Oko jako układ optyczny. Temat: Ruch światła w oku

29-04-2012, 14:11

Opis

Postrzeganie obiektów świata zewnętrznego wykonywane przez oko poprzez analizę obrazu obiektów na siatkówce. W siatkówce zachodzi złożony proces fotochemiczny, prowadzący do: transformacja postrzeganej energii świetlnej w Impulsy nerwowe. Impulsy te są przenoszone wzdłuż włókien nerwowych do ośrodków wzrokowych kory mózgowej, gdzie są przekształcane w wrażenia wizualne i percepcji. Ponadto rozważana jest tylko pierwsza część procesu - tworzenie obrazu przez układ optyczny oka. Uwzględnia to ingerencję tkwiącą w tym systemie. Dane o struktura morfologiczna oczy są podawane tylko w zakresie niezbędnym do zrozumienia cech układu optycznego oka,

Elementy optyczne oka

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

Kształt normalnego oka jest zbliżony do kuli. Dla osoby dorosłej średnica kuli gałki ocznej wynosi około 25 mm. Jego masa to około 78 g. Z ametropią kulisty kształt zwykle naruszane. Przednio-tylny wymiar osi, zwany także osią strzałkową, w krótkowzroczności zwykle przekracza pion i poziom (lub poprzecznie). W tym przypadku oko nie ma już kształtu kulistego, ale eliptyczny. Przeciwnie, w nadwzroczności oko z reguły jest nieco spłaszczone w kierunku podłużnym, wielkość strzałkowa jest mniejsza niż pionowa i poprzeczna.

Pomiar przyżyciowy oś przednio-tylna oczy nie są obecnie problemem. Do tego jest używany echobiometria(metoda oparta na wykorzystaniu ultradźwięków) lub metoda rentgenowska. Ustalenie tej wartości jest ważne dla rozwiązania szeregu problemów diagnostycznych. Konieczne jest również określenie prawdziwa wartość skala obrazu elementów dna oka.

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

Rogówka.Średnica dorosłej rogówki waha się od 10 do 12 mm. Rogówka jest bardziej wypukła niż reszta gałki ocznej. Promień krzywizny przedniej powierzchni rogówki wynosi średnio 7,6-7,8 mm, jej tylna powierzchnia około 6,8 mm, a grubość w części środkowej 0,5-0,9 mm. Kształt przedniej powierzchni rogówki różni się od kuli. Prawie pokrywa się tylko ze sferą Środkowa część około 4 mm średnicy. Dalej od środka pojawia się szereg nieregularności, krzywizna wyraźnie się zmniejsza, co dało powód do rozważenia kształtu rogówki zbliżonego do elipsoidy lub innej krzywej drugiego rzędu. Do kwestii kształtu rogówki wrócimy, rozważając aberracje oka, ponieważ to kształt przedniej powierzchni rogówki, graniczącej z powietrzem, ma największy wpływ aberracja sferyczna oczy.

Rogówka jest powłoką o niemal równej grubości, tylko nieznacznie pogrubiającą się w kierunku obrzeża.

Oznacza to, że izolowana rogówka działa jak słaba soczewka negatywowa (dyfuzyjna), 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 \u003d f "= -1825 mm. Liczby te odnoszą się tylko do izolowanej rogówki, otoczonej z obu stron powietrzem.W żywym oku rogówka jest w zupełnie innych warunkach.Tylko jej przednia powierzchnia graniczy z powietrzem, podczas gdy tylna styka się z powietrzem. 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 dostaniu się do cieczy wodnistej. W tych warunkach rogówka pracuje jak soczewka silnie pozytywowa (zbiorcza), podczas gdy jej przednia i tylna ogniskowa 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 i tylna dodatnia wskazuje, że soczewka działa jako dodatnia. Zmianę mocy refrakcyjnej rogówki w zależności od otaczającego ją środowiska można zilustrować na przykładzie osoby pływającej pod wodą. Dla pływaka wszystkie obiekty tracą kontury, wydają się rozmazane. Dzieje się tak, ponieważ siła refrakcyjna rogówki zmniejsza się, gdy sąsiaduje ona nie z powietrzem, którego współczynnik załamania światła wynosi 1, ale z wodą, której współczynnik załamania światła wynosi 1,33. W rezultacie siła optyczna oka w wodzie maleje, a obraz obiektu nie tworzy się już na siatkówce, ale za nią. Oko staje się jak nadwzroczność. Aby uzyskać ostry obraz obiektu na siatkówce, pływak musi nosić okulary z pozytywowymi soczewkami po zanurzeniu w wodzie. Biorąc pod uwagę, że różnica we współczynnikach załamania szkła i wody jest niewielka, moc optyczna soczewek musi 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, na starość staje się twardy, mętny, nabiera żółtawego odcienia. Soczewkę tworzą przezroczyste włókna nabłonka, gęstsze w części środkowej i bardziej miękkie na obwodzie. Pod tym względem w środku rdzenia współczynnik załamania jest wyższy niż na obwodzie o 1,5%. Konwencjonalnie obie powierzchnie soczewki uważa się za części regularnej sfery. W rzeczywistości są bliższe krzywym drugiego rzędu; krzywizna obu powierzchni w środku jest większa niż na obwodzie, tj. podobnie jak w rogówce, środkowa część soczewki jest prawie kulista i spłaszczona wzdłuż krawędzi.

moc refrakcyjna izolowany obiektyw ma 101,8 dioptrii, a jego ogniskowa to 9,8 mm. Obiektyw w żywy, otoczony cieczą wodnistą i ciałem szklistym, ma ogniskową 69,908 mm i moc optyczną tylko 19,11 dioptrii.

Tak więc pomimo tego, że soczewka izolowana jest silniejszą soczewką dodatnią niż rogówka izolowana, elementem największej moc optyczna Rogówka służy w ludzkim oku.

Rozrzut transmisji spektralnej dla inne oczy dość znaczące. Zależy to również od wieku. Zaobserwowano, że na starość, kiedy soczewka żółknie i przepuszcza mniej niebieskiego i zielonego światła, obiekty wydają się obserwatorowi bardziej żółte. Czasami tłumaczy się to zmianą zabarwienie w obrazach, w zależności od wieku artysty.

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

Pochwy oka. Dobrze znana jest analogia między okiem a aparatem. Podobnie jak w aparacie, w oku wydziały, których funkcją jest formowanie i odbieranie obrazu, oddzielone są od światła obcego „obudową” – ścianami gałki ocznej. Ściany te tworzą trzy otoczki: zewnętrzna - twardówka, środkowa - naczyniowa (naczyniówka) i wewnętrzna - siatkówka, która służy jako warstwa światłoczuła.

