Oko jako układ optyczny. Temat: Ruch światła w oku

29-04-2012, 14:11

Opis

Postrzeganie obiektów w świecie zewnętrznym przeprowadzana jest przez oko poprzez analizę obrazu obiektów na siatkówce. W siatkówce zachodzi złożony proces fotochemiczny, który prowadzi do transformacja postrzeganej energii świetlnej V Impulsy nerwowe. Impulsy te są przenoszone wzdłuż włókien nerwowych do ośrodków wzrokowych kory mózgowej, gdzie są przekształcane wrażenie wizualne i percepcja. Poniżej rozważamy tylko pierwszą część procesu - tworzenie obrazu przez układ optyczny oka. W tym przypadku brane są pod uwagę zakłócenia właściwe temu systemowi. Dane o struktura morfologiczna oczom podaje się jedynie w zakresie niezbędnym do zrozumienia cech układu optycznego oka,

Elementy optyczne oka

Układ optyczny oka można uznać za układ soczewek utworzonych z różnych przezroczystych tkanek i włókien. Różnica w „materiale” tych naturalnych soczewek powoduje różnicę w ich właściwościach optycznych, a przede wszystkim we współczynniku załamania światła. Układ optyczny oka tworzy na siatkówce rzeczywisty obraz obserwowanego obiektu.

Kształt normalnego oka jest zbliżony do kuli. U osoby dorosłej średnica gałki ocznej wynosi około 25 mm. Jego waga wynosi około 78 g. Dla ametropii kształt kulisty zwykle łamane. Wymiar przednio-tylny osi, zwany także strzałkowym, przy krótkowzroczności zwykle przekracza wymiar pionowy i poziomy (lub poprzeczny). W tym przypadku oko nie ma już kształtu kulistego, ale eliptyczny. Przeciwnie, w przypadku hipermetropii oko z reguły jest nieco spłaszczone w kierunku podłużnym, rozmiar strzałkowy jest mniejszy niż rozmiar pionowy i poprzeczny.

Pomiar przyżyciowy oś przednio-tylna oczy nie sprawia obecnie żadnych problemów. W tym celu się go używa echobiometria(metoda oparta na wykorzystaniu ultradźwięków) lub metoda rentgenowska. Określenie tej wartości jest ważne dla rozwiązania szeregu problemów diagnostycznych. Konieczne jest również ustalenie prawdziwe znaczenie skala obrazu elementów dna oka.

Rozważmy główne elementy układu optycznego oka z punktu widzenia optyki geometrycznej i fizycznej.

Rogówka.Średnica rogówki osoby dorosłej waha się od 10 do 12 mm. Rogówka jest bardziej wypukła niż reszta powierzchni gałki ocznej. Promień krzywizny przedniej powierzchni rogówki wynosi średnio 7,6-7,8 mm, tylnej powierzchni około 6,8 mm, a grubość w części środkowej 0,5-0,9 mm. Kształt przedniej powierzchni rogówki różni się od kuli. Jedyną rzeczą, która praktycznie pokrywa się z kulą, jest Środkowa część o średnicy około 4 mm. Dalej od środka pojawia się szereg nieregularności, krzywizna wyraźnie się zmniejsza, co daje podstawę do uznania kształtu rogówki za zbliżony do elipsoidy lub innej krzywizny drugiego rzędu. Do kwestii kształtu rogówki wrócimy przy rozważaniu aberracji oka, gdyż to właśnie kształt przedniej powierzchni rogówki, graniczącej z powietrzem, ma największy wpływ aberracja sferyczna oczy.

Rogówka to skorupa o prawie równej grubości, tylko nieznacznie pogrubiająca się na obwodzie.

Oznacza to, że izolowana rogówka działa jak słaba soczewka ujemna (rozpraszająca), co na pierwszy rzut oka wydaje się nieco nieoczekiwane. Jak pokazują obliczenia, moc refrakcyjna izolowanej rogówki przeciętnego oka wynosi: 5,48 dioptrii, a jej przednia i tylna ogniskowa f=f" = -1825 mm. Liczby te dotyczą wyłącznie izolowanej rogówki, otoczonej obustronnie powietrzem W żywym oku Rogówka znajduje się w zupełnie innych warunkach: tylko jej przednia powierzchnia jest wystawiona na działanie powietrza, natomiast tylna powierzchnia styka się z wodnisty humor komora przednia, której współczynnik załamania światła niewiele różni się od współczynnika rogówki. W rezultacie promienie padające na oko, po przejściu przez rogówkę, która odchyla je do osi optycznej, prawie nie zmieniają swojego kierunku po wejściu do cieczy wodnistej. W tych warunkach rogówka działa jak silna soczewka dodatnia (zbiorcza), a jej ogniskowe przednia i tylna różnią się: f = -17,055 mm, a f - 22,785 mm. Moc refrakcyjna rogówki jako elementu układu optycznego oka (Dp) wynosi 43,05 dioptrii. Co jest z przodu długość ogniskowa ujemna, a tylna dodatnia, wskazuje, że soczewka działa jak pozytyw. Zmianę mocy refrakcyjnej rogówki w zależności od otaczającego środowiska można zilustrować na przykładzie osoby pływającej pod wodą. Dla pływaka wszystkie obiekty tracą swoje kontury i wydają się rozmyte. Wyjaśnia to fakt, że efekt załamania rogówki zmniejsza się, gdy graniczy nie z powietrzem, którego współczynnik załamania światła wynosi 1, ale z wodą, której współczynnik załamania światła wynosi 1,33. W rezultacie moc optyczna oka w wodzie maleje, a obraz obiektu nie powstaje już na siatkówce, ale za nią. Oko staje się hipermetropiczne. Aby uzyskać ostry obraz obiektu na siatkówce, pływak zanurzony w wodzie musi nosić okulary z dodatnimi soczewkami. Biorąc pod uwagę, że różnica współczynników załamania szkła i wody jest niewielka, moc optyczna soczewek powinna być bardzo duża - około 100 dioptrii, czyli ogniskowa 1 cm.

Aby zrozumieć niektóre cechy oka, w szczególności jego reakcję na światło spolaryzowane, należy wiedzieć, że niektóre grupy włókien rogówki mają różne typy anizotropia optyczna.

Obiektyw. Soczewka ma kształt dwuwypukłej soczewki o zaokrąglonych krawędziach. U dzieci jest bezbarwny i elastyczny, u dorosłych jest bardziej elastyczny, a na starość staje się twardy, mętny i przybiera żółtawy odcień. Soczewkę tworzą przezroczyste włókna nabłonkowe, gęstsze w części środkowej i bardziej miękkie na obrzeżach. Pod tym względem w środku rdzenia współczynnik załamania światła jest wyższy niż na obwodzie o 1,5%. Tradycyjnie uważa się, że obie powierzchnie soczewki są częściami regularnej kuli. W rzeczywistości są one bliższe krzywym drugiego rzędu; krzywizna obu powierzchni w środku jest większa niż na obwodzie, tj. podobnie jak rogówka, środkowa część soczewki jest prawie kulista i spłaszczona na krawędziach.

Moc refrakcyjna Izolowana soczewka ma 101,8 dioptrii, a jej ogniskowa wynosi 9,8 mm. Obiektyw znajdujący się w naturalne warunki, otoczony cieczą wodnistą i ciałem szklistym, ma ogniskową 69,908 mm i moc optyczną zaledwie 19,11 dioptrii.

Tak więc, chociaż izolowana soczewka jest silniejszą soczewką dodatnią niż izolowana rogówka, element jest największy moc optyczna Rogówka służy w ludzkim oku.

Rozproszenie transmitancji widmowej dla inne oczy bardzo istotny. Zależy to również od wieku. Zauważono, że w starszym wieku, gdy soczewka zmienia kolor na żółty i przepuszcza mniej światła niebieskiego i zielonego, obiekty wydają się obserwatorowi bardziej żółte. To czasami wyjaśnia tę zmianę zakres kolorów w obrazach w zależności od wieku artysty.

