ICTER的科学家开创了一种量化双光子视觉亮度的方法，为医学诊断和增强现实/虚拟现实（AR/VR）应用开辟了新的可能性。

双光子视觉是一项新兴技术，在眼科诊断领域具有广阔的发展前景。尽管它拥有众多优势，但某些方面仍有待完善。国际眼科与视觉科学研究中心 (ICTER) 的科学家们对这项技术进行了改进，提高了其性能，并拓展了其在眼科医学中的潜在应用。

想象一下，你正在通过一个万花筒观看，它展现出超越人类视觉的色彩光谱，让不可见光聚焦。在常规的视觉中，光子——这一转瞬即逝的光的使者——通常是单独出现的。然而，在双光子视觉现象中，它们成对出现，使人类眼睛能够感知红外激光脉冲而非可见光，从而打开了通往一个原本不可见的世界的大门。

理解双光子视觉的一个关键方面是测量这些刺激的亮度。迄今为止，这一操作仅限于可见光。国际眼科研究中心（ICTER）的科学家通过使用光度单位（cd/m²）确定了红外光的亮度值，取得了突破性进展。这一发现使他们能够将双光子刺激的亮度与一个新定义的物理量联系起来：双光子视网膜照度，这是理解感知亮度的一个关键因素。

该研究由ICTER科学家与博士生奥利维亚·卡茨科什、工学博士卡塔日娜·科马尔以及马切伊·沃伊特科夫斯基教授合作完成。研究表明，双光子刺激的亮度可接近670 cd/m²，同时保持在人眼安全的激光功率范围内。相关研究成果已发表在《生物医学光学快报》上，标志着视觉科学以及对可见光谱以外的人类感知研究取得了重大进展。

看见看不见的世界

人眼能够以约380纳米至780纳米（从紫色到红色）范围内的电磁波形式接收来自周围世界的刺激。此范围外的波，如红外光（780纳米以上）和紫外光（380纳米以下），若无特殊设备，我们是看不见的，尽管它们可能会以其他方式影响我们的感官。

当视网膜（眼睛的光敏部分）中光感受器的视色素吸收可见光的光子时，每个视觉过程都会遵循相同的路径。这一事件会引发一系列化学反应，从而将一定量的光转换为电信号，并在大脑中进行处理。

双光子视觉是一种现象，即人眼通过吸收两个光子来感知波长为800-1300纳米的超短红外激光脉冲。这一过程会导致视色素发生异构化，从而感知到与红外光波长一半相对应的光。尽管这些激光位于光谱的可见范围之外，但它们对视色素的作用却能将红外光记录为不同的颜色。

双光子视觉与单光子视觉的主要区别在于光吸收的方式。在单光子视觉中，具有特定能量的每个光子都会被眼睛中的分子吸收，从而能够感知到可见光范围内的光。而另一方面，在双光子视觉中，两个能量减半的光子会同时被视色素吸收，从而感知到波长减半的光，这在理论上是不可见的。

此外，双光子刺激的亮度随光辐射功率的平方而变化，因此眼睛中散射的光不会被感知到。亮度还取决于光束在观察者视网膜上的焦点——“正常”的单光子视觉下，接收到的刺激更清晰，对比度也更高。

ICTER的科学家长期以来一直在研究双光子视觉现象，是世界上第一个对其进行描述的研究团队，如今他们又取得了另一项开创性的发现。

一种测定双光子刺激亮度的新方法

双光子视觉在两个关键领域展现出潜力：医学诊断和虚拟现实/增强现实（VR/AR）。它可用于高级诊断测试，尤其是在神经病学和眼科学领域，红外脉冲能够实现对视觉功能的安全监测，而无需使用可见光。另一方面，该现象通过操控红外范围内的光刺激，能够创造新的逼真视觉体验，为与虚拟图像（VR/AR）进行交互开辟了新的可能性。

该现象的所有未来应用都需要了解双光子刺激的亮度，但可见光范围之外的亮度效率函数V（λ）是未知的。有必要采用一种非标准的方法来量化双光子刺激的亮度，例如使用红外光——这正是国际太赫兹科学中心（ICTER）科学家所做的事情。

本文提出的方法能够以光度单位表示双光子刺激的亮度。得益于所开展的测量工作，科学家们能够证明红外光束功率与可见光束功率之间的关系，主观调整两者使其具有相同的亮度。利用可见光（VIS）激光功率密度与投射刺激亮度之间的关系，可以使用光度单位（cd/m2）确定红外刺激的主观亮度。这些结果强调了双光子视觉的非线性特性，与先前的研究结果一致。

“本研究旨在开发一种可重复的方法，用于确定双光子视觉中刺激的亮度。标准方法无法在可见光谱范围之外的光中实现这一点，但我们的研究为实现这一目标开辟了道路，这对于进一步研究和开发该现象在医学诊断以及增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术中的应用至关重要。这种新方法还将使双光子刺激的亮度与基于标准单光子视觉的传统显示器进行比较，”该研究的第一作者奥利维亚·卡兹科斯（Oliwia Kaczkoś）表示，她是ICTER的博士生和验光师。

进一步发现的平台

该研究的结果是提出了一个全新的物理量，称为双光子视网膜照度，该物理量足以描述发出双光子刺激的系统。利用这种关系可以预测双光子刺激的亮度值，在没有自适应光学（AO）校正的情况下，人眼安全激光功率范围内的亮度值可达到670 cd/m2。

此外，国际照明委员会（ICTER）的科学家记录了在亮度为10 cd/m2的背景下进行测量的可重复性为两倍。这对于开发未来技术至关重要，例如可用于增强现实（AR）眼镜或双光子微视野计等先进诊断工具中的双光子视网膜显示器。

参考文献：《双光子视觉刺激亮度的测定方法》，作者：马切伊·沃伊特科夫斯基、阿格涅什卡·杰林斯卡、卡塔日娜·科马尔、奥利维亚·卡茨科什、雅切克·普涅夫斯基，2024年9月9日，发表于《生物医学光学快报》（Biomedical Optics Express）。DOI：10.1364/BOE.525180