Jednak w przeciwieństwie do aparatu, którego ściany są całkowicie nieprzezroczyste, a światło wnika do światłoczułej warstwy filmu tylko przez soczewkę, błony oka przepuszczają część światła do siatkówki nie przez źrenicę, ale przez twardówkę - twarda osłona łącząca o grubości od 0,5 do 1 mm. Po oświetleniu: twardówka bardzo jasnym światłem (na przykład przy diafanoskopii) wyraźnie widać, jak świeci wewnętrzna powierzchnia gałki ocznej. To światło zwykle nie wystarcza do oftalmoskopii, ale wystarcza do wykrycia guzów i innych zmian w gęstości, grubości i pigmentacji błon oka. Taka różnica w przezroczystości „osłony” oka i aparatu jest bardzo znacząca, gdy rozpatrujemy oko jako układ optyczny. Interesujące jest również to, że niska przezroczystość gałki ocznej wynika głównie z gęstości optycznej nie twardówki, ale naczyniówki.

Naczyniówka to miękka błona naczyniowa, składająca się z sieci naczynia krwionośne karmienie oka. Od strony siatkówki pokryta jest warstwą nabłonka pigmentowego, który służy jako główna ochrona oka przed światłem zewnętrznym. To dzięki absorpcji w nabłonku barwnikowym wewnętrzna powierzchnia gałki ocznej ma bardzo niski współczynnik odbicia (5-10%). Reszta padającego światła jest pochłaniana przez tę warstwę. Pigmentacja różni się w różnych częściach naczyniówki. Tak więc w rejonie tylnego bieguna, gdzie naczynia są gęstsze, pigmentacja jest silniejsza, więc ta część błony wydaje się gołym okiem jako nakrapiana brązowa. ciemne miejsce wyróżnia się również w rejonie dołu centralnego. Wraz ze wzrostem, na przykład, za pomocą oftalmoskopii, zauważalna jest tutaj niewielka plamka spowodowana nierównomierną pigmentacją komórek. Stopień pigmentacji zależy od ogólne zabarwienie. U brunetek pigmentacja jest silniejsza, u albinosów jest całkowicie nieobecna, co prowadzi do Gwałtowny spadek widzenie, ponieważ jasne światło zewnętrzne, które przeszło przez twardówkę, nakłada się na obraz obiektu utworzony przez układ optyczny oka.

Tak więc jedną z zasadniczych różnic między układem optycznym oka a aparatem jest: częściowa przepuszczalność muszle oka przepuszczają światło, powodując w pewnych warunkach ingerencję w postaci zasłony i zmniejszając kontrast główny obraz siatkówki. Ta cecha oka ma pozytywna strona, jest szeroko stosowany w okulistyce do diagnostyki, na przykład przy diafanoskopii, z lokalizacją zmian w dnie oka itp. Nie wszystkie zwierzęta mają nabłonek barwnikowy (na przykład krokodyl ma białe dno). Konsekwencja takiej różnicy w budowie gałki ocznej staje się jasna z następującego rozumowania. W przypadku braku pigmentu wewnętrzna powierzchnia gałki ocznej jest jasna, tzn. ma wysoki współczynnik odbicia. W efekcie światło wpadające do oka przez mały otwór – źrenicę, ulega wielokrotnym odbiciom od wewnętrznej powierzchni gałki ocznej, a oświetlenie całej jej wewnętrznej powierzchni staje się niemal równomierne. Kontrast obrazu obiektu na tym jasnym tle jest znacznie zmniejszony, pogarsza się percepcja. Praca oka pozbawiona nabłonka pigmentowego przypomina dobrze znaną w technice oświetleniowej Kula integrująca Ulbrichta, którego wewnętrzna powierzchnia pokryta jest białą matową farbą. Światło wpadające do kuli przez mały otwór podlega wielokrotnym odbiciom, a całkowity współczynnik odbicia sięga 90%. Doświadczenie pokazuje, że ludzkie oko nie działa w ten sposób. Podczas obserwacji obiektu zasłona nie jest wyczuwalna. Ułatwia to obecność nabłonka pigmentowego.

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

Rzeczywisty schemat oświetlania oka światłem przechodzącym przez źrenicę pokazano na rysunku. Światło padające przez źrenicę i załamane przez przezroczyste media oka tworzy obraz obiektu na pewnej części siatkówki N. W tym przypadku większość energii świetlnej skoncentrowanej w obrazie jest pochłaniana przez pigment, przekształcana w impulsy nerwowe i zamienia się w wrażenie wizualne. W ten sposób obraz jest postrzegany i analizowany przez wyższe ośrodki. Jednak ze względu na fakt, że pigment nie jest całkowicie czarnym ciałem, część energii świetlnej (około 5-10%) jest odbijana w sposób dyfuzyjny na nieoświetloną powierzchnię dna oka. To odbite światło jest ponownie absorbowane przez nabłonek pigmentowy, tworząc słabą zasłonę. Około 1% światła jest ponownie odbijane i ponownie wpada na powierzchnię dna oka. Odbicia wtórne mają bardzo mały wpływ na jakość obrazu, a dalsze odbicia nie mają praktycznego znaczenia.

Tym samym efekt oświetlenia całej powierzchni siatkówki człowieka światłem odbitym dzięki: wysoki współczynnik wchłanianie nabłonka pigmentowego jest nieznaczne, niemniej jednak, biorąc pod uwagę pracę oka, nie należy ich lekceważyć.

Artykuł z książki: .

, soczewka i ciało szkliste. Ich połączenie nazywa się aparatem dioptrii. W normalne warunki zachodzi załamanie (załamanie) promieni świetlnych od celu wzrokowego przez rogówkę i soczewkę, dzięki czemu promienie skupiają się na siatkówce. Moc refrakcyjna rogówki (głównego elementu refrakcyjnego oka) wynosi 43 dioptrie. Wypukłość soczewki może być różna, 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 dalekiej odległości. Kiedy na przykład wpadają promienie światła z odległego obiektu normalne oko(ze zrelaksowanym mięśniem rzęskowym), cel znajduje się w ognisku siatkówki. Jeśli oko jest skierowane na pobliski obiekt, skupia się ono za siatkówką (tj. obraz na nim jest rozmazany), aż nastąpi akomodacja. Mięsień rzęskowy kurczy się, rozluźniając napięcie włókien obręczy; krzywizna soczewki wzrasta, w wyniku czego obraz skupia się na siatkówce.

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

Chociaż oś optyczna oka ludzkiego przechodzi przez punkt węzłowy soczewki i punkt siatkówki między dołkiem a głową nerwu wzrokowego (ryc. 35.2), układ okulomotoryczny orientuje gałkę oczną w stronę obiektu, tzw. punkt fiksacji. Od tego miejsca wiązka światła przechodzi przez punkt węzłowy i jest skupiana w dół; w ten sposób biegnie wzdłuż osi wizualnej. Promienie z reszty obiektu skupiają się w obszarze siatkówki wokół dołka (ryc. 35.5).

Skupienie promieni na siatkówce zależy nie tylko od soczewki, ale także od tęczówki. Tęczówka działa jak przysłona kamery i reguluje nie tylko ilość światła wpadającego do oka, ale, co ważniejsze, głębię pola widzenia i aberrację sferyczną obiektywu. Wraz ze spadkiem średnicy źrenicy zwiększa się głębia pola widzenia, a promienie świetlne są kierowane przez środkową część źrenicy, gdzie aberracja sferyczna jest minimalna. Zmiany średnicy źrenicy następują automatycznie (tj. odruchowo) podczas dostosowywania (dostosowywania) oka do patrzenia na bliskie obiekty. Dlatego podczas czytania lub innych czynności oczu związanych z rozróżnianiem małych obiektów, jakość obrazu poprawia układ optyczny oka.