Komory przednia i tylna wypełnione są przezroczystą cieczą wodnistą. Bardzo podobny w skład chemiczny z wilgocią w komorze szklisty, ich współczynniki załamania światła są również takie same.

Błony oka. Analogia pomiędzy okiem a aparatem jest dobrze znana. Podobnie jak w aparacie, w oku obszary, których funkcją jest tworzenie i odbieranie obrazu, są oddzielone od światła zewnętrznego „osłoną” – ścianami gałki ocznej. Ściany te tworzą trzy błony: zewnętrzna - twardówka, środkowa - naczyniówka (naczyniówka) i wewnętrzna - siatkówka, która służy jako warstwa światłoczuła.

Jednak w odróżnieniu od aparatu, którego ścianki są całkowicie nieprzezroczyste i światło wnika do światłoczułej warstwy filmu jedynie przez soczewkę, błony oka przekazują część światła do siatkówki nie przez źrenicę, ale przez twardówkę – twarda membrana łącząca o grubości od 0,5 do 1 mm. Po oświetleniu: twardówki bardzo jasnym światłem (na przykład za pomocą diafanoskopii) można wyraźnie zobaczyć, jak świeci wewnętrzna powierzchnia gałki ocznej. Światło to zwykle nie wystarcza do oftalmoskopii, ale wystarcza do wykrycia nowotworów i innych zmian w gęstości, grubości i pigmentacji błon oka. Ta różnica w przezroczystości „osłony” oka i aparatu jest bardzo znacząca, gdy patrzymy na oko jako na układ optyczny. Interesujące jest również to, że niska przezroczystość gałki ocznej wynika głównie z gęstości optycznej nie twardówki, ale naczyniówki.

Naczyniówka- jest to miękka naczyniówka składająca się z sieci naczynia krwionośne, odżywiając oko. Po stronie zwróconej w stronę siatkówki jest pokryta warstwą nabłonka pigmentowego, która służy jako główna ochrona oka przed obcym światłem. To właśnie w wyniku absorpcji w nabłonku barwnikowym wewnętrzna powierzchnia gałki ocznej ma bardzo niski współczynnik odbicia światła (5-10%). Pozostała część padającego światła jest pochłaniana przez tę warstwę. Pigmentacja jest różna w różnych częściach naczyniówki. Zatem w rejonie tylnego bieguna, gdzie naczynia są gęstsze, pigmentacja jest silniejsza, więc gołym okiem ta część błony wygląda na brązowo nakrapianą. ciemne miejsce wyróżnia się również w obszarze dołka centralnego. W powiększeniu, na przykład za pomocą oftalmoskopii, zauważalne są tutaj delikatne plamki, spowodowane nierówną pigmentacją komórek. Stopień pigmentacji zależy od ogólny kolor. Brunetki mają silniejszą pigmentację, albinosy nie mają jej wcale, co prowadzi do tego Gwałtowny spadek widzenie, ponieważ obraz obiektu utworzony przez układ optyczny oka nakłada się na jasne światło zewnętrzne przechodzące przez twardówkę.

Zatem jedną ze znaczących różnic między układem optycznym oka a aparatem jest częściowa przepuszczalność błony oka na światło, co w pewnych warunkach powoduje zakłócenia w postaci zasłony i zmniejsza kontrast pierwotny obraz siatkówki. Ta cecha oka ma pozytywna strona, jest szeroko stosowany w okulistyce do diagnostyki, na przykład podczas diafanoskopii, do lokalizacji zmian w dnie oka itp. Nie wszystkie zwierzęta mają nabłonek barwnikowy (na przykład krokodyl ma biały dno). Konsekwencje tej różnicy w budowie gałki ocznej stają się jasne z następującego rozumowania. W przypadku braku pigmentu wewnętrzna powierzchnia gałki ocznej jest jasna, tj. Ma wysoki współczynnik odbicia. Dzięki temu światło wpadające do oka przez niewielki otwór – źrenicę – ulega wielokrotnym odbiciom od wewnętrznej powierzchni gałki ocznej, a oświetlenie całej jej wewnętrznej powierzchni staje się niemal równomierne. Kontrast obrazu obiektu na jasnym tle gwałtownie maleje, a percepcja ulega pogorszeniu. Praca oka pozbawionego nabłonka barwnikowego przypomina tę znaną w inżynierii oświetleniowej Kulka integrująca Ulbrichta, którego wewnętrzna powierzchnia pokryta jest białą matową farbą. Światło wpadające do kuli przez mały otwór ulega wielokrotnym odbiciom, a całkowity współczynnik odbicia sięga 90%. Doświadczenie pokazuje, że ludzkie oko nie tak działa. Obserwując obiekt, zasłona nie jest wyczuwalna. Ułatwia to obecność nabłonka barwnikowego.

Znaczną absorpcję światła przez nabłonek barwnikowy wyraźnie potwierdza oftalmoskopia. Jeśli pole oświetlane przez oftalmoskop jest ograniczone przez przeponę, lekarz widzi jasno oświetlony okrąg na ciemnym polu w dnie pacjenta. Nie ma zauważalnego podświetlenia tła.

Rzeczywisty schemat oświetlania oka światłem przechodzącym przez źrenicę oka pokazano na rysunku. Światło przechodzące przez źrenicę i załamywane przez przezroczyste media oka tworzy obraz obiektu na jakiejś części siatkówki N. W tym przypadku większość energii świetlnej skupionej w obrazie jest pochłaniana przez pigment, przekształcana w nerw impulsy i przekształcane w wrażenie wizualne. Tym samym obraz jest odbierany i analizowany przez ośrodki wyższe. Jednakże ze względu na fakt, że pigment nie jest całkowicie czarnym ciałem, część energii świetlnej (około 5-10%) jest rozproszonie odbijana na nieoświetlonej powierzchni dna oka. To odbite światło jest ponownie wchłaniane przez nabłonek barwnikowy, tworząc delikatny welon. Około 1% światła odbija się po raz drugi i ponownie dociera do powierzchni dna oka. Odbicie wtórne ma bardzo niewielki wpływ na jakość obrazu, a dalsze odbicia nie mają praktycznego znaczenia.

Zatem efekt oświetlenia całej powierzchni ludzkiej siatkówki światłem odbitym wynika z wysoki współczynnik wchłanianie nabłonka barwnikowego jest niewielkie, jednak biorąc pod uwagę pracę oka, nie należy tego lekceważyć.

Artykuł z książki: .

, soczewka i ciało szkliste. Ich połączenie nazywa się aparatem dioptrii. W normalne warunki Załamanie (załamanie) promieni świetlnych od celu wzrokowego następuje przez rogówkę i soczewkę, dzięki czemu promienie skupiają się na siatkówce. Moc refrakcyjna rogówki (głównego elementu refrakcyjnego oka) wynosi 43 dioptrie. Wypukłość soczewki może się różnić, a jej moc refrakcyjna waha się od 13 do 26 dioptrii. Dzięki temu soczewka zapewnia akomodację gałki ocznej do obiektów znajdujących się w bliskiej lub dalszej odległości. Kiedy na przykład wpadają promienie światła z odległego obiektu normalne oko(przy rozluźnionym mięśniu rzęskowym) cel jest ostry na siatkówce. Jeśli oko jest skierowane w stronę pobliskiego obiektu, skupia się za siatkówką (czyli obraz na nim się rozmywa), aż do momentu wystąpienia akomodacji. Mięsień rzęskowy kurczy się, osłabiając napięcie włókien obręczy; Zwiększa się krzywizna soczewki, w wyniku czego obraz skupia się na siatkówce.

Rogówka i soczewka razem tworzą soczewkę wypukłą. Promienie światła z obiektu przechodzą przez punkt węzłowy soczewki i tworzą na siatkówce odwrócony obraz, jak w aparacie. Siatkówkę można porównać do błony fotograficznej, ponieważ obie rejestrują obrazy wizualne. Jednak siatkówka jest znacznie bardziej złożona. Przetwarza ciągłą sekwencję obrazów, a także wysyła do mózgu komunikaty o ruchach obiektów wzrokowych, groźne znaki, okresowe zmiany światła i ciemności oraz inne dane wizualne dotyczące środowiska zewnętrznego.

