Visual simulation of refractive errors on monochromatic images and the evaluation of the absolute threshold for vision

Abstract

We describe a practical approach for modelling and simulating the visual perception of monochromatic images observed by an optical systems with low-order aberrations (i.e., myopia, hyperopia and astigmatism). It is based on Fourier optics and uses a DSLR camera together with additional lenses to validate results of how such aberrations affect vision. We demonstrate its effectiveness by comparing the simulation outcomes against optical ground truth with three objective metrics. In addition to simulation, we present an apparatus to estimate the absolute threshold for vision, and a psychophysical experiment relating the absolute threshold for vision with the eye’s spherical equivalent refraction. Preliminary evaluation has shown that our technique produces convincing results.

Esta dissertação apresenta uma abordagem prática para o problema de simulação da percepção de imagens monocromáticas considerando sistemas ópticos com aberrações de baixa ordem (miopia, hipermetropia e astigmatismo). Nossa técnica utiliza óptica de Fourier e uma câmera DSLR em conjunto com lentes adicionais para simular e validar os resultados de como essas aberrações afetam a visão. Nós demonstramos a sua eficácia utilizando três métricas objetivas de comparação entre os resultados da simulação e imagens capturadas por uma câmera simulando o mesmo nível de aberração. Além da simulação, também apresentamos um instrumento para se estimar o limiar absoluto da visão e um estudo psicofísico relacionando tal limiar com a refração esférica equivalente dos olhos. Avaliações preliminares mostram que a nossa técnica produz resultados convincentes.