Na jakość obrazu wpływa inny czynnik - rozpraszanie światła. Jest to zminimalizowane poprzez ograniczenie wiązki światła, a także jego pochłanianie przez pigment. naczyniówka i warstwę pigmentu siatkówki. Pod tym względem oko znów przypomina kamerę. Również tam zapobiega się rozpraszaniu światła, ograniczając wiązkę promieni i pochłaniając ją przez czarną powłokę lakierniczą wewnętrzna powierzchnia kamery.

Ostrość obrazu jest zaburzona, jeśli wielkość źrenicy nie odpowiada mocy refrakcyjnej aparatu dioptrii. W przypadku krótkowzroczności (krótkowzroczność) obrazy odległych obiektów skupiają się przed siatkówką, nie docierając do niej (ryc. 35.6). Wada jest korygowana soczewkami wklęsłymi. I odwrotnie, w przypadku hipermetropii (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 zogniskowany z powodu akomodacji, ale męczą się mięśnie rzęskowe i oczy. Przy astygmatyzmie asymetria występuje między promieniami krzywizny powierzchni rogówki lub soczewki (a czasami siatkówki) w różnych płaszczyznach. Do korekcji stosuje się soczewki o specjalnie dobranych promieniach krzywizny.

Elastyczność soczewki stopniowo spada wraz z wiekiem. Zmniejsza efektywność jego akomodacji przy patrzeniu na bliskie obiekty (starczowzroczność). W młody wiek moc refrakcyjna soczewki może zmieniać się w szerokim zakresie, do 14 dioptrii. W wieku 40 lat zakres ten zmniejsza się o połowę, a po 50 latach - do 2 dioptrii i poniżej. Skorygowana starczowzroczność soczewki wypukłe.

Ludzkie oko jest często przytaczane jako przykład niesamowitej inżynierii naturalnej - ale sądząc po tym, że jest to jedno z 40 urządzeń, które pojawiły się podczas ewolucji różne organizmy, powinniśmy moderować nasz antropocentryzm i przyznać, że strukturalnie 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 przed nieoczekiwanym blaskiem czyjegoś zegarka.

Pierwszym elementem 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 jest stała w próżni - 300 000 000 m/s. Ale przy przechodzeniu z jednego ośrodka do drugiego (w tym przypadku z powietrza do oka) światło zmienia swoją prędkość i kierunek ruchu. W przypadku powietrza współczynnik załamania wynosi 1,000293, dla rogówki - 1,376. Oznacza to, że wiązka światła w rogówce spowalnia swój ruch 1,376 razy i odchyla się bliżej środka oka.

Ulubionym sposobem na rozbicie partyzantów jest zaświecenie im w twarz jasną lampą. Boli z dwóch powodów. Jasne światło jest potężne promieniowanie elektromagnetyczne: biliony fotonów atakują siatkówkę i zakończenia nerwowe zmuszony do wysyłania szalonej ilości sygnałów do mózgu. Od przepięcia nerwy, podobnie jak przewody, wypalają się. Mięśnie tęczówki są zmuszone do jak najmocniejszego skurczu w desperackiej próbie zamknięcia źrenicy i ochrony siatkówki.

I leci do ucznia. Z nim wszystko jest proste - to dziura w tęczówce. Dzięki mięśniom okrężnym i promieniowym tęczówka może odpowiednio zwężać i rozszerzać źrenicę, regulując ilość światła wpadającego do oka, jak przysłona w aparacie. Średnica źrenicy ludzkiej może wynosić od 1 do 8 mm w zależności od oświetlenia.

Po przejściu przez źrenicę foton uderza w soczewkę - drugą soczewkę odpowiedzialną za jej trajektorię. Soczewka załamuje światło mniej niż rogówka, ale jest ruchoma. Soczewka wisi na cylindrycznych mięśniach, które zmieniają swoją krzywiznę, dzięki czemu możemy skupić się na obiektach znajdujących się w różnych odległościach od nas.

To właśnie z naciskiem wiążą się zaburzenia widzenia. Najczęstsze to krótkowzroczność i dalekowzroczność. Obraz w obu przypadkach nie skupia się na siatkówce, tak jak powinien, ale przed nią (krótkowzroczność) lub za nią (dalekowzroczność). Winę za to ponosi oko, które zmienia kształt z okrągłego na owalny, a następnie siatkówka oddala się od soczewki lub zbliża do niej.

Za soczewką foton przelatuje przez ciało szkliste (galaretka przezroczysta - 2/3 objętości całego oka, 99% - woda) prosto do siatkówki. W tym miejscu fotony są rejestrowane, a komunikaty o przybyciu wysyłane są nerwami do mózgu.

Siatkówka jest wyłożona komórkami fotoreceptorowymi: gdy nie ma światła, wytwarzają one specjalne substancje - neuroprzekaźniki, ale gdy tylko foton do nich wejdzie, komórki fotoreceptorowe 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 prętów i kolejne 6-7 milionów czopków, w sumie ponad sto milionów elementy światłoczułe- to ponad 100 megapikseli, o których nie marzył żaden "hassel".

Martwy punkt to punkt przełomowy, w którym nie ma komórki światłoczułe. Jest dość duży - średnica 1-2 mm. Na szczęście mamy widzenie obuoczne i jest 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 tak naprawdę nie potrzebuje widzenia, jest pod tym względem znacznie bardziej spójna. U ośmiornic foton najpierw uderza w warstwę czopków i pręcików na siatkówce, za którą czeka warstwa neuronów, która przekazuje sygnał do mózgu. U ludzi światło najpierw przebija się przez warstwy neuronów, a dopiero potem dociera do fotoreceptorów. Z tego powodu w oku pojawia się pierwsza plamka - martwy punkt.

Druga plamka jest żółta, jest to centralny obszar siatkówki naprzeciwko źrenicy, tuż nad nerwem wzrokowym. To miejsce widzi oko najlepiej: koncentracja komórek światłoczułych jest tutaj znacznie zwiększona, więc nasze widzenie w centrum pola widzenia jest znacznie ostrzejsze niż peryferyjne.

Obraz na siatkówce jest odwrócony. Mózg wie, jak prawidłowo zinterpretować obraz i przywraca oryginalny obraz z odwróconego. Dzieci widzą wszystko do góry nogami przez pierwsze kilka dni, podczas gdy ich mózg przygotowuje swój photoshop. Jeśli założysz okulary, które odwracają obraz (po raz pierwszy zrobiono to w 1896 roku), za kilka dni nasz mózg nauczy się poprawnie interpretować taki odwrócony obraz.

Zacząć.