Chociaż oś optyczna ludzkiego oka przechodzi przez punkt węzłowy soczewki i punkt siatkówki pomiędzy dołkiem a tarczą wzrokową (ryc. 35.2), układ okoruchowy orientuje gałkę oczną w kierunku obszaru obiektu zwanego fiksacją punkt. Od tego momentu promień światła przechodzi przez punkt węzłowy i jest skupiany dołek; zatem biegnie wzdłuż osi wzrokowej. Promienie z innych części obiektu skupiają się w obszarze siatkówki wokół dołka centralnego (ryc. 35.5).

Skupienie promieni na siatkówce zależy nie tylko od soczewki, ale także od tęczówki. Tęczówka pełni rolę przysłony aparatu i reguluje nie tylko ilość światła wpadającego do oka, ale przede wszystkim głębokość pola widzenia i aberrację sferyczną obiektywu. Wraz ze zmniejszaniem się średnicy źrenicy zwiększa się głębia pola widzenia, a promienie świetlne kierowane są przez środkową część źrenicy, gdzie aberracja sferyczna jest minimalna. Zmiany średnicy źrenicy zachodzą automatycznie (tj. odruchowo), gdy oko dostosowuje się (akomoduje) do badania bliskich obiektów. Dlatego podczas czytania lub innych czynności oczu polegających na rozróżnianiu małych obiektów jakość obrazu poprawia układ optyczny oka.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na jakość obrazu jest rozpraszanie światła. Minimalizuje się go poprzez ograniczenie strumienia światła i jego absorpcji przez pigment naczyniówka i warstwę pigmentową siatkówki. Pod tym względem oko znów przypomina aparat. Tam również zapobiega się rozpraszaniu światła poprzez ograniczenie strumienia promieni i jego absorpcji przez czarną powłokę lakierniczą powierzchnia wewnętrzna kamery.

Ostrość obrazu zostaje zakłócona, jeśli wielkość źrenicy nie odpowiada sile załamania dioptrii. W przypadku krótkowzroczności (krótkowzroczność) obrazy odległych obiektów skupiają się przed siatkówką, nie docierając do niej (ryc. 35.6). Wadę koryguje się za pomocą soczewek wklęsłych. I odwrotnie, w przypadku nadwzroczności (dalekowzroczności) obrazy odległych obiektów skupiają się za siatkówką. Aby wyeliminować problem, potrzebne są soczewki wypukłe (ryc. 35.6). To prawda, że ​​obraz może być chwilowo ostry ze względu na akomodację, ale powoduje to zmęczenie mięśni rzęskowych i oczu. W przypadku astygmatyzmu występuje asymetria między promieniami krzywizny powierzchni rogówki lub soczewki (a czasem siatkówki) w różnych płaszczyznach. Do korekcji stosuje się soczewki o specjalnie dobranym promieniu krzywizny.

Elastyczność soczewki stopniowo maleje wraz z wiekiem. Efektywność jego akomodacji zmniejsza się podczas oglądania bliskich obiektów (starczowzroczność). W w młodym wieku Moc refrakcyjna soczewki może zmieniać się w szerokim zakresie, aż do 14 dioptrii. W wieku 40 lat zakres ten zmniejsza się o połowę, a po 50 latach - do 2 dioptrii i poniżej. Prezbiopia jest korygowana soczewki wypukłe.

Oko ludzkie często przytacza się jako przykład niesamowitej inżynierii naturalnej – sądząc jednak po tym, że jest to jeden z 40 wariantów urządzeń, które pojawiły się w procesie ewolucji różne organizmy powinniśmy złagodzić nasz antropocentryzm i przyznać, że jest to celowe ludzkie oko nie jest czymś doskonałym.

Opowieść o oku najlepiej zacząć od fotonu. Kwant promieniowania elektromagnetycznego powoli leci prosto w oko niczego niepodejrzewającego przechodnia, który mruży oczy pod niespodziewanym blaskiem czyjegoś zegarka.

Pierwszą częścią układu optycznego oka jest rogówka. Zmienia kierunek światła. Jest to możliwe dzięki takiej właściwości światła, jak załamanie, które jest również odpowiedzialne za tęczę. Prędkość światła w próżni jest stała i wynosi 300 000 000 m/s. Ale przechodząc z jednego ośrodka do drugiego (w tym przypadku z powietrza do oka), światło zmienia swoją prędkość i kierunek ruchu. Powietrze ma współczynnik załamania światła 1,000293, a rogówka ma współczynnik załamania światła 1,376. Oznacza to, że wiązka światła w rogówce zwalnia 1,376 razy i jest odchylana bliżej środka oka.

Ulubionym sposobem rozdzielania partyzantów jest świecenie im w twarz jasną lampą. To boli z dwóch powodów. Jasne światło ma moc promieniowanie elektromagnetyczne: Biliony fotonów atakują siatkówkę i ją zakończenia nerwowe zmuszone są do przesyłania szalonej ilości sygnałów do mózgu. Z powodu przeciążenia nerwy, podobnie jak druty, wypalają się. Zmusza to mięśnie tęczówki do maksymalnego skurczu, desperacko próbując zamknąć źrenicę i chronić siatkówkę.

I leci do ucznia. Z nim wszystko jest proste - to dziura w tęczówce. Za pomocą mięśni okrężnych i promieniowych tęczówka może odpowiednio zwężać i rozszerzać źrenicę, regulując ilość światła wpadającego do oka, podobnie jak przysłona w aparacie. Średnica ludzkiej źrenicy może wahać się od 1 do 8 mm w zależności od oświetlenia.

Po przelocie przez źrenicę foton uderza w soczewkę – drugą soczewkę odpowiedzialną za jego trajektorię. Soczewka załamuje światło słabiej niż rogówka, ale jest ruchoma. Soczewka zawieszona jest na mięśniach rzęskowych, które zmieniają jej krzywiznę, dzięki czemu możemy skupiać wzrok na obiektach znajdujących się w różnych odległościach od nas.

Upośledzenie wzroku wiąże się z koncentracją. Najczęściej spotykane są krótkowzroczność i dalekowzroczność. W obu przypadkach obraz nie jest skupiany na siatkówce, jak powinien, ale przed nią (krótkowzroczność) lub za nią (dalekowzroczność). Dzieje się tak za sprawą oka, które zmienia kształt z okrągłego na owalny, a następnie siatkówka oddala się od soczewki lub zbliża do niej.

Za soczewką foton przedostaje się przez ciało szkliste (przezroczysta galaretka – 2/3 objętości całego oka, 99% stanowi woda) prosto do siatkówki. Tutaj wykrywane są fotony, a komunikaty o ich przybyciu są wysyłane wzdłuż nerwów do mózgu.

Siatkówka jest wyłożona komórkami fotoreceptorów: gdy nie ma światła, wytwarzają one specjalne substancje - neuroprzekaźniki, ale gdy tylko trafi w nie foton, komórki fotoreceptorów przestają je wytwarzać - i jest to sygnał dla mózgu. Istnieją dwa rodzaje tych komórek: pręciki, które są bardziej wrażliwe na światło, i czopki, które lepiej wykrywają ruch. Mamy około stu milionów pręcików i kolejnych 6-7 milionów czopków, co daje w sumie ponad sto milionów elementy światłoczułe– to ponad 100 megapikseli, o jakich żaden „Hassel” nie mógł nawet marzyć.

Martwy punkt - punkt przełomowy, w którym go nie ma komórki światłoczułe. Jest dość duży - ma średnicę 1-2 mm. Na szczęście mamy widzenie obuoczne i istnieje mózg, który łączy dwa obrazy z plamami w jeden normalny.

