动物之眼

《动物之眼》属于牛津动物生物学系列丛书之一，该系列采用生动、综合的方法，在比较动物学科目上，为学生和生物科学专业研究人员提供了颇具吸引力的补充教材。本系列图书有两个显著的特点：，每本书涉及的话题通过动物王国中的实际示例进行阐述，超过一般动物学分类的范畴；第二，包含了深度阅读部分，主要包括评论文章和书籍，能够引导读者阅读更详细的研究文献。该系列图书面向全球的读者，因此无论是作为示例的物种还是参考的科学文献，在国际范围内都是通用的。

《动物之眼》提供了各种各样已知类型的动物眼睛的全面描述。本书以光学机制的多样性为框架，并探讨了眼睛结构和功能的其他方面。视觉生态学是另一个主题，即眼睛是如何适应动物的生活方式的。对于人类来说，视觉是一种通用的、功能相同的工具，为人类提供需要的信息。但对其他动物来说并非如此，例如，动物界中的捕食者和被捕食者通常拥有不同的视觉需求，进而它们的视觉系统各不相同。在眼睛类型多样性的背后是神圣的进化过程，这也是本书开始的地方。从达尔文开始，眼睛的起源，以及它们达到现在高度发展状态的方式，构成了一系列有趣的问题。对眼睛起源的争论从未停止，“寒武纪大爆发”产生了现在动物拥有的大部分类型的眼睛，在这之前更早期的眼睛从何起源更是争论的焦点。章讨论这些问题，并提供了相应的环境背景，在此背景下，眼睛可以被看作是对一些相似问题的不同解决方案。除了多样性，我们还关注眼睛的“设计准则”。眼睛执行其功能的物理约束是什么？不同类型的眼睛如何应对这些约束？要回答这些问题，首先有必要了解光的一些特性，这些特性对视觉十分重要，第二章对此进行了介绍。接着，我们就能探索眼睛如何实现某些重要性能，比如良好的空间分辨率，以及（尤其是对生活在昏暗环境中的动物）足够的灵敏度，这就是第三章的目的；这一章专门讨论“怎样才能拥有一双好眼睛？”这为评估不同类型眼睛的能力提供了基础，而所有不同类型的眼睛将在接下来的五章中具体介绍。第九章也是后一章考察了眼睛使用的另一个方面：它们的运动。眼睛不仅在空间而且在时间上对世界进行采样，它们所做的运动与提供空间分辨率的光学系统一致，都是提取信息过程中的重要组成部分。

本书适用于各种读者群体。无论是生物学和神经科学专业的本科生，或是从事视觉方面研究的研究生，都能从中获取价值。眼科学和验光学的学生或从业者可以将本书当作是研究人眼的趣味背景知识；而光学物理学家或工程师将会从中发现大自然早已提出了他们从未想到过的解决方案。由于大部分生物学家不需要太多的数学细节，本书中使用知识窗阐述一些相对复杂的数学、物理部分。当然，也有严谨的读者想要了解重要的“如何实现”方面的信息，可以参阅这个部分。

我们希望读者能喜欢本书，并且同样热爱、折服于动物之眼的美丽、复杂又充满逻辑。

译者

本书是一本关于古生物、动物眼睛和生物进化的科普书，译自英国萨塞克斯大学神经生物学教授迈克尔·兰德和瑞典隆德大学动物学教授丹·埃里克·尼尔森在2012年出版的《Animal Eyes》第二版。作为牛津动物生物学系列丛书，该书因为其生动有趣的插图案例，严谨的公式推理和逻辑清晰的文字描述，在学术研究和教学实践中获得很高的引用和评价。本书从眼睛的起源讲起，介绍了视觉的要素、水生动物的眼睛、陆生动物的眼睛、并置复眼、叠加型眼睛以及眼睛的运动，讲述了其中各种动物的眼睛的特征和作用；书中内容丰富，数据详实并且注明来源，同时有大量示意图和实物图；各章节主题明确，内容清晰，涉及假说、推论、公式以及可能的结论均十分严谨。我们通过视觉直接感受世界，对于眼睛的演化，永远是学术界争论不休的话题，动物世界的眼睛如此纷繁缭乱，追寻眼睛的来源，是一场漫长的旅途。

作者简介

迈克尔·兰德，苏塞克斯大学的神经生物学教授，剑桥动物学学士，伦敦大学学院神经生理学博士。曾任加州大学伯克利分校研究员,曾获俄勒冈州尤金来访奖学金(1980)，被选为英国伦敦皇家学会会士。