Widoczne światło jest fale elektromagnetyczne do którego nasza wizja jest dostrojona. Możesz porównać ludzkie oko z anteną radiową, tylko że będzie czułe nie na fale radiowe, ale na inne pasmo częstotliwości. Jako światło człowiek odbiera fale elektromagnetyczne o długości od około 380 nm do 700 nm. (Nanometr to jedna miliardowa metra.) Fale tego konkretnego zakresu nazywane są widmem widzialnym; z jednej strony sąsiaduje z promieniowaniem ultrafioletowym (tak drogim sercom opalenizny), z drugiej z widmem podczerwieni (które sami jesteśmy w stanie wygenerować w postaci ciepła emitowanego przez organizm). Ludzkie oko i mózg (najszybszy istniejący procesor) wizualnie odtwarzają widzialny obraz w czasie rzeczywistym. świat(często nie tylko widoczne, ale i wyimaginowane, ale o tym - w artykule o Gestalt).

Dla fotografów i fotografów amatorów porównanie z odbiornikiem radiowym wydaje się bezsensowne: jeśli wyciągniemy analogie, to ze sprzętem fotograficznym istnieje pewne podobieństwo: oko i obiektyw, mózg i procesor, obraz mentalny i obraz przechowywany w pliku. Na forach często porównuje się wizję i fotografię, opinie są bardzo różne. Postanowiłem też zebrać informacje i narysować analogie.

Spróbujmy znaleźć analogie w projekcie:

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

Przesłona działa jak przysłona, rozszerzając się lub kurcząc w zależności od wymaganej ekspozycji. W rzeczywistości tęczówka, która nadaje kolor oczom, co inspiruje poetyckie porównania i próby „utopienia się w oczach”, to tylko mięsień, który rozszerza się lub kurczy i tym samym decyduje o wielkości źrenicy.

Źrenica jest soczewką, a w niej soczewką - skupioną grupą soczewek obiektywowych, które mogą zmieniać kąt załamania światła.

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

Mózg jest procesorem przetwarzającym dane/informacje.

A sześć mięśni odpowiedzialnych za ruchomość gałki ocznej i przyczepionych do niej z zewnątrz – z rozciągnięciem – jest porównywalnych z systemem śledzącego autofokusa i systemem stabilizacji obrazu, a z fotografem kierującym obiektyw aparatu na interesującą scenę jego.

Obraz faktycznie utworzony w oku jest odwrócony (jak w aparacie obscura); jego korekta jest wykonywana przez specjalną część mózgu, która zamienia obraz „od stóp do głów”. Noworodki widzą świat bez takiej korekty, więc czasami przenoszą wzrok lub sięgają w kierunku przeciwnym do ruchu, którym podążają. Eksperymenty z dorosłymi noszącymi okulary, które zmieniają obraz w „nieskorygowany” widok, wykazały, że łatwo przystosowują się do odwróconej perspektywy. Badani, którzy zdjęli okulary, potrzebowali podobnej ilości czasu na ponowne „dostrojenie się”.

To, co dana osoba „widzi”, można porównać do stale aktualizowanego strumienia informacji, który mózg tworzy w obrazie. Oczy są w ciągłym ruchu, zbierając informacje - skanują pole widzenia i aktualizują zmienione szczegóły, zachowując przy tym statyczne informacje.

Obszar obrazu, na którym dana osoba może się skupić w dowolnym momencie, znajduje się tylko około pół stopnia od pola widzenia. Odpowiada on „żółtej plamce”, a reszta obrazu pozostaje nieostra, coraz bardziej rozmywająca się w kierunku krawędzi pola widzenia.

Obraz powstaje z danych zebranych przez światłoczułe receptory oka: pręciki i czopki znajdujące się na jego tylnej wewnętrznej powierzchni - siatkówce. Wędek jest ponad 14 razy więcej - około 110-125 milionów wędek kontra 6-7 milionów czopków.

Czopki są 100 razy mniej wrażliwe na światło niż pręciki, ale znacznie lepiej niż pręciki odbierają kolory i reagują na ruch. Pręciki, pierwszy rodzaj komórek, są wrażliwe na intensywność światła oraz na to, jak postrzegamy kształty i kontury. Dlatego czopki są bardziej odpowiedzialne za widzenie w ciągu dnia, a pręty są bardziej odpowiedzialne za widzenie w nocy. Istnieją trzy podtypy czopków, które różnią się pod względem wrażliwości na różne długości fal lub podstawowe kolory, do których są dostrojone: czopki typu S dla krótkich długości fal - niebieskie, typu M dla średnich - zielony i typu L dla długich - czerwony. Wrażliwość odpowiednich czopków na kolory nie jest taka sama. Oznacza to, że ilość światła wymagana do wytworzenia (tego samego wpływu intensywności) tego samego odczucia intensywności jest różna dla czopków S, M i L. Oto matryca aparatu cyfrowego - nawet fotodiody Zielony kolor w każdej komórce jest dwa razy więcej fotodiod o innych kolorach, dzięki czemu rozdzielczość takiej struktury jest maksymalna w zielonym obszarze widma, co odpowiada cechom ludzkiego wzroku.

Kolor widzimy głównie w centralnej części pola widzenia – to tam znajdują się prawie wszystkie czopki wrażliwe na kolory. W warunkach braku oświetlenia stożki tracą na znaczeniu, a informacje zaczynają pochodzić z prętów, które postrzegają wszystko w trybie monochromatycznym. Dlatego wiele z tego, co widzimy w nocy, jest czarno-białe.

Ale nawet w jasnym świetle krawędzie pola widzenia pozostają monochromatyczne. Kiedy patrzysz prosto przed siebie i na skraju twojego pola widzenia pojawia się samochód, nie będziesz w stanie rozpoznać jego koloru, dopóki twoje oko nie spojrzy na chwilę w jego kierunku.

Pręciki są niezwykle światłoczułe - są w stanie zarejestrować światło tylko jednego fotonu. W standardowym oświetleniu oko rejestruje około 3000 fotonów na sekundę. A ponieważ centralną część pola widzenia wypełniają stożki zorientowane na światło dzienne, oko zaczyna widzieć więcej szczegółów obrazu poza centrum, gdy słońce chowa się poniżej horyzontu.

Łatwo to sprawdzić, obserwując gwiazdy w pogodna noc. Ponieważ oko przystosowuje się do braku światła (pełna adaptacja zajmuje około 30 minut), jeśli spojrzysz w jeden punkt, zaczniesz dostrzegać grupy słabych gwiazd z dala od punktu, w którym patrzysz. Jeśli przeniesiesz na nie wzrok, znikną, a nowe grupy pojawią się w obszarze, na którym skupiałeś wzrok przed przejściem.

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 nocne i stworzenia polujące w nocy mają więcej patyków, co poprawia widzenie w nocy.

A teraz analogie.

Jakie są ogniskowe ludzkiego oka?

Wizja to znacznie bardziej dynamiczny i pojemny proces w porównaniu z obiektywem zmiennoogniskowym bez dodatkowych informacji.

Obraz odbierany przez mózg z dwojga oczu ma kąt widzenia 120-140 stopni, czasem trochę mniejszy, rzadziej większy. (w pionie do 125 stopni i w poziomie - 150 stopni, ostry obraz zapewnia tylko obszar plamki żółtej w granicach 60-80 stopni). Dlatego w Wartości bezwzględne oczy są podobne do soczewki szerokokątnej, ale ogólna perspektywa i relacje przestrzenne między obiektami w polu widzenia są podobne do tych uzyskiwanych z „normalnej” soczewki. Wbrew powszechnemu przekonaniu, że ogniskowe „normalnego” obiektywu mieszczą się w zakresie 50-55 mm, rzeczywista ogniskowa normalnego obiektywu wynosi 43 mm.