W momencie transmisji sygnału w ludzkim oku pojawia się problem z logiką. Podwodna ośmiornica, która nie potrzebuje szczególnie wzroku, jest pod tym względem znacznie bardziej konsekwentna. U ośmiornic foton najpierw uderza w warstwę czopków i pręcików siatkówki, za którą bezpośrednio za nimi czeka warstwa neuronów przekazująca sygnał do mózgu. U człowieka światło najpierw przenika przez warstwy neuronów, a dopiero potem dociera do fotoreceptorów. Z tego powodu w oku pojawia się pierwszy punkt - martwy punkt.

Druga plamka jest żółta, jest to centralny obszar siatkówki naprzeciwko źrenicy, tuż nad nerwem wzrokowym. Oko widzi w tym miejscu najlepiej: stężenie komórek światłoczułych jest tutaj znacznie zwiększone, dlatego nasze widzenie w centrum pola widzenia jest znacznie ostrzejsze niż na peryferiach.

Obraz na siatkówce jest odwrócony. Mózg wie, jak poprawnie zinterpretować obraz i odtwarza obraz oryginalny z odwróconego. Dzieci przez pierwsze kilka dni widzą wszystko do góry nogami, podczas gdy ich mózg instaluje Photoshopa. Jeśli założymy okulary odwracające obraz (po raz pierwszy zrobiono to w 1896 r.), to po kilku dniach nasz mózg nauczy się poprawnie interpretować taki odwrócony obraz.

Zacząć.

Światło widzialne jest fale elektromagnetyczne, do którego dostrojona jest nasza wizja. Ludzkie oko można porównać do anteny radiowej, z tą różnicą, że będzie ono czułe nie na fale radiowe, a na inne pasmo częstotliwości. Jako światło ludzie postrzegają fale elektromagnetyczne o długości fali od około 380 nm do 700 nm. (Nanometr równa się jednej miliardowej metra). Fale w tym konkretnym zakresie nazywane są widmem widzialnym; z jednej strony sąsiaduje z promieniowaniem ultrafioletowym (tak drogim sercom miłośników opalania), z drugiej – widmem podczerwieni (które sami jesteśmy w stanie wygenerować w postaci ciepła wydzielanego przez organizm). Ludzkie oko i mózg (najszybszy istniejący procesor) wizualnie rekonstruują to, co widzialne, w czasie rzeczywistym świat(często nie tylko widzialnych, ale i wyimaginowanych, o czym więcej w artykule o Gestalt).

Dla fotografów i fotografów-amatorów porównanie z odbiornikiem radiowym wydaje się pozbawione sensu: jeśli poprowadzimy analogie, to ze sprzętem fotograficznym istnieje pewne podobieństwo: oko i soczewka, mózg i procesor, obraz mentalny i obraz zapisany w pamięci plik. Na forach często porównuje się wizję i fotografię, wyrażane są bardzo różne opinie. Postanowiłem zebrać informacje i wyciągnąć analogie.

Spróbujmy znaleźć analogie w projekcie:

Rogówka pełni rolę przedniego elementu soczewki, załamując wpadające światło i jednocześnie jako „filtr UV”, który chroni powierzchnię „soczewki”,

Tęczówka działa jak przepona – rozszerza się lub kurczy w zależności od wymaganej ekspozycji. Tak naprawdę tęczówka, która nadaje oczom kolor inspirujący do poetyckich porównań i prób „utopienia się w oczach”, to po prostu mięsień, który rozszerza się lub kurczy i w ten sposób określa wielkość źrenicy.

Źrenica jest soczewką, a w niej soczewka - grupa skupiająca soczewek obiektywowych, które mogą zmieniać kąt załamania światła.

Siatkówka, zlokalizowana z tyłu wewnętrzna ściana gałka oczna, działa de facto jak matryca/film.

Mózg jest procesorem przetwarzającym dane/informacje.

A sześć mięśni odpowiedzialnych za ruchomość gałki ocznej i przyczepionych do niej od zewnątrz – na rozciąganie – są jednak porównywalne zarówno z systemem śledzenia autofokusa, jak i systemem stabilizacji obrazu, a nawet z fotografem kierującym obiektyw aparatu na scenę go interesuje.

Obraz faktycznie powstający w oku jest odwrócony (jak w aparacie otworkowym); Jego korektą zajmuje się specjalna część mózgu, która obraca obraz „od stóp do głów”. Noworodki widzą świat bez tej korekty, dlatego czasami odwracają wzrok lub sięgają w kierunku przeciwnym do ruchu, za którym podążają. Eksperymenty z dorosłymi noszącymi okulary, które odwracały obraz do „nieskorygowanego” widoku, wykazały, że łatwo przystosowali się do odwróconej perspektywy. Badani, którzy zdjęli okulary, potrzebowali podobnej ilości czasu, aby ponownie się „dopasować”.

To, co dana osoba „widzi”, można w rzeczywistości porównać do stale aktualizowanego strumienia informacji, które mózg składa w obraz. Oczy są w ciągłym ruchu, zbierając informacje – skanują pole widzenia i aktualizują zmienione szczegóły, przechowując informacje statyczne.

Obszar obrazu, na którym człowiek może się skupić w dowolnym momencie, to tylko około pół stopnia pola widzenia. Odpowiada to „żółtej plamce”, a reszta obrazu pozostaje nieostra, coraz bardziej rozmyta w kierunku brzegów pola widzenia.

Obraz powstaje na podstawie danych zebranych przez światłoczułe receptory oka: pręciki i czopki, znajdujące się na tylnej wewnętrznej powierzchni oka – siatkówce. Pręcików jest 14 razy więcej - około 110-125 milionów prętów w porównaniu z 6-7 milionami szyszek.

Czopki są 100 razy mniej wrażliwe na światło niż pręciki, jednak znacznie lepiej niż pręciki odbierają kolory i reagują na ruch. Pręciki – pierwszy rodzaj komórek – są wrażliwe na intensywność światła oraz na sposób, w jaki postrzegamy kształty i kontury. Dlatego czopki są bardziej odpowiedzialne za widzenie w dzień, a pręciki za widzenie w nocy. Istnieją trzy podtypy czopków, różniące się wrażliwością na różne długości fal lub kolory podstawowe, do których są dostrojone: stożki typu S dla krótkich fal - niebieskie, typu M dla średnich długości fal - zielone i stożki typu L dla długich fal - czerwony. Wrażliwość odpowiednich czopków na kolory nie jest taka sama. Oznacza to, że ilość światła potrzebna do wytworzenia (ta sama intensywność ekspozycji) tego samego wrażenia intensywności jest różna dla czopków S, M i L. Oto matryca aparatu cyfrowego - nawet fotodiody Zielony kolor każda komórka zawiera dwa razy więcej fotodiod niż inne kolory, w rezultacie rozdzielczość takiej struktury jest maksymalna w zielonym obszarze widma, co odpowiada charakterystyce ludzkiego wzroku.

Kolor widzimy przede wszystkim w centralnej części pola widzenia – to tam znajdują się prawie wszystkie czopki wrażliwe na kolory. W warunkach niewystarczającego oświetlenia stożki tracą na znaczeniu, a informacje zaczynają pochodzić z prętów, które postrzegają wszystko w trybie monochromatycznym. Dlatego większość tego, co widzimy w nocy, pojawia się w czerni i bieli.

Ale nawet w jasnym świetle krawędzie pola widzenia pozostają monochromatyczne. Kiedy patrzysz na wprost, a na skraju Twojego pola widzenia pojawia się samochód, nie będziesz w stanie określić jego koloru, dopóki Twoje oko nie spojrzy na chwilę w jego stronę.

Pręciki są niezwykle światłoczułe – są w stanie zarejestrować światło tylko jednego fotonu. Przy standardowym oświetleniu oko rejestruje około 3000 fotonów na sekundę. A ponieważ centralną część pola widzenia zajmują czopki zorientowane na światło dzienne, oko zaczyna dostrzegać więcej szczegółów obrazu spoza centrum, gdy słońce chowa się za horyzontem.

