Látás – észlelet

Látás – észlelet

• Az informatikus feladata– információ bevitel a számítógépbe– információ megjelenítése– információ vesztés elkerülése

• információs technológiák:– fizikai eszközök használata– élettani hatások figyelembevétele

• látószervünk működésének alapjai

Látószervünk működése

• bemenő optikai rendszer• fiziológiai - biológiai jelfeldolgozás• agyi mechanizmusok: pszichológiai

jelfeldolgozás• környezetből származó fény-inger, vagy

-stimulus• idegi gerjesztések: fény-érzet• feldolgozott információ: fény- észlelet

Látószervünk működése, 2• a szem leképező mechanizmusa • retina: csapok és pálcikák: a fényinger ideg

ingerületté való alakítása• az agy felé továbbítandó ingerületek kialakulása a

retinában• idegpályák mechanizmusa• agyi feldolgozás: észlelet kialakulása

– a mentális kép összetevői:forma, mozgás, szín információk

– asszociációk kialakulása: tárgy (pl. betűkép) azonosítása

Méréstechnikai alapok

• „látható” optikai sugárzás: 380 nm – 780 nm közti opt. sug.

• radiometria: az opt. sug. méréstechnikája• fotometria: a látásérzet színképi (spektrális)

érzékenységével súlyozott inger- metrikája• színmérés: a színkép-függés olyan

figyelembevétele, mely az emberi színlátásnak megfelel

A szem szerkezete• szaruhártya v. cornea

• sárgafolt v. fovea

• ideghártya v. retina

• pupilla: 2 ... 8 mm

• szivárvány- hártya v. írisz

A szem szerkezete

Képalkotás a szemben

• a corena és szemlencse képezi le a külvilágot a retinára

• dioptria: d = 1/ff: fókusztávolság m-ben mérve

• leképezési hibák a szemben– határvonal élessége– kromatikus aberráció

Határvonal leképzése a szemben

0

0.5

1

-2 -1 0 1 2

szögtávolság határvonaltól, szögperc

rel.

meg

vilá

gítá

s

Kromatikus aberráció

-0,5

0

0,5

1

1,5

400 500 600 700

hullámhossz, nm

Kro

mat

ikus

abe

ráci

ó, d

iopt

ria

Egyszerű lencse szín-hibája

Kromatikus aberráció hatása látásunkra

• rövidhullámhosszú sugarak (kék fény) erősebben törik meg, mint a hosszúhullámhosszú sugarak (vörös fény)

• ha a kék fényre fókuszálunk (A), vörös gyűrű jelenik meg

• ha a zöld fényre fókuszálunk (B), magenta (bíbor) gyűrűt látunk

• ha a vörös fényre fókuszálunk (C), kék gyűrűt látunk

• sose használjunk egyszerre vörös és kék színt információ megjelenítésre!

Éleslátás• sugárizmok domborítják a szemlencsét, akkomodáció

(eltérések: aberráció)– kb. 0,25 dioptriás oszcilláció

• a két szemtengely azonos helyre kell irányítja a szemet, hibája: phoria– fentiekhez izommozgatás kell: fáradás

• a szem irányításának apró mozgásai: hippus• akkomodációs helyek megkeresése: versio és saccadok

– újraakkomodálás fárasztó, ha új távolságra kell akkomodálni

– 10°-os irányváltás kb. 40 ms

A pupilla szerepe

• adaptáció: a környezeti fénysűrűséghez való igazodás, pupilla átmérő csökken a növekvő fénysűrűséggel: 8 ... 2 mm

• látóélesség nő növekvő fénysűrűséggel, csökkenő pupilla átmérővel

• a pupilla átmérő változási sebessége fénysűrűség irány változás függvénye

A pupilla területének változása az adaptációs fénysűrűség (L)

függvényében

Pupilla átmérő változás: sötét – 300 cd/m2

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5

T, s

pupi

lla á

tm.,

mm

Pupilla átmérő változás: 300 cd/m2– sötét

2

3

4

5

6

7

8

0,1 1 10 100 1000

T , s

pupi

lla á

tm.,

mm

Látóélesség

• Landolt-C teszt: 1’nyílás a határ• Snellen és Kettesy féle teszt• rács periodicitás teszt: 1°-ra eső rácsállandók

száma• noniusz teszt: 10 x érzékenyebb, mint a Landolt-C

teszt, jó látóélességű személy 0,1’-es eltérést lát

Látóélesség függ a világítástól és a kontraszttól

Landolt-C gyűrűk

S

S5S

Kettesy féle tábla, a tábla egymás alatt elhelyezkedő két részét

egymás mellé vetítettük

Rács periodicitás és nóniusz teszt

Látóélesség fénysűrűség függése

• 4 szögperc látószögű, 1/5 s-re felvillantott jel láthatósági határértéke a háttér fénysűrűsé-gének függ-vényében 0,1

1

10

100

1000

0,001 0,01 0,1 1 10 100

L háttér, cd/m2

Lje

l, cd

/m2

Látóélesség fénysűrűség függése

• Weber-Fechner törvény (L = 1 ... 100 cd/m2)

L/L = Konst • Észlelhetőség határa L/L = 1,05 : 1,

ebből származik a „szürke árnyalat – shade of grey”: éppen észlelhető lépcső:1,057

• Villogó fények: 1,005:1– leghatékonyabb figyelemfelkeltésre:

1/3°, 1 ... 5 felvillanás/s– optikailag keltett epilepszia !