Sprowadzając całkowite pole widzenia do układu 24*36 mm, otrzymujemy - biorąc pod uwagę wiele czynników, takich jak warunki oświetleniowe, odległość od obiektu, wiek i zdrowie człowieka - ogniskową od 22 do 24 mm (ogniskowa 22,3 mm otrzymał najwięcej głosów jako najbliższy obrazowi ludzkiej wizji).

Czasem pojawiają się cyfry na ogniskowej 17 mm (a dokładniej 16,7 mm). To ognisko uzyskuje się przez odpychanie od obrazu powstałego w oku. Kąt przychodzący daje ekwiwalent ogniskowej 22-24 mm, wychodzącej - 17 mm. To jak patrzenie przez lornetkę Odwrotna strona- obiekt nie będzie bliżej, ale dalej. Stąd rozbieżność w liczbach.

Najważniejsze, ile megapikseli?

Pytanie jest nieco niepoprawne, ponieważ obraz zebrany przez mózg zawiera fragmenty informacji, które nie zostały zebrane jednocześnie, jest to przetwarzanie strumieniowe. I nadal nie ma jasności w kwestii metod i algorytmów przetwarzania. I trzeba też wziąć pod uwagę zmiany związane z wiekiem i stan zdrowia.

Zwykle określana jako 324 megapiksele to liczba oparta na polu widzenia obiektywu 24 mm na aparacie 35 mm (90 stopni) i rozdzielczości oka. Jeśli spróbujemy znaleźć jakąś liczbę bezwzględną, biorąc każdy kij ze stożkiem jako pełnoprawny piksel, otrzymamy około 130 megapikseli. Liczby wydają się błędne: fotografia dąży do szczegółów „od krawędzi do krawędzi”, a ludzkie oko widzi tylko niewielki ułamek sceny w jednym momencie „ostrym i szczegółowym”. A ilość informacji (kolor, kontrast, szczegółowość) różni się znacznie w zależności od warunków oświetleniowych. Wolę ocenę 20 megapikseli: w końcu ” żółta plama”szacuje się na około 4-5 megapikseli, reszta obszaru jest zamazana i nieszczegółowa (na obrzeżach siatkówki znajdują się głównie pręciki zjednoczone w grupach do kilku tysięcy wokół komórek zwojowych - rodzaj wzmacniaczy sygnału).

Gdzie zatem jest granica?

Według szacunków 74-megapikselowy plik wydrukowany jako pełnokolorowe zdjęcie o rozdzielczości 530 ppi z odległości 35 na 50 cm (13 x 20 cali) oglądany z odległości 50 cm odpowiada maksymalnej szczegółowości, do jakiej zdolne jest ludzkie oko.

Oko i ISO

Kolejne pytanie, na które prawie nie da się jednoznacznie odpowiedzieć. Faktem jest, że w przeciwieństwie do matryc filmowych i aparatów cyfrowych, oko nie ma naturalnej (czy podstawowej) czułości, a jego zdolność adaptacji do warunków oświetleniowych jest po prostu niesamowita – widzimy zarówno na zalanej słońcem plaży, jak i w zacienionym aleja o zmierzchu.

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

Zakres dynamiczny

Odpowiedzmy od razu na pytanie o kontrast/zakres dynamiczny: w jasnym świetle kontrast ludzkiego oka przekracza 10 000 do 1 - wartość nieosiągalna ani dla kliszy, ani dla matryc. Noc zakres dynamiczny(obliczone według widoczne dla oka- z pełnią księżyca w zasięgu wzroku - do gwiazd) osiąga milion do jednego.

Przysłona i czas otwarcia migawki

W oparciu o w pełni rozszerzoną źrenicę, maksymalna apertura ludzkiego oka wynosi około f/2,4; wg innych szacunków od f/2,1 do f/3,8. Wiele zależy od wieku osoby i jej stanu zdrowia. Minimalna przysłona – jak bardzo nasze oko jest w stanie „przymknąć” patrząc na jasny, zaśnieżony obraz lub przyglądając się siatkarzom plażowym pod słońcem – waha się od f/8,3 do f/11. (Maksymalne zmiany wielkości źrenic dla zdrowa osoba- od 1,8 mm do 7,5 mm).

W odniesieniu do czasu otwarcia migawki oko ludzkie z łatwością wykrywa błyski światła trwające 1/100 sekundy, aw warunkach eksperymentalnych do 1/200 sekundy lub krócej, w zależności od oświetlenia otoczenia.

Martwe i gorące piksele

W każdym oku jest martwy punkt. Punkt, w którym informacje z czopków i pręcików zbiegają się przed wysłaniem do mózgu w celu przetwarzania wsadowego, nazywany jest wierzchołkiem wzrokowym. Na tym „blacie” nie ma pręcików i stożków – okazuje się, że jest to dość duży martwy punkt – grupa zepsutych pikseli.

Jeśli jesteś zainteresowany, zrób mały eksperyment: zamknij lewe oko i spójrz prawym okiem bezpośrednio na znak „+” na poniższym rysunku, stopniowo zbliżając się do monitora. W pewnej odległości - gdzieś pomiędzy 30-40 centymetrów od obrazu - nie zobaczysz już ikony "*". Możesz również sprawić, że „plus” zniknie, patrząc na „gwiazdkę” lewe oko zamykając właściwy. Te martwe punkty nie wpływają szczególnie na widzenie – mózg wypełnia luki danymi – jest to bardzo podobne do procesu pozbywania się zepsutych i gorących pikseli na matrycy w czasie rzeczywistym.

Siatka Amslera

Nie chcę mówić o dolegliwościach, ale skłania mnie konieczność zamieszczenia w artykule chociaż jednego celu testowego. I nagle pomoże komuś na czas rozpoznać początkowe problemy z widzeniem. Więc, zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem(AMD) wpływa na plamkę żółtą odpowiedzialną za pikantność wizja centralna- na środku pola pojawia się martwy punkt. Łatwo jest samemu sprawdzić wizję za pomocą „siatki Amslera” - kartki papieru w klatce o wymiarach 10*10 cm z czarną kropką pośrodku. Spójrz na kropkę pośrodku „siatki Amslera”. Rysunek po prawej pokazuje przykład tego, jak powinna wyglądać siatka Amslera zdrowe widzenie. Jeśli linie w pobliżu punktu wyglądają na niewyraźne, istnieje możliwość AMD i warto skontaktować się z optometrystą.

Milczmy o jaskrze i mroczkach - dość opowieści grozy.

Siatka Amslera z możliwymi problemami

Jeśli na siatce Amslera pojawiają się zaciemnienia lub zniekształcenia linii, skontaktuj się z optometrystą.

Czujniki ostrości lub żółta plamka.

Miejsce najlepsza ostrość widzenie w siatkówce – zwane „żółtą plamką” znajdującą się w komórkach – znajduje się naprzeciw źrenicy i ma kształt owalu o średnicy około 5 mm. Założymy, że „żółta plamka” jest odpowiednikiem krzyżowego czujnika autofokusa, który jest dokładniejszy niż konwencjonalne czujniki.

