.最小差别阈。能够感知的最小错位，也称最小符合阈。目视仪器常用这一视功能来作为定位瞄准设计的依据。据测定，最小差别阈约为2″～4″视角，精密游标卡尺及螺旋测微尺就是利用这种高分辨能力来提高读数精度的（图4‐8）。

图4‐8　视觉的最小差别阈实例