草色遙看近卻無(wú)， 是眼睛的魔術(shù)?

作者簡(jiǎn)介

許秀華，畢業(yè)于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。從事科技記者、醫(yī)學(xué)記者等職，科普作家、中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)會(huì)員，著有少兒科普書(shū)《超級(jí)農(nóng)業(yè)》（北師大出版社）、孕產(chǎn)期保健科普書(shū)《媽媽寶貝愛(ài)妻錄》（科學(xué)出版社）、《盧良恕院士傳》（人民出版社），全程執(zhí)筆《轉(zhuǎn)基因，給世界多一個(gè)選擇》（農(nóng)業(yè)出版社，獲2014年全國(guó)優(yōu)秀科普作品獎(jiǎng)）、《南水奇遇記》（水利出版社），為《科學(xué)大眾》《生命世界》等多家少兒科普雜志撰稿人。

早春呈水部張十八員外·其一

〔唐〕韓愈

天街小雨潤(rùn)如酥，草色遙看近卻無(wú)。

最是一年春好處，絕勝煙柳滿(mǎn)皇都。

古詩(shī)里的景致往往需要身臨其境，才能品味出詩(shī)人描述的奇妙之處。

有一年早春，我去北京航空航天博物館。遠(yuǎn)處裸露的黃土地上，仿佛覆蓋著一層薄薄的綠色絨氈，就像嬰兒皮膚上細(xì)軟的汗毛。當(dāng)時(shí)“草色遙看近卻無(wú)”這句詩(shī)一下子就涌上了我的心頭。當(dāng)我走到近處，嬰兒般的親切、柔和卻逐步消失，美到極致的遠(yuǎn)景逐漸還原貌似疤痕一樣斑駁裸露的黃土地。

春天里，同樣在心中吹皺一池春水的是早春的楊柳。遠(yuǎn)遠(yuǎn)地，楊柳的樹(shù)干頂上升起了一團(tuán)團(tuán)嫩綠的云霧，隨著溫暖的氣流，輕輕地在空中時(shí)而左，時(shí)而右，仿佛一組組綠色的團(tuán)扇舞。然而，當(dāng)你逐步走到樹(shù)下，只能勉強(qiáng)地在淺褐色的枝條上找出低調(diào)得近乎隱身的葉芽。

為什么會(huì)這樣？先看右面這兩張圖。上圖是1963年遇刺身亡的美國(guó)總統(tǒng)肯尼迪，下圖是用很多張上圖的縮小版拼成的。而從遠(yuǎn)處看，我們的眼睛只看到大的頭像，完全分辨不出里面的若干張小頭像。

似乎我們的眼睛在欺騙我們，其實(shí)這不僅和眼睛的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和視力的進(jìn)化適應(yīng)有關(guān)。

不完美的“凸透鏡”

人眼就是一個(gè)凸透鏡，但不是一個(gè)完美而單純的凸透鏡。當(dāng)物體與一個(gè)完美凸透鏡的距離超過(guò)凸透鏡焦距的2倍時(shí)，那來(lái)自遠(yuǎn)方的物體表面的光線經(jīng)折射后，會(huì)匯聚在凸透鏡的焦點(diǎn)上，形成倒立、縮小的實(shí)像。這正是在人的眼睛上發(fā)生的事情。外部物體投過(guò)來(lái)的光線經(jīng)晶狀體折射后，聚焦在視網(wǎng)膜上。可見(jiàn)，人眼這個(gè)凸透鏡的焦距是極小的，外部的物體基本都能滿(mǎn)足物距大于2倍凸透鏡焦距，成倒立、縮小的實(shí)像的要求。

同學(xué)們想一想，為什么必須在視網(wǎng)膜上成倒立、縮小的實(shí)像呢？因?yàn)槿绻麑?shí)像大于或等于原物體，我們的視網(wǎng)膜得長(zhǎng)多么大，這需要多么大的一張臉才能放得下！而為了巨大的臉和眼睛，我們又需要多么大的軀干和四肢來(lái)支撐！

外部的物體不管多大，都要在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)小小的倒立實(shí)像后，被編碼成電信號(hào)，經(jīng)視神經(jīng)傳遞到大腦的視覺(jué)中樞，被大腦感知，如此才形成視覺(jué)。在同樣的距離上，大的物體在視網(wǎng)膜上形成大的實(shí)像，小的物體形成小的實(shí)像，因?yàn)榇笪矬w相對(duì)的兩個(gè)邊緣（上下或左右）之間與眼睛的夾角大，小物體的邊緣之間與眼睛的夾角小。同樣大小的物體，當(dāng)物體距離較遠(yuǎn)時(shí)，物體邊緣與眼睛的夾角小，在視網(wǎng)膜上形成的實(shí)像小;當(dāng)物體距離較近時(shí)，物體邊緣與眼睛的夾角大，在視網(wǎng)膜上形成的實(shí)像大。