Krótkowzroczność

Dostosowanie - krótkowzroczność i dalekowzroczność

Lub bardziej „fotograficznie”: front focus i back focus – obraz powstaje przed lub za siatkówką. W celu regulacji udają się do centrum serwisowego (okulistów) lub stosują mikroregulację: za pomocą okularów z soczewkami wklęsłymi do przedniego ogniskowania (krótkowzroczność, inaczej krótkowzroczność) i okularów z soczewkami wypukłymi do tylnego ogniskowania (dalekowzroczność, inaczej dalekowzroczność).

dalekowzroczność

Wreszcie

A jakim okiem patrzymy w wizjer? Wśród fotografów amatorów rzadko wspomina się o wiodącym i uważnym oku. Bardzo łatwo to sprawdzić: weź nieprzezroczysty ekran z małym otworem (kartkę papieru z otworem wielkości monety) i spójrz na odległy obiekt przez otwór z odległości 20-30 centymetrów. Następnie, bez poruszania głową, patrz na przemian prawym i lewym okiem, zamykając drugie. Dla oka dominującego obraz nie ulegnie przesunięciu. Pracując z aparatem i patrząc w niego okiem prowadzącym, nie można zmrużyć drugiego oka.

I kilka ciekawszych autotesty od A.R. Lurii:

Skrzyżuj ręce na piersi w pozie Napoleona. Dominująca ręka będzie na górze.

Przeplataj palce kilka razy z rzędu. Kciuk, którego ręka jest na górze, jest prowadzącym podczas wykonywania małych ruchów.

Weź ołówek. „Wyceluj”, wybierając cel i patrząc na niego obojgiem oczu końcówką ołówka. Zamknij jedno oko, potem drugie. Jeśli cel porusza się silnie z zamkniętym lewym okiem, to lewe oko jest wiodącym i na odwrót.

Przednia stopa to ta, którą odpychasz podczas skoku.

Wizja to kanał, przez który człowiek otrzymuje około 70% wszystkich danych o otaczającym go świecie. A jest to możliwe tylko dlatego, że to ludzka wizja jest jednym z najbardziej złożonych i niesamowitych systemów wizualnych na naszej planecie. Gdyby nie było wzroku, najprawdopodobniej żylibyśmy po prostu w ciemności.

Ludzkie oko ma doskonałą strukturę i zapewnia widzenie nie tylko w kolorze, ale także w trzech wymiarach iz najwyższą ostrością. Posiada możliwość błyskawicznej zmiany ostrości w różnych odległościach, regulowania ilości wpadającego światła, rozróżniania ogromnej liczby kolorów i nie tylko. duża ilość odcienie, korygowanie aberracji sferycznych, chromatycznych itp. Z mózgiem oka związane jest sześć poziomów siatkówki, w których jeszcze przed przesłaniem informacji do mózgu dane przechodzą przez etap kompresji.

Ale jak układa się nasza wizja? Jak, wzmacniając kolor odbity od przedmiotów, przekształcamy go w obraz? Jeśli pomyślimy o tym poważnie, możemy stwierdzić, że urządzenie ludzkiego układu wzrokowego jest „przemyślane” w najdrobniejszych szczegółach przez Naturę, która je stworzyła. Jeśli wolisz wierzyć, że Stwórca lub ktoś inny Wysoka moc, możesz im przypisać tę zasługę. Ale nie rozumiejmy, ale kontynuujmy rozmowę o urządzeniu widzenia.

Ogromna ilość szczegółów

Budowę oka i jego fizjologię można bez wątpienia nazwać naprawdę idealną. Pomyśl sam: oba oczy znajdują się w kostnych oczodołach czaszki, które chronią je przed wszelkiego rodzaju uszkodzeniami, ale wystają z nich tylko po to, aby zapewnić jak najszerszy widok poziomy.

Odległość, w jakiej oczy są rozstawione, zapewnia głębię przestrzenną. A same gałki oczne, jak wiadomo na pewno, mają kulisty kształt, dzięki czemu mogą obracać się w czterech kierunkach: w lewo, w prawo, w górę iw dół. Ale każdy z nas bierze to wszystko za pewnik – niewiele osób myśli o tym, co by się stało, gdyby nasze oczy były kwadratowe lub trójkątne lub gdyby ich ruch był chaotyczny – to spowodowałoby, że widzenie byłoby ograniczone, chaotyczne i nieefektywne.

Tak więc urządzenie oka jest niezwykle skomplikowane, ale dokładnie to robi. możliwa praca około czterdziestu różnych jego składników. I nawet gdyby nie było choćby jednego z tych elementów, proces widzenia przestałby być przeprowadzany tak, jak powinien.

Aby zobaczyć, jak złożone jest oko, sugerujemy zwrócenie uwagi na poniższy rysunek.

Porozmawiajmy o tym, jak w praktyce realizowany jest proces percepcji wzrokowej, jakie elementy systemu wzrokowego są w to zaangażowane i za co każdy z nich jest odpowiedzialny.

Przejście światła

Gdy światło zbliża się do oka, promienie światła zderzają się z rogówką (inaczej zwaną rogówką). Przezroczystość rogówki umożliwia przenikanie światła do wewnętrznej powierzchni oka. Nawiasem mówiąc, przezroczystość jest najważniejszą cechą rogówki i pozostaje przezroczysta, ponieważ specjalne białko, które zawiera, hamuje rozwój naczyń krwionośnych - proces, który zachodzi w prawie każdej tkance. Ludzkie ciało. W przypadku, gdyby rogówka nie była przezroczysta, inne elementy układu wzrokowego nie miałyby znaczenia.

Rogówka zapobiega m.in. powstawaniu śmieci, kurzu i wszelkich pierwiastki chemiczne. Krzywizna rogówki pozwala załamywać światło i pomaga soczewce skupiać promienie świetlne na siatkówce.

Po przejściu światła przez rogówkę przechodzi przez mały otwór znajdujący się pośrodku tęczówki. Irys to okrągła przysłona umieszczona przed soczewką tuż za rogówką. Tęczówka jest również elementem nadającym kolor oku, a kolor zależy od dominującego pigmentu w tęczówce. Centralna dziura w tęczówce to źrenica znajoma każdemu z nas. Rozmiar tego otworu można zmienić, aby kontrolować ilość światła wpadającego do oka.

Wielkość źrenicy zmienia się bezpośrednio wraz z tęczówką, a to ze względu na jej wyjątkową budowę, ponieważ składa się z dwóch różnych typów tkanki mięśniowej (nawet tutaj są mięśnie!). Pierwszy mięsień jest okrężny uciskowy - znajduje się w tęczówce w sposób okrężny. Kiedy światło jest jasne, kurczy się, w wyniku czego źrenica kurczy się, jakby była ciągnięta do wewnątrz przez mięsień. Drugi mięsień rozszerza się - znajduje się promieniście, tj. wzdłuż promienia tęczówki, co można porównać ze szprychami w kole. W ciemnym świetle ten drugi mięsień kurczy się, a tęczówka otwiera źrenicę.