丹·埃里克·尼尔森，隆德大学动物学教授，Goteborg大学生物科学学士，隆德大学结构生物学博士。曾任澳大利亚国立大学的研究员，被选为瑞典科学院院士。

译者简介

曹汛，南京大学电子科学与工程学院教授，博士生导师，2006年在南京大学电子科学与工程系获得学士学位，2012年获得清华大学自动化系博士学位，主要从事图像和视频处理、计算机视觉以及计算机图形学方向的研究。2012年国家技术发明一等奖获奖者之一。立体视频的研究成果登上 IEEE Computer Now 首页，受邀在IEEE立体视频领域国际大会上做2小时Tutorial报告，出版"十二五"重点图书规划著作《立体视频处理与通信》。

目录

前言

章视觉起源

初的眼睛

视觉系统基本组件的进化过程

视觉功能的演变

眼睛的结构设计多样性

小结

第二章光和视觉

光的特性

光强

对比度

波长与颜色

偏振

小结

第三章什么造就了好眼睛

视网膜马赛克式的细胞分布排列会限制分辨率

分辨率

灵敏度

结论

小结

第四章水生动物的眼睛：晶状体的进化

进化起源

小孔眼睛：巨蛤和鹦鹉螺

欠焦型有晶状体眼睛

清晰看世界

鱼类和头足类生物的眼睛

适者生存

非球形晶状体眼睛

小结

第五章陆生动物的眼睛

角膜和晶状体的基本光学原理

陆生脊椎动物的角膜和晶状体

两栖类动物的眼睛

无脊椎动物的角膜

小结

第六章动物中的镜子

眼睛中的镜子

动物身上反射镜的物理光学原理

光子反射在除眼睛之外的结构中的应用

小结

第七章并置复眼

小历史：关于并置以及神经中枢上的叠加

基本光学

并置设计中的生态变化

捻翅虫和三叶虫的异常眼睛

小结

第八章叠加型眼睛

折射叠加

叠加与无焦点的并置：蝴蝶的眼睛

反射叠加

抛物线叠加

小结

第九章动物中的镜子

从时空采样

人类怎样获取视觉信息

将眼睛稳定的反射

其他动物和我们一样吗？

昆虫的飞行行为被视为眼球移动

平移扫视：鸟类的头部摆动

为何不晃动眼睛？图像运动的一些结果

特例：一维视网膜的转动式扫描

小结

Plate

参考文献

本书是一本关于古生物、动物眼睛和生物进化的科普书，译自英国萨塞克斯大学神经生物学教授迈克尔·兰德和瑞典隆德大学动物学教授丹·埃里克·尼尔森在2012年出版的《Animal Eyes》第二版。作为牛津动物生物学系列丛书，该书因为其生动有趣的插图案例，严谨的公式推理和逻辑清晰的文字描述，在学术研究和教学实践中获得很高的引用和评价。本书从眼睛的起源讲起，介绍了视觉的要素、水生动物的眼睛、陆生动物的眼睛、并置复眼、叠加型眼睛以及眼睛的运动，讲述了其中各种动物的眼睛的特征和作用；书中内容丰富，数据详实并且注明来源，同时有大量示意图和实物图；各章节主题明确，内容清晰，涉及假说、推论、公式以及可能的结论均十分严谨。我们通过视觉直接感受世界，对于眼睛的演化，永远是学术界争论不休的话题，动物世界的眼睛如此纷繁缭乱，追寻眼睛的来源，是一场漫长的旅途。

作者简介

迈克尔·兰德，苏塞克斯大学的神经生物学教授，剑桥动物学学士，伦敦大学学院神经生理学博士。曾任加州大学伯克利分校研究员,曾获俄勒冈州尤金来访奖学金(1980)，被选为英国伦敦皇家学会会士。

丹·埃里克·尼尔森，隆德大学动物学教授，Goteborg大学生物科学学士，隆德大学结构生物学博士。曾任澳大利亚国立大学的研究员，被选为瑞典科学院院士。

译者简介

曹汛，南京大学电子科学与工程学院教授，博士生导师，2006年在南京大学电子科学与工程系获得学士学位，2012年获得清华大学自动化系博士学位，主要从事图像和视频处理、计算机视觉以及计算机图形学方向的研究。2012年国家技术发明一等奖获奖者之一。立体视频的研究成果登上 IEEE Computer Now 首页，受邀在IEEE立体视频领域国际大会上做2小时Tutorial报告，出版"十二五"重点图书规划著作《立体视频处理与通信》。

南京大学电子科学与工程学院CITE 和 Vision实验室老师和同学倾力支持；

金国藩院士、曹良才教授、司徒国海教授热心审读，并给予很高评价：为我们打开了一个新世界。