Lidské oko jako objektiv a senzor

Lidské oko jako objektiv a senzor

Lidské oko anatomie 1/5 iris duhovka pupil zornice, zřítelnice (vstupní pupila) sclera -bělima Oko, pohled zvenku [1] Duhovka hladké svalstvo s kruhovým otvorem uprostřed, mění velikost vstupního otvoru - clona. Barevné pigmenty zamezují průniky světla okolo (modré nejméně, hnědá a černá nejvíce). Zornice vstupní otvor o průměru 2 6 mm Bělima tuhá vazivová blána (tloušťka 0,3 2 mm). Upnutí okohybných svalů, zrakového nervu. Žlutá barva příměs tuku.

Lidské oko anatomie 2/5 iris duhovka pupil zornice, zřítelnice (vstupní pupila) sclera bělima cornea rohovka lens oční čočka conjuctiva spojivka vitreous - sklivec Anatomie lidského oka [1] rohovka bez nervů, nepodmíněný reflex (dotek), sklíčko u hodinek Deformace astigmatismus, dvojité vidění čočka tloušťka 4 mm, vypuklo - vypuklá spojivka slizničná blána, kryje bělima sklivec- vyplňuje většinu vnitřního prostoru oční koule, rosolovitá průhledná hmota

řasnaté tělísko paprsčitě uspořádaný sval z hladké svaloviny na něž je tenkými vlákny zavěšena čočka (stahy svalstva mění zakřivení svalstva- akomodace čočky). sítnice jemnáněkolika vrstevná blána silná asi 0,2 0,4 mm. Smyslovými buňkami sítnice jsou tyčinky a čípky. cévnatka + živnatka (uvea) obsahuje velké množství cév a pigmentových buněk hnědočervená, v zadní části je tvořena cévnatkou (choroidea). V předu přechází v řasnaté tělísko Lidské oko anatomie 3/5 iris duhovka pupil zornice, zřítelnice (vstupní pupila) sclera bělima cornea rohovka lens oční čočka conjuctiva spojivka vitreous sklivec ciliary body řasnaté tělísko retina sítnice choroid - cévnatka Vertikální řez lidským okem [1]

Lidské oko anatomie 3/5 iris duhovka pupil zornice, zřítelnice (vstupní pupila) sclera bělima cornea rohovka lens oční čočka conjuctiva spojivka vitreous sklivec ciliary body řasnaté tělísko retina sítnice choroid -cévnatka fovea - jamka v oblasti žluté skvrny macula lutea - žlutá skvrna optic nerve optický nerv slepá skvrna Horizontální řez lidským okem [1]

Lidské oko anatomie 3/5 Sítnice lidského oka [1]

Oko jako fotoaparát Objektiv dva členy (rohovka, čočka) Clona duhovka Senzor sítnice Sítnice Velikost kruh 42 mm 2 (kinofilm!) Pixely - asi 130 miliony tyčinek (rods) 7 miliony čípků (cones) Ekvivalent 137 Megapixelů! Čípky méně citlivé, barevné vidění Tyčinky citlivější, ČB vidění Lidské oko jako fotoaparát [2]

Sítnice lidského oka Žlutá skvrna (fovea) je místo na sítnici o průměru cca 0,2-0,5 mm. Leží v ose oka, místo nejostřejšího vidění. Mozek je využívá k ostření. Rozlišení: asi 150 000 čípků/mm 2 tj. asi 10 000 dpi! Nejsou v ní skoro žádné tyčinky. Sítnice lidského oka [1] Žlutá skvrna slouží k ostrému a barevnému dennímu vidění. Každý čípek ve žluté skvrně má svůj vlastní optický nerv (vlákno) - vysoké rozlišení.

Spektrální propustnost oka [3]

Detektory na sítnici ustota detektorů na sítnici [2] epá skvrna - napojení zrak. nervu ustota tyčinek ax. 5 6 mm od centra ca 160 000 tyčinek/mm 2 itlivost na pohyb a změny jasu den opt. nerv napojení více tyčinek tj. menší prostorové rozlišení x vyšší citlivost. milion nervů, v průměru 130 světlocitlivých buněk na jedno vlákno tj. komprese!