Można to łatwo sprawdzić obserwując gwiazdy czysta noc. W miarę jak Twoje oko przyzwyczaja się do braku światła (pełna adaptacja trwa około 30 minut), jeśli spojrzysz w jeden punkt, zaczniesz widzieć grupy słabych gwiazd oddalonych od punktu, na który patrzysz. Jeśli skierujesz na nie wzrok, znikną, a w obszarze, na którym skupiał się twój wzrok przed poruszeniem, pojawią się nowe grupy.

Wiele zwierząt (i prawie wszystkie ptaki) ma znacznie większą liczbę czopków niż przeciętny człowiek, co pozwala im wykrywać małe zwierzęta i inne ofiary z dużych wysokości i odległości. I odwrotnie, zwierzęta prowadzące nocny tryb życia i stworzenia polujące nocą mają więcej pręcików, co poprawia widzenie w nocy.

A teraz analogie.

Jakie są ogniskowe ludzkiego oka?

Widzenie to proces o wiele bardziej dynamiczny i pojemny, jeśli porównać go z obiektywem zmiennoogniskowym bez dodatkowych informacji.

Obraz odbierany przez mózg z obu oczu ma kąt pola widzenia 120-140 stopni, czasem trochę mniejszy, rzadko większy. (w pionie do 125 stopni i w poziomie - 150 stopni, ostry obraz zapewnia jedynie obszar plamki żółtej w zakresie 60-80 stopni). Dlatego w Wartości bezwzględne Oczy są podobne do obiektywu szerokokątnego, ale ogólna perspektywa i relacje przestrzenne między obiektami w polu widzenia są podobne do obrazu uzyskanego z „normalnego” obiektywu. W przeciwieństwie do tradycyjnie przyjętej opinii, że ogniskowa „normalnego” obiektywu mieści się w przedziale 50 – 55 mm, faktyczna ogniskowa normalnego obiektywu wynosi 43 mm.

Przenosząc całkowity kąt pola widzenia na system 24*36 mm, otrzymujemy – biorąc pod uwagę wiele czynników, takich jak warunki oświetleniowe, odległość od fotografowanego obiektu, wiek i stan zdrowia człowieka – ogniskową od 22 do 24 mm (ogniskowa 22,3 mm otrzymała najwięcej głosów jako najbliższa obrazowi ludzkiego wzroku).

Czasem zdarzają się figurki o ogniskowej 17 mm (a dokładniej 16,7 mm). Ogniskową tę uzyskuje się poprzez odpychanie obrazu powstającego wewnątrz oka. Kąt dochodzący daje równoważną ogniskową 22–24 mm, kąt wychodzący wynosi 17 mm. To jak patrzenie przez lornetkę Odwrotna strona– obiekt nie będzie bliżej, ale dalej. Stąd rozbieżność w liczbach.

Najważniejsze jest to, ile megapikseli?

Pytanie jest trochę błędne, ponieważ obraz zebrany przez mózg zawiera fragmenty informacji, które nie są zbierane jednocześnie, jest to przetwarzanie strumieniowe. Nadal nie ma jasności w kwestii metod i algorytmów przetwarzania. I też trzeba to wziąć pod uwagę zmiany związane z wiekiem i stan zdrowia.

Powszechnie przytaczaną liczbą są 324 megapiksele, liczba oparta na polu widzenia obiektywu 24 mm w aparacie 35 mm (90 stopni) i rozdzielczości oka. Jeśli spróbujemy znaleźć jakąś liczbę bezwzględną, przyjmując każdy pręt i stożek jako pełnoprawny piksel, otrzymamy około 130 megapikseli. Liczby wydają się błędne: fotografia dąży do szczegółowości „od krawędzi do krawędzi”, a ludzkie oko w danym momencie „ostro i szczegółowo” widzi tylko niewielki wycinek kadru. A ilość informacji (kolor, kontrast, szczegóły) różni się znacznie w zależności od warunków oświetleniowych. Wolę ocenę 20 megapikseli: w końcu „ żółta plama„szacowana jest na około 4 – 5 megapikseli, pozostała część obszaru jest rozmyta i nieokreślona (na obrzeżach siatkówki znajdują się głównie pręciki, zgrupowane w grupy liczące do kilku tysięcy wokół komórek zwojowych – rodzaj wzmacniaczy sygnału).

Gdzie jest zatem granica rozdzielczości?

Według szacunków plik o rozdzielczości 74 megapikseli, wydrukowany jako pełnokolorowa fotografia w rozdzielczości 530 ppi i o wymiarach 35 na 50 cm (13 x 20 cali), oglądany z odległości 50 cm, odpowiada maksymalnej szczegółowości, jaką ludzkie oko jest w stanie.

Oko i ISO

Kolejne pytanie, na które prawie nie da się jednoznacznie odpowiedzieć. Faktem jest, że w odróżnieniu od matryc filmowych i aparatów cyfrowych oko nie posiada naturalnej (czy też podstawowej) czułości, a jego umiejętność przystosowania się do warunków oświetleniowych jest po prostu niesamowita – widzimy zarówno na oświetlonej słońcem plaży, jak i w zacienionej uliczce o zmroku.

Zresztą wspomina się, że w jasnym świetle słonecznym ISO ludzkiego oka jest równe jeden, a przy słabym oświetleniu około ISO 800.

Zakres dynamiczny

Od razu odpowiedzmy na pytanie o kontrast/zakres dynamiczny: w jasnym świetle kontrast ludzkiego oka przekracza 10 000 do 1 – wartość nieosiągalną ani dla kliszy, ani dla matryc. Noc zakres dynamiczny(obliczone przez widoczne dla oka- przy pełni księżyca w polu widzenia - gwiazd) osiąga milion do jednego.

Przysłona i czas otwarcia migawki

Przy całkowicie rozszerzonej źrenicy maksymalny otwór w oku ludzkim wynosi około f/2,4; inne szacunki wahają się od f/2.1 do f/3.8. Wiele zależy od wieku i stanu zdrowia danej osoby. Minimalna przysłona, czyli to, jak daleko nasze oko jest w stanie „przymknąć” podczas patrzenia na jasny, śnieżny obraz lub oglądania siatkarzy plażowych pod słońcem, waha się od f/8.3 do f/11. (Maksymalne zmiany w wielkości źrenicy dla zdrowa osoba- od 1,8 mm do 7,5 mm).

Jeśli chodzi o czas otwarcia migawki, ludzkie oko może z łatwością wykryć błyski światła trwające 1/100 sekundy, a w warunkach eksperymentalnych do 1/200 sekundy lub krócej, w zależności od oświetlenia otoczenia.

Uszkodzone i gorące piksele

W każdym oku jest ślepa plamka. Punkt, w którym informacje z czopków i pręcików zbiegają się, zanim zostaną przesłane do mózgu w celu przetwarzania wsadowego, nazywany jest wierzchołkiem nerwu wzrokowego. Na tym „górze” nie ma prętów i stożków - pojawia się dość duży martwy punkt - grupa martwych pikseli.

Jeśli jesteś zainteresowany, spróbuj małego eksperymentu: zamknij lewe oko i prawym okiem spójrz prosto na ikonę „+” na obrazku poniżej, stopniowo zbliżając się do monitora. W pewnej odległości – około 30-40 centymetrów od obrazu – ikona „*” przestanie być widoczna. Możesz także sprawić, że „plus” zniknie, patrząc na „gwiazdkę” lewe oko, zamykając prawy. Te martwe punkty nie wpływają szczególnie na widzenie – mózg wypełnia luki danymi – bardzo podobnie do procesu pozbywania się martwych i gorących pikseli na matrycy w czasie rzeczywistym.

Siatka Amslera

Nie chcę rozmawiać o chorobach, ale konieczność umieszczenia w artykule chociaż jednego celu badawczego mnie do tego zmusza. Być może pomoże to komuś w porę rozpoznać początkowe problemy ze wzrokiem. Więc, zwyrodnienie plamki związane z wiekiem(AMD) wpływa na plamkę żółtą, która jest odpowiedzialna za ostrość widzenie centralne– na środku pola pojawia się martwy punkt. Badanie wzroku można łatwo przeprowadzić samodzielnie, korzystając z „siatki Amslera” – kartki papieru w kratkę o wymiarach 10*10 cm z czarną kropką pośrodku. Spójrz na punkt w środku siatki Amslera. Rysunek po prawej stronie pokazuje przykład tego, jak powinna wyglądać siatka Amslera zdrowy wzrok. Jeśli linie obok kropki są niewyraźne, istnieje prawdopodobieństwo AMD i należy skonsultować się z okulistą.

