下面这幅画名为《错误的镜子》，是由比利时超现实主义画家马格里特（1898-1967）在1928年所创作，现在珍藏于美国纽约现代艺术博物馆。

图1：比利时画家马格里特的作品《错误的镜子》[1]

从艺术视角，这幅画引发了大家对视觉感知本质的考虑，每位观看者都有各自的解析。

不过从科学视角来看，画中的人眼与真实人眼在结构上其实很相符。白色地区对应于人眼中的乳白色巩膜，蓝色白云的地区对应于人眼的虹膜，也就是平常所说的眼球（或者眼珠）。虹膜的颜色比巩膜深，因人种而异，可能是棕色或蓝色。但双眼最深色的部分是虹膜中心的瞳孔，它很多吸收光线，看着呈现漆黑色。人眼的几个基本组成部分，画中的双眼也都一应俱全。

图2：人眼的外部结构：巩膜(Sclera)，虹膜(Iris)，瞳孔(Pupil)，角膜(Cornea)[2]

在画中，虹膜部分被蓝天白云填充，黑色的瞳孔仍然明确可见。这种表现方法就与实质不符了，由于大家一般没办法仅通过察看别人的双眼就看出他们所看到的具体内容。

图3：人眼的内部结构[3]

人眼的工作原理像相机：瞳孔好似光圈，控制进入光线量；视网膜则等于感光元件，接收光信号。因为瞳孔非常小，且大多数光线被眼内组织吸收，大家很难从外部直接察看到视网膜上形成的图像。

图4：人眼与相机的类比

当然有时大家也可以从双眼外部获得内部的蛛丝马迹。一个例子是夜间用闪光灯拍照时，常会出现“红眼”现象。这是由于在暗环境中瞳孔放大，闪光灯的强光被眼内充血的脉络膜反射，导致照片中双眼呈现红色。

人眼的光学系统主要由角膜和晶状体组成，两者都是透明的，像相机的镜头组。角膜坐落于双眼最外层，形状固定；而晶状体可以通过睫状肌有哪些用途改变形状，从而调节焦距，使不同距离的物体都能在视网膜上明确成像。假如透镜组调节功能变得失灵，远处物体的图像没办法聚焦在视网膜上，只能聚焦在视网膜前方，视像变得模糊，双眼就会发生近视。

回到刚刚所说的，通过其他人双眼的一张照片，看出他正在观看什么东西，一般是没办法做到的，但也并非绝对的，某些状况下还是大概的，这就要靠眼角膜大显身手了。角膜是一种理想的光学器件，其光滑表面能折射和反射光线，适合条件下可以作为一面微型镜子。这种反射形成的“镜中像”一般非常小且不明确，还会遭到虹膜纹理的干扰（虹膜的独特纹理类似指纹，可用于身份辨别）。

图5：从双眼角膜反射的“镜中像”中，恢复出一张尽量了解的照片[2]

研究者们通过设计复杂的计算机算法，尝试从双眼反光中恢复周围环境的明确图像[4]。他们打造了数学模型，校正了地方和角度，并去除去虹膜纹理的干扰，最后成功重建了周围环境的图像。研究者还发现，眼角膜的“镜中像”具备独特优势。角膜的弯曲表面可提供广角全景画面，而眼球的运动和身体的移动可捕捉多个视角。这类特质使得从眼角膜反射中重建三维场景成为可能，达成了普通相机很难达到的成效，达成了“通过其他人双眼看世界”的成效。

图6：从一段包括人眼反射像的视频片段中，还原眼前的三维场景[4]

应该注意的是，这类研究是在理想的实验室条件下进行的，在平时环境中应用这项技术仍面临很多困难。

眼角膜的反光还可以帮助大家分辨照片或视频的真假。伴随图像处置技术和AI的进步，不真实图像和视频变得愈加逼真，引发了社会忧虑和信赖危机。为应付这一挑战，研究者开发了各种不真实图像视频测试技术。其中，通过剖析图像中的双眼细节就是一种好办法。

下面这两张照片中，有一张是伪造的，你能看出是哪一张吗？破解悬案的线索就来自一眼睛睛。

图7：一真一假的两张照片：双眼角膜反射像告诉你分辨[5]

研究发现，因为人的眼睛地方接近，一张真实照片中左眼和右眼的角膜反射图像一般很相似。造假者总是忽略这一细节，使得假照片中的两者存在不同，图7右就是一个典型例子。借助这一特点，研究职员在分辨真伪照片时达到了94%的成功率[5]。

不只这样，眼球瞳孔的形状也可以用来给一张照片分辨真假[6]，图8中两张照片同样是一真一假。分辨两者的秘诀在于，左图正常照片中人眼瞳孔形状一般是规则的圆形或者椭圆形，而右图人工智能伪造照片中瞳孔形状是不规则的。

图8：一真一假的两张照片：双眼瞳孔形状告诉你分辨[6]

双眼结构和功能的深入研究不只加深了大家对视觉系统的理解，还促进了图像处置和信息安全技术的进步，科学研究和技术应用中不少想法都源自一眼睛睛。

参考文献

[1] https://www.wikiart.org/en/rene-magritte/the-false-mirror-1928

[2] K. Nishino and S.K. Nayar, The World in an Eye, 2004 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR 2004),444-451 (2004)

[3] https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Schematic_diagram_of_the_human_eye_zh-hans.svg

[4] H. Alzayer, K. Zhang, B. Feng, C. Metzler, J.-B. Huang, Seeing the World through Your Eyes, arXiv:2306.09348 (2023)

[5] S. Hu, Y. Li and S. Lyu, Exposing GAN-Generated Faces Using Inconsistent Corneal Specular Highlights, IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP 2021), 2500-2504 (2021)

[6] H. Guo, S. Hu, X. Wang, M. -C. Chang and S. Lyu, Eyes Tell All: Irregular Pupil Shapes Reveal GAN-Generated Faces, 2022 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP 2022), 2904-2908 (2022)

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来源丨中国光学（ChineseOptics）

审稿丨高辉 华中科技大学

责编丨钟艳平

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