Spektrální citlivost čípků 3 druhy čípků Relativní spektrální citlivost [2] Světlocitlivá buňka Dominantní umístění Účel Citlivost Špička [nm] Jasová a barevná detekce Červená 564 Čípky Žlutá skvrna Jasová a barevná detekce Zelená 533 Barevná detekce Modrá 437 Tyčinky Periferní část sítnice Periferní a noční vidění Zelená-modrá 498

Spektrální citlivost lidského oka [5]

Optická mohutnost oka Oční koule (bulbus oculi) - sagitální průměr je okolo 24 25 mm transversální průměr je asi 24 mm. Nitrooční tlak 2 až 3 kpa zelený zákal Akomodace je změna vyklenutí čočky, a tedy její optické mohutnosti. - oko: ohnisková vzdálenost 0,017 m a optická mohutnost 58,8 D Optická mohutnost rohovky je 42 D, čočky 18 D a kapalin (komorové vody, sklivce) 2 3 D Blízký bod je oku nejbližší bod v předmětovém prostoru (střední hodnota cca 20 cm) který oko vidí ostře při maximální akomodaci. Rozlišovací schopnost oka (rozlišení dvou blízkých bodů) 1, někdyaž1 (tj. 10 12 čar/mm pro vzdálenost 25 cm)

Zorné pole lidského oka Sítnice oka je zakřivená (rozdíl oproti klasickému filmu) Mozek zpracovává tři obrazy najednou (různé zorné úhly) periferní vidění může mít zorný úhel kolem 170º normální vidění se schopností rozlišovat detaily má úhel cca 45º mimořádná rozlišovací schopnost (koncetrace) zorný úhel cca 1º Pro 35mm SLR je tedy normální objektiv okolo 50mm [2].

Vady lidského oka [6] Myopie (krátkozrakost) obraz před sítnicí korekce rozptylka Hypermetropie (dalekozrakost) obraz za sítnicí korekce spojka Astigmatismus nepravidelný tvar oční rohovky obraz v některém směru rozmazaný korekce válcovou čočkou

Aberace vyššího řádu [6] odchylky a nepravidelnosti optického systému oka (koma, sférická aberace, sekundární astigmatismus, trefoil a kvadrufoil). Korekce obtížná až nemožná Zdroj zrakových obtíží (horší vidění za tmy, za šera, dvojité vidění, duchy apod.). Tvar deformace vlnoplochy (Zernikovy polynomy)

Vady lidského oka [6] Presbyopie (Vetchozrakost) Ztráta pružnosti oční čočky s věkem Korekce brýle obecně zelený zákal (glaukom) Vyšší nitrooční tlak Zrakový nerv je velmi citlivý na změnu nitroočního tlaku! Může vést k zániku vláken zrakového nervu a zmenšení zorného pole oka. Pokročilé stádium tunelové (trubicové) vidění.

Fechnerův Weberův zákon Oko úrovňové charakteristiky Intenzita smyslového vjemu (sluch, zrak) závisí logaritmicky na podnětu L S = C L S = C'log L L 0 S L L C - rozdíl smyslových vjemů - rozdíl fyzikální veličiny (JND) - fyzikální veličina - konstanta

Fechnerův Weberův zákon Oko úrovňové charakteristiky rozsah osvětlení - 100mlx až 100 klx tj. 9 řádů (minimum 2 kvanta na receptor) jasová dynamika scény detaily až 1:30000 tj. 15 EV (200 úrovní) nízké úrovně jasu 1:10, denní osvětlení 1:10000 (tj. zachytitelný kontrast) L = 0,02 L jasové rozlišení (JND) 2% (tj. ) adaptační mechanismy: otevírání zornice - dia 2 až 8 mm, organizace receptorů na sítnici, chemické a morfologické změny (koncentrace pigmentu) až 40 minut dynamicky: 1:10 - skotopické, 1:1000 - fotopické

Fechnerův Weberův zákon Počet rozlišitelných gradačních stupňů potřebujeme znát pro stanovení potřebného poměru signál/šum, resp. hloubky bitového rozlišení. m = L max log( ) + L log(1 + C') 1 min C = Lprahový/L je prahový poměrný kontrast. Pro C = 0,02 a Lmax/Lmin = 50 vyjde m = 170

Časová rozlišovací schopnost zraku Ferry Porterův zákon Kritický kmitočet blikání (cca 50 Hz) = 30,26 12,6 log L [ Hz] L - jas [cd/m2] fkritické + Talbotův zákon Platí pro f > fkritické L = 1 T T L ( t) dt 0

Lidské oko další zdroje [1] - http://www.stlukeseye.com/anatomy.asp [2] - http://www.fotoroman.cz/techniques2/light_eye_camera.htm [3] - http://webvision.med.utah.edu/ [4] - http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/biologypages/v/vision.html [5] - Anthony E. Siegman, Lasers, Stanford University, 1986. [6] - http://www.lexum.cz/ocni-vady.php [7] Ladarvision Custom Cornea