Nie mówmy już nic o jaskrze i mroczku – dość tych strasznych historii.

Siatka Amslera z możliwymi problemami

Jeżeli na siatce Amslera pojawi się przyciemnienie lub zniekształcenie linii, należy skonsultować się z okulistą.

Czujniki ostrości lub żółta plamka.

Miejsce najlepsza przyprawa widzenie w siatkówce – zwane „żółtą plamką” ze względu na żółty barwnik obecny w komórkach – znajduje się naprzeciw źrenicy i ma kształt owalu o średnicy około 5 mm. Zakładamy, że „żółta plamka” jest analogiem krzyżowego czujnika autofokusa, który jest dokładniejszy niż konwencjonalne czujniki.

Krótkowzroczność

Korekta – krótkowzroczność i dalekowzroczność

Lub w bardziej „fotograficznym” ujęciu: front focus i back focus – obraz powstaje przed lub za siatkówką. W celu regulacji udaj się do centrum serwisowego (do okulisty) lub skorzystaj z mikroregulacji: używając okularów z wklęsłymi soczewkami do ustawiania ostrości z przodu (krótkowzroczność, czyli krótkowzroczność) i okularów z wypukłymi soczewkami do ustawiania ostrości z tyłu (dalekowzroczność, czyli nadwzroczność).

Dalekowzroczność

Wreszcie

Jakim okiem patrzymy przez wizjer? Wśród fotografów amatorów rzadko wspominają o oczach prowadzących i końcowych. Można to sprawdzić w bardzo prosty sposób: weź nieprzezroczysty ekran z małą dziurką (kartkę papieru z dziurką wielkości monety) i spójrz przez otwór na odległy obiekt z odległości 20-30 centymetrów. Następnie, nie ruszając głową, patrz naprzemiennie prawym i lewym okiem, zamykając drugie. W przypadku oka dominującego obraz nie będzie się przesuwał. Pracując z kamerą i patrząc w nią okiem dominującym, nie musisz mrużyć drugiego oka.

I trochę ciekawiej autotesty od A. R. Lurii:

Skrzyżuj ręce na klatce piersiowej w pozie Napoleona. Ręka wiodąca będzie na górze.

Spleć palce kilka razy z rzędu. Kciuk dowolnej ręki znajdującej się na górze jest wiodącym podczas wykonywania małych ruchów.

Weź ołówek. „Wyceluj”, wybierając cel i patrząc na niego obydwoma oczami przez czubek ołówka. Zamknij jedno oko, potem drugie. Jeśli cel porusza się mocno, gdy lewe oko jest zamknięte, to lewe oko jest wiodącym i odwrotnie.

Twoja noga prowadząca to ta, której używasz do odpychania się podczas skoków.

Wizja to kanał, przez który człowiek otrzymuje około 70% wszystkich danych o otaczającym go świecie. Jest to możliwe tylko dlatego, że ludzki wzrok jest jednym z najbardziej złożonych i niesamowitych systemów wizualnych na naszej planecie. Gdyby nie było wizji, najprawdopodobniej wszyscy żylibyśmy w ciemności.

Oko ludzkie ma doskonałą budowę i zapewnia widzenie nie tylko w kolorze, ale także w trzech wymiarach i z najwyższą ostrością. Ma możliwość natychmiastowej zmiany ostrości na różne odległości, regulowania głośności wpadającego światła, rozróżniania ogromnej liczby kolorów i nie tylko. duża ilość odcienie, korekcja aberracji sferycznych i chromatycznych itp. Mózg oka jest połączony z sześcioma poziomami siatkówki, w których dane przechodzą etap kompresji jeszcze przed przesłaniem informacji do mózgu.

Ale jak działa nasza wizja? Jak przekształcić kolor odbity od obiektów w obraz poprzez wzmocnienie koloru? Jeśli pomyślisz o tym poważnie, możesz dojść do wniosku, że struktura ludzkiego układu wzrokowego jest „przemyślana” w najdrobniejszych szczegółach przez Naturę, która ją stworzyła. Jeśli wolisz wierzyć, że za stworzenie człowieka odpowiedzialny jest Stwórca lub inna osoba Wysoka moc, to możesz im przypisać tę zasługę. Ale nie rozumiemy, ale kontynuujmy rozmowę o strukturze widzenia.

Ogromna ilość szczegółów

Strukturę oka i jego fizjologię można szczerze nazwać naprawdę idealną. Pomyśl sam: oba oczy znajdują się w oczodołach kostnych czaszki, które chronią je przed wszelkiego rodzaju uszkodzeniami, ale wystają z nich w taki sposób, aby zapewnić jak najszersze widzenie poziome.

Odległość oczu od siebie zapewnia głębię przestrzenną. A same gałki oczne, jak wiadomo, mają kulisty kształt, dzięki czemu mogą obracać się w czterech kierunkach: w lewo, w prawo, w górę i w dół. Ale każdy z nas uważa to za coś oczywistego – niewiele osób wyobraża sobie, co by się stało, gdyby nasze oczy były kwadratowe lub trójkątne lub ich ruch był chaotyczny – to spowodowałoby, że widzenie byłoby ograniczone, chaotyczne i nieskuteczne.

Zatem struktura oka jest niezwykle złożona, ale dokładnie to właśnie robi możliwą pracę około czterech tuzinów różnych jego składników. A nawet gdyby zabrakło choć jednego z tych elementów, proces widzenia przestałby przebiegać tak, jak należy.

Aby zobaczyć jak skomplikowane jest oko, zapraszamy do zwrócenia uwagi na poniższy rysunek.

Porozmawiajmy o tym, jak w praktyce realizowany jest proces percepcji wzrokowej, jakie elementy układu wzrokowego biorą w tym udział i za co odpowiada każdy z nich.

Przejście światła

Gdy światło zbliża się do oka, promienie świetlne zderzają się z rogówką (znaną również jako rogówka). Przezroczystość rogówki umożliwia przedostawanie się światła przez nią do wewnętrznej powierzchni oka. Nawiasem mówiąc, przezroczystość jest najważniejszą cechą rogówki i pozostaje przezroczysta dzięki temu, że zawarte w niej specjalne białko hamuje rozwój naczyń krwionośnych - proces, który zachodzi w prawie każdej tkance Ludzkie ciało. Gdyby rogówka nie była przezroczysta, pozostałe elementy układu wzrokowego nie miałyby żadnego znaczenia.

Rogówka między innymi zapobiega przedostawaniu się zanieczyszczeń, kurzu i innych substancji do wewnętrznych jam oka. pierwiastki chemiczne. Krzywizna rogówki umożliwia jej załamanie światła i pomaga soczewce skupiać promienie świetlne na siatkówce.

Po przejściu światła przez rogówkę przechodzi ono przez mały otwór znajdujący się pośrodku tęczówki. Tęczówka to okrągła przesłona, która znajduje się przed soczewką, tuż za rogówką. Tęczówka jest również elementem nadającym kolor oczu, a kolor zależy od dominującego pigmentu w tęczówce. Centralny otwór w tęczówce to źrenica znana każdemu z nas. Rozmiar tego otworu można zmieniać, aby kontrolować ilość światła wpadającego do oka.

Rozmiar źrenicy będzie zmieniany bezpośrednio przez tęczówkę, a to za sprawą jej unikalnej budowy, gdyż składa się ona z dwóch różnych rodzajów tkanki mięśniowej (nawet tu są mięśnie!). Pierwszy mięsień to kompresor kołowy – jest on umiejscowiony w tęczówce w sposób okrężny. Kiedy światło jest jasne, kurczy się, w wyniku czego źrenica kurczy się, jakby była przyciągana do wewnątrz przez mięsień. Drugi mięsień to mięsień prostowniczy – położony jest promieniowo, tj. wzdłuż promienia tęczówki, który można porównać do szprych koła. W ciemnym oświetleniu ten drugi mięsień kurczy się, a tęczówka otwiera źrenicę.

