在1844年奥地利生理学家威廉·海丁格尔(Haidinger W.)博士通过研究发现，人眼在观察均匀线偏振光场时，可以产生线偏振光感知效应，这种奇妙的视觉效应看起来就像一只黄色领结与一只蓝色领结呈十字交叉状，如同一个十字刷子。海丁格尔博士认为这是一种由人眼黄斑对线性偏振光场的吸收而产生的内视现象。因此将人眼对线偏振光的感知效应命名为海丁格尔刷(Haidinger’s brush)效应。虽然大多数正常人都能感知到海丁格尔刷效应，但是海丁格尔刷效应受人眼的个体差异、感知能力和特罗克斯勒消逝效应等影响，导致它的图像对比度不佳，很难被客观量化，所以没有得到广泛的应用。不过近年来随着偏振测量术、偏振成像探测、仿生偏振光学、以及奇异光学等新兴现代光学技术的发展，人们对光的偏振特性的研究越来越深入，人眼对偏振光的感知和检验又逐渐成为一个备受关注的光学问题。

（1）将偏振光线的三维空间信息引入光追迹计算过程，建立人眼三维琼斯偏振感知模型，完成人眼中的偏振传输和偏振光波前建模，根据不同入射偏振光矢量和人眼光学结构，对人眼光瞳的二向衰减和位相延迟进行计算和评价，建立更全面的人眼系统偏振评价方法，实现人眼光瞳处的偏振感知图像的仿真分析，为精确分析人眼中的偏振感知效应奠定基础。

图4 三维琼斯偏振光追迹法对光学结构的偏振传输计算过程。O_in和O_out为酉矩阵，用来实现局部坐标系与全局坐标系之间的变换

（2）基于所建立的人眼三维琼斯偏振感知模型，利用三维琼斯矩阵运算分析人眼结构中光学表面上每个像素点的光传输特性，采用具有4个改进型非球面的Navarro人眼模型，其曲率半径及折射率参数根据实际人眼实验进行了修正，可以对人眼晶状体在不同屈光度的情况进行分析，从而针对不同的人眼晶状体屈光度情况[-5D,5D]进行偏振像差分析和计算，实现人眼中的偏振感知效应的精确建模与仿真，结果表明在人眼中折射率均匀、结构没有损伤且黄斑健康的情况下，人眼因晶状体屈光度变化所产生的偏振像差以二向衰减为主，且对入射偏振光所产生的退偏效应影响很小。

（3）利用所建立的人眼三维琼斯偏振感知模型，给定入射人眼线偏振光的三维琼斯矢量对传统刷子、棋盘和网格等几种海丁格尔刷效应图像进行仿真成像，这证明本文所提出的人眼三维偏振感知模型可以针对不同入射线偏振光场、人眼屈光度和面型对人眼感知的海丁格尔刷效应进行精确仿真成像，同时发现在相同的入射线偏振光场情况下，海丁格尔刷效应图像中的强度变化与入射线偏振光偏振角和黄斑径向结构有关，由屈光度差异造成的影响主要在眼瞳边缘的灰度分布上。同时相对于均匀线偏振光场所能产生的传统刷子图像，由非均匀线偏振光场所产生的偏振棋盘和网格图像的灰度变化更剧烈，具有更多的细节信息，图像中的突发性亮度变化和不连续边，能刺激人眼空间灵敏度特性，克服特罗克斯勒消逝效应从而增强人眼对线偏振光的感知效果，这为海丁格尔刷效应图像在人眼黄斑病变检测中的应用提供理论依据。