不同大小的實(shí)像，占用的視覺(jué)細(xì)胞數(shù)量不同，所包含的像素也不同。大家愛(ài)用手機(jī)隨手拍，卻未必能說(shuō)清楚什么是像素。簡(jiǎn)單地說(shuō)，像素就是一個(gè)畫(huà)面里所包含的視覺(jué)元素的總數(shù)。像素高的圖片，細(xì)節(jié)清晰;像素低的圖片，細(xì)節(jié)模糊。這就是會(huì)出現(xiàn)“草色遙看近卻無(wú)”的原因。遠(yuǎn)看，初春巨大的草地在視網(wǎng)膜上組成一個(gè)實(shí)像;近看，草地的某一個(gè)局部在視網(wǎng)膜上組成一個(gè)實(shí)像。假設(shè)兩個(gè)實(shí)像一樣大，遠(yuǎn)看時(shí)，綠色的萌芽和周?chē)狞S土可能共同占用一個(gè)視覺(jué)細(xì)胞。由于我們的眼睛對(duì)綠色更敏感，視覺(jué)細(xì)胞可能會(huì)在編碼電信號(hào)時(shí)，被編碼為綠色，這樣大腦就接受為綠色。而近看時(shí)，綠色的萌芽和周?chē)狞S土可能會(huì)分開(kāi)占用不同的視覺(jué)細(xì)胞，不同的視覺(jué)細(xì)胞為萌芽和黃土編碼不同的電信號(hào)，于是我們的眼睛就看到了裸露的黃土，上面鑲嵌著綠色的萌芽。同理，也可以解釋上面的肯尼迪照片。在遠(yuǎn)視和近看時(shí)，成像所占用的視覺(jué)細(xì)胞以及編碼電信號(hào)可能會(huì)有區(qū)別。

復(fù)雜的視覺(jué)系統(tǒng)

而實(shí)際上，人眼的視覺(jué)遠(yuǎn)比凸透鏡復(fù)雜。比如，在做證券交易的人群中流行雙屏幕電腦，一個(gè)人要面對(duì)兩個(gè)電腦屏幕，處理兩個(gè)電腦屏幕上出現(xiàn)的信息?；蛘咴诟鞣N用途的監(jiān)控室里，一個(gè)人要同時(shí)面對(duì)9塊甚至更多的顯示屏。毫無(wú)疑問(wèn)，一個(gè)人能同時(shí)看兩個(gè)甚至更多屏幕。然而，這個(gè)人具有同時(shí)分析出各個(gè)屏幕上信息的能力嗎？

人眼有中心視力和周邊視力。人類(lèi)眼球的后部?jī)?nèi)側(cè)有一個(gè)很小的凹陷，富含葉黃素，比周?chē)囊暰W(wǎng)膜顏色深一些，叫作黃斑。黃斑中央的凹陷稱(chēng)為中央凹，這里分布的主要是視錐細(xì)胞，是視網(wǎng)膜上唯一能夠保證100%清晰成像，即視力最敏銳的部位。這一部分構(gòu)成我們的中心視力，我們大腦的注意力在哪里，就會(huì)用中心視力去掃描、跟隨、凝視哪里，即不僅“看”，還能“看見(jiàn)”，繼而形成分析、理解和記憶。

而視網(wǎng)膜的其他部分主要是視桿細(xì)胞，構(gòu)成我們的周邊視力，可以用于“看”。但因注意力不在那里，大腦未必去分析、解讀，即未必能“看見(jiàn)”。所以，我們的眼睛并不是像照相機(jī)、攝像機(jī)那樣機(jī)械地記錄信息，而是對(duì)信息有取舍、有加工，取舍、加工的目的是去粗存精，加快大腦分析外部視覺(jué)信息的速度，快速形成視覺(jué)意識(shí)，從而讓身體做出相應(yīng)的反應(yīng)，趨利避害。

在視神經(jīng)穿越視網(wǎng)膜的地方，還存在一塊盲點(diǎn)。這樣，人眼的初始視野其實(shí)是兩塊畫(huà)面被挖去了兩個(gè)洞洞的重疊圓形畫(huà)面，這顯然和真實(shí)的世界是不同的。這個(gè)初始視覺(jué)信息要經(jīng)過(guò)大腦的剪裁加工，才能如實(shí)地反映真實(shí)的世界圖景。大腦對(duì)初始視覺(jué)信息的剪裁加工能力，來(lái)自我們?cè)谶^(guò)去的視覺(jué)經(jīng)歷中逐步形成的智能算法。目前，還沒(méi)有任何一種人工智能的圖像處理技術(shù)可以與這種算法相媲美。

人眼和現(xiàn)在的手機(jī)哪個(gè)像素大、分辨率高？人眼的分辨率應(yīng)該在700萬(wàn)像素左右，手機(jī)顯然在這些硬件指標(biāo)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人眼。然而，人以及很多動(dòng)物大腦中視覺(jué)中樞的圖像處理能力，卻遠(yuǎn)超過(guò)手機(jī)。我們可以很詩(shī)意地感受到“草色遙看近卻無(wú)”，在手機(jī)中卻是一張拍模糊的差圖。

（責(zé)任編輯：陸艷）