Wielu wciąż napotyka pewne trudności, próbując wyjaśnić, w jaki sposób następuje powstawanie wymienionych wyżej elementów ludzkiego układu wzrokowego, bo w jakiejkolwiek innej formie pośredniej, tj. na żadnym etapie ewolucji po prostu nie byłyby w stanie działać, ale człowiek widzi to od samego początku swojego istnienia. Tajemnica…

Skupienie

Pomijając powyższe etapy, światło zaczyna przechodzić przez soczewkę umieszczoną za tęczówką. Soczewka jest elementem optycznym w kształcie wypukłej, podłużnej kuli. Soczewka jest całkowicie gładka i przezroczysta, nie ma w niej naczyń krwionośnych, a sama znajduje się w elastycznym worku.

Przechodząc przez soczewkę światło ulega załamaniu, po czym skupia się na dołku siatkówki – najbardziej wrażliwym miejscu zawierającym maksymalna ilość fotoreceptory.

Należy pamiętać, że unikalna struktura i skład zapewniają rogówce i soczewce dużą moc refrakcyjną, gwarantując krótką ogniskową. I jakie to niesamowite, że tak złożony system mieści się tylko w jednej gałce ocznej (wystarczy pomyśleć, jak mógłby wyglądać człowiek, gdyby na przykład potrzebny był miernik do skupiania promieni świetlnych pochodzących z przedmiotów!).

Nie mniej interesujące jest to, że łączna moc refrakcyjna tych dwóch elementów (rogówki i soczewki) jest w doskonałej korelacji z gałką oczną, co można śmiało nazwać kolejnym dowodem na to, że system wizualny stworzony po prostu niezrównany, ponieważ proces skupiania się jest zbyt złożony, aby mówić o nim jako o czymś, co zachodzi jedynie poprzez stopniowe mutacje – etapy ewolucyjne.

Jeśli mówimy o obiektach znajdujących się blisko oka (z reguły odległość mniejszą niż 6 metrów uważa się za bliską), to wszystko jest jeszcze ciekawsze, ponieważ w tej sytuacji załamanie promieni świetlnych okazuje się jeszcze silniejsze . Zapewnia to zwiększenie krzywizny soczewki. Soczewka jest połączona za pomocą pasm rzęskowych z mięśniem rzęskowym, co po skurczeniu powoduje, że soczewka przyjmuje bardziej wypukły kształt, zwiększając w ten sposób jej siłę refrakcyjną.

I tutaj znowu nie możemy nie wspomnieć o złożonej budowie soczewki: składa się ona z wielu nitek, które składają się z połączonych ze sobą komórek, a cienkie paski łączą ją z ciałem rzęskowym. Skupianie odbywa się pod kontrolą mózgu niezwykle szybko i całkowicie „automatycznie” – człowiek nie jest w stanie świadomie przeprowadzić takiego procesu.

Znaczenie „filmu z aparatu”

Efektem ogniskowania jest zagęszczenie obrazu na siatkówce, która jest wielowarstwową tkanką wrażliwą na zasłanianie światłem z powrotem gałka oczna. Siatkówka zawiera około 137 000 000 fotoreceptorów (dla porównania możemy przytoczyć współczesne aparaty cyfrowe, które mają nie więcej niż 10 000 000 takich elementów sensorycznych). Tak ogromna liczba fotoreceptorów wynika z faktu, że są one rozmieszczone niezwykle gęsto - około 400 000 na 1 mm².

Nie na miejscu byłoby przytoczyć w tym miejscu słowa mikrobiologa Alana L. Gillena, który w swojej książce „The Body by Design” wypowiada się o siatkówce oka jako o arcydziele projektowania inżynierskiego. Uważa, że ​​siatkówka jest najbardziej niesamowitym elementem oka, porównywalnym do kliszy fotograficznej. Światłoczuła siatkówka, znajdująca się z tyłu gałki ocznej, jest znacznie cieńsza niż celofan (jej grubość nie przekracza 0,2 mm) i znacznie bardziej czuła niż jakikolwiek klisz fotograficzny wykonany przez człowieka. Komórki tej wyjątkowej warstwy są w stanie przetworzyć aż 10 miliardów fotonów, podczas gdy najczulsza kamera może przetworzyć zaledwie kilka tysięcy. Ale jeszcze bardziej zdumiewające jest to, że ludzkie oko może wykryć kilka fotonów nawet w ciemności.

W sumie siatkówka składa się z 10 warstw komórek fotoreceptorowych, z czego 6 to warstwy komórek światłoczułych. Istnieją 2 rodzaje fotoreceptorów specjalna forma, dlatego nazywane są stożkami i prętami. Pręciki są niezwykle wrażliwe na światło i zapewniają oku czarno-białą percepcję oraz widzenie w nocy. Czopki z kolei nie są tak wrażliwe na światło, ale potrafią rozróżniać kolory – optymalne działanie szyszek odnotowuje się w dzień dni.

Dzięki pracy fotoreceptorów promienie świetlne przekształcają się w kompleksy impulsów elektrycznych i wysyłane z niesamowitą prędkością do mózgu. wysoka prędkość, a same te impulsy w ułamku sekundy pokonują ponad milion włókna nerwowe.

Komunikacja komórek fotoreceptorów w siatkówce jest bardzo złożona. Czopki i pręciki nie są bezpośrednio połączone z mózgiem. Otrzymawszy sygnał, przekierowują go do komórek dwubiegunowych, a przetworzone już sygnały przekierowują do komórek zwojowych, czyli ponad miliona aksonów (neurytów, którymi przekazywane są impulsy nerwowe), które tworzą jedną całość. nerw wzrokowy, przez który dane dostają się do mózgu.

Dwie warstwy interneurony, zanim dane wzrokowe zostaną przesłane do mózgu, ułatwiają równoległe przetwarzanie tych informacji przez sześć poziomów percepcji zlokalizowanych w siatkówce. Jest to konieczne, aby obrazy zostały rozpoznane tak szybko, jak to możliwe.

Percepcja mózgu

Gdy przetworzona informacja wizualna dotrze do mózgu, zaczyna ją sortować, przetwarzać i analizować, a także tworzy pełny obraz z poszczególnych danych. Oczywiście o pracy ludzki mózg Wciąż jest wiele niewiadomych, ale nawet to, co może zapewnić dzisiejszy świat naukowy, wystarczy, aby być zdumionym.

Za pomocą dwojga oczu powstają dwa „obrazy” świata otaczającego człowieka - po jednym dla każdej siatkówki. Obydwa „obrazy” przekazywane są do mózgu i w rzeczywistości osoba widzi dwa obrazy jednocześnie. Ale jak?

Ale chodzi o to: punkt siatkówkowy jednego oka dokładnie odpowiada punktowi siatkówkowemu drugiego, co sugeruje, że oba obrazy wchodzące do mózgu mogą nakładać się na siebie i łączyć ze sobą, aby uzyskać pojedynczy obraz. Informacje odbierane przez fotoreceptory każdego oka są zbiegane Kora wzrokowa mózgu, w którym pojawia się pojedynczy obraz.

Ze względu na to, że dwoje oczu może mieć różne projekcje, można zaobserwować pewne niespójności, ale mózg porównuje i łączy obrazy w taki sposób, że człowiek nie dostrzega żadnych niespójności. Co więcej, te niespójności można wykorzystać do uzyskania poczucia głębi przestrzennej.

Jak wiadomo, w wyniku załamania światła obrazy wizualne wchodzące do mózgu są początkowo bardzo małe i odwrócone do góry nogami, ale „na wyjściu” otrzymujemy obraz, do którego jesteśmy przyzwyczajeni.