Wiele osób wciąż napotyka pewne trudności, gdy próbują wyjaśnić, w jaki sposób kształtują się wyżej wymienione elementy układu wzrokowego człowieka, ponieważ w każdej innej formie pośredniej, tj. na każdym etapie ewolucyjnym po prostu nie mogły działać, ale człowiek widzi od samego początku swojego istnienia. Tajemnica…

Skupienie

Pomijając powyższe etapy, światło zaczyna przechodzić przez soczewkę za tęczówką. Soczewka jest elementem optycznym mającym kształt wypukłej podłużnej kuli. Soczewka jest absolutnie gładka i przezroczysta, nie ma w niej naczyń krwionośnych i znajduje się w elastycznej torbie.

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

Należy zauważyć, że unikalna struktura i skład zapewnia rogówce i soczewce dużą siłę refrakcyjną, co gwarantuje krótką ogniskową. I jakie to niesamowite, że tak złożony system mieści się tylko w jednej gałce ocznej (pomyśl tylko, jak mógłby wyglądać człowiek, gdyby np. do skupienia promieni świetlnych pochodzących od obiektów potrzebny był metr!).

Nie mniej interesujący jest fakt, że łączna moc refrakcyjna tych dwóch elementów (rogówki i soczewki) jest w doskonałej proporcji do gałki ocznej, co można śmiało nazwać kolejnym dowodem na to, że system wizualny stworzony po prostu niezrównany, ponieważ proces skupiania się jest zbyt złożony, by mówić o nim jako o czymś, co wydarzyło się tylko 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 tutaj jest jeszcze ciekawiej, ponieważ w tej sytuacji załamanie promieni świetlnych jest jeszcze silniejsze. Zapewnia to zwiększenie krzywizny soczewki. Soczewka jest połączona za pomocą pasm rzęskowych z mięśniem rzęskowym, który poprzez kurczenie się pozwala soczewce na przyjęcie bardziej wypukłego kształtu, zwiększając w ten sposób jej siłę refrakcyjną.

I tu znowu nie sposób nie wspomnieć o najbardziej złożonej budowie soczewki: składa się ona z wielu nici, które składają się z połączonych ze sobą komórek, a cienkie pasma łączą ją z ciałem rzęskowym. Skupianie odbywa się pod kontrolą mózgu niezwykle szybko i na pełnej „automatyce” – niemożliwe jest świadome przeprowadzenie takiego procesu przez człowieka.

Znaczenie „filmu”

Efektem ogniskowania jest ogniskowanie obrazu na siatkówce, która jest wielowarstwową tkanką wrażliwą na światło, pokrywającą plecy gałka oczna. Siatkówka zawiera około 137 000 000 fotoreceptorów (dla porównania można przytoczyć nowoczesne aparaty cyfrowe, w których takich elementów sensorycznych jest nie więcej niż 10 000 000). Tak ogromna liczba fotoreceptorów wynika z faktu, że są one rozmieszczone niezwykle gęsto - około 400 000 na 1 mm².

Nie byłoby zbytecznie przytaczać tutaj słowa mikrobiologa Alana L. Gillena, który w swojej książce „Body by Design” mówi o siatkówce oka jako arcydzieło projektowania inżynierskiego. Uważa, że ​​siatkówka jest najbardziej niesamowitym elementem oka, porównywalnym z filmem fotograficznym. 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 jakakolwiek sztuczna błona fotograficzna. Komórki tej unikalnej warstwy są w stanie przetworzyć do 10 miliardów fotonów, podczas gdy najczulszy aparat jest w stanie przetworzyć ich zaledwie kilka tysięcy. Ale jeszcze bardziej zdumiewające jest to, że ludzkie oko może wychwycić kilka fotonów nawet w ciemności.

W sumie siatkówka składa się z 10 warstw komórek fotoreceptorowych, z których 6 warstw to warstwy komórek światłoczułych. 2 rodzaje fotoreceptorów mają specjalna forma dlatego nazywa się je stożkami i prętami. Pręciki są niezwykle wrażliwe na światło i zapewniają oku percepcję czerni i bieli oraz widzenie w nocy. Z kolei szyszki nie są tak wrażliwe na światło, ale potrafią rozróżniać kolory – optymalne funkcjonowanie szyszek odnotowuje się w dzień dni.

Dzięki pracy fotoreceptorów promienie świetlne są przekształcane w kompleksy impulsów elektrycznych i wysyłane do mózgu na niesamowitą wysoka prędkość, a te impulsy same pokonują ponad milion włókna nerwowe.

Komunikacja komórek fotoreceptorowych w siatkówce jest bardzo złożona. Czopki i pręciki nie są bezpośrednio połączone z mózgiem. Po otrzymaniu sygnału przekierowują go do komórek dwubiegunowych, a przetworzone już przez siebie sygnały do ​​komórek zwojowych, ponad milion aksonów (neurytów, przez które przechodzą impulsy nerwowe), które tworzą jeden nerw wzrokowy przez który dane są przesyłane do mózgu.

dwie warstwy neurony pośrednie, zanim dane wzrokowe zostaną wysłane do mózgu, przyczyniają się do równoległego przetwarzania tych informacji przez sześć poziomów percepcji zlokalizowanych w siatkówce oka. Jest to konieczne, aby obrazy były jak najszybciej rozpoznawane.

percepcja mózgu

Gdy przetworzona informacja wizualna dostanie się do mózgu, zaczyna ją sortować, przetwarzać i analizować, a także tworzy kompletny obraz z poszczególnych danych. Oczywiście o pracy ludzki mózg znacznie więcej jest nieznanych, ale nawet to, co może zapewnić dzisiejszy świat nauki, jest wystarczające, aby być zdumiony.

Za pomocą dwojga oczu powstają dwa "obrazy" otaczającego człowieka świata - po jednym dla każdej siatkówki. Oba „obrazy” są przekazywane do mózgu iw rzeczywistości osoba widzi dwa obrazy w tym samym czasie. Ale jak?

A oto rzecz: punkt siatkówki jednego oka dokładnie pasuje do punktu siatkówki drugiego, a to oznacza, że ​​oba obrazy, dostając się do mózgu, mogą się nakładać na siebie i łączyć w jeden obraz. Informacje otrzymane przez fotoreceptory każdego oka zbiegają się w Kora wzrokowa mózg, w którym pojawia się pojedynczy obraz.

Ze względu na to, że dwoje oczu może mieć różne projekcje, można zaobserwować pewne niezgodności, ale mózg porównuje i łączy obrazy w taki sposób, aby osoba nie odczuwała żadnych niezgodności. Mało tego, te niespójności można wykorzystać do uzyskania poczucia głębi przestrzennej.

Jak wiecie, z powodu załamania światła, wizualne obrazy wchodzące do mózgu są początkowo bardzo małe i odwrócone, ale „na wyjściu” otrzymujemy obraz, do którego jesteśmy przyzwyczajeni.

