《20/20視力究竟意味着什麼》——《華爾街日報》
Eugenia Cheng
插圖:托馬斯·瓦倫塔數學家尤金妮亞·程探索數學在教室之外的用途。閲讀更多專欄請點擊這裏。
我的一位朋友最近接受了激光眼科手術,術後被宣佈擁有“20/15視力”。這種描述優於20/20視力的方式讓我感到驚訝,並意識到儘管我從4歲起就戴眼鏡,卻從未思考過20/20或我的眼鏡處方究竟意味着什麼。
事實上,20/15並非指代左右眼,也不代表超過100%的分數。通俗地説,20/15意味着在20英尺的距離,你能看到普通人在15英尺處才能看清的東西,這表明你的視力略優於平均水平。因此20/20並非描述完美視力,而是人類平均視力水平。
當然,以平均水平作為參照並不十分可靠。這意味着每當平均值變化時——例如由於某種原因人類視力世代退化——其含義就會改變。但這些數字也關聯着更精確的視敏度技術定義,即通過角度進行測量。
基本原理是:為了視覺識別物體,我們的眼睛必須分辨其邊緣。若物體較大,其邊緣間距較遠,就比微小且邊緣緊密的物體更易識別。同樣,近距離物體因顯得更大,也比遠距離物體更易辨認。
這種幾何關係與透視概念相關,也解釋了為何近處物體在我們眼中顯得更大。人眼通過識別不同方向投射在視網膜上的光線來感知物體。當物體邊緣發出的光線進入眼睛時,其夾角會遠大於同一物體遠離時的光線夾角。要讓遠處物體在視網膜上形成相同夾角,該物體必須變得更大。
影響視覺感知的關鍵因素既非物體的絕對大小,也非單純的距離,而是物體邊緣在視網膜上形成的夾角——這個角度綜合反映了物體尺寸與距離之間的平衡關係。
測量視敏度的核心問題在於:人眼能分辨的最小角度是多少?這個答案被稱為最小分辨角(MAR),以弧分為單位(1弧分=1/60度)。通過三角計算可得出,在20英尺距離下,1弧分對應約1/16英寸的高度——但具體尺寸並非重點。1弧分的分辨能力被設定為基準視力20/20(即正常視力)。
“20/15視力"的描述由此獲得了幾何意義:通過三角形計算可知,擁有20/20視力的人需要將物體放大至20/15倍(即4/3比例)才能達到與20/15視力者相同的辨識效果。換言之,20/15視力者能識別出普通視力者所需物體尺寸的四分之三。
有趣且可能令人困惑的是:常規分數比較會採用共同分母(分母固定),而視力表示法則固定分子(首數字恆為20),通過變化第二個數字來體現差異。
作為一個終身受益於這些計算的人,我所學到的是,衡量視力遠不止表面所見。
刊登於2023年4月22日印刷版,標題為《20/20視力的真正含義》。