Ponadto w siatkówce obraz jest podzielony przez mózg na dwie części w pionie - przez linię przechodzącą przez dół siatkówki. Lewe części obrazów odbieranych przez oba oczy są przekierowywane do , a prawe części są przekierowywane w lewo. Zatem każda z półkul osoby oglądającej otrzymuje dane tylko z jednej części tego, co widzi. I znowu – „na wyjściu” dostajemy solidny obraz bez śladów połączenia.

Oddzielenie obrazów i niezwykle złożone ścieżki optyczne sprawiają, że mózg widzi oddzielnie od każdej ze swoich półkul za pomocą każdego oka. Pozwala to przyspieszyć przetwarzanie przepływu przychodzących informacji, a także zapewnia widzenie jednym okiem, jeśli nagle osoba z jakiegoś powodu przestanie widzieć drugim.

Można stwierdzić, że mózg w procesie przetwarzania informacji wzrokowej usuwa „martwe” plamy, zniekształcenia powstałe na skutek mikroruchów oczu, mrugnięć, kąta widzenia itp., oferując swojemu właścicielowi odpowiedni całościowy obraz tego, co się dzieje. obserwowane.

Kolejny z ważne elementy system wizualny jest. Nie sposób bagatelizować wagi tej kwestii, bo... Aby w ogóle móc prawidłowo korzystać ze wzroku, musimy umieć obracać oczy, podnosić je, opuszczać, krótko mówiąc, poruszać oczami.

W sumie istnieje 6 mięśni zewnętrznych, które łączą się z zewnętrzną powierzchnią gałki ocznej. Mięśnie te obejmują 4 mięśnie proste (dolny, górny, boczny i środkowy) oraz 2 mięśnie skośne (dolny i górny).

W momencie, gdy którykolwiek z mięśni się kurczy, mięsień przeciwny do niego rozluźnia się – zapewnia to płynny ruch gałek ocznych (w przeciwnym razie wszystkie ruchy oczu byłyby szarpane).

Kiedy obrócisz oboje oczu, automatycznie zmieni się ruch wszystkich 12 mięśni (6 mięśni w każdym oku). I warto zauważyć, że proces ten ma charakter ciągły i bardzo dobrze skoordynowany.

Według słynnego okulisty Petera Janeya kontrola i koordynacja komunikacji narządów i tkanek z ośrodkowym system nerwowy przez nerwy (nazywa się to unerwieniem) wszystkich 12 mięśnie oczu reprezentuje jeden z bardzo złożone procesy, zachodzące w mózgu. Jeśli dodamy do tego dokładność przekierowania wzroku, płynność i równomierność ruchów, prędkość, z jaką oko może się obracać (a łącznie wynosi to aż 700° na sekundę) i połączymy to wszystko, faktycznie otrzymamy zdobądź mobilne oko, które jest fenomenalne pod względem wydajności. A fakt, że dana osoba ma dwoje oczu, czyni sprawę jeszcze bardziej złożoną - przy synchronicznych ruchach oczu konieczne jest to samo unerwienie mięśni.

Mięśnie obracające oczy różnią się od mięśni szkieletowych, ponieważ... zbudowane są z wielu różnych włókien i sterowane są przez jeszcze większą liczbę neuronów, w przeciwnym razie dokładność ruchów stałaby się niemożliwa. Mięśnie te można również nazwać wyjątkowymi, ponieważ potrafią szybko się kurczyć i praktycznie się nie męczą.

Biorąc pod uwagę, że oko jest jednym z najważniejszych ważne narządy Ludzkie ciało, wymaga ciągłej opieki. Właśnie w tym celu zapewniono, że tak powiem, „zintegrowany system czyszczenia”, który składa się z brwi, powiek, rzęs i gruczołów łzowych.

Za pomocą gruczołów łzowych regularnie wytwarza się lepki płyn, który przemieszcza się z małą prędkością w dół powierzchnia zewnętrzna gałka oczna. Płyn ten zmywa z rogówki różne zanieczyszczenia (kurz itp.), po czym przedostaje się do wewnętrznego kanału łzowego, skąd spływa kanałem nosowym i jest wydalany z organizmu.

Łzy zawierają bardzo silną substancję antybakteryjną, która niszczy wirusy i bakterie. Powieki pełnią funkcję wycieraczek - oczyszczają i nawilżają oczy poprzez mimowolne mruganie w odstępach 10-15 sekund. Oprócz powiek działają również rzęsy, zapobiegając przedostawaniu się zanieczyszczeń, brudu, zarazków itp. do oka.

Jeżeli powieki nie spełniały swojej funkcji, oczy człowieka stopniowo wysychały i pokrywały się bliznami. Gdyby nie to kanał łzowy, oczy byłyby stale wypełnione płynem łzowym. Jeśli ktoś nie mrugnął, odłamki dostały się do jego oczu, a nawet mógł oślepnąć. Wszystko " system czyszczenia„musi obejmować działanie wszystkich elementów bez wyjątku, w przeciwnym razie po prostu przestałoby działać.

Oczy jako wskaźnik stanu

Oczy człowieka są w stanie przekazywać wiele informacji podczas interakcji z innymi ludźmi i otaczającym go światem. Oczy mogą promieniować miłością, płonąć gniewem, odzwierciedlać radość, strach, niepokój lub zmęczenie. Oczy pokazują, gdzie dana osoba patrzy, czy jest czymś zainteresowana, czy nie.

Na przykład, gdy ludzie przewracają oczami podczas rozmowy z kimś, można to zinterpretować zupełnie inaczej niż normalne spojrzenie w górę. Duże oczy dzieci wywołują zachwyt i czułość wśród otaczających je osób. A stan uczniów odzwierciedla stan świadomości, w którym ten moment czas jest osoba. Oczy są wskaźnikiem życia i śmierci, jeśli mówimy w sensie globalnym. Pewnie dlatego nazywane są „zwierciadłem” duszy.

Zamiast wniosków

Na tej lekcji przyjrzeliśmy się strukturze ludzkiego układu wzrokowego. Naturalnie pominęliśmy wiele szczegółów (sam temat jest bardzo obszerny i problematyczne jest zmieszczenie go w ramach jednej lekcji), ale nadal staraliśmy się przekazać materiał, abyś miał jasne pojęcie JAK osoba widzi.

Nie można nie zauważyć, że zarówno złożoność, jak i możliwości oka pozwalają temu narządowi przewyższyć nawet najbardziej nowoczesne technologie I rozwój naukowy. Oko wyraźnie pokazuje złożoność inżynierii ogromna liczba niuanse.

Ale wiedza o strukturze widzenia jest oczywiście dobra i przydatna, ale najważniejszą rzeczą jest wiedzieć, w jaki sposób można przywrócić wzrok. Faktem jest, że styl życia danej osoby, warunki, w jakich żyje, a także niektóre inne czynniki (stres, genetyka, złe nawyki, choroby i wiele innych) - wszystko to często przyczynia się do tego, że wzrok może się pogarszać z biegiem lat, tj. . mi. system wizualny zaczyna działać nieprawidłowo.

Jednak pogorszenie widzenia w większości przypadków nie jest procesem nieodwracalnym – znając pewne techniki, można ten proces odwrócić i wzrok może być jeśli nie taki sam jak u dziecka (choć czasami jest to możliwe), to jak najbardziej dobry możliwe dla każdej indywidualnej osoby. Dlatego następna lekcja naszego kursu na temat rozwoju wzroku będzie poświęcona metodom przywracania wzroku.

Spójrz na korzeń!

Sprawdź swoją wiedzę

Jeśli chcesz sprawdzić swoją wiedzę na temat tej lekcji, możesz rozwiązać krótki test składający się z kilku pytań. W każdym pytaniu tylko 1 opcja może być prawidłowa. Po wybraniu jednej z opcji system automatycznie przechodzi do kolejnego pytania. Na liczbę punktów, które otrzymasz, wpływa poprawność Twoich odpowiedzi i czas poświęcony na ich wypełnienie. Należy pamiętać, że pytania są za każdym razem inne, a opcje są mieszane.