Ponadto w siatkówce obraz jest podzielony przez mózg na dwie części w pionie - linią przechodzącą przez dołek siatkówki. Lewe części zdjęć zrobionych obojgiem oczu są przekierowywane do, a prawe części są przekierowywane w lewo. W ten sposób każda z półkul patrzącej osoby otrzymuje dane tylko z jednej części tego, co widzi. I znowu – „na wyjściu” otrzymujemy solidny obraz bez śladów połączenia.

Separacja obrazów i niezwykle złożone ścieżki optyczne sprawiają, że mózg widzi osobno w każdej swojej półkuli każdym z oczu. Pozwala to przyspieszyć przetwarzanie przepływu przychodzących informacji, a także zapewnia widzenie jednym okiem, jeśli nagle osoba z jakiegoś powodu przestaje widzieć drugim.

Można stwierdzić, że mózg w procesie przetwarzania informacji wzrokowych usuwa „martwe” plamy, zniekształcenia spowodowane mikroruchami oczu, mruganiem, kątem widzenia itp., oferując właścicielowi adekwatny całościowy obraz zauważony.

Kolejny z ważne elementy system wizualny to . Nie można umniejszać wagi tej kwestii, ponieważ. aby w ogóle móc właściwie korzystać ze wzroku, musimy umieć obracać oczami, podnosić je, opuszczać, krótko mówiąc, poruszać oczami.

W sumie można wyróżnić 6 mięśni zewnętrznych, które łączą się z zewnętrzną powierzchnią gałki ocznej. Te mięśnie obejmują 4 proste (dolne, górne, boczne i środkowe) i 2 skośne (dolne i górne).

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

Podczas obracania dwojga oczu ruch wszystkich 12 mięśni zmienia się automatycznie (po 6 mięśni na każde oko). Godne uwagi jest to, że proces ten jest ciągły i bardzo dobrze skoordynowany.

Według słynnego okulisty Petera Jeni kontrola i koordynacja połączenia narządów i tkanek z centralnym system nerwowy przez nerwy (nazywa się to unerwieniem) wszystkich 12 mięśnie oczu reprezentuje jedną z bardzo złożone procesy występujące w mózgu. Jeśli dodamy do tego dokładność przekierowania spojrzenia, płynność i równomierność ruchów, prędkość, z jaką oko może się obracać (a to w sumie do 700 ° na sekundę) i połączymy to wszystko, otrzymamy mobilne oko to jest faktycznie fenomenalne pod względem wydajności. A fakt, że dana osoba ma dwoje oczu, jeszcze bardziej komplikuje sprawę - przy synchronicznym ruchu gałek ocznych wymagane jest to samo unerwienie mięśni.

Mięśnie, które obracają oczami, różnią się od mięśni szkieletu, ponieważ składają się z wielu różnych włókien i są kontrolowane przez jeszcze większą liczbę neuronów, w przeciwnym razie dokładność ruchów byłaby niemożliwa. Mięśnie te można również nazwać wyjątkowymi, ponieważ są w stanie szybko się kurczyć i praktycznie się nie męczą.

Biorąc pod uwagę, że oko jest jednym z najbardziej ważne narządy Ludzkie ciało Potrzebuje ciągłej opieki. Właśnie w tym celu przewidziany jest „zintegrowany system czyszczenia”, który składa się z brwi, powiek, rzęs i gruczołów łzowych, jeśli można to tak nazwać.

Przy pomocy gruczołów łzowych regularnie wytwarzany jest lepki płyn, poruszający się powoli w dół powierzchnia zewnętrzna gałka oczna. Płyn ten wypłukuje różne zanieczyszczenia (kurz itp.) z rogówki, po czym dostaje się do wewnętrznego kanału łzowego, a następnie spływa kanałem nosowym, wydalany z organizmu.

Łzy zawierają bardzo silną substancję antybakteryjną, która niszczy wirusy i bakterie. Powieki pełnią funkcję płynów do mycia szyb - oczyszczają i nawilżają oczy dzięki mimowolnemu mruganiu w odstępie 10-15 sekund. Razem z powiekami działają również rzęsy, zapobiegając przedostawaniu się do oka śmieci, brudu, drobnoustrojów itp.

Gdyby powieki nie spełniały swojej funkcji, oczy osoby stopniowo wysychałyby i pokrywały się bliznami. Jeśli tak nie było kanał łzowy, oczy byłyby stale zalewane płynem łzowym. Jeśli ktoś nie mrugnął, szczątki dostałyby się do jego oczu, a nawet mógł oślepnąć. Wszystko " system czyszczenia” powinna obejmować pracę wszystkich elementów bez wyjątku, w przeciwnym razie po prostu przestałaby funkcjonować.

Oczy jako wskaźnik stanu

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

Na przykład, kiedy ludzie przewracają oczami podczas rozmowy z kimś, można to zinterpretować w zupełnie inny sposób niż zwykłe spojrzenie w górę. Duże oczy u dzieci wywołują zachwyt i czułość u osób wokół nich. A stan uczniów odzwierciedla stan świadomości, w którym ten moment czas to osoba. Oczy są wskaźnikiem życia i śmierci, jeśli mówimy w sensie globalnym. Być może z tego powodu nazywa się je „lustrem” duszy.

Zamiast konkluzji

W tej lekcji zbadaliśmy strukturę ludzkiego układu wzrokowego. Oczywiście przeoczyliśmy wiele szczegółów (sam ten temat jest bardzo obszerny i problematyczne jest wpasowanie go w ramy jednej lekcji), ale mimo to staraliśmy się przekazać materiał, abyś miał jasny obraz JAK osoba widzi.

Nie można było nie zauważyć, że zarówno złożoność, jak i możliwości oka pozwalają temu organowi wielokrotnie przewyższać nawet najbardziej nowoczesne technologie oraz osiągnięcia naukowe. Oko jest wyraźnym dowodem złożoności inżynierii w duża liczba niuanse.

Ale wiedza o strukturze widzenia jest oczywiście dobra i użyteczna, ale najważniejszą rzeczą jest wiedzieć, jak można przywrócić wzrok. Faktem jest, że styl życia danej osoby, warunki, w których żyje, i niektóre inne czynniki (stres, genetyka, złe nawyki, choroby i wiele więcej) - wszystko to często przyczynia się do tego, że z biegiem lat wzrok może się pogorszyć, t .e. system wizualny zaczyna zawodzić.

Ale pogorszenie widzenia w większości przypadków nie jest procesem nieodwracalnym – znając pewne techniki, proces ten można odwrócić, a widzenie można zrobić, jeśli nie takie samo jak u dziecka (choć czasem jest to możliwe), to równie dobre jak to możliwe dla każdej osoby. Dlatego kolejna lekcja naszego kursu rozwoju wizji będzie poświęcona sposobom przywracania wizji.

Zajrzyj do korzenia!

Sprawdź swoją wiedzę

Jeśli chcesz sprawdzić swoją wiedzę na temat tej lekcji, możesz przystąpić do krótkiego testu składającego się z kilku pytań. Tylko 1 opcja może być poprawna dla każdego pytania. Po wybraniu jednej z opcji system automatycznie przechodzi do następnego pytania. Na otrzymane punkty wpływa poprawność odpowiedzi i czas spędzony na zdaniu. Należy pamiętać, że pytania są za każdym razem inne, a opcje są przetasowane.