Akkomodáció változása az életkorral

1 1 c m

5 0 é v e sK ö z e l p o n t 5 0 c m

5 0 é v e sK ö z e l p o n t 1 1 c m 5 0 c mT á v o l p o n t :

É l e s l á t á s t a r t o m á n y a

É l e s l á t á s t a r t o m á n y a

2 d i o p t r i ak o r r e k c i ó v a l

2 0 é v e sK ö z e l p o n t

É l e s l á t á s t a r t o m á n y a

T á v o l p o n t : 00

T á v o l p o n t : 0 0

Átlagos akkomodációs tartomány

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 20 40 60 80 100

Életkor, év

Átla

gos

akko

mod

áció

s ta

rtom

ány,

di

optr

ia

Az akkomodációs tartomány változása az életkorral

életkor, év

közel-pont, cm

távol-pont, cm

meg-jegyzés

20 11 -

50 50 korr.nélkül

50 11 50 korr.-val

Számítógépes munkahely távolságai

Korrekció mono- bi- és multifokális szemüveggel

Képernyőre való akkomodálás

feltekintés, távolra nézés esete

képernyőre tekintés

klaviatúrára tekintés

jó világítás kis fénysűrűség bifokális sz.ü.

távolra és képernyőre való akkomodálás számára készült bifokális sz.ü.

multi-fokális szemüveg

nagy megvil. kis megvil.

feltekintés, távolra nézés esete

képernyőre tekintés

klaviatúrára tekintés

Különböző korrekciók hatása

A tökéletes látás és eltérései

• emmetropia , vagy „tökéletes” látás• hiperopia, vagy messzelátás • myopia vagy közellátás • presbyopia az akkomodációs beszűkülése• astigmia stb., további látási eltérések

Az optikai jel feldolgozása a retinán

• A cornea és szemlencse leképezi a külvilágot a retinára: fény inger kép

• A retinán fényérzékelők: csapok (nappali és színes látás) és pálcikák alakítják az ingert ideg-ingerületté

• további sejtek a retinában előföldolgoznak, majd az agy felé továbbítják a jelet, ahol kialakul a fény észlelet kép

A retina szerkezete

Retina, részlet

Csapok és pálcikák

Fényérzékelő sejtek

• csapok koncentrációja nagy a foveában (látógödör, sárga folt)

• pálcika koncentráció nagy a periferiális tartományokban

• fovea központi tartománya a foveola• ~ 120 millió pálcika (ötétben látás) és• ~ 5 millió csap (szín-látás)• ~ 125 millió látóideg

A csapok és pálcikák eloszlása a retinán

Spektrális érzékenységek

• pálcikák színvakok: rhodopszin v. látóbíbor• csapok: 3 különböző abszorpciójú csap-

pigmens: – L (long), hosszú hullámhosszon érzékeny– M (medium), közepes hullámhosszon érzékeny– S (short), rövid hullámhosszon érzékeny

• Mikropipettás vizsgálatok

Pálcika látás színképi érzékenysége

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

350 400 450 500 550 600 650 700

hullámhossz, nm

szín

képi

érz

éken

ység

Csapok színképi érzékenysége

Az L-, M-, S-csapok eloszlása a foveában és annak környezetében

Adaptív optika nélküól és adaptív optikával készült retina felvételek

A fovea szerkezete

• ~ 10°-os tartományban még elsősorban csap látás, de van pálcika kölcsönhatás is (lásd majd CIE színmérés); L:M:S = 40:20:1

• ~ 4°-os tartományban sárga pigmentáció: macula lutea, szelektív szűrő

• 2°-on belül jó szín és éleslátás• ~ 1°alatt foveola: nincs S-csap: kék-sárga

színtévesztő (tritanop), saccadok (éleslátás) miatt látunk

Világosban – sötétben látás

• világosban-, fotopos-látás: csap látás; 3 cd/m2 felett

• sötétben-, szkotopos-látás: pálcika látás;10-3 cd/m2 alatt

• alkonyi-, mezopos-látás: a két tartomány között, mind a csapok, mind a pálcikák aktívak

Retinális előfeldolgozás

• bipoláris-, amakrin- és ganglion sejtek előfeldolgozzák a csapok és pálcikák nyújtotta jelet:– centrum-környezet szembe kapcsolódó jel– L, M, S csap jel átkódolása:

• világos - sötét (achromatikus) jelpár• vörös - zöld• sárga - kék antagonisztikus jel

Retinális előfeldolgozás

Opponens jelfeldolgozás

L, M, S csap jel átkódolása

• világos – sötét (achromatikus) jelpár:A = aL + bM, magnocellurális idegpályák

• vörös – zöld jelpár:T = cL - dM

• sárga – kék jelpár:D = eL + fM – gS

parvocellurális idegpályák, antagonisztikus jelek

A T és D jelek kialakulása az L-, M-, S-csap jelekből

A látásérzet útja a szemtől az agyig

• kereszteződés, vagy chiasma opticum• ikertestek, corpus geniculatum laterale

– befutó idegköteg: tractus opticus – továbbvezetés: látókisugárzás, vagy radiatio

optica• látó cortex, forma, mozgás, szín stb. feldolgozás,

észlelet kialakulása

Az emberi látórendszer felépítésének sematikus ábrája

Az ikertest metszeti képe